Введение

Медицинские технологические нроцессы стали объектом исследований относительно недавно. Элементами медицинского технологического процесса являются лечебно-диагностические мероприятия, и исполняются они медицинским персоналом.

Имеются достаточно веские основания полагать, что именно в соблюдении технологии лечения того или иного заболевания кроется резерв новышения эффективности медицинской помощи. Вторая причина, побуждающая к исследованию медицинских технологических процессов — междисциплинарный характер лечения многих нозологических форм, который, в свою очередь, является следствием развития медицинской науки.

Разумеется, различные лечебные учреждения обладают различными ресурсами, как материально-технического, так и кадрового характера. Это означает, что даже имеющиеся описания схем лечения тех или иных нозологических форм следует адаптировать к условиям больницы. Решение этой задачи наилучшим образом осуществляется тогда, когда описание медицинского технологического процесса поддерживается некоторой информационной технологией. Именно информационные технологии поддержки лечебно-диагностических процессов позволяют перестроить деятельность лечебно-диагностических учреждений в направлении повышения эффективности, качества лечения и снижения числа неблагоприятных исходов, в том числе по вине персонала.

На этом пути возникает ряд проблем, одна из которых состоит в том, что имеющиеся описания схем лечения нозологических форм носят характер стандартов и не учитывают особенности лечебных учреждений. С другой стороны, достаточно большое число больниц оснащено информационными системами, в которых в той или иной степени отражаются реализуемые в этих больницах лечебные процессы.

Это означает, что хранящаяся в этих системах прецедентная информация (при условии удовлетворения её некоторым требованиям) об успешных лечебно-диагностических процессах может быть использована для построения описаний соответствующих технологических процессов.

Исследование в таких науках, как, например, математіжа или физика, может осуществляться на основе изучения общих принципов и законов, в науках же, не столь хорошо поддающихся точной формализации, исходной информацией для построения модели является множество примеров, прецедентов поведения системы или процесса [1].

Идея выработки решения на основе нрецедентности является, по-видимому, ведущей и в клинической медицине, как для практического врача, так и врача-исследователя. На этом пути возникают задачи обнаружения описаний медицинских технологических процессов в имеющихся данных, извлечения этих описаний из данных и синтеза общих описаний медицинских технологических процессов.

Полученные таким образом общие описания позволяют порождать экземпляры технологических процессов, привязанные к условиям конкретной клиники, её материально-техническим и кадровым ресурсам, а при необходимости — к особенностям каждого пациента.

Решению этой задачи посвящена настоящая монография. Она является продолжением монографии [2], где были определены базовые концепты медицинской картины мира, медицинского технологического процесса и развиты основы операторного подхода к его описанию и исследованию.

Ю. И. Журавлев, академик РАН

Последовательное применение операторного подхода к описанию медицинских технологических процессов (МТП) [2] привело к моделям, которые принято называть моделями потоков работ. В большинстве случаев получение модели гораздо сложнее, чем её исследование. Одним из важнейших и самых надежных источников информации для получения модели являются реальные данные, возникающие в процессе лечения пациента и хранящиеся в соответствующих архивах. Эта информация обычно называется прецедентной. Именно задачам её использования для получения моделей лечебно-диагностических процессов посвящена настоящая монография.

В первой главе изложены принципы построения моделей для описания потоков работ, основные функции систем управления потоками работ, методы и задачи моделирования.

Во второй главе приведён краткий обзор методов, обычно применяемых при построении математических моделей потоков работ. Среди них методы теории расписаний, теория массового обслуживания, сети Петри, конечные автоматы и методы линейного программирования. Рассмотрены примеры.

Собственно исследование методов извлечения потоков работ (и описываемых ими лечебно-диагностических процессов) из данных начинается с третьей главы. Глава посвящена изучению метрических характеристик множества медицинских технологических процессов, на котором вводятся понятия согласования и прецедентности МТП. Эти понятия используются для определения их релевантности.

В четвертой главе исследуются такие медицинские данные, которые можно рассматривать как последовательности лечебно-диагностических мероприятий. Каждое из лечебных мероприятий в таких последовательностях представляется в виде оператора специального вида, воздействующего на состояние пациента и изменяющее его. Рассматриваются классы допустимых последовательностей операторов. Изучаются потоки работ, образуемые допустимыми последовательностями операторов, и маршруты в них. Рассматривается разбиение множества потоков работ

на классы эквивалентности (по нозологическим формам), строится описание классов эквивалентности. Исследуются вопросы корректности п полноты описаний классов.

