Введение к работе
Актуальность проблемы
По данным Международного форума Организации Объединенных Наций по химической безопасности, в мире ежегодно производится и используется не менее 40 тысяч наименований химических веществ, представляющих особую опасность для человека и биосферы в целом. Проблемы профилактики и ликвидации медицинских последствий «антропогенного химического стресса» обсуждались на специальных конференциях ООН по окружающей среде и развитию. На конференции в Рио-де-Жанейро (3—14 нюня 1992 г.) был принят итоговый документ «Повестка дня на XXI век», в котором нашла отражение международная стратегия в области химической безопасности. В нашей стране общегосударственные меры по профилактике воздействия антропогенного химического стресса на население базируются на системе регламентирования содержания химических веществ в среде обитания.
К настоящему времени в России острые химические отравления выходят в число ведущих причин, определяющих смертность населения от неинфекционных заболеваний. Во многих случаях химическое вещество, вызвавшее отравление, остается нераспознанным. В результате острые отравления лекарственными препаратами, пестицидами и другими химическими веществами могут быть зарегистрированы в рамках нозологической формы, сходной по клиническим проявлениям заболевания.
Особую проблему составляет и возможность применения химических веществ в террористических актах с целью массового поражения людей и животных, а также массовые острые отравления городского населения в результате техногенных катастроф. Чрезвычайное разнообразие химических веществ и реакций организма человека при отравлении ими приводит к необходимости их кластеризации для целей дифференцирования и лечения.
Проблема идентификации и распознавания образов в течение продолжительного времени привлекает внимание специалистов в области математики и кибернетики. Существенный вклад в становление и развитие данного направления внесли Л. Льюинг, Р. Фишер, А.Н. Колмогоров, А.Я. Хинчин и др. Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что во многих диагностических системах алгоритм принятия оптимального статистического решения основывается на использовании полной формулы Байеса с учетом априорных вероятностей. Широко известны работы в этом направлении Л. Ластеда, Е.В. Гублера, N.H. Edwards, A. Sonnenberg, J.P. van de Merwe.
'?TZ$
І. J
Проблема выявления этиологического фактора при неясных отравлениях привела к необходимости разработки универсальной системы диагностики применительно к различным классам химических веществ, что подчеркивает актуальность данных исследований.
Цель работы
Разработка эффективных математических алгоритмов распознавания этиологии острых отравлений химическими веществами.
Основные задачи исследования
-
Создание базы данных по случаям острых отравлений лекарственными препаратами, пестицидами и боевыми отравляющими веществами.
-
Кластеризация исследуемых химических веществ.
-
Математическое моделирование химических интоксикаций. Разработка и обоснование метода и алгоритма распознавания класса химического вещества, вызвавшего интоксикацию.
4. Разработка программного обеспечения распознавания этиологии
острых отравлений лекарственными препаратами, пестицидами и боевыми
отравляющими веществами.
5. Практическая реализация программного средства.
Методы исследования
Для решения поставленных задач были использованы методы системного анализа, теории вероятности, математической статистики и теории проектирования реляционных баз данных.
Исследования проводили на IBM-совместимых персональных компьютерах под управлением операционной системы Windows ХР в инструментальной среде разработки Borland Delphi 7.0.
Научная новизна
Разработан и обоснован эмпирический алгоритм распознавания.
Модификация алгоритма распознавания с учетом совместного присутствия симптомов и признаков болезни, т. е. зависимости симптомов и признаков, приводит к уменьшению вариабельности коэффициента распознавания. Изменение алгоритма с учетом кластеризации и комплекса зависимых симптомов и признаков позволило повысить коэффициент распознавания болезни до 0,92.
Практическая значимость
Результатом проведенных исследований является компьютерная система DEFIT для определения химического вещества, вызвавшего острое отравление.
Предлагаемые методические подходы позволяют повысить эффективность работы врачей токсикологических центров, приемных отделений больниц и центров санитарно-эпидемиологического надзора при расследовании острых отравлений лекарствами, пестицидами и другими химическими веществами, случаев заболеваний неясной этиологии, а также при проведении судебно-медицинского освидетельствования больных.
Реализация и внедрение результатов исследований
Предлагаемый метод внедрен в практику Волгоградского областного токсикологического центра, Волгоградского областного центра санитарно-эпидемиологического надзора и Краснодарского медико-экологического центра «Гемос».
На защиту выносятся следующие положения:
-
База данных по клиническим проявлениям острых интоксикаций химическими веществами должна формироваться на основе их кластеризации по химической структуре с учетом зависимости симптомов и признаков (сочетаемости по 3).
-
В основу распознавания класса, к которому принадлежит химический агент, вызвавший у человека острую интоксикацию, может быгь положен следующий алгоритм:
J~ N
где Dj —
апостериорная вероятность появления у'-го заболевания у больного;
число симптомов, наблюдаемых у больного; априорная вероятность появления &-го сочетания симптомов (признаков) приу'-м заболевании;
J к
изменяется от 1 до Ni (N\ — количество заболеваний в базе); изменяется от 1 до Ni (N2 — количество пар симптомов в базе);
при наличии k-го сочетания симптомов у больного;
при отсутствии к-го сочетания симптомов у больного.
Апробация работы
Алгоритм и программа прошли экспертизу на новизну и зарегистрированы в Центре государственной регистрации программ для ЭВМ, баз данных и топологии интегральных схем (свидетельство о Государственной регистрации № 920042). Министерством здравоохранения РФ выдано свидетельство (№ 003 от 26.02.1999 г.) о пригодности использования предлагаемого программного продукта.
Основные положения и материалы диссертации докладывались на:
Всесоюзной научной конференции «Проблемы мониторинга за здоровьем населения промышленных городов» (Ангарск, июнь 1989 г.);
Всесоюзной научной конференции «Проблемы наркоманий, токсикомании и интоксикационных психических расстройств» (Ленинград, март 1990 г.);
Всесоюзной научной конференции «Информатика в здравоохранении» (Москва, дек. 1990 г.);
Всесоюзной научной конференции «Токсикологические проблемы химических катастроф» (Ленинград, май 1991 г.);
Всероссийской научно-практической конференции «Экология и здоровье человека» (Самара, окт. 1994 г.);
международных научно-технических конференциях «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, сент. 2000 г. и сент. 2002 г.);
Международном симпозиуме по антитерроризму «Разработка и принятие решений по снижению последствий для здоровья населения при террористических актах с применением опасных веществ» (г. Волгоград, окт.
2002 г.);
— Международном симпозиуме «Медицинские и биологические про
блемы, связанные с уничтожением химического оружия» (г. Волгоград, авг.
2003 г.);
— Втором Международном конгрессе по химическому, биологическо
му и радиационному терроризму (Дубровник, Хорватия, сент. 2003).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в числе которых 1 статья в центральном журнале «Гигиена и санитария», 2 тезиса в сборниках научно-практических конференций, 6 статей в сборниках научных конференций, 8 тезисов докладов на международных конференциях.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием материала и методов исследования, трех глав основных результатов исследования, заключения, списка литературы. Работа содержит 143 страницы наборного текста, 28 рисунков, 27 таблиц, 15 формул. Список литературы включает 130 работ, в том числе 43 — зарубежных авторов.
