CC BY
15
УДК 519.8.577.3
В. В. Шаповалов, д-р техн. наук,
Санкт-Петербургский государственный электротехнический
университет «ЛЭТИ»
А. Б. Кубайчук, канд. техн. наук,
НИИ биотехнических систем Санкт-Петербургского
государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»
Инженерный подход к созданию программных комплексов «Управление иммунизацией»
Ключевые слова: иммунизация, программный комплекс, метауправление. Key words: immunization, a program complex, metacontrol.
В статье рассматриваются проблемы создания программного комплекса «Управление иммунизацией» для медицинских учреждений и предлагается эффективное решение на основе применения метода метауправления.
Введение
Важнейшей составной частью любого процесса управления являются действия по сбору и анализу информации, а именно оценка текущей ситуации и прогноз ее развития. Под ситуацией в данном случае понимается совокупность характеристик объекта управления и среды его функционирования. Оценка ситуации подразумевает вычисление значений этих количественных и качественных характеристик, как правило, с их объединением и обобщением, и их критериальное соотнесение с требованиями к системе управления.
С одной стороны, при реализации современных систем управления и их компонентов необходимо учитывать следующие факторы:
• прогресс развития любого объекта управления связан с его усложнением в абсолютном большинстве случаев, а следовательно, с увеличением исследуемых характеристик и в целом начального информационного базиса;
• предъявление более серьезных требований к эффективности управления, в первую очередь — к оперативности, обоснованности и достоверности процессов принятия решений.
С другой стороны, за последние десятилетия:
• существенно изменились возможности средств вычислительной техники:
качественно возросли вычислительная мощность и возможности реализации эффективного диалога с пользователями;
на несколько порядков увеличились возможности хранения больших объемов информации;
резко снижается удельная стоимость вычислительных ресурсов;
• созданы и апробированы информационные технологии различного назначения, ориентированные на конечного пользователя, технологии и средства автоматизированного обмена данными, в том числе с использованием телекоммуникационных сетей общего пользования.
Краткое описание ПК «УИ»
Совокупность указанных факторов привела к осознанию возможности принципиально нового подхода к осуществлению процессов сбора и анализа информации в системах оперативного планирования и управления вакцинопрофилак-тикой населения. Данный подход реализован при внедрении программных комплексов «Управление иммунизацией» (ПК «УИ») и создании медицинской аналитической информационной системы «Управление иммунизацией». С учетом вышеизложенного главной целью создания и внедрения ПК «УИ» является повышение оперативности, обоснованности и достоверности оперативного и стратегического планирования и управления вак-
биотехносфера
| № 2 (20)/202
цинопрофилактикой за счет повышения качества процессов планирования и проведения иммунизации, автоматизации сбора, обобщения и анализа информации в интересах управления вакцинопро-филактикой на основе применения современных информационных технологий, математического аппарата и средств вычислительной техники.
ПК «УИ» представляет собой организационно-технический комплекс сбора и обработки информации по вакцинопрофилактике, созданный на основе интеграции новейших математических и информационных технологий в интересах решения задач стратегического анализа ситуаций и применяемый в системе Федерального медико-биологического агентства (ФМБА) и в практическом здравоохранении России. При создании ПК «УИ» учтены следующие основные ограничения:
• необходимость встраивания ПК «УИ» в сложившуюся, строго регламентированную государственную систему вакцинопрофилактики;
• как правило, ограниченность выделяемых материальных, финансовых и других видов ресурсов.
Вышеизложенное предопределило следующие два базовых принципа создания ПК «Управления вакцинопрофилактикой» (ПК «УВ») как информационной системы нового поколения:
• многоуровневый подход к синтезу архитектуры и профилей ПК «УИ» и формализации процессов ее функционирования;
• создание ПК как синтаксически вариантной информационной системы, вариантность которой реализуется на основе метауправления, в виде совокупности процессов формирования и обработки ряда компонентов метаинформации.