В пятой главе построенные модели применяются для описания МТП. Если в предыдущей главе рассматривались различные последовательности операторов, т. е. последовательности активных элементов лечебно-диагностических мероприятий п маршруты, образуемые пмп, то здесь рассматриваются описания состояний пациента, условия применимости тех или иных мероприятий, манипуляции и ограничения. Исследуются причины возникновения тех или иных маршрутов в МТП.

В шестой главе рассматриваются методы извлечения потоков работ из данных. Для этого изучаются методы извлечения последовательностей работ, разбиение множеств последовательностей на классы на основе отношения релевантности, введённого в третьей главе.

В приложениях приведены основные алгоритмы и описания программных средств извлечения описаний потоков работ из данных. В Приложении 1 онисан метод разбиения множества рабочих последовательностей на классы эквивалентности. В Приложении 2 приведены основные процедуры извлечения рабочих последовательностей из данных и анализ их типов. Приложение 3 содержит алгоритм синтеза общего описания потоков работ. В Приложении 4 кратко описаны инструментальные средства построения моделей потоков работ.

Авторы считают своим приятным долгом выразить признательность проф. В. М. Хачумову, любезно предоставившему ряд материалов по моделям потоков работ.

А. И. Молодченков реализовал программные средства извлечения потоков работ из данных, за что авторы также выражают ему свою благодарность.

Книга предназначена для научных работников и специалистов в области медицинских информационных технологий, а также студентов старших курсов и аспирантов соответствующих специальностей. Может быть использована также в качестве пособия при чтении курсов по применению методов информатики и информационных технологий к моделированию лечебно-диагностических процессов.

Необходимость использования моделей возникает всякий раз, когда получение решений на реальном объекте дорого, сложно плп вообще невозможно. Модель описывает только отдельные элементы, связи п функции реального объекта, которые влияют на принимаемое решение. Этим достигается меньшая сложность модели по сравнению с реальной ситуацией плп объектом. Одним из основных вопросов при этом является вопрос о том, откуда берется модель.

При функционировании любого объекта, организации, технологического процесса появляется некоторая информация, описывающая значения параметров, свойств и иных характеристик, сопровождающих течение процесса. С каждым полным циклом изучаемого процесса связан, вообще говоря, свой собственный набор значений таких характеристик.

При построении моделей и их исследовании важно правильно определить наиболее существенные (релевантные) факторы п описать их влияние. В нашем случае задача состоит в построении на основе прецедентности моделей лечебно-диагностических процессов и исследование их свойств.

Для описания лечебно-диагностических процессов могут быть использованы известные общие методологии, модели и стандарты информационных процессов, включая модели потоков данных, модели потоков работ, методологии IDEFO, IDEF1X, IDEF3, языки программирования и моделирования.

Исследование модели заключается в обосновании причинно- следственных связей элементов модели, обосновании улучшения её параметров. На основе моделирования и анализа действующих процессов выявляются узкие места: дублирование действий различными сотрудниками, организационные просчёты, неоптимальные последовательности работ, оптимизируется распределение ресурсов. Итогами моделирования процессов являются:

• ликвидация узких мест;

• устранение избыточных этапов;

• устранение дублирования;

• сокращение времени выполнения задач;

• определение мест и методов контроля процесса;

• рост эффективности организации.

Моделирование системы процессов — абстрактное представление организации как системы взаимосвязанных и взаимодействующих процессов.

Для моделирования используются:

• методы теории расписаний;

• теория конечных автоматов;

• методы теории систем массового обслуживания;

• сети Петри и другие инструменты.

В поддержку таких моделей и методов разработаны языки моделирования, программные системы и стандарты на описание процессов и управление потоками работ.

Таким образом, основным инструментом новышения эффективности работы лечебно-диагностического учреждения или его подразделения является моделирование хода лечебного процесса. Вначале, отвлекаясь от ряда характеристик лечебнодиагностического процесса, а именно от описания состояний пациента, выполняемых исследований и различных указаний, рассмотрим активную составляющую лечебно-диагностического процесса — последовательности исполняемых лечебных мероприятий. Такие последовательности будем, как это принято, называть потоками работ.

В следующей главе кратко описаны основные нринцины построения моделей потоков работ.