Информационная система «Популяционный раковый регистр»

Актуальность проблемы.

Внедрение современных информационных технологий в организационную и лечебную деятельность учреждений системы здравоохранения Российской Федерации является одним из важнейших инструментов по реализации государственной политики обеспечения населения качественной медицинской помощью [21]. Информационные системы (ИС) мониторинга и учёта фактов заболеваемости, диагностики, поддержки проведения курсов лечения, построения различных тематических аналитических отчётов значительно повышают оперативность анализа данных, эффективность методов диагностики, что необходимо для проведения качественного лечения больных злокачественными новообразованиями (ЗНО) и контроля за их состоянием.

Используемые в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ) ИС требуют постоянной модификации, а в ряде случаев — переработки. Закрытый режим их разработки и жесткая привязка к моделям, на основе которых реализованы большинство ИС, значительно осложняют их модификацию, особенно если одновременно требуется вносить изменения в системы, используемые в разных регионах, и при этом обеспечить непрерывность ввода и обработки информации. Существующие ИС, такие как «Авиценна», «Малая клиника», «Популяционный раковый регистр «АйеОЖЮ», «Автоматизированная информационно-аналитическая система популяционного ракового регистра на территориальном уровне», «Белорусский канцер-регистр» созданы для решения узкого спектра задач, в них не реализованы функции интеграции со сторонними программно-аппаратными комплексами.

Таким образом, актуальна разработка ИС «Популяционный раковый регистр» (ПРР), обеспечивающей интеграцию данных и знаний о ЗНО, а также осуществляющей информационное сопровождение и поддержку курсов лечения больных, в том числе регистрацию, обследование, диагностику, лечение, автоматическую генерацию отчётных и статистических форм. В процессе сопровождения разработанной системы необходимо обеспечить возможность быстрой модификации и адаптации ИС к динамично изменяющимся требованиям к информационному и математическому обеспечению, для чего в рамках диссертации адаптирован подход порождающего программирования на основе визуального моделирования ИС.

Существенный вклад в разработку методов визуального моделирования программного обеспечения, порождающего программирования внесли Г. Буч, Дж. Рамбо, М. Кузнецов, К. Грибачев, Д. Франкель, А. Клеппе, Б. Кокс, Э. Уитни, Д. Холл и др.

Открытость программных интерфейсов ИС, ее масштабируемость позволяют развивать функциональные возможности в зависимости от решаемых задач. Таким образом, созданная в рамках диссертационного исследования информационная система является информационным ядром инфраструктуры региональной онкологической службы.

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования является популяционный раковый регистр (ПРР).

Предметом исследования являются структура, объекты популяционного ракового регистра, информационные процессы формирования его данных.

Цель работы.

Исследование информационных объектов и потоков, определяющих деятельность ПРР. Определение функциональных, структурных требований ИС, автоматизирующей деятельность ПРР, обеспечивающей высокий уровень масштабируемости, возможность быстрой модификации, обладающей открытым интерфейсом для комплексирования, формирования, обработки и анализа данных регистра, а также осуществляющей информационное сопровождение, в т. ч. удаленное, и поддержку диагностики, курсов лечения больных на всех этапах — от постановки на учет до снятия с учета.

Основные задачи работы.

В диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Определение структурных и функциональных требований к ПРР на основе исследования объектов и процессов ведения популяционного ракового регистра в ЛПУ регионального уровня.

2. Адаптация программной технологии порождающего программирования для синтеза каркаса (база данных, приложение, интерфейс пользователя) [93−94] оперативно модифицируемой, кроссплатформенной ИС, автоматизирующей деятельность ПРР.

3. Создание информационной модели ПРР и модели программной платформы для генерации программного кода ИС ПРР в соответствии с выбранной технологией порождающего программирования. Методы исследования.

При выполнении работы использовались методы информационного моделирования, математической логики, построения концептуальных баз данных (БД), теории программирования, логического программирования. Основные защищаемые положения.

1. Определен перечень функциональных требований ИС для автоматизации деятельности ПРР[89−90].

2. Информационная и структурная модели ПРР, ориентированные на использование инструментальных средствами генерирующего программирования [87−88- 90].

