Информационная система на основе фармацевтической онтологии

В настоящее время широко используются информационные системы (ИС), автоматизирующие разнообразные бизнес-процессы [1-3]. ИС, основанные на базах знаний (БЗ), позволяют в деятельности аптек экономить время фармацевта при выполнении ежедневных рутинных операций, регулировать большинство рабочих процессов в фармацевтической организации, сократить количество ошибок, связанных с человеческим фактором. Такие задачи, как работа с поставщиками, контроль остатков препаратов, заказ товара, продажа лекарственных средств (ЛС) и др. выполняются практически одновременно, поэтому управлять работой фармацевтической организации без ИС трудно. Сложности могут возникнуть и с номенклатурой, т.к. ЛС могут выпускаться в различных дозировках и формах, предназначаться для различных категорий пользователей. Для автоматизации процессов требуется специальное программное обеспечение, которое учитывает специфику фармацевтической отрасли, например, «1С: Розница 8. Аптека»1, «М-АПТЕКА плюс»2, «F3 TAIL»3 и др. [4, 5].

В статье предлагается подход к построению ИС с использованием БЗ о лекарственных препаратах и товарах аптечного ассортимента (ТАА) в виде предметной онтологии. Решается задача автоматизации большинства ежедневных операций, выполняемых фармацевтом в аптечном пункте, таких как работа с ценами и рекламными акциями, консультирование покупателей, контроль остатков товара и т.д. В разработанной ИС реализован алгоритм семантического поиска по объектам фармацевтической онтологии, что позволяет с помощью графического интерфейса с подсказками вести поиск ЛС и их аналогов по симптомам или описаниям болезней, вносить необходимые изменения в данные о группах товаров, а также ограничивать продажу ЛС на основе указанных противопоказаний.

1    Онтологии предметных областей (ПрО)

Онтологию можно построить как некую иерархическую структуру классов, связанных понятиями, представив её в графическом виде. Данная связь реализуется с помощью триплета: субъект – отношение – объект [6, 7].

На основе онтологий создаются БЗ, которые являются необходимыми составляющими ИС [8]. Так, в работе [9] предложена ИС, основанная на онтологии взаимодействия лекарств, которая помогает врачам и фармацевтам учитывать побочные эффекты. В ней заложены семантические отношения между заболеваниями, ЛС, механизмами действия, физиологическими эффектами, дозами, способами введения и т.д. Такая ИС может быть полезна фармацевтам при учёте взаимодействия лекарств на организм пациента. В статье [10] описаны разработанная на основе онтологий ИС и её внедрение в клиническую практику. ИС генерирует оповещения при выявлении ошибок в назначении лекарств согласно данным пациента. В работе [11] рассматривается система электронного здравоохранения на основе онтологии ПрО. ИС предоставляет информацию о ближайшей больнице, лучшей машине скорой помощи, лаборатории, сведения о соответствующем отделении или враче путём сбора информации от пользователей и т.д.

В данной статье ИС « UlPharma » разработана на основе фармацевтической онтологии, построенной средствами библиотеки owlready2 4 языка Python 5 . Редактор онтологий Protégé 6 позволяет представить её в виде графа, проверить иерархию онтологии, а также выявить неточности, связанные, например, с названиями ЛС. На рисунке 1 показан фрагмент фармацевтической онтологии в виде графа, описывающего классы и их отношения. Некоторые экземпляры (а) и свойства (б, в) фармацевтической онтологии (конкретные препараты, болезни и симптомы) приведены на рисунке 2. При составлении данной онтологии указывались два конкретных свойства (рисунки 2б и 2в): Domain – это набор классов, к экземплярам которых применимо данное свойство; Range – это тип значений, которые они принимают.

Экземпляры классов взаимодействуют друг с другом через свойства объектов ( object_property, см . рисунок 2б). Свойства экземпляров, значениями которых являются число, дата или строка, задаются с помощью data_properties (рисунок 2в).

• 1    1С: Розница 8. Аптека – отраслевое решение для автоматизации аптек и аптечных пунктов. https://solutions.1c.ru/catalog/drugstore .

• 2    Программный комплекс «М-АПТЕКА плюс» предназначен для автоматизации аптек и аптечных сетей. https://m-apteka.com/ .

