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-26 148 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 медицинеТула, 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.

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.