Алгоритмічне та програмне забезпечення процесів автоматичної ідентифікації на основі багатоколірних завадостійких штрихових кодів у медичних інформаційних системах
| dc.contributor.advisor | Сулема, Євгенія Станіславівна | |
| dc.contributor.author | Дичка, Андрій Іванович | |
| dc.date.accessioned | 2024-01-02T13:54:19Z | |
| dc.date.available | 2024-01-02T13:54:19Z | |
| dc.date.issued | 2023 | |
| dc.description.abstract | Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 121 Інженерія програмного забезпечення. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Автоматична ідентифікація є технологією введення інформації в систему обробки шляхом сканування спеціальної позначки, нанесеної на поверхню об’єкта обліку. Введення даних на основі штрихового кодування інформації є одним з найпоширеніших видів автоматичної ідентифікації, перевагами якої є висока швидкість та точність введення даних в обчислювальну систему. Технологію штрихового кодування інформації використовують в різноманітних галузях, її застосування є актуальним і для медичної галузі. З розвитком інформаційних технологій постає задача інформатизації медичної галузі. Цифрова медицина є важливим компонентом суспільного життя. Однією з важливих складових електронної охорони здоров’я є медичні інформаційні системи. Медична інформаційна система є програмно-технічним комплексом, використання якого дозволяє підвищити ефективність функціонування медичної установи та поліпшити організацію обслуговування пацієнтів. Аналіз існуючих медичних інформаційних систем показує, що недостатнім є ступінь автоматизації процесів при наданні медичних послуг; необхідно посилити захист та цілісність персональних і медичних даних пацієнтів, автоматизувати для пацієнта доступ до власних медичних даних тазабезпечити електронну візуально-захищену взаємодію лікаря та пацієнта з використанням мобільних пристроїв. Вирішення цих завдань можливе за рахунок використання в медичній інформаційній системі багатоколірного штрихового кодування інформації, яке дозволяє у декілька разів підвищити інформаційну щільність штрихкодових позначок порівняно з чорно-білими штриховими кодами. Окреслені завдання та тенденції розвитку цифрової медицини визначають актуальну науково-технічну задачу вдосконалення та розвитку теоретичних основ створення алгоритмічного та програмного забезпечення процесів автоматичної ідентифікації у медичних інформаційних системах на основі багатоколірного завадостійкого штрихового кодування персональних та медичних даних пацієнтів з використанням мобільних пристроїв, яка вирішується в цій дисертаційній роботі. Метою дисертаційної роботи є удосконалення технології розроблення спеціалізованого класу прикладного програмного забезпечення у складі медичних інформаційних систем на основі автоматичної ідентифікації об’єктів медичного документування з використанням багатоколірного завадостійкого штрихового кодування інформації. У першому розділі дисертаційної роботи проаналізовано алгоритмічнопрограмні рішення для автоматичної ідентифікації в медичних інформаційних системах. Вивчено сучасний стан програмного забезпечення в медичній галузі, зокрема спеціалізовані програмні продукти для різних секторів медицини, а також програмні рішення, пов’язані із застосуванням мобільних пристроїв для охорони здоров’я. Досліджено особливості багатоколірного штрихового кодування інформації. Це дозволило сформувати вимоги до розроблення архітектури програмної системи, яка б надавала пацієнтам додаткові можливості щодо автоматизованого доступу до своїх медичних даних на основі багатоколірного штрихового кодування інформації. У другому розділі розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення процесів створення багатоколірних завадостійких штрихкодових знаків як мінімальних структурних одиниць штрихкодового зображення. Запропоновано створювати штрихкодові знаки так, щоб вектор (цифровий еквівалент) кожного штрихкодового знака був кодовим словом многозначного коректувального коду Хемінга або БЧХ. Розроблено метод синтезу символіки заданої потужності та колірності завадостійкого штрихового коду для реалізації в медичній інформаційній системі на основі багатоколірного штрихового кодування інформації. У третьому розділі розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення завадостійкості багатоколірних штрихових кодів у медичних інформаційних системах. Запропоновано метод підвищення завадостійкості багатоколірних штрихових кодів, який грунтується на застосуванні дворівневого контролю ушкоджень з використанням двох многозначних коректувальних кодів: коду, який виправляє одно- або двократні ушкодження у межах штрихкодового знака, та коду Ріда-Соломона – на рівні усієї штрихкодової позначки. Четвертий розділ присвячено удосконаленню технології проєктування програмного забезпечення процесів автоматичної ідентифікації у медичних інформаційних системах на основі багатоколірного завадостійкого штрихового кодування інформації. На основі аналізу та пріоритизації функціональних