JgeceTNuMA

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

__________________________________________

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

___________________________________________

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ МЕДИЦИНСКИХ СПЕЦИАЛИСТОВ

Методические указания к выполнению междисциплинарного курсового проекта

по программе подготовки магистров «Информационные системы и технологии в лечебных учреждениях»

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2015

УДК 621-71(075)

Разработка системы поддержки принятия решений медицинских специалистов: метод. указания к выполнению междисциплинарного курсового проекта / сост.: К. Н. Болсунов, Е. В. Садыкова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ

«ЛЭТИ», 2015. 48 с.

Содержат общие сведения и задания для выполнения междисциплинарного курсового проекта по программе подготовки магистров «Информационные системы и технологии в лечебных учреждениях».

Предназначены для студентов магистратуры по направлению 12.04.04 «Биотехнические системы и технологии».

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015

Введение

Разработка междисциплинарного курсового проекта (МДП) является одним из важнейших завершающих этапов реализации основной образовательной программы подготовки магистров по направлению 12.04.04 (201000) «Биотехнические системы и технологии», предшествующих итоговой государственной аттестации. Данные методические указания призваны помочь студентам в вопросах выбора темы, выполнения и оформления всех разделов и структурных частей МДП, подготовки к защите и самой процедуры его защиты. В ходе выполнения студентами самостоятельной контролируемой работы, результатами которой и является грамотно оформленный МДП, они должны продемонстрировать умения, приобретенные в процессе обучения: систематизировать и структурировать теоретические положения выбранной темы; продемонстрировать связи между различными дисциплинами; показать навыки анализа и разработки конкретных профессиональных проектов медицинских информационных систем. Данный вид аттестационной работы представляет собой самостоятельную учебно-исследовательскую разработку и предполагает углубленное изучение студентами отдельных проблем профессиональной деятельности. МДП обеспечивает закрепление полученных знаний, умений и навыков и направлен на развитие профессиональных компетенций студентов.

В соответствии с основной образовательной программой (ООП) подготовки магистров «Информационные системы и технологии в лечебных учреждениях», разработанной и реализуемой в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете на базе Федеральных государственных образовательных стандартов подготовки магистров по направлению 201000 «Биотехнические системы и технологии», курсовой проект участвует в формировании следующих общекультурных и профессиональных (в том числе и профессионально-профильных) компетенций:

-способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

-способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);

-готовность к активному общению с коллегами в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности (ОК-6);

3

-способность адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

-способность использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);

-способность демонстрировать навыки работы в научном коллективе, порождать новые идеи (креативность) (ПК-2);

-способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

-способность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ПК-4);

-способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов в соответствии с целями магистерской программы

(ПК-5);

-готовность оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-6);

-способность анализировать состояние научно-технической проблемы посредством подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников в сфере биотехнических систем и технологий (ПК-7);

-готовность определять цели, осуществлять постановку задачи проектирования, подготавливать технические задания на выполнение проектных работ в сфере биотехнических систем и технологий (ПК-8);

-способность проектировать устройства, приборы, системы и комплексы биомедицинского и экологического назначения с учетом заданных требований (ПК-9);

-способность разрабатывать проектно-конструкторскую документацию

всоответствии с методическими и нормативными требованиями (ПК-10);

-способность анализировать современное состояние проблем в предметной области биотехнических систем и технологий (включая биомедицинские и экологические задачи), ставить цели и задачи научных исследований

(ПК-16);

-способность выбирать оптимальные методы и методики изучения свойств биологических объектов и формировать программы исследований

(ПК-17);

-способность организовывать и проводить медико-биологические, эргономические и экологические исследования (ПК-18);

4

-способность ставить задачи исследования, выбирать методы экспериментальной работы, интерпретировать и представлять результаты научных исследований (ПК-19);

-готовность оформлять научно-технические отчеты, готовить публикации и заявки на изобретения (ПК-20);

-способность анализировать, критически оценивать и интегрировать опыт медицинских специалистов при внедрении новых информационных технологий в учреждениях здравоохранения (ППК-1);

-готовность разрабатывать средства информационной поддержки диагностического и лечебного процессов, структурные элементы баз данных, экспертных и мониторных систем (ППК-3);

-готовность применять навыки сопровождения медицинских баз данных, экспертных, мониторных и других видов информационных систем

(ППК-4).

Настоящие методические указания определяют цели, основную тематику, объем, структуру, содержание междисциплинарного проекта, требования к нему, порядок выполнения, оформления и защиты. Они составлены исходя из типовых требований к междисциплинарным курсовым проектам и задач повышения качества подготовки магистров по направлению подготовки «Биотехнические системы и технологии».

