Математические модели, методы и программные системы медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат технических наук Касьянов, Олег Юрьевич

• Касьянов, Олег Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Касьянов, Олег Юрьевич

Список сокращений

Введение

1. Описание предметной области

1.1. Медицинское обеспечение подготовки граждан к военной службе

1.2. Использование современных вычислительных средств в военной медицине

1.3. Географические информационные системы и их применение в медицинском обеспечении подготовки граждан к военной службе

1.4. Материалы и методы исследования

2. Статистические модели медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе

2.1. Применяемые методы

2.2. Статистические модели в модуле "Статистика" программы "Экспертиза"

2.3. Статистические модели в модуле "Организация" программы

Экспертиза"

2.4. Статистические модели в комплексе программ ТИС"

2.5. Применение нечеткого кластерного анализа в комплексе программ

2.6. Статистические модели и задачи, реализованные в программе "Мониторинг"

3. Оптимизационные задачи в области медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе

3.1. Применяемые методы

3.2. Экономико-математические модели лечебно-оздоровительной работы. Модуль "Оптимизация"

3.3. Математическая модель поиска рациональных вариантов изменения Расписания болезней. Модуль "Рекомендации".

3.4. Оптимизационные модели, применяемые в географических информационных системах

4. Программная реализация моделей медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе

4.1. Программа "Экспертиза"

4.2. Программа "Мониторинг"

4.3. Комплекс программ ТИС"

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математические модели, методы и программные системы медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе»

Актуальность исследования. В настоящее время проблема медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе приобретает особую остроту. С одной стороны, отказ от полного комплектования армии на профессиональной основе в обозримом будущем означает повышение значимости состояния здоровья призывников для обороноспособности страны. С другой стороны, крупный спад рождаемости конца 80-х - начала 90-х годов XX века [25] становится серьезной проблемой для комплектования армии на основании призыва уже к 2007 году.

Проблема охраны здоровья подростков привлекает к себе все большее внимание медицинской общественности и общества в целом [103]. Применение современных технических средств, новых решений и технологий в медицинском обеспечении подготовки граждан к военной службе невозможно без решения задач планирования и управления с помощью методов математического моделирования [49, 51].

Основные перспективы развития в направлении решения этих проблем связаны с использованием вычислительной техники, новых информационных технологий и автоматизации управления - факторов, повышающих оперативность и надежность управления и планирования [49].

Организационные технологии во всех областях деятельности системы здравоохранения переживают в настоящее время период быстрого развития. Но разработка и внедрение новых механизмов и методов в этой области и рост количества используемых в практике охраны и укрепления здоровья организационных технологий не сопровождаются соответствующей разработкой и развитием их научных основ. Отсутствие прочной научной базы снижает продуктивность и качество работы по созданию, оценке и внедрению новых организационных технологий и вследствие этого отрицательно сказываются на организационной и управленческой деятельности в здравоохранении [88].

В настоящее время работа военно-медицинских комиссий военных комиссариатов автоматизирована крайне слабо. Это во многом объясняется недостаточной компьютеризацией данных комиссий. Практически не применяется современный математический аппарат для решения насущных проблем врачей-специалистов. Такие задачи как статистический анализ заболеваемости и годности призывников, нахождение оптимальных методик лечения контингента, построение рекомендаций по изменению приказа либо вообще не ставятся, либо решаются на явно недостаточном математическом уровне.

Цель исследования: создание комплекса математических моделей и методов, реализованных в виде специализированных медицинских информационных систем для облегчения принятия решений в целях повышения качества медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе.

Задачи исследования:

1. Построение математических моделей основных мероприятий медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе.

2. Постановка и решение задач улучшения количественных и качественных характеристик состава категорий годности призывников путем лечебно-оздоровительной работы и реформирования расписания болезней.

3. Построение алгоритмов группировки территорий и районов по уровню заболеваемости (годности) призывников при нечетко сформулированных критериях для последующего отображения результатов на географической карте.