вимог розроблено архітектуру програмного забезпечення у складі медичної інформаційної системи, характерною особливістю якої є застосування багатоколірного штрихового кодування для автоматичної ідентифікації об’єктів медичного документування. Запропоновано організацію моніторингу функціонування програмного забезпечення у складі медичної інформаційної системи на основі метрик. У дисертаційній роботі отримано низку нових наукових результатів, зокрема уперше запропоновано архітектуру програмної системи як ядро медичної інформаційної системи, характерною рисою якої є забезпечення багатоколірного завадостійкого штрихового кодування персональних даних пацієнтів та розподіленого зберігання мультимодальних медичних даних, що дозволяє: забезпечити швидке і безпомилкове введення даних пацієнта, гарантувати цілісність даних, а також спростити процеси створення програмного забезпечення для галузі охорони здоров’я нового покоління – медичних інформаційних систем з автоматичною ідентифікацією об’єктів медичного документування. Уперше розроблено метод синтезу символіки (множини штрихкодових знаків) заданої потужності та колірноcті завадостійкого штрихового коду для реалізації у медичній інформаційній системі на основі багатоколірного штрихового кодування інформації, який грунтується на тому, що цифрові еквіваленти (вектори) багатоколірних штрихкодових знаків символіки є кодовими словами многозначного коректувального коду, здатного виправляти одно- або двократні помилки (ушкодження) в межах кожного штрихкодового знака, що при зчитуванні (скануванні) з носія штрихкодових знаків – як структурних одиниць багатоколірного штрихкодового зображення, забезпечує достовірне відтворення даних або виявлення значної частини багатократних ушкоджень елементів штрихкодового знака, і таким чином утворює нижній рівень забезпечення завадостійкості багатоколірних штрихкодових зображень (рівень штрихкодових знаків). Уперше розроблено метод підвищення завадостійкості багатоколірних штрихових кодів при їх використанні в медичній інформаційній системі, який грунтується на застосуванні дворівневого контролю ушкоджень (спотворень), що виникають при скануванні багатоколірного штрихкодового зображення, з використанням двох многозначних коректувальних кодів: коду, який виправляє одно- або двократні ушкодження – на рівні штрихкодових знаків (нижній рівень), та коду Ріда-Соломона – на рівні усієї штрихкодової позначки (верхній рівень), та полягає в тому, що особливістю застосування многозначного коректувального коду на нижньому рівні контролю ушкоджень є те, що цифровий еквівалент (вектор) багатоколірного штрихкодового знака має бути кодовим словом цього коректувального коду, а особливістю застосування многозначного коректувального коду на верхньому рівні контролю ушкоджень є те, що він має виправляти спотворення двох видів – помилки та стирання, де факт виявлення багатократного ушкодження елементів штрихкодового знака на нижньому рівні контролю кваліфікується на верхньому рівні контролю як стирання, що, завдяки удвічі меншому витрачанні ресурсу в коді Ріда-Соломона на виправлення стирання порівняно з виправленням помилки, дозволяє істотно поліпшити завадостійкість штрихкодових позначок: при застосуванні на нижньому рівні контролю многозначного коду БЧХ – на (35 - 45)%, а многозначного коду Хемінга – на (12 - 25)%. Удосконалено теоретичні засади розроблення вимог до проєктованого програмного забезпечення, які полягають у тому, що на відміну від існуючого підходу до визначення пріоритетності функціональних вимог якісними (нечисловими) показниками – “ключова”, “необхідна”, “бажана” тощо, запропоновано - на основі п’яти числових критеріїв (“вигода”, “втрата”, “вартість”, “ризик”, “близькість вигоди”), яким присвоюють числові значення з діапазону 1…10 на основі їх експертного оцінювання, кількісно визначати загальний пріоритет вимоги шляхом формульного обчислення, що дозволяє упорядковувати вимоги за спаданням пріоритету та на цій підставі ефективно планувати та розподіляти роботи між командами виконавців з урахуванням їх кваліфікації та кількісного складу, а також виконувати поквартальне планування робіт з розроблення програмного забезпечення. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковано у 7 наукових працях, зокрема у 5 наукових статтях, з яких 1 статтю опубліковано у виданні, включеному до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «А», і 4 статті опубліковано у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «Б», та у 2 матеріалах наукових конференцій. Ключові слова: прикладне програмне забезпечення, архітектура програмного забезпечення, медичні інформаційні системи, автоматична ідентифікація, багатоколірне штрихове кодування, цифрова медицина. | uk |
