Введение к работе
-3-I.
Актуальность работы
Применение вычислительной техники (ВТ) в различных областях знаний показали, что развитие теоретической и прикладной кибернетики дает основания рассчитьшать на успешное расширение сферы использования математических методов и ВТ, в том числе в решении проблем, требующих имитации мышления человека.
В связи с тем значением, которое международная общественность придает проблемам охраны здоровья человека, резко возрос научный интерес представителей точных наук к проблемам медицины. Наблюдается тенденция к развитию компьютерных систем, предназначенных для обеспечения медико-биологических исследований с целью дальнейшего использования полученных результатов в практической медицине.
Важнейшей областью сотрудничества медиков и математиков является медицинская диагностика и прогнозироваїше. Учитывая сложность организашш физиологических функций организма, их взаимовлияние, наличие с одной стороны, феноменов синхронизации и резонанса, а с другой - явлений десинхро-низма при различных степенях выраженности патологического процесса, очевидной становится необходимость разработки и совершенствования как методических приемов исследования динамических показателей в клинике, так и системы анализа данных исследования с использованием специальных математиче-скігх и вычислительных методов
Наиболее актуальной в настоящее время является разработка интеллектуальных проблемно-ориентированных компьютерных систем (КС) для поддержки принятия решений, связанных с анализом временных рядов, которые сформировались в медицине как хронобиологические проблемы.
Научная проблема (задача)
До настоящего времени большие трудности в клинической практике вызывает диагностика и прогнозирование быстротекущих процессов, таких, например, как острый инфаркт миокарда (ОИМ). Возникли основания предполагать, что характер изменений электрофизиологических (ЭКГ) показателей в течение первых двух суток от начала заболевания могут быть значимыми (информативными) для прогноза некоторой категории жизнеугрожающих осложнений. Была сформулирована гипотеза о том, что в группе больных ОИМ без осложнений характер изменений показателей ЭКГ по данным Холтеровского мониторинга (ХМ) уже в первые двое суток отличается от "поведения" их (в эти же дни) в группе больных, у которых в последствии были зафиксированы какие-либо осложнения, связанные с нарушением ритма или недостаточностью кровообращения.
Требовалось найти такие характеристики динамики показателей ХМ первых двух суток от момента развития заоолеваїшя, которые позволили бы дать прогноз благополучного или неблагополучного течения ОИМ и тем самым выделить группу риска в плане возникновения таких опасных осложнений, как нарушения ритма или недостаточность кровообращения. Цель исследования
-5-Целью настоящего исследования являлась разработка методики структурного прогнозирования состояния сложных динамических объектов на примере решения задачи прогнозирования ближайших и отдаленных осложнений у больных ОИМ по данным ХМ. Указанная цель была достнпгута постановкой и решением следующих задач:
-
Сконструировать проблемно-ориентированное пространство "производных характеристик" для адекватного описания быстротекущего процесса.
-
Разработать способ расчета информативности (днагностігческой значимости) "производных характеристик" описания исследуемого динамического процесса.
-
Выбрать критерии и на их основе провести формирование групп для хро-нобиологического исследования динамики процесса.
-
Произвести построение решающих правил (РП) альтернативной дифференциальной диагностики для анализа структуры состояния сложноорганизо-ванньгх объектов с использованием метода перебора конъюнкций (МПК).
-
Разработать методику структурного прогнозирования состояния объектов исследования на множестве неоднородных данных.
-
Разработать архитектуру и алгоритм построения многоуровневой системы для прогнозирования осложнений при ОИМ.
Научная новизна
На основе проведенного исследования впервые получены следующие результаты:
-
Предложен оригинальный способ конструирования проблемно-ориентированного пространства "производных характеристик" для адекватного описания быстротекущего процесса.
-
Разработана методика структурного описания быстротекущего процесса по комплексу динамических показателей.
-
Предложен подход к решению задачи структурного прогнозирования состояния объектов исследования на множестве неоднородных данных..
Приведенные результаты являются новыми применительно к анализу динамического процесса на множестве дискретных данных, актуальными с точки зрения их практического применения разработчиками.
Теоретическая значимость
Принципиальный вклад в развитие теории конструирования интеллектуальных компьютерных систем составляют следующие положения, выносимые на защиту:
-
методика структурного описания динамических объектов на основе выделенных информативных параметров;
-
способ оценки ранжирования непрерывных динамических показателей, обеспечивающих формирование условно-оптимального пространства диагностических признаков;
-
итерационные алгоритмы решения многофакторных задач с динамическими данными;
-
алгоритм построения многоуровневой диагностической системы для оценки и прогнозирования состояния сложных динамических объектов.
-3-1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Применение вычислительной техники (ВТ) в различных областях знаний показали, что развитие теоретической и прикладной кибернетики дает основания рассчитьшать на успешное расширение сферы использования математических методов и ВТ, в том числе в решении проблем, требующих имитации мышления человека.
В связи с тем значением, которое международная общественность придает проблемам охраны здоровья человека, резко возрос научный интерес представителей точных наук к проблемам медицины. Наблюдается тенденция к развитию компьютерных систем, предназначенных для обеспечения медико-бнологиче-ских исследований с целью дальнейшего использования полученных результатов в практической медицине.
