Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время функционирует множество различных медицинских баз данных, регистров больных с различной патологией, осуществляющих накопление информации. Сохраняемые данные представляют собой разнородную и несистематизированную информацию, которая не отвечает современным динамически изменяющимся потребностям исследователей и практиков. Уменьшить разрыв между сбором данных и использованием извлеченных из них знаний позволяет применение информационных интеллектуальных технологий.
Интеллектуальный анализ данных (ИАД), получивший в последнее десятилетие широкое распространение является развивающимся самостоятельным направлением теории и приложения автоматизированных систем принятия решений в различных областях деятельности. Существующие методы ИАД позволяют получить из разнородных данных знание, характеризующееся практической полезностью и простотой интерпретации.
Интегральной характеристикой здоровья детей является физическое развитие, анализируемое во множестве практических задач не только в медицине, но и других областях. На индивидуальном уровне диагностика физического развития используется для выявления патологии (скрининг), своевременной коррекции режима питания, физической нагрузки, лечебного воздействия (мониторинг), а также для прогнозирования дальнейшего развития ребенка. На популяционном уровне анализ значений показателей физического развития служит средством мониторинга за социально-экономическим состоянием групп населения, региона, общества и обеспечивает его своевременную коррекцию. В настоящее время все эти задачи решаются отдельно различными методами, так как отсутствует модель знаний диагностики физического развития. Представление модели должно учитывать половозрастную неоднородность измерений, различия в формах распределений самих показателей, разнообразие используемых диагностических критериев и обеспечивать автоматизацию процесса получения новых знаний из данных.
Основным инструментом диагностики являются стандартные или справочные показатели физического развития, которые получают путем статистического анализа базисной группы. Для эффективности диагностики справочник должен отражать региональные особенности и динамически обновляться. Существующие на сегодняшний день справочные таблицы представляют результат специальных, трудоемких, протяженных во времени исследований, т.е. статичны. Применение методов ИАД к извлечению и актуализации информации, накопленной в электронных архивах и информационных
базах лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ), позволит создать динамически обновляемые справочники, автоматизировать процесс принятия диагностических и управленческих решений и обеспечить их своевременность. Интеллектуализация процесса диагностики достигается разработкой встроенных в корпоративные хранилища данных предметно-ориентированных приложений, использующих информационные технологии.
Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости формирования современной информационной технологии интеллектуализации анализа данных диагностики физического развития детей.
Работа выполнена в рамках НИР ГБ 01.2005.2305 «Моделирование информационных технологий; разработка и совершенствование методов и моделей управления, планирования и проектирования технических, технологических, экономических и социальных процессов и производств» и в соответствии с основным научным направлением АНОО ВПО «Воронежский институт высоких технологий».
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методологических основ, алгоритмов и моделей оценки физического развития детей с использованием современных информационных технологий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
сформировать оптимальную совокупность знаний диагностики физического развития, отражающую эмпирические распределения показателей физического развития - длины, массы, индекса массы тела для различных возрастных групп детей;
предложить математическое и алгоритмическое обеспечение процедур пересчета значений показателей физического развития из первичных измерительных шкал в шкалы и оценки, распространенные в международной практике;
построить современную модель знаний диагностики физического развития и верифицировать ее по данным экспериментальных измерений длины и массы тела детей различного возраста;
осуществить подбор рационального минимума диагностических критериев для верификации модели по выборочным данным;
разработать алгоритмическое и программное обеспечение интеллектуальной поддержки процесса диагностики, индивидуального мониторинга и прогнозирования физического развития детей;
интегрировать разработанные модели и алгоритмы в единую информационную технологию диагностики физического развития.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, теории управления и информационных систем, прикладной математической статистики, имитационного моделирования, оптимизации и исследования операций.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
алгоритм построения квантильно-регрессионной модели на основе модифицированного LMS-метода, отличающийся использованием трансформации первичных измерений, позволяющий значительно расширить существующие методы диагностики физического развития детей;
процедура визуализации диагностического средства для верификации модели, отличающаяся совместной оценкой характеристик положения, рассеивания и формы трансформированных измерений показателей длины, массы, индекса массы тела и артериального давления;
методика характеристики медико-биологических показателей пациентов с учетом их половозрастной неоднородности и использованием нормализованных оценок, позволяющая осуществлять индивидуальный и популяци-онный мониторинг;
информационная технология интеллектуализации диагностики физического развития, соответствующая международным рекомендациям и практическим потребностям педиатров;
справочные диаграммы и программа диагностики физического развития, использующая разработанную модель знаний и обеспечивающая реализацию предложенных информационных технологий.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработана и верифицирована модель оценки физического развития по длине и массе тела детей от 2 до 14 лет с учетом региональных особенностей.
Полученные справочные диаграммы возрастной динамики длины, массы и артериального давления введены в использование для индивидуального мониторинга физического развития детей в работу приемного отделения ГУЗ «Воронежская областная детская клиническая больница №1» и МУЗ ГО г. Воронежа «Городская детская клиническая поликлиника №11».
Результаты исследований в виде методического, информационного и программного обеспечения апробированы в деятельности ГУЗ «ВОДКБ №1».
Теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры инновационных систем информатизации и безопасности АНОО ВПО «Воронежский институт высоких технологий» и кафедры госпитальной педиатрии ГОУ ВПО «Воронежская государ-
ственная медицинская академия им. Н. Н. Бурденко», разработаны и изданы методические рекомендации.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: V и VI Российских конгрессах по детской нефрологии (Воронеж, 2006), (Москва, 2007); Региональных научно-практических конференциях «Информационные технологии в науке, технике и образовании» (Воронеж, 2007, 2008); внутриву-зовских научных отчетных конференциях (Воронеж, 2006-2008); научно-методических семинарах кафедры информационных технологий и телекоммуникаций АНОО ВПО «Воронежский институт высоких технологий» (Воронеж, 2005- 2008).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем проведено исследование эмпирического распределения показателей физического развития [2], алгоритмизовано построение квантильно-регрессионных моделей [8,14], построены модели длины и массы тела [1,4], систолического, диастолического и среднего артериального давления [5] и разработана их визуальная интерпретация [7, 15], сформулирована методика описания медико-биологических показателей пациента с учетом их неоднородности [10, 13], установлена прогностическая значимость и эффективность разработанных моделей и методов оценки физического развития у больных с нефропатиями [3, 6], проанализирована взаимосвязь качества жизни и оценок физического развития [12], проведен корреляционный анализ различных соотношений длины и массы тела с возрастом [11], определены критерии риска развития гипертензии на основе показателей физического развития [5, 9, 11].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 170 наименований и приложений. Основная часть работы изложена на 146 страницах, содержит 41 рисунок, 18 таблиц.