• ³    F3 TAIL – программа для автоматизации аптек и розничной торговли. https://www.spargo.ru/app/f3tail/ .

• ⁴    owlready2 – пакет для онтологического программирования на Python . https://owlready2.readthedocs.io/en/v0.42/ .

• ⁵    Python – высокоуровневый язык программирования. https://www.python.org/ .

• ⁶    Protégé – свободный, открытый редактор онтологий и фреймворк для построения баз знаний. https://protege.stanford.edu/ .

  
  
  

  Рисунок 1 - Фрагмент фармацевтической онтологии в виде графа

  
  
  

  а)

  
  

  Individuals

  Annotationproperties Datatypes

  Data properties

  Classes Object properties

  
  

  [Annotations: применяется_при

  
  

  Annotations О

  
  

  Object property hierarchy: прим E] ED В В IS |

  
  

  Ti G M            Asserted ▼

  
  

  ▼ ™owl:topObjectProperty j..... " имеет_противопок азание

  
  

  CharacteristlElIIlBBE | Description: применяетсяпри

  
  

  Дприменяетсяпри

  
  

  ■■ является_аналогом

  
  

  Functional

  Inverse functional

  • □    Transitive

  Symmetric

  Asymmetric

  • □    Reflexive

  Irreflexive

  
  

  Equivalent To ^

  SubProperty Of О

  Inverse Of ^

  Domains (intersection) 0

  Лекарственные_средства

  Ranges (intersection) Q

  Показания_к_применению

  
  

  б)

  
  

  = “ применяется при — Annotations Usage

  

  Data property hierarchy: годен^ИТВШН

  T2 Ct ^ О Asserted -

  
  

  ▼-■ ow ktopDataPro perty

  .....группа

  .....■ место_хранения

  .....□ осталось

  .....■ по_рецепту

  ..... производитель

  .....списание

  ..... цена

  .....□ цена_по_акции

  
  

  CharaDDSBEl Description: годен_до

  
  
  
  
  

  в)

  
  

  Equivalent То 0

  SubProperty Of Q

  Domains (intersection) О

  Лекарственные_средства

  Ranges Q

  xsd:date

  Disjoint With ©

  
  

  Рисунок 2 - Некоторые экземпляры (а) и свойства (б, в) фармацевтической онтологии

  
  

В ИС использованы следующие особенности онтологии:

• ■    в класс «Остаток» после запуска машины логического вывода (МЛВ), согласно правилу ( (осталось some xsd:integer [> 0]) and (осталось some xsd:integer [<= 2])), попадают экземпляры (ЛС и ТАА), которых мало или которые закончились;

• ■    в класс «Срок годности» после запуска МЛВ, согласно правилу (ЛС and (годен_до some xsd:date [<= "2024-06-10"^^ xsd:date ])), попадают ЛС и ТАА срок годности которых заканчивается в ближайшие два месяца, начиная с даты обращения;

• ■    в класс «Списание» после запуска МЛВ попадают ЛС и ТАА, которые были забракованы вследствие нарушения целостности упаковки. Все ЛС разделены по соответствующим фармакологическим группам согласно свойствам экземпляров (тип: str );

• ■    после запуска МЛВ, с учётом правил для эквивалентности классов, происходит наполнение экземплярами (ЛС и ТАА) классов условия хранения (сухое, тёмное или прохладное место) и условия отпуска из аптек (без рецепта и по рецепту).

В ИС предусмотрено своевременное пополнение новых наименований ЛС и ТАА, которые можно добавить через соответствующее меню программы.

2    Выбор программных средств для ИС

Наиболее известными средствами для создания и редактирования онтологий являются Protégé , Fluent Editor и библиотека Owlready2 для языка программирования Python [12-14]. Protégé поддерживает язык описания онтологий OWL и позволяет генерировать HTML -документы, которые отражают структуру онтологии, а сложные ограничения можно реализовать с помощью Manchester Syntax [15]. Использование языка программирования Python удобно в связи с наличием возможности работы как с онтологиями (библиотека Owlready2 ), так и с графикой (библиотека tkinter⁷ ) [16, 17].

Для конечного пользователя является важным наличие русского языка в программе. Поэтому создание русскоязычных онтологий, которые могут быть положены в основу русскоязычных ИС, является актуальной задачей [18].