4. Разработка современного программного комплекса для автоматизации работы медицинских комиссий военкоматов, связанной с вводом, хранением и статистической обработкой данных о призывниках, реализующего предложенные методы.

Научная новизна исследования обусловлена построением математических моделей, учитывающих особенности проведения медицинского освидетельствования граждан. В рамках предметной области предложены новые и модифицированы существующие методы решения задач нечеткого кластерного анализа, целочисленной оптимизации. Вводится и обосновывается определение линейного нечеткого кластера, строится алгоритм нечеткой кластеризации, близкой к оптимальной. Доказывается теорема о сходимости данного алгоритма к решению, допустимому в рамках введенного определения.

Некоторые задачи оптимизации, поставленные и решенные в ходе исследования, отличают такие особенности, как высокая размерность переменных, наличие целочисленных переменных, нелинейный характер ограничений задачи.

Разработано несколько алгоритмов для решения нестандартных задач. Методы исследования.

В работе представлены несколько подходов к моделированию изучаемой системы, рассмотрены несколько типов задач, отражающих отдельные аспекты функционирования военно-врачебной экспертизы. Для решения полученных задач применяются методы исследования операций.

В ходе работы применялись методы целочисленной оптимизации, динамического программирования, статистического анализа, нечетких множеств.

При создании комплекса программ использовались средства программирования, такие как Borland Delphi, Microsoft Visual Basic, а также географическая информационная система Mapinfo.

Приводятся алгоритмы решения задач и структуры данных программ.

Практическая значимость. Разработанные программы и методы позволяют повысить эффективность работы военно-врачебных комиссий. Проведенное исследование обеспечивает врачей заинтересованных служб объективными методиками обработки и анализа разнообразных показателей, выявляемых в ходе призывных мероприятий, а также позволяет отображать полученные результаты в наиболее наглядном виде. Разработанные в ходе работы программы позволяют в кратчайшие сроки изучить динамику, структуру и прогноз результатов медицинского освидетельствования, построить рекомендации по организации и проведению основных мероприятия медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. Математические модели, связанные с планированием медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе.

2. Математические методы решения статистических и оптимизационных задач, связанных с данными моделями.

3. Алгоритмы решения поставленных задач.

4. Разработанные и внедренные программные комплексы, которые успешно используются в практических и научных исследованиях в рамках медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе.

Апробация работы:

Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на конференциях: всеармейская научно-практическая конференция, посвященная 75-летию со дня рождения профессора Д.Е. Полякова "Здоровье военнослужащих и статистические методы его изучения" (Санкт-Петербург, 1999); 52 студенческая научная конференция (Петрозаводск, 2000); северо-западная научно-практическая конференция "Информационные системы в здравоохранении" (Петрозаводск - Кондопога, 2002); научно-практическая конференция "Здоровье населения, политика и технологии развития здравоохранения" (Москва, 2003).

Публикации:

Итоги деятельности автора в направлении исследований опубликованы 7 работ, в том числе 4 статьи:

1. Кузнецов В.А., Фомин A.A., Касьянов О.Ю. Математические методы и использование ГИС-отображений состояния здоровья молодежи Карелии // Петрозаводский государственный университет - Петрозаводск, 1999, Рук. деп. в ГЦНМБ №Д-26148 от 28.01.99. 15 стр.

2. Касьянов О.Ю., Коробков М.Н., Кузнецов В.А. ГИС-система отображения статистики цереброваскулярных заболеваний по районам Карелии // Медицинский академический журнал. Том 2. Приложение 2. 2002. с.47-48.

3. Фомин A.A., Касьянов О.Ю. Совершенствование региональной модели управления системой медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе на основе информационных технологий // Бюллетень НИИ им. Н.А.Семашко РАМН-2003, вып.7. с. 118-121.

4. Касьянов О.Ю. Комплекс математических моделей и методов решения задач военно-врачебной экспертизы // Труды ИПМИ КарНЦ РАН, вып.5, 2004. с.184-194.

