Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время 8 стране и за рубежом накоплен большой опыт применения средств вычислительной техники и математических методов в медикобиологических исследованиях. На ранних этапах развития этого научного направления был предложен ряд частных методов и различных моделей, позволяющих углубленно исследовать отдельные патологические проявления тех или иных органов и систем организма. Комплексные же исследования в рамках целостных организмических систем, с чем фактически приходится сталкиваться врачам специалистам различного профиля, получили недостаточное развитие.
Среди всего многообразия задач, возникающих перед практическими "врачами, достаточно остро стоит вопрос о качественной и своевременной диагностике заболеваний желудочно-кишечного тракта, поскольку по критериям распространенности и потери работоспособности они занимают одно из ведущих мест (Логинов А.С.. Григорьев П. Я., Пятакович Ф. А. и др.).
Значительно повысить своевременность и качество постановки диагноза врачам гастроэнтерологам позволяет использование современных компьютерных технологий.
Работами Попова Э.В., Самсонова В. В.. Попечителева Е.П.. Устинова А. Г.. Д. Уотермана. Л. Шортлифа. Р. Девитса и др. было показано, что при решении сложных задач автоматизированной диагностики состояния здоровья человека хороших результатов удается достичь при использовании интерактивных систем, обеспечивающих комплексный подход к решению поставленной проблемы, когда в кок-туре диагностики и управления активно функционирует лицо, принимающее решение (ЛПР), обладающее соответствующим запасом знаний. умений и навыков в медицинской предметной области.
В настоящее время известно достаточно большее количество автоматизированнач диагностических систем, решающих различные задачи диагностики. Многообразие и сложность реальных диагностических задач, часто требующих своего решения в условиях недостаточности информации, приводит к тому, что большинство известных медицинских автоматизированных систем решают достаточно частные задачи без учета жесткого лимита времени, существующего в уело-
виях работы поликлиники,, и . как правило, с однотипными решающими правилами, работающими на однотипных измерительных шкалах для системы признаков.
Например, система CASHET предназначена для диагностики' заболеваний глаукомой при использовании казуальной модели принятия решений, система НОДИС предназначена для анализа причин гипертонии, система КОНСУЛЬТАНТ-2 - для диагностики острых заболеваний брюшной полости, широко известная система MYCIN предназначена для поддержки принятия решений при диагностике и лечении определенных классов инфекционных заболеваний и т.д.
. В настоящее время появилась и целая серия экспертных оболочек типа ENMYCIN, INTERNIST. ТАИС и др. Однако, как правило, они требуют приведения решающих правил к стандартному виду, например, правилу продукций, фреймам и т.д., и для каждой предметной области естественного поиска решающих правил, что состовляет основную работу при построении соответствующих экспертных систем.
Анализ существующих условий, в которых должна функционировать автоматизированная поликлиническая система диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта ( ограничения на время принятия решений, неоднородность структуры классов, разнотипность представления признаков и классов, неопределенность в представлении данных и диагностических заключениях), позволил сделать вызод о том. что существующие системы в полной мере не обеспечивают выполнение этих требований.
Поэтому разработка автоматизированных систем , работающих в условиях перечисленных выше ограничений, представляется проблемой своевременной и актуальной.
Целью работы является повьщение надежности и производительности работы поликлинического врача при диагностике желудочно-кишечных заболеваний путем его взаимодействия с автоматизированной системой поддержки принятия решений, работающей в условиях неопределенности с разнородной структурой классов.
Для реализации поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
разработка алгоритма ведения пациента в условиях автоматизированной поликлиники;
определение списка нозологии для поликлинической системы поддержки принятия решений на этапе диагностики желудочно-кишеч-
ных заболеваний в условиях ограничений на качество постановки диагноза и время принятия решений:
разработка методов преобразования детерминистских решающих правил для принятия решений по диагностике желудочно-кишечных заболеваний в правила с нечетким описанием границ разделяемых классов;
разработка правил отображения многомерных данных для решающих правил, применяемых в автоматизированных системах диагностики желудочно-кишечных заболеваний;
разработка программного обеспечения системы поддержки принятия решений в условиях автоматизированной поликлиники для диагностики желудочно-кишечных заболеваний:
проведение экспертной проверки разработанной системы в условиях модельного эксперимента и реальных условиях.
Методы исследования. В работе использованы теория распознавания образов, прикладная статистика..теория моделирования, теория нечетких множеств, методология искусственного интеллекта.
Научная новизна. 1. В диссертационной работе разработана
информационно-логическая модель лечебно-диагностического процес
са для автоматизированного рабочего места врача-гастроэнтероло
га- ' .
-
В работе решена задача оптимизации объема и структуры базы знаний для реализации диагностических заключений автоматизированной системой поддержки принятия решений по диагностике желудочно-кишечных заболеваний при реализации противоречивых критериев, минимума времени на- диагностику и реакции системы и максимума достоверности принимаемых решений.
-
Разработаны методы нечеткого описания классификаций для линейных дискриминантных функций.
-
Разработаны методы отображения классов, представляемые системой логических решающих правил и линейными дискриминантами функциями в двумерные классификационные пространства.
-
Предложены новые математические модели классификации для задач скрининговой диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). дифференциальной диагностики мальабсорбции. оценки степени тяжести рецидива язвенной болезни, дифференциальной диагностики острого живота, дифференциальной диагностики энтеритов и колитов.
Практическая ценность. Разработанные методы, алгоритмы и программное обеспечение позволяют поднять на новый уровень качество медицинского обслуживания населения. В частности, позволяют повысить достоверность 'решений при диагностике ( їепудочно-кишечных заболеваний в условиях поликлиники, и как следствие, увеличить эффективность лечебно-оздоровительных мероприятий и снизить продолжительность пребывания на больничном листе.
Реализация. Разработанные методы, алгоритмы и программы переданы в опытную эксплуатацию в ряд поликлиник города Санкт-Петербурга, внедрены в лечебно-диагностическом центре "Хрономед" при кафедре биомедицинских и информационно-технических систем КГТУ (г. Курск), медицинских учреждениях Кемерово и Железноводс-ка.
Апробация. Результаты работы докладывались, обсуждались на школе-семинаре молодых ученых при Санкт-Петербургском Государственном электротехническом университете, на Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (г.Рязань), на Международном симпозиуме "Россия на пороге третьего тысячелетия: Единство в многообразии" (г.Курск), на научно-технических конференциях различного уровня в Курском государственном техническом университете.
Публикации. Самостоятельно и в соавторстве опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения. трех глав, заключения, приложений и списка литературы, включающего 85 наименований. Основная часть работы изложена на 68 страницах машинописного текста. Работа содержит 8 приложений. 14 рисунков.