Для создания ИС выбрана интегрированная среда разработки PyCharm 8 , которая предоставляет пользователю комплекс средств для написания кода с возможностью выявления ошибок в нём и визуальный отладчик.

Создание ИС на основе фармацевтической онтологии включает в т.ч. разработку структуры приложения и его стилистического оформления. При разработке графического интерфейса, с которым пользователь может взаимодействовать, использована библиотека tkinter .

3    Функциональность разработанной ИС

Главное окно разработанной ИС « UlPharma » для автоматизации работы аптеки на основе фармацевтической онтологии состоит из девяти основных вкладок (рисунок 3).

Каждая вкладка (раздел) имеет заголовок с описанием выполняемой функции.

В разделе « Продажа » содержится текстовое поле, которое предназначено для внесения названия ЛС, и поле для занесения необходимого количества для продажи (рисунок 4). В нижней части окна раздела расположены функциональные кнопки. Кнопка «Цена» выводит на экран цену интересующего наименования и цену по акции, если такая имеется на соответствующую фармакологическую группу. Кнопкой «Продажа» выводятся сведения о реализации потребителю выбранного наименования и соответствующего ему количества товара. Активация этой кнопки происходит уменьшение запасов выбранного товара в аптеке. Кнопка «Очистить» служит для очистки всех полей ввода от находящейся в них информации на случай неправильных или ошибочно введённых данных. Кнопкой «Закрыть» закрывается текущая вкладка.

Рисунок 3 - Главное окно информационной системы UlPharma

Одним из способов привлечения клиентов является проведение акций или скидок на выбранные группы товаров [19]. Раздел «Акции » предназначен сведений об акциях на выбранные группы (категории) товаров (см. рисунок 5). В данном разделе в поле вносится необходимый размер скидки, а из раскрывающегося списка выбирается та фармакологическая группа, к которой применяется скидка. Кнопки «Отменить» и «Закрыть» служат для удаления информации из поля ввода и закрытия окна. Активация скидки происходит с применением правил, являющихся импликацией между предпосылкой и следствием. Например, при активации определённой скидки для фармакологической группы «Простудные» действует следующее правило:

Apteka.rule = Apteka.Imp().set_as_rule("Простудные(?p), цена(?p, ?c), divide(?div, ?c, 100), multiply(?mul, ?div, 0), subtract(?sub, ?c, ?mul) -> цена по акции (?p, ?sub)") . Применение данного правила происходит после запуска МЛВ для онтологии, т.е. у всех ЛС, которые относятся к фармакологической группе простудные, цена уменьшается на 10%. С использованием подобных правил можно вводить ограничения на цены большого числа наименований, отвечающих определённым условиям.

? Акции

Величина скидки:    10      ~| %

Рисунок 4 - Раздел «Продажа»

Выберите категорию : |Щ!ВЯИМ                             -

Применить             Отменить              Закрыть

Рисунок 5 - Раздел «Акции»

Раздел «Поступление » связан с добавлением в БЗ нового наименования и его характеристик (рисунок 6). На вкладке есть несколько текстовых полей, в которые можно занести название ЛС, его фармакологическую группу, условия отпуска, место хранения, название фирмы-производителя, цену на товар, срок годности и количество. Некоторые позиции представлены раскрывающимися списками (например, из условий хранения можно выбрать сухое, тёмное или прохладное место, а для условий отпуска - без рецепта и по рецепту.

В разделе « Остаток » (рисунок 8а) можно получить информацию о товарах, которых мало или которые закончились, а в разделе « Срок годности » (рисунок 8б) - информацию о товарах, срок годности которых заканчивается в ближайшее время. Процесс осуществляется с помощью МЛВ библиотеки Owlready2 фармацевтической онтологии и модуля datetime Python 9 , после запуска которого в определённую группу попадают товары, оставшиеся в количествах один, два или закончившиеся.

В разделе « Списание » можно получить информацию о препаратах и их количестве, которые были забракованы и списаны, например, вследствие нарушения герметичности или целостности упаковки или истекшего срока годности (рисунок 8в).