3. Адаптация технологии порождающего программирования под полученную модель ПРР и используемую вычислительную платформу для обеспечения оперативной модификации ИС ПРР [80- 82- 86−87- 94- 105].

4. Прикладная автоматизированная информационная система для онкологической службы региона, реализующая новый подход в области профилактики и лечении злокачественных новообразований [87- 89- 94].

Научная новизна.

1. Изучена предметная область ПРР, получен перечень функциональных требований к ИС, автоматизирующей деятельность ПРР.

2. Впервые представлена информационная модель ИС ПРР в рамках подхода к разработке ИС ПРР на основе генерирующего программирования. Установлены и заданы связи между спецификацией программного обеспечения, заданного в виде UML-диаграммы, и описанием платформы реализации ИС в виде в виде логических правил и шаблонов программного кода. Создана база знаний (модель программно-аппаратной платформы), для которой сгенерирован каркас ИС ПРР.

3. Разработана система логических модулей анализа структуры исходной UML-модели и шаблонов программного кода для программной реализации каркаса ИС в виде интернет-приложения.

Практическая значимость и ценность.

По результатам диссертационной работы создана ИС ПРР, которая в полной мере соответствует предъявляемым требованиям. Она является ядром, аккумулирующим всю информацию о ЗНО для онкологической службы региона и обеспечивающим единое информационное пространство.

Для создания ИС ПРР адаптирована технология разработки информационных систем, на основе порождающего программирования, предложенная в работах [82- 88- 92−94- 96- 105]. Созданы специализированные инструментальные средства для некоторого класса медицинских ИС.

Работы и исследования проведенные в рамках диссертации выполнены в Институте динамики систем и теории управления СО РАН в рамках базового проекта «Интеллектные методы и инструментальные средства создания и анализа интегрированных распределённых информационно-аналитических и вычислительных систем для междисциплинарных исследований с применением ГИС, GRIDи WEBтехнологий» (№ гос. регистрации 01.2.007 8 582), междисциплинарной программы 4.5.2 СО РАН «Разработка научных основ распределённой информационноаналитической системы на основе ГИС и WEB-технологий для междисциплинарных исследований», а также поддержапа РФФИ, гранты № 09−07−12 017;офим, 04−07−90 227-в, 08−07−163-а, 08−07−98 005-рсибирьа, президентской программы «Ведущие научные школы РФ» грант № НШ-1676.2008.1.

Результаты диссертационной работы проходят внедрение в ГУЗ «Областной онкологический диспансер» города Иркутска. Принципы разработки ИС, представленные в диссертации, являются частью учебного курса «Технологии программирования» в Институте математики, экономики и информатики Иркутского государственного университета.

Личный вклад автора.

Все результаты, приведённые в диссертации, получены автором лично или в неделимом соавторстве с Е. А. Черкашиным и Р. К. Федоровым. Автором лично разработаны:

• новый подход в информационном обеспечении процессов в области профилактики и лечения злокачественных новообразований [81- 90−91];

• информационная модель сбора и обработки информации о больных злокачественными новообразованиями [90- 105];

• информационная модель объектов и процессов ИС «Популяционный раковый регистр» [88- 90−91];

• модель описания деятельности популяционного ракового регистра после ввода ИС в эксплуатацию [90];

• способ адаптации инструментальных средств порождающего программирования, базирующегося на MDA (Model Driven Architecture — архитектура, управляемая моделью), для синтеза каркаса ИС «Популяционный раковый регистр» [80- 86−88- 92−94- 105].

Из печатных работ, опубликованных диссертантом в соавторстве, в текст диссертации вошли только те результаты, которые содержат непосредственный творческий вклад автора диссертации на всех этапах — от постановки задач и проектирования до разработки программного обеспечения. В перечисленных публикациях все результаты, связанные с разработкой технологии конвертации данных, алгоритмов обработки ограничений, задаваемых в модели, программной реализации модели ИС «Популяционный раковый регистр», получены автором лично.