Также были опубликованы 3 тезиса докладов:

1. Касьянов О.Ю. ГИС-технологии отображения результатов медицинского освидетельствования граждан в Республике Карелия // Сборник материалов I Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по медицине - Тула, 2002. с.94-95.

2. Касьянов О.Ю. Программа 'Экспертиза' как средство статистического анализа годности призывников к военной службе в республике Карелия // Сборник материалов II Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по медицине -Тула, 2003. с.71-73.

3. Касьянов О.Ю. Программа 'Мониторинг' как средство контроля и статистического анализа годности призывников к военной службе в республике Карелия // Сборник материалов III Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых ученых и студентов по медицине - Тула, 2004. с. 105-106.

Личный вклад автора

Все основные результаты получены лично автором.

Основная часть диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 137 страниц, 13 рисунков и 21 таблицу. Представлен библиографический список использованной при подготовке диссертации литературы из 115 наименований.

Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Касьянов, Олег Юрьевич

Основные результаты были опубликованы в 6 работах автора.

Направления дальнейших исследований связаны со следующим:

- Постановка, решение и программная реализация задачи планирования лечебно-оздоровительной работы среди призывников при условии неточности информации о числе заболевших и количестве ресурсов региона.

- Модификация алгоритма нечеткой кластеризации для п-мерного случая на основе разбиения с учетом динамики процесса, а также его программная реализация.

Заключение

Исследования диссертации охватывают вопросы построения статистических и оптимизационных моделей медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе, и комплексов программ, в которых широко обозначены фундаментальные научные и прикладные проблемы.

Прикладная часть диссертации содержит ряд задач, связанных между собой как областью приложения (военно-врачебная экспертиза и допризывный контроль здоровья подростков), так и используемыми для их постановки и решения математическими методами. Подведем основные итоги:

- в работе представлен и исследован широкий класс прикладных задач, связанных с медицинским обеспечением подготовки граждан к военной службе, выявлены свойства этих задач и характеризующие их признаки;

- построены математические модели класса задач оптимизации лечебно-оздоровительной работы среди призывников, предложены и программно реализованы адаптированные методы целочисленного линейного программирования для решения этих задач;

- разработана математическая модель поиска рациональных вариантов изменения Расписания болезней, предложены и программно реализованы способы решения этой задачи на основе методов динамического программирования;

- построен комплекс математических моделей анализа заболеваемости (годности) по районам Карелии с применением средств классического и нечеткого кластерного анализов;

- обоснована сходимость к оптимальному решению предложенных алгоритмов кластеризации для определенного класса задач медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе.

- разработан комплекс программ статистического анализа основных процессов медицинского обеспечения подготовки граждан к военной службе с применением средств корреляционного, дисперсионного, регрессионного и кластерного анализов, который внедрен и используется призывными комиссиями города Петрозаводска и республики Карелия;

- создана программная система, предназначенная для автоматизации ввода, хранения и статистической обработки данных, полученных в ходе призывных мероприятий в группе районов;

- разработан комплекс программ статистической обработки географически распределенных данных и наглядного отображения результатов с применением географических информационных систем.

Построенные в результате работы программные продукты можно применять в достаточно широкой сфере:

- прогнозирование заболеваемости в среде призывников по городу Петрозаводску в будущем;

- выбор рекомендуемых методик лечения призывников;

- построение рекомендаций по изменению состава категорий годности;

- анализ уровней заболеваемости (годности) призывников по районам Карелии за прошедшие годы;

- наглядного отображения полученных результатов и исходных данных.

Многие разработанные математические модели, методы и программы могут быть использованы и в других областях. Например, программа анализа данных с использованием географических информационных систем применялась в неврологии.

Предложенные программы были апробированы в реальных проектах, на их основании было оформлено 7 рационализаторских предложений и 3 акта о внедрении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Касьянов, Олег Юрьевич, 2004 год

1. Автандилов Г.Г. Введение в количественную патологическую морфологию. М., 1980.-216 с.

2. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. 471 с.

3. Алтунин А.Е., Семухин М.В. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях. Тюмень:Издательство Тюменского государственного университета, 2000. 352 с.