Результатами применения многоуровневого подхода к синтезу архитектуры и профилей ПК «УИ» и формализации процессов функционирования являются:
• декомпозиция процессов функционирования ПК;
• определение потенциального состава пользователей ПК «УИ» и распределение их функциональных возможностей и обязанностей с позиций участия в функционировании ПК;
• многоступенчатый характер хранения и обработки предметных сведений;
• функциональная, организационная и техническая структуры, а также архитектура ПК.
Синтаксическая вариантность ПК неформально означает независимость программного кода функциональных приложений от содержания обрабатываемых данных с одновременной возможностью изменения состава хранимых данных, множества доступных элементарных операций и динамического задания на этом множестве необходимых алгоритмов обработки информации.
Осуществление синтаксической вариантности естественным образом приводит к разделению информации в ПК на метаинформацию и объектную
информацию и использованию метода метауправ-ления, в соответствии с которым метаинформация является управляющей по отношению к процессам хранения и обработки объектной информации. Роль метаинформации сводится к описанию синтаксиса и аксиом ПК как формальной системы в терминах пользователя. Семантика этих описаний реализуется посредством множества ассоциативных процедур, а процесс решения задачи представляет собой алгоритмическое доказательство теоремы, фиксирующей выбранную методику решения задачи в рамках имеющихся синтаксиса и аксиом системы с интерпретацией этой теоремы на множестве значений, хранимых в информационной базе сведений и алгоритмов аналитической обработки.
Такой способ построения ПК позволяет осуществлять их модификацию и модернизацию непосредственно в процессе эксплуатации, обеспечивая высокую адаптируемость системы. Это очень важный момент, поскольку как сама предметная область, так и нормативные документы, регламентирующие процессы вакцинопрофилактики населения, быстро меняются, а рутинные методы разработки программных комплексов, требующие сложных процессов отладки при любых изменениях, не позволяют до 2—3 раз в год безболезненно переходить на новые версии.
Важнейшими особенностями ПК «УИ» являются его распределенность, иерархическое построение и функциональная разнородность. Основной уровень ПК составляют элементы системы, развернутые в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ). Для решения задач сбора, интеграции, анализа отчетной информации в системе ФМБА развертываются аналитические элементы системы, осуществляющие указанные процессы по территориальному признаку. В свою очередь, аналитические элементы также могут образовывать иерархию, а значит, осуществлять иерархически организованные процессы аналитической поддержки анализа деятельности по вакцинопрофилактике. В то же время возможно развертывание ПК «УИ» локально, только в рамках одного ЛПУ.
Любой элемент ПК «УИ» может представлять собой как один (единый) компьютер, на котором установлены все компоненты элемента системы, так и множество компьютеров, объединенных в локальную вычислительную сеть соответствующего подразделения учреждения или всего учреждения в целом. В сетевом варианте один компьютер назначается главным (ведущим), на нем можно решать все задачи комплекса, а остальные (дополнительные) компьютеры предназначены для выполнения только ограниченной группы задач.
В соответствии со своим целевым назначением ПК «УИ» обеспечивает автоматизированное решение ряда задач, к которым отнесены:
• учет и планирование прививок и проб;
• формирование регулярной отчетной документации, определяемой приказами и инструкциями;
• формирование специфической отчетной документации на основе формализованных запросов от верхних звеньев управления;
• организация информационного обмена с подчиненными и вышестоящими учреждениями;
• ведение и обслуживание архивов отчетных документов и прививочных карт;
• организация обмена прививочными картами пациентов между ЛПУ;
• формирование запросов к информационной базе и выполнение ряда действий с выборками сведений об обслуживаемом контингенте;
• формирование определяемых пользователем отчетно-аналитических документов;
• предоставление врачу-иммунологу справочной информации по вакцинопрофилактике;
• ведение ежедневных планов работы;
• ведение справочников и классификаторов, определяющих особенности структуры учреждения и обслуживаемой территории.
Перечисленные задачи можно условно разделить на группы (справочную, учетную, аналитическую), принимая во внимание то, что их реализация происходит с учетом характерных технологических особенностей.
Справочная составляющая достаточно традици-онна для информационных систем, в том числе медицинских. Ее содержание заключается в хранении и предоставлении справочных сведений различного характера.