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Всоответствии с учебным планом выполнения ООП подготовки магистров в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» междисциплинарный проект реализуется в третьем семестре обучения и имеет объем, равный трем зачетным единицам трудоемкости (кредитам), что соответствует 108 ч самостоятельной работы студента.

Сточки зрения реализации учебного процесса, обобщенной целью междисциплинарного проектирования является систематизация, закрепление

ирасширение теоретических и практических знаний студентов и применение этих знаний при решении конкретных научных и технических задач, связанных с разработкой и эксплуатацией медицинских информационных систем.

Спозиции же разработчика МДП основной его целью следует считать

5

разработку элементов уровней обеспечения (информационного, методического, программно-алгоритмического, метрологического и аппаратного) биотехнической системы, направленной на поддержку принятия врачебных решений в конкретной предметной сфере медикобиологической практики.

В соответствии с принятой в медико-технической сфере терминологией существуют следующие определения уровней обеспечения:

-аппаратное (инструментальное) − комплекс технических средств, предназначенных для обеспечения работы аппаратно-программного комплекса;

-информационное − обеспечение информационно-справочными данными, обзорной и аналитической информацией;

-методическое − документация, в которой содержатся состав, правила отбора и эксплуатации комплексов, последовательность операций, реализующих типовые процедуры контроля и испытаний, инструкции по работе с оборудованием;

-программно-алгоритмическое − алгоритмы и программные средства, необходимые для выполнения проводимых измерений;

-метрологическое − утверждение и применение метрологических норм, правил и методик выполнения измерений (МВИ), а также разработка, изготовление и применение технических средств обеспечения единства и требуемой точности измерений.

В рамках МДП по магистерской программе «Информационные системы

итехнологии в лечебных учреждениях» предполагается преимущественная разработка информационного, методического и/или программноалгоритмического уровней обеспечения, что не освобождает разработчика от необходимости рассмотрения вопросов и других видов обеспечения, поскольку они все тесно связаны между собой для достижения конечной цели.

Поскольку МДП имеет небольшую трудоемкость, то в результате разработки не требуется создание конечного варианта системы поддержки принятия решений врача (или даже ее прототипа). Однако все разработанные элементы должны иметь законченный вид и быть тесно увязаны между собой в рамках разрабатываемой медицинской информационной системы, имеющей ограничения по своим функциональным возможностям.

Задачами проекта являются:

6

∙Формирование способности проводить обзор и обоснование выбора путей решения поставленной задачи на основе знаний, полученных в смежных областях науки и техники.

∙Формирование способности применять знания, умения и навыки, полученные в смежных дисциплинах, для анализа (синтеза) предложенных решений.

Работа над проектом способствует проявлению у студентов самостоятельности, творческих способностей, инициативы и управленческих навыков при решении научных и практических задач. При выполнении проекта (работы) следует использовать материал, освоенный на этапе бакалаврской подготовки; собранный в период технологической практики и выполнения научно-исследовательской работы студентов в предыдущих семестрах обучения: специальную техническую литературу (учебники, монографии, справочники), периодические издания (научно-технические журналы, сборники экспресс-информации, сборники НИР и ОКР), нормативную техническую литературу (руководящие технологические материалы, стандарты и т. п.); а также материал, освоенный при изучении следующих специальных дисциплин учебного плана:

∙Программные средства создания медицинских информационных систем.

∙Автоматизация биомедицинских и экологических исследований.

∙Методы компьютерной обработки и анализа медико-биологических и экологических данных.

∙Программные комплексы медицинских информационных систем.

∙Современные проблемы биомедицинской и экологической инженерии.

2.ТЕМАТИКА РАБОТ И ЗАДАНИЕ НА МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ

ПРОЕКТ

Междисциплинарный курсовой проект является самостоятельной, творческой работой студента, выполняемой под руководством преподавателя, назначаемого распоряжением заведующего кафедрой биотехнических систем.

Обобщенная тематика МДП указана в учебном плане подготовки магистров по программе «Информационные системы и технологии в лечебных учреждениях» и отражает суть профильной подготовки, по которой

7

реализуется учебный процесс.

Конкретная тема МДП формулируется студентом самостоятельно (по согласованию с руководителем). Она должна представлять собой современную научно-техническую задачу и определяться целями и задачами подготовки магистров по соответствующей магистерской программе.

Ниже приведены возможные варианты тем МДП:

1.Разработка системы поддержки принятия решений ортопеда при протезировании нижних конечностей инвалида.