4. Баженова И.Ю. Visual FoxPro 6.0. М.:Диалог, 2001. 416 с.

5. Бахвалов Н.С. Численные методы. М., 1975. 632 с.

6. Беллман Р. Математические методы в медицине. М., 1987. 200 с.

7. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М., 1989. 540 с.

8. Бережнов Е.С., Ушаков И.Б., Усов В.М. Автоматизированная система поддержки принятия решений при лечебно-эвакуационных мероприятиях с применением авиации // Военно-медицинский журнал, 1995. № 12. с.40.

9. Берлянт A.M. и др. Картографические анимации. М., 2000. 99 с.

10. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. М.:Диалектика, 1992. 517 с.

11. Быков И.Ю., Ларьков A.A., Столяр В.П., Парфенов В.Д. Использование ГИС-технологий в управлении медицинским обеспечением войск // Военно-медицинский журнал, 2002. №7. с. 10-13.

12. Вагнер Г. Основы исследования операций. Т.1. М., 1972. 335 с.

13. Б.Л.ван дер Варден Математическая статистика. М.:Издательство иностранной литературы, 1960. 435 с.

14. Васильев В.Н. Модели управления вузом на основе информационных технологий. Петрозаводск, 2000. 164 с.

15. Вирт М. Алгоритмы и структуры данных. М.:Мир, 1989. 360 с.

16. Власов В.В. Медицина в условиях дефицита ресурсов. М., 2000. 448 с.

17. Гавурин М.К. Лекции по методам вычислений. М., 1971. 248 с.

18. Гиг Дж., ван. Прикладная общая теория систем. М., 1981. 733 с.

19. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. М.:Мир, 1985. 509 с.

20. Горелик В.А. Математическое программирование // Соросовский образовательный журнал, 1998. №10. с. 118-123.

21. Гофман В., Хомоненко А. Delphi 6 в подлиннике. СПб.:БХВ-Петербург,2001.- 1152 с.

22. Грачев А.Ю. Введение в СУБД Informix. М.:Диалог МИФИ, 2000. 272 с.

23. Гублер Е.В. Информатика в патологии, клинической медицине и педиатрии. JI.¡Медицина, 1990. 176 с.

24. Гублер Е.В., Генкин A.A. Применение непараметрических критериев статистики в медико-биологических исследованиях. JI.'Медицина, 1973. 141 с.

25. Демографическое положение в России. "Круглый стол" Совета Федерации. М.: Комитет Совета Федерации по социальной политике, 2002. 82 с.

26. Драйпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Высш. школа, 1987.

27. Епанешников A.M., Епанешников В.А. Delphi 5. Базы данных. М.:Диалог-МИФИ, 2000.-416 с.

28. Заде JI.A. Размытые множества и их применение в распознавании образов и кластер-анализе // Классификация и кластер. Сборник статей. М.:Мир, 1980. с.208-247.

29. Зайцев В.М., Лифляндский В.Г., Маринкин В.И. Прикладная медицинская статистика. СПб., 2003. 432 с.

30. Иванов В.В., Дубынин И.В., Ретунский В.В. Применение современных технологий и средств проектирования при создании автоматизированных систем военно-медицинского назначения // Военно-медицинский журнал,2002. №3. с. 18-22.

31. Ивантер Э.В., Коросов A.B. Основы биометрии. Петрозаводск, 1992. 168 с.

32. Исследование операций под ред. Дж.Моудера, С.Элмаграби. Т.1. М.:Мир, 1981.-712 с.

33. Кант В.И. Математические методы и моделирование в здравоохранении. М„ 1987.-224 с.

34. Кант В.И. Методология системного подхода и ее применение в практике здравоохранения. М., 1978. 136 с.

35. Карпов Б. Visual Basic 6. Специальный справочник. СПб.:Питер, 2000.

36. Касьянов О.Ю., Коробков М.Н., Кузнецов В.А. ГИС-система отображения статистики цереброваскулярных заболеваний по районам Карелии // Медицинский академический журнал. Том 2. Приложение 2. 2002г. с.47-48.