Реализация учетной составляющей предполагает:
• выделение объектов и событий учета, определение их атрибутов и взаимосвязей;
• определение множества справочников и классификаторов, участвующих в решении задачи учета;
• проектирование структуры базы данных для хранения учетных сведений;
• разработку экранных форм, обеспечивающих интерфейс пользователя для решения учетных задач.
Для элементов ЛПУ учитываемыми объектами и событиями являются пациенты, прививки, пробы, отводы и т. д., а для ЛПУ аналитическими элементами, являющимися поставщиками отчетных сведений, считаются получаемые от них отчеты. Вышеперечисленные действия являются типовыми при разработке информационных систем, для которых решение задач учета является одним из наиболее распространенных направлений применения.
Аналитическая составляющая ПК «УИ» является комплексной: она существенно отличается для элементов ЛПУ и для аналитических элементов, формируемых на основе отчетов. В рамках ЛПУ аналитическая составляющая предполагает деятельность по планированию и отчетно-аналитическую деятельность.
Планирование как процесс формирования планов прививочной работы использует учетные данные ЛПУ и реализует свои алгоритмы, исходя из
требований нормативной базы, регламентирующей проведение вакцинопрофилактики.
Отчетно-аналитическая деятельность в рамках ЛПУ предполагает:
• формирование обязательных отчетов и справок установленной формы, их своевременную передачу аналитическим элементам по подчиненности ЛПУ;
• формирование дополнительных отчетов и справок по учетным данным, отбираемым по различным критериям.
Поскольку система вакцинопрофилактики имеет ярко выраженную иерархическую структуру, в общем случае сбор медицинской информации аналитическими элементами этой структуры сводится к выполнению трех действий: получению информации от подчиненных элементов, обработке (преобразованию) полученной информации и выдаче (отправлению) информации более старшему в иерархическом отношении элементу. Суть выполняемого преобразования информации заключается в ее разбиении на два множества, над первым из которых выполняется операция объединения, а над вторым — обобщения. Обобщение состоит в получении интегральных оценок путем свертки вектора значений в скалярную величину по тем или иным правилам (правилам суммирования, выбора максимального значения и т. д.).
Таким образом, интеграция медицинской информации в сфере вакцинопрофилактики представляет собой совокупность процессов объединения и обобщения сведений, характеризующих состояние (деятельность) компонентов системы вакцинопро-филактики при замене множества отдельных сущностей единой сущностью интегрального свойства (например, участком, районом, городом и т. д.).
В связи с вышеизложенным, отчетно-аналитическая деятельность в рамках аналитического элемента ПК «УИ» предполагает:
• контроль своевременности получения отчетных документов;
• получение, регистрацию, обработку отчетных документов;
• формирование обязательных отчетов и справок установленной формы, их своевременную передачу аналитическим элементам по подчиненности;
• формирование дополнительных отчетов и справок по учетным данным, отбираемым по различным критериям.
Поскольку в роли носителей медицинской информации по вакцинопрофилактике выступают отчетные документы, содержащие фактографические сведения, интеграция медицинской информации непосредственно связана с процессом документооборота между компонентами системы здравоохранения. Для эффективной организации документооборота с позиций процесса интеграции медицинской информации использован следующий подход: медицинская информация хранится в базах данных и пересылается в виде текстовых документов. В этом случае следует решить две основные задачи:
биотехносфера
| № 2 (20)/2012
• обеспечить унификацию форм формируемых и пересылаемых документов и правил их заполнения;
• провести выборку из текстовых документов единичных сведений для их последующей обработки (объединения и обобщения).
Решение представленных задач возможно при использовании дополнительных сведений о формах документов и правилах их формирования на основе содержимого баз данных. Указанные сведения должны излагаться и храниться в таком виде, который обеспечит их эффективное использование. Исходя из того, что эти сведения носят описательный характер по отношению к формируемым документам, их можно рассматривать как метасведения. Формами представления метасведений являются номенклатор понятий, спецификатор документа и спецификации документа.
