Введение к работе
Актуальность темы. Современное состояние науки и техники характеризуется широким использованием информационных технологий в различных направлениях научных исследований: в проекте расшифровки генома, в медицинской диагностике, в проблемах оптимизации для различных областей технических наук и экономики, в автоматизации распознавания речи, в исследованиях космоса и т.д. Решению многих вопросов, связанных с разработкой информационных систем, а также методик и алгоритмов решения различных практических задач способствовали работы ученых А. В. Красова, В. И. Дмитриева, Т. А. Гавриловой, Л. Ю. Куликовского, Э. К. Шахова и др.
Одной из наиболее перспективных областей применения достижений современных информационных технологий является медицина и медицинская техника. Различные аспекты теории и практики применения информационных технологий в медицине для создания медицинских информационных систем достаточно полно освещены в работах А. В. Гусева, В. Я. Гельмана, Б. А. Кобринского, Д. А. Новикова, А. П. Немирко, И. Н. Спиридонова, А. В. Самородова и др. Несмотря на большое количество проведенных исследований, остаются вопросы, требующие дополнительной проработки.
К ним относятся вопросы создания систем экспресс-диагностики, позволяющих исследовать слабоструктурированные клинические данные, производить постановку предварительного диагноза, а также осуществлять прогнозирование исходов заболеваний.
С точки зрения компьютерных технологий система экспресс-диагностики представляет собой компьютерную автоматизированную систему, целью которой является помощь практикующим специалистам, принимающим решение в сложных условиях для полного и объективного анализа предметной деятельности. Одним из социально значимых направлений разработки и внедрения систем экспресс-диагностики является исследование сердца и сосудов, так как заболевания этих органов занимают первое место в мире. Особое внимание при диагностике патологий сердечно-сосудистой системы следует обратить на тромбозы и эмболии, возникновение которых объединяет целый ряд заболеваний и осложнений, в том числе и такие грозные сердечно-сосудистые нарушения, как инфаркт миокарда, инсульт, тромбоэмболия легочной артерии и, как следствие, приводит к увеличению риска внезапной смерти.
Предупреждение и лечение тромбозов является одной из важнейших задач повседневной клинической практики. Широкое распространение тромбозов и эмболий, высокая летальность, разнообразие симптомов и осложнений, тяжелые последствия при несвоевременной диагностике нарушений подобного рода обусловливают актуальность исследований, направленных на поиск наиболее эффективных методов экспресс-диагностики данных патологий.
Целью работы является разработка системы экспресс-диагностики тромбозов и эмболий на базе современных медицинских технологий диагностики и прогнозирования исходов заболевания для повышения диагностической эффективности способов и средств обработки и оптимизации клинических данных, получаемых в медицинском технологическом процессе.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Анализ существующих способов измерения и оценки исследуемых параметров сердечно-сосудистой системы, выявление их недостатков и обоснование разработки нового способа диагностики тромбозов и эмболий.
-
Разработка нового способа экспресс-диагностики, основанного на применении современных нейросетевых технологий, отличающегося комплексной математической предварительной обработкой параметров гемостаза с последующим выявлением наиболее информативных признаков.
-
Разработка структуры и программного обеспечения системы экспресс-диагностики, производящей обработку, представление, передачу данных и поддержку принятия врачебных решений.
-
Оценка эффективности работы системы экспресс-диагностики для подтверждения адекватности результатов ее работы.
-
Внедрение разработанных способов и средств экспресс-диагностики тромбозов и эмболий.
Объектом исследования является система экспресс-диагностики патологий сердечно-сосудистой системы.
Предметом исследования является информационное, методическое и программно-алгоритмическое обеспечение системы.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа и теории биотехнических систем, принципы создания и функционирования программных средств вычислительной техники, методы алгоритмизации и объектно-ориентированного программирования для проведения исследований, методы оценки адекватности полученных результатов, а также интерпретации полученных экспериментальных данных.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
Разработан новый способ экспресс-диагностики, основанный на применении современных нейросетевых технологий, который отличается комплексной предварительной математической обработкой параметров гемостаза с выявлением наиболее информативных признаков и обеспечивает повышение диагностической эффективности работы системы.