Важнейшей областью сотрудничества медиков и математиков является медицинская диагностика и прогнозирование. Учитывая сложность организации физиологических функций организма, их взаимовлияние, наличие с одной стороны, феноменов синхронизации и резонанса, а с другой - явлений десинхро-низма при различных степенях выраженности патологического процесса, очевидной становится необходимость разработки и совершенствования как методических приемов исследования динамических показателей в клинике, так и системы анализа данных исследования с использованием специальных математических и вычислительных методов
Наиболее актуальной в настоящее время является разработка интеллектуальных проблемно-ориентированных компьютерных систем (КС) для поддержки принятия решений, связанных с анализом временных рядов, которые сформировались в медицине как хронобиологнческие проблемы.
Научная проблема (задача)
До настоящего времени большие трудности в клинической практике вызывает диагностика и прогнозирование быстротекущих процессов, таких, например, как острый инфаркт миокарда (ОИМ). Возникли основания предполагать, что характер изменений электрофизиологических (ЭКГ) показателей в течение первых двух суток от начала заболевания могут быть значимыми (информативными) для прогноза некоторой категории жнзнеугрожаюших осложнений. Была сформулирована гипотеза о том, что в группе больных ОИМ без осложнений характер изменений показателей ЭКГ по данным Холтеровского мониторинга (ХМ) уже в первые двое суток отличается от "поведения" их (в эти же дни) в группе больных, у которых в последствии были зафиксированы какие-либо осложнения, связанные с нарушением ритма или недостаточностью кровообращения.
Требовалось найти такие характеристики динамики показателей ХМ первых двух суток от момента развития заболевания, которые позволили бы дать прогноз благополучного или неблагополучного течения ОИМ и тем самым выделить группу риска в плане возникновения таких опасных осложнений, как нарушения ритма или недостаточность кровообращения. Цель исследования
-5-Целью настоящего исследования являлась разработка методики структурного прогнозирования состояния сложных динамических объектов на примере решения задачи прогнозирования ближайших и отдаленных осложнений у больных ОИМ по данным ХМ. Указанная цель была достигнута постановкой и решением следующих задач:
-
Сконструировать проблемно-ориентированное пространство "производных характеристик" для адекватного описания быстротекущего процесса.
-
Разработать способ расчета информативности (диагностической значимости) "производных характеристик" описания исследуемого динамического процесса.
-
Выбрать критерии и на их основе провести формирование групп для хро-нобиологического исследования динамики процесса.
-
Произвести построение решающих правил (РП) альтернативной дифференциальной диагностики для анализа структуры состояния сложноорганнзо-ванных объектов с использованием метода перебора конъюнкций (МПК).
-
Разработать методику структурного прогнозирования состояния объектов исследования на множестве неоднородных данных.
-
Разработать архитектуру и алгоритм построения многоуровневой системы для прогнозирования осложнений при ОИМ.
Научная новизна
На основе проведенного исследования впервые получены следующие результаты:
-
Предложен оригинальный способ конструирования ироблемно-ориентировашюго пространства "производных характеристик" для адекватного описания быстротекущего процесса.
-
Разработана методика структурного описания быстротекущего процесса по комплексу динамических показателей.
-
Предложен подход к решению задачи структурного прогнозировашія состояния объектов исследования на множестве неоднородных данных..
Приведенные результаты являются новыми применительно к анализу динамического процесса на множестве дискретных данных, актуальными с точки зрения их практического применения разработчиками.
Теоретическая значимость
Принципиальный вклад в развитие теории конструирования интеллектуальных компьютерных систем составляют следующие положения, выносимые на защиту:
-
методика структурного описания динамических объектов на основе выделенных информативных параметров;
-
способ оценки ранжирования непрерывных динамических показателей, обеспечивающих формирование условно-оптимального пространства диагностических признаков;
-
итерационные алгоритмы решения многофакторных задач с дішамическими данными;
-
алгоритм построения многоуровневой диагностической системы для оценки и прогнозирования состояния сложных динамических объектов.
-7-Практическая цеішость
-
Выявлены аналитические хронооиологические зависимости, позволяющие дать прогноз состояния больного ОИМ на основе показателей ХМ, проводимого в течение первых двух суток от начала заболевания.
-
Предложена методика для осуществления структурного прогнозирования состояния сложноорганизованных объектов.
-
Разработана конкретная компьютерная система "САНДИДЛ", ориентированная на анализ динамических хронобиологических данных.
Аналогов разрабатываемой системы в отечественных и зарубежных публикациях не выявлено.
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы внедрены в реанимационном отделении интенсивной терапии Центрального Военного Госпиталя (г. Москва).
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы были представлены и доложены на следующих конференциях:
Проблемная комиссия по хронобиологии и хрономедицине" РАМН (ноябрь 95);
Международная конференция "Новые информационные технологии в медицине и экологии (ІТ-МЕ 96), Украина, Гурзуф, 1996;
I Всероссийский конгресс "Патофизиология органов и систем. Типовые патологические процессы". Москва. 1996;
- IV Российский национальный конгресс "Человек и лекарство", Москва,
1997;
International Conference on Informatics and Control Proceedings (ICI&C97), Russia, St. Peterburg, 1997;
XLIV - XLV1I научно-технические конференции МИРЭА, Москва, 1995, 1996, 1997; 1998 гг.
По результатам исследования опубликовано 9 научных работ.
Структура, и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и приложений. Объем дчссертащш составляет 175 страниц машинописного текста, 5 таблиц и 32 рисунков.