Номенклатор понятий фиксирует множество базовых понятий, используемых при формировании отчетно-аналитических документов как совокупности взаимосвязанных атрибутов, характеризующих субъектов медицинской информации, и их возможных (потенциальных) значений. Процесс ведения номенклатора заключается в его первоначальном построении (заполнении) и последующей модификации путем добавления, изменения и удаления сведений. Роль номенклатора сводится к фиксации потенциального множества понятий, доступных при описании форм документов и правил их формирования, с единым толкованием смыслового значения этих понятий.
Спецификаторы документов предназначены для хранения сведений о структуре, атрибутах и правилах заполнения каждого отчетно-аналитического документа. Сведения, относящиеся к одному типу документа (одной форме), составляют спецификатор этого документ. В качестве элементов, определяющих организацию сведений в документе, в спецификатор могут входить сведения из номенклатора понятий.
Содержание документа определяется спецификатором как перечень представляемых в нем сведений без указаний правил представления данных, размещения их на листе, печати (вывода на печатающее устройство), которые определяются конкретной реализацией. Спецификатор дает ответ на вопрос: какие сведения и в каком порядке должны быть помещены в документ и по каким правилам следует осуществлять отбор этих сведений из базы данных? Формирование документа производится в два этапа: формирование спецификаций документа и заполнение документа.
Поскольку спецификатор документа содержит сведения, необходимые для получения всех возможных разновидностей документа данной формы, в его состав в общем случае может входить ряд сведений, требующих дальнейшей конкретизации (например, наименование дошкольного учреждения, вид заболевания и т. д.). При получении конкретного документа спецификатор преобразуется в спецификации, однозначно определяющие получаемый документ.
Преобразование заключается в конкретизации всех сведений спецификатора, допускающих альтернативное применение.
Процесс заполнения документа включает в себя:
• определение (выделение) подмножества обрабатываемых записей, которое остается неизменным на всем протяжении формирования документа;
• перебор элементов содержания, имеющихся в спецификации, и формирование соответствующих частей документа.
Размещение сведений, составляющих документ, на экране монитора или бумажном носителе определяется реализацией конкретных программных средств.
При передаче документа при условии наличия спецификатора документа у абонента-получателя необходимо передать сведения о его спецификации и содержание документа в виде последовательности составляющих его сведений, но не текста. Восстановление документа и преобразование его в форму, необходимую для дальнейшего использования (например, текстовую), возлагается на программные средства абонента-получателя.
Наличие полученных документов в виде совокупности сведений, структура которой известна (благодаря спецификациям) дает возможность осуществить интеграцию информации, результатом которой также является документ, описанный с помощью спецификатора. При формировании такого документа возможно совместное использование сведений как из полученных документов (путем использования ссылок на спецификации этих документов), так и из имеющейся в наличии базы данных на основе номенклатора.
Такая организация создания и обработки документов в наиболее полной мере отвечает потребностям процесса интеграции медицинской информации в многоуровневой системе вакцинопрофилак-тики благодаря возможности адаптации и единству построения информационно-лингвистического обеспечения.
Адаптация достигается за счет возможностей:
• модификации (наращивания) содержания но-менклатора понятий;
• описания новых форм документов с пересылкой спецификаторов всем абонентам системы и отказа от использования спецификаторов документов, применение которых прекращено.
Единство построения информационно-лингвистического обеспечения реализуется путем:
• использования единого номенклатора;
• обмена между абонентами системы номенкла-торами, спецификаторами, спецификациями и содержанием документов в единой логической форме представления, определяемой выбранным языком их представления;
• централизованного выполнения действий по ведению номенклаторов и разработке спецификаторов документов, используемых в автоматизированной системе.
От электронно-медицинской аппаратуры — до биотехнических систем
Важным аспектом ПК «УИ» является его информационная безопасность. Объектом защиты является содержимое баз данных его элементов, в том числе персональные данные.
