Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности управления медицинскими системами связано с применением разнообразных методов моделирования и оптимизации. В большинстве случаев их используют либо для рациональной организации больших медицинских систем на уровне региона, крупного лечебного учреждения, либо при исследовании локальных физиологических подсистем человека. В меньшей степени они ориентированы на выбор тактики лечения хронических больных в клинических условиях.
При традиционном лечении выбор лечебных воздействий осуществляется лечащим врачом, как правило, путем эмпирического подбора дозировок с субъективной оценкой индивидуальных особенностей Организма больного, йду приходится постоянно решать задачи прогнозирования исхода лечения как на очередной шаг, так и навесь период, исходя из анамнеза, накопленного опыта лечения заболевания, объективных данных о больном, реакции организма на предшествующее лечебное воздействие. Врач анализирует полученные результаты в так называемой статике, когда действие лечебного воздействия заканчивается, в то время, как на эффективность лечения оказывает влияние характер переходных процессов от действия очередной дозы лекарства. Реакция организма на внешнее воздействие, в том числе и лекарственное, описывается дифференциальным уравнением, коэффициенты которого являются, во-первых, переменными во времени, а во-вторых, отражают индивидуальные особенности организма.
Поэтому управление состоянием больного должно осуществляться на основе ретроспективной и текущей информащш о динамике физиологических параметров.
Таким образом, актуальность темы исследования определяется необходимостью повышения эффективности лечебных мероприятий на основе применения методов моделирования и оптимизации, ориентированных на учет динамики физиологических параметров и'индивидуальных особенностей организма.
Работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной научно-технической программой 12.II "Перспективные инфор-изциондаэ технологии в высшей школе" в рамках одного из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Биомодкибернеткка, компьютеризация в медицине".
Цель и задачи исследования. Целью работы является создание методов моделирования и алгоритмов для управления лечением хронических заболеваний с учетом динамических характеристик физиологических процессов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
проанализировать особенности управлзния лечением хронических' заболеваний, с применением компьютерных технологий на' основе классификации динамических режимов изменения физиологических параметров;
разработать методы моделирования макро- и микродинамики лечения по экспериментально-статистическим данным об изменении физиологических параметров под влиянием лекарственных воздействии;
построить алгоритмические схемы оптимального выбора вида и дозы лекарственного воздействия с использованием моделей динамики лечения;
реализовать комплекс методов, моделей и алгоритмов в клинических условиях и оценить их эффективность при лечении ряда хрок..ческих заболеваний.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положения теории управления биологическими и медицинскими системами, теории вероятностей, математической статистики и случайных функций, вариационные методы, методы моделирования, идентификации и оптимизации.
Научная новизна. Б работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
математические приемы учета макро- и микродинамики ири алгоритмизации моделирования физиологических процессов под влиянием лекарственных воздействий, обеспечивающие математическое описание временных рядов в рамк'їх многофакторной регрессионной модели и процесс элиминации лекарства в рамках имитационной модели;
компенсационный мегод идентификации динамических характеристик с применением АВМ, отличающийся использованием сиотемы функций, ортоної шрованных на изменяющемся интервале времени, при формирований модели нестационарного изменения физиологических параметров при лечении;
адаптивный алгоритм имитационного выбора вида лекарственного воздействия, позволяющий учитывать экспертные оценки врача и результаты вероятностного прогнозирования динамики лечения по математической модели;
алгоритм оптимального выбора последовательности доз лечебных воздействий, отличающийся введением условия -оптимальности с целью ослабления требования стаїг./лнарности случайного процесса изменения физиологических па>-амРтров.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные методы моделирования и алгоритмы оптимального выбора легли в основу методики использования комплекса цифровых и аналоговых вычислительных средств в учреждениях практического здравоохранения. Учет динамики физиологических процессов на макро- и микроуровь. jc позволил врачам выбирать более эффективную последояэтельность доз лекарственных воздействий, обеспечивачь щую сокращение сроков и затрат на лечение. Построенные модели динамических режимов стационарного лечения сахарного диабета, артериальной гипертонии использованы при организации интеллектуальной поддержи врача.
Результаты диссертации внедрены в Воронежской областной клинической больнице. На основании исследований,проведенных в соответствии с договором о содружестве, получены, апробированы модели процесса лечения сахарного'диабета; сконструированы многоуровневые адаптивные алгоритмы принятия решений при- выборе ^тактики Течения; разработано несколько вариантов применения нотационного эксперимента. Ожидаемый годовой экономический эффект за счет сокращения сроког стационарного лечения и рационального выбора лекарственных средств составляет 300 тыс.руб. в ценах 1994 года.
Ряд результатов используется в учэбном процессе межвузовской кафедры "Компьютеризация управления в медицинских и педагогических системах" для студентов специальности 190500 "Биотехнические и медицинские аппараты и системы".
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийском совещании-семинаре "Высокие технологии в проектировании технических и автоматизированных устройств" (Воронеж, 1993); Международном форуме "Стратегия здоровья: интеллектуальное обеспечение медицины" (І'урзуф, 1994); Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике,
образовании и медицино" (Воронеж, j.9'j4); семинарах межвузовской кафедры "Компьютеризация управления в медицинских и педагог::-' ческих системах"; ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения на 117 с, списка литературы (77 наименований), приложения, содержит 25 рисунков, 4 таблицы.