2.Разработка системы поддержки принятия решений ортопеда при протезировании верхних конечностей инвалида.

3.Разработка системы поддержки принятия решений ортопеда при реабилитации нарушений позвоночника.

4.Разработка системы поддержки принятия решений кардиолога при диагностике аритмий сердца.

5.Разработка системы поддержки принятия решений кардиолога при реабилитации аневризмов артерий.

6.Разработка системы поддержки принятия решений кардиолога при проведении баллонной дилатации сосудов.

7.Разработка системы поддержки принятия решений офтальмолога при реабилитации пациента по глаукоме.

8.Разработка системы поддержки принятия решений офтальмолога при ретинальной дистрофии.

9.Разработка системы поддержки принятия решений офтальмолога при рефракционной реабилитации пациента.

10.Разработка системы реабилитации ЛОР-врача при реабилитации пациента по слуху.

11.Разработка системы поддержки принятия решений врача при проведения реовазографических исследований.

12.Разработка системы поддержки принятия решений врача при проведения реоэнцефалографических исследований.

13.Разработка системы поддержки принятия решений врачаофтальмолога при изучении характеристик бинокулярного восприятия.

14.Разработка системы поддержки принятия решений врача при реализации фотоплетизмографических исследований.

15.Разработка системы поддержки принятия решений врача при оценке параметров периферического кровообращения.

8

16.Разработка системы поддержки принятия решений медицинского специалиста при диагностике нарушений функции внешнего дыхания.

17.Разработка системы поддержки принятия решений медицинского специалиста при пульсоксиметрических исследованиях.

Каждому обучающемуся выдается индивидуальное задание на выполнение проекта. Техническое задание формируется с учетом использования магистрантом знаний не менее двух смежных дисциплин, указанных ранее. Если тема проекта является частью некоторой общей тематики, это отмечается в соответствующих пунктах технического задания.

3.ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ МЕДИЦИНСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

3.1. Задачи и основные этапы построения СППР медицинских специалистов

Проектирование СППР существенно отличается от разработки обычного программного продукта. Использование методологии, принятой в традиционном программировании, чрезмерно затягивает процесс создания систем.

В ходе работ по созданию СППР сложилась определенная технология их разработки, включающая 6 следующих этапов: идентификация, концептуализация, формализация, выполнение, тестирование, опытная эксплуатация.

На этапе идентификации определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, ресурсы, эксперты и категории пользователей.

На этапе концептуализации проводится содержательный анализ проблемной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач. Все знания, которые следует описать на этом этапе, будут определены в концептуальной модели функционального состояния здоровья человека или в модели каких-либо патологий.

На этапе формализации определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний.

На этапе выполнения осуществляется наполнение экспертом базы знаний системы. Процесс приобретения знаний разделяют на получение знаний от эксперта, организацию знаний и представление знаний.

9

На этапе тестирования эксперт и инженер по знаниям в интерактивном режиме, используя диалоговые и объяснительные средства, проверяют компетентность системы, основанной на знаниях. Процесс тестирования продолжается до тех пор, пока эксперт не решит, что система достигла требуемого уровня компетентности.

На этапе опытной эксплуатации проверяется пригодность СППР для конечных пользователей. По результатам этого этапа может потребоваться существенная модификация системы.

Процесс создания СППР не сводится к строгой последовательности перечисленных этапов. В ходе разработки приходится неоднократно возвращаться на более ранние этапы и пересматривать принятые там решения.

Разрабатывая СППР, необходимо решить следующие задачи:

1.Провести анализ состояния проблемы и выявить особенности применения СППР медицинских специалистов.

2.Предложить способы представления медицинских данных и знаний, необходимых для структурированного анализа данных о заболеваниях и построения СППР по управлению постановкой дифференциального диагноза пациента.

3.Разработать концептуальную модель оценки функционального состояния организма пациента для дифференциальной диагностики.

4.Построить математическую модель диагностики заболеваний.

5.Разработать структуру СППР.

6.Создать базы данных и разработать базу знаний, необходимые для управления постановкой дифференциального диагноза пациента.

7.Разработать программный комплекс СППР и провести экспериментальную апробацию системы в стационаре.

Решая задачу построения математической модели диагностики заболевания, необходимо разработать концептуальную модель оценки функционального состояния организма пациента для дифференциальной диагностики. Правильное решение этих задач будет определять эффективность применения разработанной СППР врача.

3.2. Требования к концептуальным моделям состояния здоровья человека, используемым для разработки СППР

Концептуальная модель – модель предметной области, состоящей из перечня взаимосвязанных понятий, используемых для описания этой области,

10