Обеспечение информационной безопасности
Особенности проблемы обеспечения информационной безопасности ПК «УИ» обусловлены спецификой его реализации и использования:
• традиционная проблема угроз (атак) ПК со стороны Интернета менее актуальна, чем в откры-
тых корпоративных информационных системах: основное содержание входного потока информации составляют сведения фактографического и документального характера;
• непосредственное проникновение с целью хищения информации или ее разрушения может осуществляться с одной из рабочих станций ПК «УИ»; проблему обеспечения безопасности следует решать, предотвращая возможность несанкционированного доступа к рабочим местам ПК для посторонних лиц, а также традиционными техническими и программными средствами персонифицированной защиты автоматизированных рабочих мест от НСД (системы аутентификации и т. п.); программное обеспечение
Старший аналитический элемент медицинской аналитической информационной системы «Управление вакцинопрофилактикой» (МАИС «УВ»)
............................................................... V
Аналитический элемент МАИС «УВ»
Аналитическая составляющая:
• контроль своевременности получения отчетных документов;
• получение, регистрация, обработка отчетных документов;
• формирование обязательных отчетов и справок установленной формы, их своевременная передача аналитическим элементам по подчиненности;
• формирование дополнительных отчетов
и справок по учетным данным, отбираемым по различным критериям
ХТ
г~
V.
Описания форм документов и правил их формирования
3
Отчетно-аналитические документы установленных форм
Элемент МАИС «УВ» в ЛПУ
Отчетные документы
Статистические сведения
Планы работы
Аналитическая составляющая. Планирование вакцинопрофилактики. Отчетно-аналитические сведения, справки, документы
X
Прививочные карты
Справочные сведения
Учетная составляющая.
Учет сущностей и существенных событий (пациенты, прививки, пробы, отводы и т. д.), классификаторы и справочники
Средства информационного обмена
к
И
Информационная база
Справочная составляющая
31
Программные средства учета и аналитики
Основные элементы медицинской аналитической информационной системы «Управление вакцино-профилактикой»
биотехносфера
I № 2 (20)/2012
12
От электронно-медицинской аппаратуры
— до биотехнических систем
ПК имеет защиту от несанкционированного копирования с помощью электронных ключей защиты, подключаемых к параллельному порту ЭВМ;
• информация, полученная экспертами в результате функционирования ПК в системе ФМБА, как правило, является конфиденциальной, при необходимости передачи такой информации с использованием средств телекоммуникации необходимо использовать средства криптозащиты;
• в случае сопряжения локальной вычислительной сети ПК с другими вычислительными сетями полагается использовать соответствующие межсетевые экраны;
• потеря информации может явиться наиболее существенной с точки зрения непреднамеренных (технических) сбоев системы: в ПК «УИ» поддерживаются операции резервного копирования баз данных и их восстановления, а также восстановления целостности базы данных после сбоев.
• проблема антивирусной защиты решается средствами и способами, аналогичными соответствующей защите корпоративных информационных систем.
Таким образом, для ПК «УИ» характерны:
• распределенность и иерархичность структуры;
• наличие элементов двух типов, между которыми осуществляется (по иерархии) одностороннее информационное взаимодействие посредством пересылки отчетно-аналитических документов установленной формы;
• сочетание учетной и аналитической составляющих, отличающихся по своему содержанию для элементов различных типов;
• наличие средств автоматизированной поддержки планирования для элементов уровня ЛПУ;
• наличие возможности получения отчетов как установленной формы, так и определяемых пользователем;
• наличие решений и средств для обеспечения требуемого уровня информационной безопасности, устойчивости функционирования.
Основные элементы построения медицинской аналитической информационной системы «Управления вакцинопрофилактикой» на основе ПК «УИ» приведены на рисунке.
Вывод
Подход к построению программных комплексов, построенный с использованием технологии мета-управления, позволил выполнить ряд принципиальных требований. Среди них главные:
• модернизация и модификация ПК «УИ» может проводиться до 2—3 раз в год и более в процессе эксплуатации, что очень важно, поскольку сама предметная область быстро меняется, быстро меняется эпидситуация, появляются новые нормативные документы федерального и регионального уровней и т.д.
• реализация гибкого и эффективного документооборота, способного обеспечить высокие требования здравоохранения при возникновении экстренных эпидситуаций.