-
Предложен способ оптимизации клинических данных для решения задачи экспресс-диагностики, основанный на расчете значения эффективности диагностики и оценке «вклада» каждого отдельного параметра в увеличение эффективности.
-
Предложен и программно реализован алгоритм диагностики тромбозов и эмболий, отличающийся тем, что на базе нейросетевых технологий производится анализ наиболее информативных параметров гемостаза, позволяющий классифицировать состояние пациента как нормальное и патологическое, а также прогнозировать исход заболевания.
-
Разработаны структура и программное обеспечение системы экспресс-диагностики, производящей обработку, представление, передачу данных и поддержку принятия врачебных решений с помощью специализированного интерфейса.
На защиту выносятся:
-
-
Способ проведения экспресс-диагностики, основанный на применении современных нейросетевых технологий, отличающийся комплексной предварительной математической обработкой параметров гемостаза с последующим выявлением наиболее информативных признаков.
-
Способ оптимизации клинических данных для решения задачи экспресс-диагностики.
-
Алгоритм нейросетевой диагностики тромбозов и эмболий, отличающийся тем, что на базе нейросетевых технологий производится анализ наиболее информативных параметров гемостаза, позволяющий классифицировать состояние пациента как нормальное или патологическое, а также прогнозировать исход заболевания.
-
Структура и программное обеспечение системы экспресс-диагностики, производящей обработку, представление, передачу данных и поддержку принятия врачебных решений с помощью специализированного дружественного интерфейса.
Практическая значимость. Разработанная система экспресс-диагностики использована в клинической практике при лабораторном анализе, предварительной диагностике, прогнозировании течения заболеваний, а также в медицине критических состояний при планировании интенсивной терапии и для контроля ее эффективности. Кроме того, система используется в учебно-научном процессе кафедры «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах» ПГТА, занимающейся подготовкой специалистов по направлению «Биомедицинская инженерия» и кафедры «Анестезиология-реаниматология и скорая медицинская помощь» Пензенского института усовершенствования врачей (ПИУВ).
Применение данной системы позволяет сократить временные и материальные затраты на дорогостоящую диагностику тромбозов и эмболий, а также автоматизировать процесс прогнозирования исхода заболевания.
В круг пользователей системы входят практикующие врачи, персонал биохимических лабораторий, инженерный и преподавательский состав учреждений образования и здравоохранения, студенты специальностей медицинского и медико-технического профиля.
Внедрение результатов исследования. Результаты исследований
внедрены в клиническую практику ПИУВ, технологический процесс
ЗАО «Трибомаш» (г. Пенза), учебный процесс кафедры «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах» Пензенской государственной технологической академии и кафедры «Анестезиология-реаниматология и скорая медицинская помощь» ПИУВ.Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции «Актуальные проблемы науки и образования», Пенза, 2008, 2011 гг.; на конференции «Информационные технологии в информатике, экономике, медицине и образовании», Пенза, 2007, 2008 гг.; на международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2007–2009 гг.
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы опубликованы в 27 статьях и тезисах докла-
дов, среди которых 8 публикаций в ведущих рецензируемых журналах,
рекомендованных ВАК РФ, 3 - зарубежных публикаций на иностран-
ном языке.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 135 наименований, и приложений. Общий объем работы составляет 185 страниц основного текста, в том числе 44 рисунка, 14 таблиц и 3 приложения.
Автор выражает благодарность кандидату медицинских наук, доценту кафедры «Анестезиология-реаниматология и скорая медицинская помощь» ПИУВ Л. А. Филипповой за предоставленные клинические данные параметров гемостаза и консультации по медицинским аспектам диссертационной работы.
Похожие диссертации на Система экспресс-диагностики тромбозов и эмболий
-
