Универсальная модель данных по методам медико-биологических исследований и информационно-справочные системы на ее основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.09, кандидат технических наук Киселев, Сергей Юрьевич

• Киселев, Сергей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Киселев, Сергей Юрьевич

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1.МЕТОДЫ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ. МЕТОДОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ БАЗ ДАННЫХ.

1.1.Методы медико-биологических исследований.

1.2.Необходимость создания универсальной базы данных по методам медико-биологических исследований и основные требования к ней.

1.3.Жизненный цикл программного обеспечения. 21 Структурный системный анализ.

1 . 4 . Методологии разработки баз данных.

1.4.1.Методология диаграмм потоков данных.

1. 4 . 2 .Методология БАБТ.

1.4.3.Методология диаграмм сущность-связь.

1.5.Недостатки традиционных подходов к разработке баз данных.

1. 6 . Постановка задач исследования.

2.ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ БАЗ ДАННЫХ

ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНЫХ СИСТЕМ.

2.1.Класс баз данных для информационно-справочных 4 8 систем.

2.2.Выбор из существующих методологий разработки 50 баз данных.

2.3.Универсальная модель данных по методам медико-биологических исследований и структура информационно-справочных систем на ее основе.

2.4.Технология разработки баз данных по методам медико-биологических исследований.

2.5.Методология описания предметной области.

2.6.Взаимосвязь методологий - этапов технологии разработки.

Выводы.

3.РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ

ПО МЕТОДАМ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1.Выбор программного средства автоматизации разработки.

3.2.Модель предметной области.

3 . 3 . Функциональное моделирование.

3 . 4 . Моделирование данных.

Выводы.

4.ФИЗИЧЕСКАЯ'РЕАЛИЗАЦИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ БАЗЫ ДАННЫХ ПО МЕТОДАМ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНЫХ СИСТЕМ НА ЕЕ ОСНОВЕ.

4 .1. Физическая модель данных.

4 . 2 . Описание физической базы данных.

4.3.Информационно-справочные системы на базе разработанной универсальной базы данных по методам медико-биологических исследований.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Универсальная модель данных по методам медико-биологических исследований и информационно-справочные системы на ее основе»

Актуальность проблемы. Медико-биологические исследования играют важнейшую роль в современной медицине, биологии и экологии, позволяя получать достоверную и полную информацию о биологических объектах. Однако процесс исследования этих объектов осложняется в виду их особых свойств, заставляющих тщательно подбирать экспериментальные группы, проводить комплексные исследования, уделять большое внимание интерпретации результатов и т. п. Дополнительные сложности вносятся разнообразием физических и физико-химических проявлений жизнедеятельности, приемов проведения исследований даже на одной и той же группе, технических средств, которые практически с одинаковым успехом могут быть применены при решении той или иной исследовательской задачи. Последнее обстоятельство особенно важно, так как большинство методов исследований являются инструментальными.

Практически реализация конкретного метода исследования биологических объектов, рассчитываемого обычно на изучение определенного проявления их жизнедеятельности, осуществляется в соответствии с более детальным описанием последовательности приемов выполнения исследования - методикой, в которой предусматриваются все возможные обстоятельства (факторы), решающим образом определяющие качество исследования.

Анализ направлений совершенствования известных методов исследования биообъектов (а, кроме них, разрабатываются новые методы, основанные на достижениях биологических наук и технических усовершенствований) показывает, что расширяется сфера применения этих методов и количество методик исследования, растет парк технических средств, увеличивается список исследуемых объектов. Сегодня специалисты самого разного профиля, связанные с проведением медико-биологических исследований, вынуждены пользоваться всей информацией по методам исследований, но использующие эту информацию в собственных, отличающихся от других интересах. Разобраться во всем этом разнообразии необычайно сложно не только молодому специалисту (будь то медицинский специалист, технический работник по эксплуатации медицинской техники, менеджер и т.п.), но и исследователю, имеющему большой опыт практической работы.

Для упрощения работы исследователя в различных областях медицины, биологии и экологии все чаще стали появляться специализированные информационно-справочные системы (ИСС) , в которых делается попытка "разложить" всю информацию, необходимую для организации исследования, в некоторую систему - базу данных (БД) . Однако большинство разрабатываемых ИСС имеют узкую специализацию. Они не рассчитаны на расширение используемой базы данных (так называемый реинжениринг) , ее интеграцию с другими ИСС, не могут полноценно функционировать в локальных вычислительных сетях. Они представляют собой обособленные, закрытые программные продукты, не отвечающие современным требованиям к программному обеспечению исследований.

Для преодоления вышеуказанных недостатков и выхода на качественно новый уровень в разработке ИСС подобного класса, необходимо создание универсальной модели данных по методам МБИ и связанным с ними аспектам, которая могла бы служить основой для создания разнообразных ИСС, АРМ'ов и БД и перевода существующих систем на новый уровень, рассчитанный на современные серверные СУБД.

Целью работы являются разработка универсальной модели данных по методам медико-биологических исследований и создание на ее основе прикладных информационно-справочных систем и автоматизированных рабочих мест специалистов разного профиля, связанных с проведением исследований в медицине, биологии и экологии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- провести анализ состояния и областей применения информационно-справочных систем, включающих данные по методам медико-биологических исследований;

- разработать концептуальную модель универсальной базы данных по методам МБИ;

- создать технологию проектирования баз данных многопользовательских информационно-справочных систем по методам МБИ;

- разработать физическую модель базы данных по методам медико-биологических исследований;

- разработать варианты информационно-справочных систем по физиологическим и аналитическим методам МБИ, ядром которых являлась бы разработанная физическая модель данных .

Методы исследований. Исследования базировались на структурном системном анализе, методологии концептуального (логического) моделирования, теории множеств, теории формальных языков и грамматик, технологиях разработки информационных систем. При разработке экспериментальных ИСС использовались данные по методам функциональных и аналитических исследований, техническим средствам, расходным материалам, приемам исследований и видам биообъектов и другие данные, предоставленные СПб ГМУ им. И.П. Павлова или взятые из специальной медико-технической литературы.

Научная новизна. В процессе выполнения исследований в рамках диссертационной работы были получены следующие научные результаты:

- предложена универсальная концептуальная модель данных для информационно-справочных систем, в частности, по методам МБИ, которая может служить платформой для создания разнообразных БД, легко конвертируется в физическую БД для любой СУБД и модифицируется;

- разработана специализированная технология разработки БД этого типа, дающая возможность связать отдельные методологии разработки БД в единую взаимосвязанную цепочку, значительно сократить сроки разработки, при необходимости осуществить быстрое и с наименьшими затратами перепроектирование существующей системы (реинжениринг);

- разработана методология формального описания рассматриваемой предметной области, что позволило формально описать имеющиеся неформальные знания, выделить объекты предметной области, которые должны быть реализованы в разрабатываемой БД и в самом начале этапа анализа заложить фундамент для дальнейшей разработки; предложены специализированные расширения методологии функционального моделирования, позволившие разделить потоки данных и запросов, а также преодолеть недостатки методологии для разработки БД ИСС рассматриваемого класса ;

Практическую ценность работы составляют: - универсальная концептуальная и физическая модели данных по методам медико-биологических исследований, которые могут служить основой для разнообразных БД, а также могли бы стать корпоративным стандартом на структуру подобных хранилищ данных;

- специализированная технология разработки БД для информационно-справочных систем, учитывающая специфику предметной области и позволяющая в короткие сроки создавать БД и, при необходимости, осуществлять их реинжениринг (перепроектирование);

- ИСС по методам функциональных и аналитических исследований (ДА), в основу которых положена разработанная БД, которые пригодны как для практической работы врача (исследователя) , так и для учебной работы при подготовке и переподготовке специалистов, связанных с применением методов МБИ или участвующих в их использовании.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: вторая международная научная конференция "Ноология. Экология. Здоровье. Гуманизм", СПб, 1998, первая Научная сессия аспирантов ГУАП, ГУАП, СПб, 1998, четвертая Санкт-Петербургская международная конференция "Региональная информатика - 98", СПб, 1998, вторая Научная сессия аспирантов ГУАП, ГУАП, СПб, 1999.

Публикации. По теме диссертации опубликована одна монография и 3 печатные работы.

Структура диссертации. В первой главе проведен обзор основных методологий разработки БД, приводятся сведения по методам МБИ, а также обосновывается необходимость создания универсальной БД по методам МБИ. С учетом специфики решаемой задачи описываются недостатки традиционных подходов к разработке БД и формулируются задачи исследования.

Во второй главе описывается класс БД ИСС, рассматривается логическая структура многопользовательской ИСС по методам МБИ, производится выбор из существующих методологий разработки БД подходящих для решения поставленных задач. Описываются созданные технология разработки БД ИСС и методология формального описания предметной области, специализированные расширения функциональной модели.

В третьей главе описывается разработки универсальной модели данных по методам МБИ, производится выбор программного средства автоматизации разработки.

Четвертая глава посвящена реализации универсальной БД по методам МБИ и ИСС не ее основе. Описывается создание физической модели данных, выбор платформы СУБД и реализация не ней БД, создание ИСС.

Основные положения, выносимые на защиту.

При разработке БД по методам МБИ необходимо использовать созданную технологию разработки БД ИСС, основанную на взаимосвязанных методологиях формального описания предметной области, функционального моделирования, концептуального и физического моделирования данных. Данная технология учитывает специфику предметной области и позволяет в короткие сроки создавать БД и, при необходимости, осуществлять их реинжениринг (перепроектирование).

БД по методам МБИ целесообразно создавать на основе разработанной универсальной модели данных, которая может служить основой для разнообразных БД.

Заключение диссертации по теме «Управление в биологических и медицинских системах (включая применения вычислительной техники)», Киселев, Сергей Юрьевич

Выводы

1.На базе разработанной в главе 3 концептуальной модели данных по методам МБИ получена физическая модель данных, представляющая собой полное описание физической структуры абстрактной БД по методам МБИ.

2.Произведен выбор платформы СУБД для реализации разработанной универсальной БД по методам МБИ. В качестве сервера БД был выбран Microsoft SQL Server 7.0.

3.На базе разработанной физической модели данных реализована БД для выбранной платформы СУБД. Полученная БД представляет собой ядро ИСС по методам МБИ. При необходимости, она может быть легко перепроектирована с учетом особенностей разрабатываемой ИСС.

4.Разработанная БД может быть использована для интеграции данных по методам МБИ, в том числе и интеграции уже созданных БД, функционирует на современной серверной СУБД, поддерживает многопользовательский режим и может функционировать в ЛВС.

5.Разработана ИСС «Информклиник-Аналит» по методам аналитических исследований (ЛА), предназначенная для организации работы специалистов по лабораторной диагностике. При разработке ИСС, универсальная БД по методам МБИ показала свою работоспособность. БД была насыщена данными, используемыми в ИСС «Информклиник», причем, все данные были размещены в БД без изменения и/или доработки ее структуры, что демонстрирует ее универсальность и пригодность для интеграции данных из различных ИСС и БД по методам МБИ.

6.Разработана ИСС «Информклиник-Физио» по методам пассивных физиологических исследований. В БД разработанной системы размещена информация по данной группе методов, причем, все данные были размещены в БД без изменения и/или доработки ее структуры, что также свидетельствует о ее универсальности и пригодности для использования в различных ИСС и БД по методам МБИ.

7. На основе разработанной ИСС "Информклиник-Физио" по методам пассивных физиологических исследований разработана учебная ИСС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными результатами выполненной работы являются:

1. Создана специализированная технология разработки баз данных ИСС, позволяющая представить процесс создания БД в виде взаимосвязанной цепочки методологий, в которой каждый последующий этап является развитием и логическим продолжением предыдущего этапа и базируется на нем, начиная от описания предметной области и заканчивая разработкой физической реализации БД. При этом в максимальной степени использованы существующие методологии, дополненные специализированными расширениями, которые позволяют более адекватно отобразить диаграммы потоков данных, и новой методологией формального описания предметной области .

2. Создана методология формального описания предметной области, позволяющая на начальном этапе разработки описать имеющиеся неформальные знания и выделить информационные объекты, которые должны быть реализованы в БД.

3. Разработана универсальная концептуальная модель данных по методам МБИ, легко конвертирующаяся в физическую БД и, в то же время, не зависящая от последующей физической реализации БД. Модель может легко модифицироваться в соответствии со спецификой решаемой задачи. Данная модель данных может являться корпоративным стандартом на структуру подобных хранилищ данных.

4 . Разработана универсальная база данных по методам МБИ, которая может служить основой для разнообразных ИСС и автоматизированных рабочих мест.

- 156

5. Разработаны ИСС по методам МБИ: ИСС по методам аналитических исследований (лабораторного анализа), ИСС по методам функциональных исследований (пассивных), а также учебная ИСС по методам функциональных исследований, базой которых является разработанная универсальная БД по методам МБИ.

6. Проведена экспериментальная апробация созданных информационно-справочных систем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Киселев, Сергей Юрьевич, 2000 год

1. Артемов Д.В., Погульский Г.В., Альперович М.М. Microsoft SQL Server 7.0 для профессионалов: установка, управление, эксплуатация, оптимизация.- СПб.: Русская редакция, 1999. 576 с.

2. Архангельсктй А.Я. Интегрированная среда разработки Delphi. От версии 1 до версии 5. СПб.: Крона принт, 1999. - 256 с.

3. Богословская Н.В. Механизмы абстракции в моделях программных систем//Вторая научная сессия аспирантов ГУАП: Сб. докл. СПб.: СПбГУАП, 1998. - 420 с.- С.46-47.

4. Богословская Н.В., Бржезовский А.В., Жаков В.И., Фильчаков В.В. Системы автоматизации разработки программного обеспечения. Учебное пособие. ч1, ч2.- СПб.: Высшее училище электроники противовоздушной обороны, 1997. 55 с. - 75 с.

5. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование информационной базы автоматизированной системы на основе СУБД. М.: Финансы и статистика, 1982.- 174 с.

6. Боэм Б. Инженерное проектирование программного обеспечения. М.: Радио и связь, 1985.

7. Бржезовский А.В., Жаков В.И., Путилов В.А., Фильчаков В.В. Синтез моделей вычислительного эксперимента.- СПб.: Наука, 1992. 231 с.

8. Вендров А.М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем.- М.: Финансы и статистика, 1998. 176 с.

9. Габус Дж., Паскузи Д., Чанг Э. Administering SQL

10. Server 7.0. Сертификационный экзамен. СПб.: Питер, 2000. - 480 с.

11. Гэйн К., Сарсон Т. Структурный системный анализ: средства и методы. М.: Эйтэкс, 1992. - 271 с.

12. Материалы 3-й Всесоюзной конф. Таллин: ТПИ, 1985. С. 3-15.20 . Инструментальные методы исследования сердечнососудистой системы (справочник)/Виноградова Т.С., Акулова Ф.Д., Белоцерковский З.Б. и др.- М.: Медицина, 1986. 416 с.

13. Информатика и медицина/под ред. И.М.Макарова.- М.: Наука, 1997.22 . Калянов Г.Н. CASE структурный системный анализ (автоматизация и применение). М.: "ЛОРИ", 1996.- 242 с.

14. Калянов Г.Н. Номенклатура CASE-средств и видыпроектной деятельности// Системы управления базами данных, 1997. №2. - С.61-64. 24 . Калянов Г.Н., Козлинский A.B., Лебедев В.Н.

15. Киселев С.Ю. Технология разработки программногообеспечения информационных систем. СПб.: СПбГУАП, 1998. - 104 с. 30 . Клинико-диагностическое значение лабораторных показателей/Долгов В., Морозова В. и др.- М.: Лабинформ, 1995.

16. Клинический диагноз лабораторные основы/Под ред. В.В.Меньшикова. - М.: Лабинформ, 1997.

17. Когаловский М.Р. Архитектура механизмов отображения данных в многоуровневых СУБД//Техника реализации многоуровневых систем управления базами данных.- М.: ЦЭМИ АН СССР, 1982, С.3-19.

18. Справочник/Под ред. В.В.Меньшикова. М.: Медицина, 1987 .4 0.МакГоуэн К., Марка Д. Методология структурногоанализа и проектирования. М.: МетаТехнология, 1993.- 240 с.

19. Мальцев А.И. Алгебраические системы. М.: Наука, 1970. - 392 с.

20. Матчо Дж., Фолкнер Д. Delphi. M.: БИНОМ, 1995.- 464 с.

21. Мельников В.Г. Медицинская кибернетика.- Киев: В.школа, 1978.44 . Михновский С.Д. Автоматизация проектирования баз данных. Общий анализ проблемы//УСиМ, 4, 1981,- С.35-44.

22. Попечителев Е.П., Старцева О.Н. Аналитические исследования в медицине, биологии и экологии: Учебное пособие. СПб.: СПбГЭТУ, 1999. - 80 с.

23. Попечителев Е.П., Старцева О.Н. Методы иммунологических исследований: Учебное пособие.- СПб.: ТЭТУ, 1993.-80с.

24. Пржиялковский В.В. Абстракции в проектировании баз данных//Системы управления базами данных, 1998.- №1-2, С.90-97.

25. Ронин B.C., Старобинец Г.М. Руководство к практическим занятиям по методам клинических лабораторных исследований. М.: Медицина, 1989.

26. Савинков В.М., Вейнеров О.М., Казаров М.С. Основные концепции автоматизации проектирования баз данных//Прикладная информатика. Вып.1. М.: Финансы и статистика, 1982, - С.30-41.

27. Салливан Г., Бенаж Д. Microsoft BackOffice в подлиннике: В 2 т. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1997. Том 2 -640 с.

28. Синягов С.А. Построение и проектирование баз данных. Интеграция инструментов интерфейсов//Системы управления базами данных, 1996. №3.5 6. Славин М.Б. Методы системного анализа в медицинских исследованиях. М.: Медицина, 1989.

29. Славин М.Б. Системное моделирование патологических процессов. М.: Медицина, 1983.

30. Смит Дж., Смит Д. Принципы концептуального проектирования баз данных//Требования и спецификации в разработке программ. М.: Мир, 1984. - С.165-198.5 9. Султанов В.К. Исследование объективного статуса больного. СПб, Питер, 1997.

31. Тихомиров Ю. Microsoft SQL Server 7.0 в подлиннике. Наиболее полное руководство. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1999. - 720 с.

32. Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных.- М.: Финансы и статистика, 1985. 344 с.

33. Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирования мира в состояниях. Киев.: Диалектика, 1993. - 240 с.

34. Шрейдер Ю.А., Шаров А.А. Системы и модели .- М.: Радио и связь, 1982. 152 с.64 . Щекин С.В. Концептуальное моделирование программного обеспечения графических систем: Автореф. дис. канд. техн. наук. СПб., 1999. - 20 с.

35. ANSI/X3/SPARC Study Group on Data Base Management Systems. Interim Report. FDT Bull. ASM-SIGMOD. v. 7, no. 2 (1975), p. 1-140.

36. Codd E.F. A relational model of data for large shared data banks //Comm. ACM, v. 13, no. 6, 1970,p.377-387 .

37. Codd E.F. Relational database: a practical foundation for productivity //Comm. ACM, v. 25, no. 2, 1982,p.109-117 .

38. Concepts and terminology for the conceptual schema and the information base. Ed. by J.J. Van Griethuyzen. ISO TC97/SC5/WG3. 1982. Publ. no. 695. - 188 p.

39. Edelstein H., Barquin R. Building, Using, and Managing the Data Warehouse. Prentice Hall, 1997. -352p.

40. Hatley D.J., Pirbhai I.A. Strategies for Real-Time System Specification. -N.Y.: Dorset House, 1987.

41. Kalinichenko L.A. SYNTHESIS: A language for specification, design and programming of the heterogeneous interoperable information resource environments. Russian Academy of Sciences. Institute for Problems of Informatics. Moscow, 1995.

42. Langefors B. Information systems //Information Processing-74. Amsterdam: North-Holland. 1974, p. 937-945.

43. Meilir Page-Jones. A Practical Guide to Structured Systems Design. -N.Y.: Yourdon Press, 1980.7 9. Microsoft SQL Server 6.5 в подлиннике.- СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998. 890 с.

44. Scheer, A.-W. Architecture of Integrated Information Systems. -Foundations of Enterprise-Modelling, Berlin et al. 1992.

45. Sibley E.H., Hardgrave W.T., Kogalovsky M.R., Makalsky K.I. A conceptual model to support multimodel external views. Data Models and Database Systems. Proc. of the Joint US-USSR Seminar, Austin, Texas. October 25-27, 1979, p. 146-185.

46. Smith J.M. and Smith D.C.P. Database Abstraction: Aggregation and Generalization//ACM TODS, v. 2, no. 2, p.105-133.

47. Smith J.M. and Smith D.C.P. Database Abstraction: Aggregation//Comm. ACM, v. 20, June 1977, p.405-413.

48. Sundgren B. An infological approach to data bases. -Stockholm: National Central Bureau of Statistics. 1973. 294 p.

49. Sundgren B. Data base design in theory and practice. Toward an integrated metodology//Proc.of 4th Intern. Conf. on VLDB. West Berlin, 1978, p.3-16.

50. Ullman J.D. Principles of Database and Knowledge-Base Systems. Volume II: The New Technologies. Computer Science Press, 1989.

51. Yourdon E., Constantine L. Structured Design. -N.Y.: Yourdon Press/Prentice Hall, 1979.ж