В разделе « Справка » можно получить необходимую информацию об интересующем препарате (рисунок 9). Данная вкладка содержит текстовое поле, предназначенное для ввода названия препарата, и поля для вывода информации о препарате и его аналогах.

В раздел « Поставщики » (рисунок 10) вносится информация о поставщиках и фирмах-производителях ЛС, по которой можно сравнивать цены у различных поставщиков.

Рисунок 6 – Раздел «Поступление»

Рисунок 7 – Раздел «Симптомы»

а)

б)

Рисунок 8 – Разделы «Остаток» (а), «Срок годности» (б) и «Списание» (в)

в)

9 Модуль datetime предоставляет инструменты для обработки времени и даты разными способами в Python.

Рисунок 9 – Пример запроса в разделе «Справка»

Рисунок 10 – Раздел «Поставщики»

4    Сравнение с аналогами

В данной ПрО разработано и используется различное программное обеспечение. В таблице 1 приведены данные для сравнительного анализа наиболее известных программных продуктов для автоматизации работы аптек и аптечных пунктов с ИС UlPharma .

Таблица 1 – Основные характеристики программных продуктов для автоматизации работы аптек

Характеристики и функции	Название программы
	1С: Розница 8. Аптека	F3 TAIL	Эприка 10	М Аптека плюс	UlPharma
Стоимость, руб.	26500	19800	18000	25000	0
Учёт лекарственных средств	+	+	+	+	+
Формирование заказа у поставщиков	+	+	+	+	+
Инвентаризация остатков	+	+	+	+	+
Работа с ценами	+	+	+	+	+
Поиск аналогов лекарственных средств	+	+	+	+	+
Работа со справочником	+	–	–	–	+
Учёт наличия противопоказаний	–	–	–	–	+
Проверка фармацевтической онтологии на непротиворечивость	–	–	–	–	+

В основе предлагаемой ИС лежит OWL -онтология, что позволяет добиться согласованности и непротиворечивости данных. Под согласованностью понимается такое состояние данных, при котором на их основе обеспечивается корректный логический вывод. Непротиворечивость означает, что в ИС отсутствуют данные, противоречащие друг другу. Нарушение непротиворечивости данных при игнорировании предупреждения об ошибке может, например, привести к тому, что из определённых в онтологии аксиом будут выведены неправильные утверждения, имеющие негативные последствия. В онтологиях предусмотрены автоматический поиск ошибок и выявление новых отношений.

10 Эприка – совместный продукт национального фармдистрибьютора АО ЦВ ПРОТЕК и лидера отечественного рынка автоматизации товарно-складского учета аптек «Спарго Технологии».

ИС UlPharma является автономным бесплатным приложением, способным запускаться с USB-накопителя. Преимуществом предлагаемой ИС перед SaaS 11 -системами, к которым относится «Киберис 12 », является возможность самостоятельной актуализации БЗ ИС при отсутствии у пользователя компетенций в области программирования путём внесения данных о новых препаратах, болезнях, диагнозах и др. ИС UlPharma позволяет ограничивать продажу ЛС на основе указанных противопоказаний непосредственно на этапе продажи, минуя поиск соответствующей информации по каждому наименованию в справочнике. ИС содержит только ЛС, прошедшие государственную регистрацию [21]. Предлагаемая онтология может использоваться в русскоязычных ИС без применения дополнительных средств перевода и проверки на наличие ЛС в госреестре.

Из анализа представленных в статье ИС видно, что каждая ИС является многофункциональной и предназначена для нескольких сфер деятельности аптечной организации, однако в этих ИС возможность ограничения отпуска ЛС и ТАА с учётом указанных противопоказаний на этапе продажи отсутствует.

Заключение

В результате исследования разработана фармацевтическая онтология и заполнена БЗ на основе этой модели, которая использовалась в специализированной ИС UlPharma . БЗ выполнена на русском языке, имеет открытый доступ и содержит только препараты из государственного реестра ЛС РФ.

Разработанная ИС UlPharma с использованием созданной БЗ на основе фармацевтической онтологии может применяться для автоматизации основных процессов в аптечной организации. Отличительной особенностью данной ИС является возможность семантического поиска по объектам онтологии и ограничения на отпуск ЛС, на основе указанных противопоказаний с помощью определяемых классов и аксиом онтологии, непосредственно на этапе продажи.