OLAP-MODELING METHOD OF TERRITORIAL PROGRAMS OF MEDICAL CARE

Abstract

An original method of making territorial programs of free medical care is offered. The information-analytical system, based on the OLAP-models complexes meta-description and analytical management algorithms for indicators calculation, is developed.

Full Text

Ежегодное формирование территориальных про- грамм государственных гарантий оказания населению бесплатной медицинской помощи (ТПГГ) – одна из ключевых задач организации медицинских услуг в системе здравоохранения нашей страны. Расчет пока- зателей территориальных программ основывается на оценивании объективной потребности в медицинской помощи в муниципальных образованиях каждого ре- гиона и определения нужных для этого ресурсов здравоохранения. Необходимость обрабатывать большие объемы статистических данных о демогра- фическом составе и заболеваемости населения, о дея- тельности медицинских учреждений, учитывать дос- тупность медицинской помощи, условия проживания, экологическое состояние территорий и множество других данных, привела к тому, что для решения этих задач все более широко применяется технология опе- ративной аналитической обработки данных OLAP (On-Line Analytical Processing). Однако сложность задачи территориального планирования медицинской помощи порождает необходимость наглядного пред- ставления всего объема аналитических расчетов и последовательности их выполнения. В данной работе описана методика, позволяющая наглядно представлять и реализовывать процесс фор- мирования территориальных программ с помощью управляемого комплекса OLAP-моделей, который представляет собой множество связанных между со- бой OLAP-моделей, каждая из которых решает свою подзадачу. Отличительной чертой предлагаемой ме- тодики является использование интеллектуальных средств для метаописания комплекса OLAP-моделей [1], что дает возможность не только редактировать алгоритм расчета, но и интерактивно управлять про- цессом формирования показателей. Средства метао- писания и интеллектуального управления позволяют автоматизировать как расчетные задачи, так и эври- стические этапы формирования ТПГГ, например, вы- полнять согласование результатов расчета нормати- вов объема медицинской помощи и нормативов фи- нансирования. Основные этапы методики формирования ТПГГ на основе OLAP-моделей. OLAP-инструмент позволяет реализовать расчет нормативов как после- довательное выполнение OLAP-моделей. OLAP-мо- дель – это совокупность набора данных, организован- ных в виде многомерного информационного куба, набора аналитических операций с элементами куба и формы представления результатов [2]. OLAP-модели связаны между собой: результаты выполнения одной модели являются входными данными для расчета другой модели. Таким образом реализуется процесс выполнения сложных аналитических расчетов. Предлагаемая методика формирования территори- альных программ государственных гарантий, осно- ванная на применении интеллектуальных средств OLAP-моделирования, состоит из трех основных эта- пов (рис. 1). На первом этапе выполняется декомпозиция зада- чи и определяется множество OLAP-моделей, позво- ляющих автоматизировать процесс решения каждой подзадачи. Для этих целей используются алгоритмы декомпо- зиции задач, предложенные в работах Ю. В. Вайн- штейн [3]. Затем выполняется построение каждой OLAP-модели с применением программного обеспе- чения, разработанного П. П. Ишениным [4]. На втором этапе строится метаописание ком- плекса моделей (рис. 2). Метаописание позволяет по- высить наглядность процесса формирования ТПГГ, автоматизировать построение комплекса взаимосвя- занных OLAP-моделей, автоматизировать процессы построения цепочек моделей для выполнения расче- тов, обеспечить управление расчетом и многовари- антные расчеты ТПГГ. Разработаны средства метао- писания комплекса OLAP-моделей с применением гибридной модели знаний и средства реализации ло- гического вывода. Сначала при помощи специальных программных средств с использованием автоматически генерируе- мого системного описания строится метаописание каждой модели. Метаописание OLAP-модели содер- жит наименование модели, назначение модели, на- именование витрины данных, поставляющей исход- ные данные для OLAP-модели, и перечень показате- лей – результатов расчета модели. Затем полуавтома- тически, с применением редактора базы знаний, дек- ларируется перечень отношений между моделями. * Работа выполнена при финансовой поддержке гранта ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009−2013 гг., ГК № 02.740.11.0621 от 29 марта 2010 г. 71 Математика, механика, информатика USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10WORK INGREA DER DAT ECO NT EXT : A-0 USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DRA FTCO NT EXT : A-0 USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10RECOM M ENDEDCO NT EXT : A-0 USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10PUBLICAT IONCO NT EXT : A-0 Декомпозиция Построение Интерактивное задачи от ношений между взаимодейст вие Ст атистическ ие моделями пользователя и нормативны е Формирование данны е комплекс а Сист емное OLAP-моделей предс тавление 0р. 1 OLAP-моделей Формирование метаописания множес тва OLAP-моделей База 0р. 2 знаний Применение Нормативы базы знаний объемов и для формирования ст оимос ти ТПГГ и расчета цепочек моделей 0р. 3 Маст ер OLAP-запросов, Редактор Интерпретатор OLAP-машина знаний знаний NO DE: A0T IT LE: Методика формирования ТПГГ на основе интеллектуального OLAP-моделированияNUM BER: NO DE: A0T IT LE: Методика формирования ТПГГ на основе интеллектуального OLAP-моделирования Рис. 1. Основные этапы методики формирования ТПГГ USE D AT :AUT HOR: Ноженков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10WORK INGREA DER DAT ECONT EXT : A0 USE D AT :AUT HOR: Ноженков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DRA FTCONT EXT : A0 USE D AT :AUT HOR: Ноженков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10RECOM M ENDEDCONT EXT : A0 USE D AT :AUT HOR: Ноженков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 29.08.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10PUB LICAT IONCONT EXT : A0 Сист емное Интерактивное управление вз аимодейс твие Сист емное пользователя предс тавление Построение OLAP-моделей метаописания каждой OLAP-модели 0р. 1 Описание отношений между моделями Отношения Метаопис ания в базе 0р. 2 в базе знаний знаний База знаний: Формирование метаописание Эврист ичес кие критерии ус ловий комплекс а моделей применения моделей 0р. 3 Средс тва формирования Ст рукт урный редакт ор метаописания базы знаний NODE: A2T IT LE: Формирование метаописания множества OLAP-моделейNUM BE R: NODE: A2T IT LE: Формирование метаописания множества OLAP-моделей Рис. 2. Построение базы знаний для метаописания комплекса OLAP-моделей 72 Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 04.09.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10WORK INGREA DER DAT ECO NT EXT : A0 USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 04.09.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10DRA FTCO NT EXT : A0 USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 04.09.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10RECOM M ENDEDCO NT EXT : A0 USE D AT :AUT HOR: Ножен ков DAT E: 29.08.2007 PRO JE CT : ТПГГ REV : 04.09.2007 NO T ES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10PUB LICAT IONCO NT EXT : A0 Интерактивное взаимодействие пользователя База знаний: метаописания комплекс ов моделей Генерация Последовательность цепочек OLAP-моделей моделей 0р. 1 Генерация Ск рипт Системное предс тавление ск рипта OLAP-моделей цепочек Нормативы моделей объемов и 0р. 2 Расчет стоимос ти ТПГГ показателей ТПГГ 0р. 3 Интерпретатор Генератор и OLAP-машина редактор ск рипта NO DE: A3T IT LE: Применение базы знаний для формирования и расчета цепочек моделейNUM BE R: NO DE: A3T IT LE: Применение базы знаний для формирования и расчета цепочек моделей Рис. 3. Применение базы знаний для формирования и расчета ТПГГ Рассматриваются два типа отношений: информа- ционная зависимость моделей и альтернативность – взаимная независимость моделей. Затем в форме пра- вил описываются эвристические критерии, условия применения или изменения моделей, условия выбора моделей, а также может быть описан в явном виде порядок расчета нескольких OLAP-моделей – так на- зываемая цепочка моделей. Третий этап методики формирования ТПГГ пред- ставляет собой процесс генерации цепочек OLAP- моделей, позволяющих рассчитать показатели объе- мов медицинской помощи и нормативы требуемого финансирования, а также выполнить согласование этих показателей. Генерация цепочек OLAP-моделей для расчета ТПГГ выполняется на основе их метаописания как процедура логического вывода на гибридной базе знаний. Процедура вывода представляет собой инте- рактивный процесс, позволяющий выполнять много- вариантный расчет территориальной программы го- сударственных гарантий в целом либо отдельных ее фрагментов. Модель представления знаний и алго- ритмы вывода описаны в [5]. Рассмотрим процесс формирования и расчета ТПГГ на основе использования представленного в базе знаний метаописания OLAP-моделей (рис. 3). Управление процессом расчета осуществляется на основе применения правил выбора OLAP-моделей, а также с учетом действий пользователя. Пользователь может интерактивно изменить или заменить любую OLAP-модель, вследствие чего изменяется ее систем- ное представление. Также пользователь может изме- нить условия применения модели, изменив метаопи- сание в базе знаний. Процедура логического вывода, выполняющая построение ТПГГ, учитывает оба вари- анта. При этом автоматически исследуются возмож- ные изменения расчета и строятся новые цепочки мо- делей для расчета показателей. Кроме того, продукци- онные правила позволяют не только указывать условия применения моделей, но и в явном виде задавать в базе знаний такие важные элементы формирования ТПГГ, как критерии согласованности показателей. Информационно-аналитическая система «ТПГГ». Информационно-аналитическая система «ТПГГ» предназначена для автоматизация всего про- цесса формирования территориальной программы государственных гарантий оказания бесплатной ме- дицинской помощи [6; 7]. Функциональные задачи системы следующие: – автоматизация сбора статистических данных о заболеваемости и демографическом составе населе- ния, о деятельности медицинских учреждений по ви- дам медицинской помощи, а также дополнительных данных об условиях проживания населения, доступ- ности медицинской помощи, экологическом состоя- нии территорий, об условиях труда и др.; 73 Математика, механика, информатика – поддержка формирования OLAP-моделей для анализа состояния заболеваемости населения с учетом половозрастного состава, анализа деятельности учре- ждений здравоохранения, учета условий проживания и экологического состояния территорий; для расчета нормативов объемов требуемой медицинской помощи с учетом результатов анализа фактических показате- лей, нормативов РФ; для расчета нормативов финан- сирования с учетом территориальных особенностей и нормативов РФ; – автоматизация построения и выполнения цепо- чек OLAP-моделей для формирования показателей ТПГГ, представляющих объемы потребностей в ме- дицинской помощи в зависимости от заболеваемости, половозрастного состава населения, проживающего на разных территориях края, от условий проживания и доступности медицинской помощи. Соответственно рассчитываются потребности финансирования терри- ториальных образований и отдельных медицинских учреждений в разных видах медицинской помощи. Область применения системы – решение задач планирования медицинской помощи на основе техно- логии OLAP. Круг пользователей – специалисты ор- ганов регионального управления здравоохранением и обязательным медицинским страхованием, специали- сты медицинских информационно-аналитических центров. Предложенная методика, разработанное методиче- ское, алгоритмическое и программное обеспечение позволяют осуществлять обоснованное планирование медицинской помощи, основываясь на показателях состояния здоровья населения, условиях проживания и деятельности медицинских учреждений региона. Автоматизированы все основные этапы формиро- вания территориальных программ. На предваритель- ном этапе средствами системы «ТПГГ» осуществля- ется сбор необходимых статистических данных о за- болеваемости населения, фактических объемах меди- цинской помощи и финансовых затратах на ее оказа- ние. Затем на основе создания OLAP-моделей выпол- няется анализ состояния здоровья и деятельности уч- реждений здравоохранения с учетом условий прожи- вания и экологического состояния территорий. Ана- лизируется структура заболеваемости, а также объе- мы фактически оказанной медицинской помощи. За- тем выполняется метаописание моделей и связей ме- жду ними и на основе построенного управляемого комплекса моделей система осуществляет формиро- вание показателей ТПГГ, представляющих объемы потребностей в медицинской помощи в зависимости от заболеваемости, половозрастного состава населе- ния, проживающего в разных территориях региона, от условий проживания и доступности медицинской по- мощи. Соответственно рассчитываются потребности финансирования территориальных образований и от- дельных медицинских учреждений для разных видов медицинской помощи. Согласование и балансировка показателей объе- мов и финансирования медицинской помощи выпол- няется с применением эвристических и эмпирических критериев и различных методов согласования расчет- ных и требуемых значений показателей. Различные методы балансировки могут применяться с разными приоритетами, что обеспечивает возможность их ис- пользования в разных сочетаниях и в разной последо- вательности. Соответственно обеспечивается многовариантный расчет территориальных программ (рис. 4–6). Рас- смотрим, например, плановые нормативы объемов медицинской помощи, оказываемой круглосуточными стационарами по профилям (см. рис. 4). Полученная кросс-таблица дает наглядное плоское представление многомерного куба. Путем простей- ших манипуляций мыши – drag-and-drop – пользова- тель может выполнять различные операции: менять «точку зрения», вращая куб (меняя положение строк и столбцов в таблице), выбирать срезы, фильтры и спо- собы агрегации. Исследование структуры госпитализации населе- ния (по профилям отделений) и структуры посещений к врачам (по специальностям) в половозрастных группах позволяет учитывать территориальные осо- бенности потребления медицинской помощи и ис- пользовать эти особенности при планировании. Пред- ложенная методика расчета объемных показателей медицинской помощи и финансовых средств позволя- ет определить дифференцированные показатели для территорий региона. Разработанные методические и программные средства обеспечивают также формирование плано- вых показателей объемов и финансирования других видов медицинской помощи. Изменение регионального норматива числа посе- щений на 1 000 человек населения по специальностям врачей и числа госпитализаций на 1 000 человек насе- ления по профилям отделений позволяет быстро мо- делировать объемные показателей медицинской по- мощи, финансовых средств, а также расчетную мо- дель сети медицинских учреждений на территориаль- ном и региональном уровнях. Использование в моделях прогнозируемой чис- ленности населения позволяет планировать объемы медицинской помощи не только на предстоящий год, но и на среднесрочную (3–5 лет) и долгосрочную (бо- лее 5 лет) перспективу. В общей сложности комплекс для расчета ТПГГ содержит более 40 OLAP-моделей. Для расчета ис- пользуются нормативные данные и статистические данные за прошлые годы. Результатом является свод- ный расчет объема и стоимости территориальной про- граммы государственных гарантий оказания населе- нию бесплатной медицинской помощи, обеспечивает- ся достижение баланса между сводным объемом ус- луг и предусмотренным бюджетом объемом финан- сирования. Предложенная методика позволяет осуществлять обоснованное планирование медицинской помощи, основываясь на показателях состояния здоровья насе- ления, условиях проживания и деятельности меди- цинских учреждений региона. 74 Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева Рис. 4. Плановые нормативы объемов медицинской помощи по круглосуточным стационарам Рис. 5. Сводный расчет объемов медицинской помощи по круглосуточным стационарам 75 Математика, механика, информатика Рис. 6. Результаты сводного расчета показателей стоимости ТПГГ по круглосуточным стационарам