Представление работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях по математике и информатике: V Школа-семинар молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии», г. Иркутск, 2004; VII Школа-семинар молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии», г. Иркутск, 2005; MIPRO 2005, XXVIII. International Convention, 2005, Opatija, CroatiaVI Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям, г. Кемерово, 2005; XXXVII Региональная молодежная конференция «Проблемы теоретической и прикладной математики», г. Екатеринбург, 2006; VIII школа-семинар молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии», Республика Бурятия, п. Энхалук, 2006; Международная конференция «Молодежь в науке — 2006», Республика Беларусь, г. Минск, 2006; XII Байкальская Всероссийская конференция «Информационные и математические технологии в науке и управлении», г. Иркутск, 2007; IX Школа-семинар «Математическое моделирование и информационные технологии», г. Иркутск, 2007; IX Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям, г. Кемерово, 2008; X Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям, Монголия, п. Ханх, 2009; Информационные и математические технологии в науки и управлении, г. Иркутск, 2009; Проблемы информатизации региона-2009, г. Красноярск, XI Всероссийская конференция молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям, г. Иркутск 15−21.03.2010, г. Красноярск, 2627.10.2010 и на семинарах ИДСТУ СО РАН, ИВТ СО РАН, ИВМ СО РАН.

Публикации.

Основное содержание диссертации достаточно полно отражено в 16 печатных работах [79−80- 82−90- 92- 94−96- 105], три из которых [82- 94- 105] в журналах, рекомендуемых ВАК, получено свидетельство РОСАПО об официальной регистрации программы для ЭВМ [106].

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 154 стр.

Выводы к главе 4.

Разработанная технология синтеза ИС по формализованному описанию использована для создания медицинской информационной системы «Популяционный раковый регистр». Разработанная технология позволяет оперативно адаптировать ИС к изменяющимся требованиям по ведению ракового регистра, а так же к возможным изменениям программно-аппаратной реализации. Изменения ИС проводятся путем модификации модели и/или способов ее трансформации.

ИС обеспечивает полный цикл регистрации, учета, модификации данных, необходимых для ведения популяционного ракового регистра. Ее использование позволяет значительно автоматизировать документооборот по ведению регистра. В информационной системе предложены механизмы взаимодействия со сторонними программами, обеспечивающими ведение и сопровождение популяционного ракового регистра. Реализованы подсистемы конвертации данных и генерации отчетных форм. Эти подсистемы позволяют: загружать информацию из БД ранее используемых программ, создавать печатные формы первичных документов регистра, формировать ежегодные отчеты. И С является клиент-серверным VEB-pecypcoM с поддержкой кроссплатформенности. Применение? ЕВ-технологий позволяет избегать необходимости установки специализированного программного обеспечения на каждую рабочую станцию, а кроссплатформенность снижает зависимость от политики поставщиков программного обеспечения и обеспечивает достаточно высокий уровень масштабируемости.

Заключение

.

Выполненная диссертационная работа посвящена разработке информационной системы «Популяционный раковый регистр». Создание ИС велось на основе оригинальной технологии генерирующего программирования, базирующегося на формальных знаниях.

В рамках диссертации получены и на защиту выносятся следующие результаты.

1. Функциональные требования для ИС, автоматизирующей деятельность ПРР [89−90].

2. Модель предметной области и информационная модель ИС «Популяционный раковый регистр», задающие структуру и функции ИС, описывающие взаимодействие всех субъектов, работающих с данными регистра. Разработанные модели использованы для синтеза программного кода ИС описания взаимодействия между внешними субъектами [87−88- 90].

3. Адаптация технологии разработки ИС, основанной на методах первопорядковой логики, и информационно-программное обеспечение для синтеза каркаса программного кода ИС ПРР. В рамках адаптации определены принципы организации данных для разработки, а также созданы шаблоны программного кода, что позволило повысить качество и производительность при создании ИС [80- 82- 86−87- 94- 105].

4. Прикладная автоматизированная кроссплатформенная информационная система для онкологической службы региона, интегрирующая ПРР, реализующая новый инфраструктурный подход в организационном обеспечении информационных систем и процессов, в области профилактики и лечения злокачественных новообразований [87- 89- 94]. Использование ИС ПРР позволяет автоматизировать ведение популяционного ракового регистра, повысить эффективность работы онкологической службы.