37. Кемени Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова. М.гНаука, 1970.

38. Кириллов В.В. Основы проектирование реляционных баз данных. СПб.:Изд-во Санкт-Петербургского Гос. института точной механики и оптики, 1999.

39. Козлов М.В., Прохоров A.B. Введение в математическую статистику. М.:Изд-во МГУ, 1987. 262 с.

40. Крамер Г. Математические методы статистики. М.:Мир, 1975. 648 с.

41. Крылов H.J1. Правовые основы медицинской экспертизы военнослужащих и лиц, уволенных из вооруженных сил РФ // Военно-медицинский журнал, 2003. №9. с.52-56.

42. Кузнецов В.А., Фомин A.A. Статистические и оптимизационные модели в военно-врачебной экспертизе // Труды Петрозаводского государственного университета. Вып.4, Петрозаводск, 1995. с.3-12.

43. Кузнецов В.А., Фомин A.A., Касьянов О.Ю Математические методы и использование ГИС-отображений состояния здоровья молодежи Карелии // Петрозаводский государственный университет Петрозаводск, 1999, Рук. деп. в ГЦНМБ №Д-26148 от 28.01.99. 15 с.

44. Кузьменко В.Г. Visual Basic 6. Самоучитель. М.:Бином-Пресс, 2003. 432 с.

45. Куликов В.В. и др. Новые методологические аспекты организации военно-врачебной экспертизы // Военно-медицинский журнал, 2003. №7. с.4-9.

46. Куликов В.В., Кузнецов В.А., Фомин A.A., Чернов О.Э. Военно-врачебная экспертиза. Системное математическое моделирование. Петрозаводск, 1998.- 120 с.

47. Куликов В.В., Фомин A.A. Современный этап формирования единой системы стандартов в военно-врачебной экспертизе // Военно-медицинский журнал, 2002. №10. с. 13-17.

48. Культин Н.Б. Delphi в задачах и примерах. СПб.:БХВ-Петербург. 288 с.

49. Лакин Г.Ф. Биометрия. М., 1980. 293 с.

50. Лапач С.Н., Чубенко A.B., Бабич П.Н. Статистические методы в медико-биологических исследованиях с использованием Excel. Киев, 2000. 320 с.

51. Лишнер P. Delphi. Справочник. СПб.:Символ-Плюс, 2001. 640 с.

52. Лямец В.И., Тевяшев А.Д. Системный анализ. Харьков: ХТУРЭ, 1998 - 252 с.

53. Максимов Г.К. Методологические основы формирования учебной и научной дисциплины 'Автоматизация управления медицинской службой' // Военно-медицинский журнал, 1992. № 7. с. 12.

54. Малета Ю.С., Тарасов В.В. Математические методы статистического анализа в биологии и медицине. М.:, 1981. 176 с.

55. Малета Ю.С., Тарасов В.В. Непараметрические методы статистического ф анализа в биологии и медицине. М., 1982. 178 с.

56. Манита А.Д. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Из-дат. отдел УНЦ ДО, 2001. 120 с.

57. Моудер Дж. Методологические основы и математические методы, т.1. М., 1981.-712 с.

58. Назаренко Т.И., Марченко Л.В. Введение в интервальные методы вычислительной математики. Иркутск, 1982. 108 с.

59. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта под ред. Д.А. Поспелова. М.:Наука, 1986.

60. Орлик С. Секреты Delphi на примерах. М., 1996. 316 с.

61. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М., 1981. 203 с.

62. Парин В.В., Баевский P.M. Введение в медицинскую кибернетику. М., 1966. 298 с.

63. Петленко В.П., Сергеев С.Т. К методологии математического моделирования в военной медицине // Военно-медицинский журнал, 1992. №8. с. 10.

64. Прад А. Модальная семантика и теория нечетких множеств // Нечеткие множества и теория возможностей: сб. статей под ред. Р.Ягера. М.: Радио и связь, 1986. с. 161-177.69.72,73,74.