Харківський національний університет радіоелектроніки

Колендовська Марина Мирославівна

УДК 577.332/.’36; 61:577.3

Медична система інформаційно-аналітичного забезпечення дослідження та
лікування політравм

Спеціальність 05.11.17 — «Медичні прилади та системи»

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному університеті
радіоелектроніки, Міністерства освіти і науки України (61166, м. Харків,

пр. Леніна, 14; т. 43-30-53)

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Лагутін Михайло Федорович, професор кафедри радіоелектронних пристроїв
Харківського національного університету радіоелектроніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Піротті Євген Леонідович, професор кафедри комп’ютерної математики та
математичного моделювання Національного технічного університету
«Харківський політехнічний інститут»

кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Лонін
Юрій Федорович, начальник лабораторії Національного наукового центру
«Харківський физико-технічний інститут» (м. Харків)

Провідна установа Відкрите акціонерне товариство «АТ Науково-дослідний
інститут радіотехнічних вимірювань» Національного космічного агентства
України

м. Харків.

Захист відбудеться «___» ___________ 2004 р. о _____ годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради К 64.052.05 у Харківському національному
університеті радіоелектроніки за адресою 61166, м. Харків, пр. Леніна,
14.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Харківського
національного університету радіоелектроніки, (61166, м. Харків, пр.
Леніна, 14; т. 43-30-53)

Автореферат розісланий «___» ___________ 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Мустецов М.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Зростання кількості різноманітного роду техногенних
катастроф та надзвичайних ситуацій як у всьому світі, так і в Україні
викликало появу нової соціально-медичної проблеми, пов’язаної з великою
кількістю тяжких пошкоджень людського організму, що називається
політравмою. Особливість політравми полягає у тому, що вона є
одномоментною травмою декількох анатомо-функціональних областей (АФО),
що пов’язані загальністю анатомічного розташування та функціональних
дій.

Політравма дуже варіабельна та може бути представлена в різноманітних
сполученнях. На рівні АФО їх кількість досягає декількох сотень
варіантів (вісім анатомо-функціональних областей 28=256 варіантів
сполучень), а на рівні анатомічних органів – сотень тисяч. В політравмі,
як у фокусі сконцентровано багато проблем діагностики (розпізнавання
образів), що важко вирішити на евристичному рівні, тому що головним
об’єктом дослідження є така надзвичайно складна психо-біологічна
структура, як людина.

Відомі розробки, що автоматизують процес діагностики в онкології,
імунології, при хворобах серцево-судинної системи, системи травлення та
у психодіагностиці. При вирішенні задач, пов’язаних з політравмами,
задовільних результатів автоматизації діагностики (зокрема оцінки
ступеню важкості пошкоджень) та інформатизації науково-дослідних
медичних робіт у цьому напрямку недостатньо. Це пояснюється складністю
наукових та практичних задач, оскільки політравма, як зазначено вище має
багато варіантів і на практиці зустрічається в різноманітних
сполученнях. Політравма також характеризується важкістю патологічного
процесу, що призводить до високого відсотку діагностичних помилок та
ускладненням в хірургічній та реанімаційній корекції. Тому виникають
проблеми формалізації діагнозів, операцій та ускладнень, при лікуванні,
а також при моделюванні чи побудові «комп’ютерного образу» політравми.
Отже, вкрай актуальна проблема розробки і застосування систем
інформаційно-аналітичного забезпечення, що автоматизують процес
інформатизації та прийняття рішення лікарем в процесі діагностики,
лікування та дослідження політравм.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана
відповідно до плану науково-дослідницьких робіт за темами Інституту
загальної та невідкладної хірургії АМНУ:

«Органна і поліорганна недостатність як основна причина несприятливих
наслідків при важкій політравмі та інших механічних ушкодженнях» (1999
р. — 2001 р.)(номер держреєстрації 0100U003484).

«Розробка підходів до профілактики і лікування поліорганної
недостатності в умовах травматичної хвороби на підставі вивчення місця і
ролі шлунково-кишкових дисфункцій і імунних зрушень» (виконується з 2002
року) (шифр теми згідно зведеного плану НДР ВР2. 2002).

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є удосконалення способу
діагностики і лікування політравм за допомогою розробки та впровадження
медичної системи інформаційно-аналітичного забезпечення.

Для досягнення цієї мети було поставлено та вирішено наступні задачі.

Розробка та аналіз концептуальної моделі політравми.

Розробка та аналіз інформаційної моделі медичної системи
інформаційно-аналітичного забезпечення дослідження та лікування
політравм.

Обгрунтування та розробка принципів побудови медичної системи
інформаційно-аналітичного забезпечення дослідження та лікування
політравм.

Об’єкт дослідження: процес моніторингу пацієнтів з політравмою за
допомогою медичної системи інформаційно-аналітичного забезпечення
(інформаційне забезпечення системи прийняття рішення в області хірургії
невідкладного стану при механічній політравмі).

Предмет дослідження: моделі та алгоритми, які потрібні для
функціонування медичної системи при забезпеченні більш ефективного
дослідження та лікування політравм.

Методи дослідження. У роботі використовувались теоретичні та
експериментальні методи дослідження. