Совершенствование методов управления оказанием услуг медицинских учреждений на основе использования комитетного и дискриминантного анализа для диагностики заболеваний : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.13.10

В диссертационной работе изложены результаты исследований совершенствования методов управления оказанием услуг медицинских учреждений на основе использования комитетного и дискриминантного анализа для диагностики заболеваний. Исследованы теоретические аспекты метода комитетов, в частности, возможность сокращения комитета системы включений над плоскостью R2 и Rn. Применение указанного метода позволило повысить качество медицинской диагностики и улучшить эффективность управления процессом оказания медицинских услуг.
Актуальность темы. В вопросах управления в социальных и экономических системах медицинская проблематика приобретает все большую значимость, а процессы диагностики заболеваний становятся наиважнейшей задачей самых различных учреждений здравоохранения. Неверная диагностика заболеваний приводит не только к тому, что лечение больного становится неэффективным, а иногда даже и вредоносным, но и ведет к значительному увеличению затрат, связанных с дорогостоящими процедурами проведения дальнейших анализов и лечения больного.
В подтверждении выше сказанного можно привести статистику, а именно, уровень общей заболеваемости, на 1000 жителей соответствующего возраста, имеет тенденцию к росту на протяжении последних лет. Рост показателей заболеваемости наблюдается практически по всем классам болезней [124]. В среднем по России первичная заболеваемость (по обращаемости за медицинской помощью) населения всеми болезнями в 2018-2019 гг. повысилась по сравнению с 2000 годом в 1,5 раза.По последним из опубликованных Росстатом данных, зарегистрировано более 240 миллионов случаев заболеваний. Это на 1,1% больше, чем в 2017 году, и на 4,8% больше, чем в 2010 году [37]. По сравнению с 2000 годом (191,3 миллиона случаев) общее число

5
зарегистрированных случаев заболеваний увеличилось на 24%, а по сравнению с 1990 годом (158,3) – на 50%.
При этом важно отметить, что диагностические ошибки составляют 34% от общего числа медицинских ошибок, которые наносят серьезный вред; 64% таких ошибок приводят к смерти или пожизненной нетрудоспособности пациентов. На их долю приходится 28% всех выплат по искам, связанным с врачебной халатностью. Выяснилось, что на «большую тройку» — сердечно-сосудистые заболевания, инфекции и рак — приходится 74,1% диагностических ошибок, которые привели к необратимым серьезным нарушениям [173, 178, 190].
В связи с отсутствием детализации статистических данных в базах трудно оценить общие экономические потери от неправильной диагностики, но учитывая ее большой процент и высокую стоимость различных инструментальных и лабораторных методов (которые назначают по ошибке), лекарственных препаратов, можно в целом представить ситуацию и понять, что речь идет о миллионах долларов в год [31].
В связи с этим совершенствование методов управления оказанием медицинских услуг является остроактуальной задачей, от которой зависит эффективность деятельности отдельных медицинских учреждений и всей системы здравоохранения в целом.
Безусловно, в медицину вкладываются миллиарды средств, в том числе и в Российской Федерации, для реализации указов Президента, один из последних который направлен на повышение продолжительности жизни россиян [1]. Для этого разрабатываются не только новые лекарственные препараты, лабораторно-клинические аппараты, но и новые методы и механизмы улучшения качества оказания медицинских услуг. Также прорабатываются стратегии продуктивного управления медицинскими организациями, а также изучаются оценки эффективности этого управления [18, 74]. При этом стоит отметить, что эффективность здесь

6
оценивается в первую очередь, не столько с экономической точки зрения, а больше с позиции качества предоставленных услуг.
Для достижения целей по улучшению качества оказания медицинский услуг, а, значит, и для повышения эффективности управления медицинской организацией, необходимо использовать подход, учитывающий полный спектр задач. Одной из важнейшей составляющей этого подхода является задача корректной всесторонней и своевременной диагностики.
Современным проблемам качества медицинской помощи и эффективности управления медицинскими организациями посвящены работы таких зарубежных и отечественных исследователей как Горбунов С.Н. [4], Амалицкая С.М. [5], Смирнова О.А. [6], Максимовский М.Ю. [7], Бондаренко Н.Н. [13], Боярский А.П., Чернова Т.В., Якимович Н.П. [14], Вялков А.И. [20], Галкин Р.А. [23], Шмыгалева П.В. [113], Садовникова Ю.Ю., Тимейчук Л.Н., Уварова Г.Г. [121], Эралиева Г.А. [143], Donabedian A. [148, 149, 150], Steiner T.J, Birbeck G.L., Jensen R [189], Vuoru [191].
Многие исследователи, такие как Ибрагимли Х.И. [43, 44], Калиниченко В.И. [47], Каплан Р.С., Нортон Д.П. [49], Нечаева О.Б. [105], Donabedian A. [150], Steiner T.J, Birbeck G.L., Jensen R [189] используют при оценке качества медицинской помощи (причем ставят ее во главе угла) эффективную диагностику.
Анализ используемых на практике технологий диагностики заболеваний показывает необходимость повышения эффективности существующих методов, и в качестве решения этой задачи указывает на возможность использования математических методов. Работы таких исследователей как Donabedian A. [150], Быховский М.Л. [15], Дзизинский А.А. [32], Колчин Р.В., Тещук В.И. [57], Мигущенко Р.П. [104], Wayne [194] подтверждают этот тезис. Более того, в качестве таковых в первую очередь могут выступить методы комитетов и дискриминантного анализа.

7
Исследование метода комитетов является актуальным и находит применение в современной математике, он эффективно используется в практических задачах, в том числе в задачах классификации первичных головных болей, которые имеют широкую распространенность во всем мире. Именно эти заболевания, как правило, очень сложно диагностируются и поэтому выбраны среди других заболеваний как пример использования комитетного и дискриминантного анализа для повышения эффективности диагностики заболеваний. Среди них превалируют первичные головные боли, к которым относятся головные боли напряжения и мигрень. Их распространенность достигает 80% в общей популяции. Головные боли являются частой жалобой у людей любого возраста и ограничивают повседневную активность, снижают работоспособность и качество жизни. Это также отражается и на обучении, что особенно актуально для студентов. Эпидемиологические исследования [154] первичных головных болей показали высокую их распространенность. Распространенность мигреней в различных странах варьируется от 11% до 40% и головных болей напряжения от 5,6 до 40,8%. Учитывая высокую распространенность головных болей среди взрослого населения, частую встречаемость хронических форм головных болей, необходимо изучение встречаемости головных болей у молодых людей, в частности у студентов, для разработки профилактических программ по снижению бремени головных болей.
Методу комитетов посвящены работы таких авторов как Мазуров В.Д. [79, 80, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 179, 180], Хачай М.Ю. [85, 86, 87, 88, 135], Кривоногов А.И. [68], Кобылкин К.С. [52, 53, 54], Рыбин А.И. [85], Белецкий Н.Г. [11], Агарагимов М.М. [3], Кончевский Д.И. [60], Кувшинов Б.М.[45, 66], Никонов О.И. [106, 107], Liu Y[175], Neirotti J. [182], Saad D [186].
Практическим применением теоретических разработок связанных с методом комитетов, представленных в данной работе, является

8
классификация головных болей напряжения и мигреней. Особую сложность представляют трудности различения видов головных болей. Согласно проведенным исследованиям [154, 189], в 80% случаев диагнозы по головным болям были поставлены неверно, так что задача их диагностики является актуальной и важной, ведь методы лечения такого рода заболеваний совершенно разные. Более того сейчас по международным стандартам в медицине признаются только те исследования, которые имеют доказательность именно с точки зрения математики.
Для классификации головных болей использовался метод комитетов для решения задачи дискриминантного анализа. Метод комитетов был разработан Вл.Д. Мазуровым и его учениками, В.С. Казанцевым, А.И. Кривоноговым, М.Ю. Хачаем, К.С. Кобылкиным и др. Ими были поставлены задачи существования комитета, исследования его свойств, рассмотрены такие вопросы, как минимальный комитет и его построение, созданы несколько версий пакета КВАЗАР [114, 115]. Однако имеются еще некоторые теоретические аспекты метода комитетов, которые требуют проработки, например, вопрос о сократимости членов комитета, который и представлен в данной работе в качестве теоретической части. Также, как было сказано выше, имеющиеся технологии диагностики не являются достаточными, поэтому практическая часть диссертационной работы посвящена использованию метода комитетов для диагностики заболеваний, в нашем случае – первичных головных болей. В связи с этим предложенная тема исследования является важной и актуальной, решение которой требует разработки новых эффективных механизмов, инструментов и технологий.
Целью диссертационной работы является разработка методов комитетного и дискриминантного анализа для их использования в диагностировании заболевания для обеспечения совершенствования методов управления оказанием услуг медицинских учреждений.

9
Для достижения данной цели необходимо решить следующие
задачи:
– произвести анализ существующих методов управления оказанием медицинских услуг в учреждениях здравоохранения;
– обосновать роль диагностики заболеваний как одного из важнейших элементов процесса оказания медицинских услуг, который главным образом влияет на их эффективность, а соответственно и на эффективность деятельности медицинских учреждений в целом;
– проанализировать основные методы диагностики заболеваний, использующиеся на данный момент в медицинских учреждениях, выделить их достоинства и недостатки;
– рассмотреть основные математические методы диагностики заболеваний, оценить возможность применения комитетных и дискриминантных методов;
– в рамках использования комитетных методов предложить способ снижения размерности задачи, способствующей сокращению количества факторов, необходимых для диагностики заболеваний;
– разработать методические положения по использованию усовершенствованного в диссертационной работе метода комитетов и дискриминантного анализа для решения задачи диагностики первичных головных болей;
– использовать в практике работы медицинских учреждений предложенные в диссертационной работе методы комитетного и дискриминантного анализа для улучшения диагностики заболеваний и повышения эффективности оказания медицинских услуг.
Объектом исследования является процесс управления оказанием медицинских услуг в учреждениях здравоохранения.
Предметом исследования выступают методы диагностики заболеваний, которые главным образом влияют на эффективность работы медицинских учреждений.

10
Методы исследования базируются на методах теории управления в социальных и экономических системах, дискриминантного анализа, решения систем линейных уравнений, в том числе несовместных, комитетных методов, методов математического программирования, а также теории искусственного интеллекта.
Тематика работы. Содержание диссертации соответствует следующим пунктам области исследования Паспорта специальности ВАК РФ 05.13.10 «Управление в социальных и экономических системах»:
п.1. Разработка теоретических основ и методов теории управления и принятия решений в социальных и экономических системах.
п.2. Разработка методов формализации и постановка задач управления в социальных и экономических системах.
п.4. Разработка методов и алгоритмов решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах.
п.5. Разработка специального математического и программного обеспечения систем управления и механизмов принятия решений в социальных и экономических системах.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
1) выполнен анализ актуальных методов и механизмов управления оказанием медицинских услуг, используемых на практике в различных медицинских учреждениях;
2) обоснован взгляд на роль диагностики заболеваний как одного из важнейших компонентов процесса управления оказанием медицинских услуг;
3) разработан качественно новый метод на основе комитетного анализа, позволяющий уменьшить количество факторов, необходимых для диагностики заболеваний, и в этой связи способствующий совершенствованию методов управления оказанием медицинских услуг;

11
4) разработаны методические положения по развитию механизмов управления оказанием медицинских услуг за счет внедрения системы подготовки принятия решения, реализованного за счёт методов комитетного и дискриминантного анализа в диагностику заболеваний;
5) показано использование усовершенствованного в диссертационной работе метода комитетов и дискриминантного анализа для решения задачи диагностики первичных головных болей.
Практическая значимость диссертационного исследования
состоит в том, что автором предложены и реализованы на практике методы управления оказанием услуг медицинских учреждений за счет внедрения комитетного и дискриминантного анализа для диагностики заболеваний, предложена методика по совершенствованию методов диагностики заболеваний, и, как следствие, по развитию методов управления оказанием медицинских услуг, а также представлены рекомендации по использованию усовершенствованных методов для классификации первичных головных болей.
Разработанные в диссертационной работе основные научные положения и рекомендации практического характера могут, по мнению автора диссертации, найти применение не только для диагностирования головных болей, но и других социально-значимых заболеваний; более того, использование указанных методов возможно не только в управлении оказанием медицинских услуг и в целом в здравоохранении, но и в управлении в иных социальных и экономических системах.
Реализация и внедрение результатов работы
Научные положения и разработки диссертационного исследования предложены для использования ряду медицинских учреждений Челябинской области.
Апробация работы. Научные положения и разработки автора, а также основные результаты диссертационного исследования

12
докладывались и обсуждались на следующих научно-технических и практических конференциях и семинарах:
Семинар отдела математического программирования Института математики и механики им. Н. Н. Красовского УрО РАН (Екатеринбург, УрО РАН, 2018);
Третья ежегодная научная конференция консорциума журналов экономического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва, МГУ, 2019);
I Всероссийская научно-практическая конференция “Перспективы развития экономики здоровья (Уфа, БашГУ, 2019);
Семинар лаборатории международной и региональной экономики института управления и экономики УрФУ “Моделирование сбалансированного технологического и социально-экономического развития в России и мире” (Екатеринбург, УрФУ, 2020);
Семинары кафедры «Информационно-аналитическое обеспечение управления в социальных и экономических системах» ЮУрГУ (Челябинск, 2018, 2019, 2020 гг.).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 26 работ, в том числе 6 статей – в изданиях из Перечня ВАК, 14 статей – в изданиях, индексируемых в международных базах Scopus/Web of Science, 6 статей в прочих изданиях.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты анализа методов и механизмов управления оказанием медицинских услуг, используемых на практике в различных медицинских учреждениях.
2. Обоснование роли диагностики заболеваний как одного из важнейших компонентов процесса управления оказанием медицинских услуг.
3. Метод на основе комитетного анализа, способствующий сокращению количества факторов, необходимых для диагностики

13
заболеваний, который способствует совершенствованию методов управления оказанием медицинских услуг.
4. Методические положения по развитию методов управления оказанием медицинских услуг за счет внедрения методов комитетного и дискриминантного анализа в диагностику заболеваний.
5. Результаты внедрения, разработанных в диссертации подходов и методов управления оказанием медицинских услуг на практической задаче диагностирования первичных головных болей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения содержащего основные выводы и результаты, а списка литературы из 194 наименований; содержит 133 страниц основного текста, 10 рисунков, 3 таблицы.
Во введении приводится обоснование актуальности темы исследования, изложены цели и задачи работы, указаны результаты, полученные в диссертации, определены практическая ценность и области применения результатов, приведены сведения по апробации работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе диссертационной работы приводится анализ существующих методов управления оказанием медицинских услуг в учреждениях здравоохранения, обосновывается роль диагностики заболеваний как одного из важнейших элементов процесса оказания медицинских услуг. Осуществляется анализ используемых на практике технологий, подходов и методов диагностики заболеваний, выделяются их недостатки и достоинства, указывается значимость своевременно поставленного диагноза в критериях оценки качества предоставляемых медицинских услуг. Также вводится обоснование необходимости совершенствования существующих методов диагностики за счет математических методов. В главе рассматриваются основные математические методы и модели, которые позволяют дополнить пул

14
имеющихся методов диагностики, среди которых основными являются дискриминантный и комитетный анализ.
Во второй главе диссертационной работы в рамках использования комитетных методов сначала задача диагностики заболеваний представляется в виде задачи дискриминатного анализа, которая в свою очередь при необременительных условиях сводится к системе линейных неравенств. При этом указывается, что полученная система может оказаться несовместной. В этом случае применяется метод комитетов. Показано, что качество комитета улучшается при уменьшении числа его членов. В главе рассматривается метод снижения размерности задачи, способствующий сокращению количества факторов, необходимых для диагностики заболеваний. Математически метод рассматривает сокращение числа членов комитета, а именно первично обсуждается частный случай линейной системы неравенств, на основании которого строится теория сократимости комитета. Приводится несколько примеров комитетов в пространстве R2, затем обобщается теория на пространство R .
Делается замечание относительно связи между минимальным комитетом и несократимым. Приводится алгоритм нахождения минимального комитета, основанный на методе фундаментального свертывания системы линейных неравенств.
В третьей главе диссертационной работы приводятся методические положения и рекомендации по применению методов комитетного и дискриминантного анализа в диагностике заболеваний как одного из элементов методов управления оказанием медицинских услуг учреждениями здравоохранения. В главе рассматривается возможность использования циклической динамики противоречивой задачи выбора стратегии решения и диагностики, а также описывается реализация метода поиска скрытых причин наблюдений. Главным результатом, полученным в главе 3, является алгоритм управления диагностикой заболеваний,

15
включающий в себя качественно новые блоки, основанные на методах комитетного и дискриминантного анализа, разработанных автором диссертации.
В четвертой главе диссертационной работы описывается внедрение предложенных моделей и алгоритмов на конкретной медицинской задаче, связанной с классификацией первичных головных болей. Приводится сравнительный анализ предложенных комитетных методов и методов машинного анализа, делаются соответствующие выводы.