| dc.description.abstractother | Automatic identification is a technology for entering information into the processing system by scanning a special mark applied to the surface of the accounting object. Data entry based on barcoding of information is one of the most common types of automatic identification, the advantages of which are high speed and accuracy of data entry into the computer system. The technology of barcoding information is used in various industries, its application is also relevant for the medical industry. With the development of information technology, the task of informatization for medical industry arises. Digital medicine is an important component of public life. One of the important components of e-health is medical information systems. The medical information system is a software and hardware complex, the use of which allows to increase the efficiency of the functioning of a medical institution and improve the organization of patient care. The analysis of existing medical information systems shows that the degree of automation of processes in the provision of medical services is insufficient; it is necessary to strengthen the protection and integrity of personal and medical data of patients, automate patients' access to their own medical data, and to ensure electronic visually secure interaction between doctor and patient using mobile devices. The solution of these problems is possible due to the use of multicolor barcoding of information in the medical information system, which allows several times to increase the information density of barcode symbols compared to black and white barcodes. The outlined tasks and trends in the development of digital medicine determine the actual scientific and technical task of improving and developing the theoretical foundations of creating algorithmic and software tools for automatic identification processes in medical information systems based on multicolor noiseimmunity barcoding of personal and medical data of patients using mobile devices, which is solved in this dissertation. The purpose of the dissertation is to improve the technology of developing specialized applied software as part of medical information systems based on automatic identification of medical documentation objects using multicolor noiseresistant barcoding of information. In the first section of the thesis, algorithmic and software solutions for automatic identification in medical information systems are analyzed. The current state of software in the medical field is studied, in particular specialized software products for various sectors of medicine, as well as software solutions related to the use of mobile devices for health care. The features of multicolor bar coding of information are investigated. This made it possible to form requirements for the development of a software system architecture that would provide patients with additional opportunities for automated access to their medical data based on multicolor barcoding of information. The second section develops algorithmic and software tools for the processes of creating multicolor noise-immune barcode patterns as minimal structural units of a barcode symbol. It is proposed to create barcode patterns so that the vector (digital equivalent) of each barcode pattern is the codeword of a multi-valued Hamming correcting code or BCH-code. A method of synthesis symbology of a given capacity and color of a noiseresistant barcode for implementation in a medical information system based on multicolor barcoding of information has been developed. The third section develops algorithms and software for noise immunity of multicolor barcodes in medical information systems. A method of increasing the noise immunity of multicolor bar codes is proposed, which is based on the use of two-level damage control using two multi-valued correcting codes: a code that corrects single or double damages within a barcode pattern, and a Reed-Solomon code – at the level of the entire barcode symbol. The fourth section is devoted to improving software design technology for automatic identification processes in medical information systems based on multicolor interference-resistant barcoding of information. Based on the analysis and prioritization of functional requirements, the architecture of software system as the part of the medical information system is developed, the characteristic feature of which is the use of multicolor barcoding for automatic identification of medical documentation objects. The monitoring organization of software functioning as a part of medical information system based on metrics is proposed. A number of new scientific results were obtained in the dissertation, in particular, for the first time the architecture of the software system as the core of medical information system was proposed, a characteristic feature of which is the provision of multicolor interference-resistant barcoding of patients' personal data and distributed storage of multimodal medical data, which allows: to ensure fast and error-free entry of patient data, to guarantee integrity data, as well as simplify the processes of creating software for the new generation healthcare industry – medical information systems with automatic identification of medical documentation objects. For the first time, a method of synthesis of symbology (a set of barcode patterns) of a given capacity and color of a interference-resistant barcode for implementation in a medical information system based on multicolor barcoding information based on the fact that digital equivalents (vectors) of multicolor barcode patterns are codewords of a multi-valued correcting code capable of correction single or double errors (damage) within each barcode pattern, which, when reading (scanning) from a barcode carrier – as structural units of a multi-color barcode image, provides reliable data reproduction or detection of a significant part of multiple damage of barcode pattern elements, and thus forms the lower level of noise immunity of multicolor barcode images (level of barcode patterns). For the first time, a method was developed to increase the noise immunity of multicolor barcodes when they are used in a medical information system, which is based on the use of two-level control of damage (distortion) that occurs when scanning a multi-color barcode image, using two multi-valued correcting codes: a code that corrects single or double damage – at the barcode patterns (lower level), and theReed-Solomon code – at the level of the entire barcode symbol (upper level), and is that the peculiarity of the application of a multi-valued correcting code at the lower level of damage control is that the digital equivalent (vector) of a multicolor barcode pattern should be the codeword of this correcting code, and the peculiarity of using a multi-valued correcting code at the upper level of damage control is that it should correct distortions of two types – errors and erasures, where the fact of detecting multiple damage of barcode pattern elements at the lower level of control is qualified at the upper level of control as erasure, which, due to half the resource consumption in the Reed code-Solomon's erasure correction compared to error correction can significantly improve the noise immunity of barcode symbols: when used at the lower level of control the multi-valued BCH-code – by (35 - 45)%, and the multi-valued Hamming code – by ( 12 - 25)%. The theoretical foundations of developing requirements for the designed software have been improved, which consist in the fact that, unlike the existing approach to prioritizing functional requirements by qualitative (non-numeric) indicators – "key", "necessary", "desirable", etc., it is proposed - on the basis of five numerical criteria ("benefit ", "penalty", "cost", "risk", "benefit proximity") that are assigned numeric values from the range 1... 10 on the basis of their expert evaluation, quantify the overall priority of the requirement by formula calculation, which allows you to streamline the requirements in descending order of priority and, on this basis, effectively plan and distribute work among teams of performers, taking into account their qualifications and quantitative composition, as well as perform quarterly planning of software development. The main scientific results of the dissertation were published in 7 scientific papers, in particular in 5 scientific articles, of which 1 article was published in the publication included in the list of scientific journals of Ukraine in category "A", and 4 articles in scientific journals included in the list of scientific journals of Ukraine in category "Б", as well as in 2 materials of scientific conferences | uk |
| dc.format.extent | 231 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Дичка, А. І. Алгоритмічне та програмне забезпечення процесів автоматичної ідентифікації на основі багатоколірних завадостійких штрихових кодів у медичних інформаційних системах : дис. … д-ра філософії : 121 – Інженерія програмного забезпечення / Дичка Андрій Іванович. – Київ, 2023. – 231 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/63447 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | прикладне програмне забезпечення | uk |
| dc.subject | архітектура програмного забезпечення | uk |
| dc.subject | медичні інформаційні системи | uk |
| dc.subject | автоматична ідентифікація | uk |
| dc.subject | багатоколірне штрихове кодування | uk |
| dc.subject | цифрова медицина | uk |
| dc.subject | application software | uk |
| dc.subject | software architecture | uk |
| dc.subject | medical information systems | uk |
| dc.subject | automatic identification | uk |
| dc.subject | multicolor barcoding | uk |
| dc.subject | digital medicine | uk |
| dc.subject.udc | 004.627 | uk |
| dc.title | Алгоритмічне та програмне забезпечення процесів автоматичної ідентифікації на основі багатоколірних завадостійких штрихових кодів у медичних інформаційних системах | uk |
| dc.type | Thesis Doctoral | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- Dychka_dys.pdf
- Розмір:
- 7.24 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 1.71 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: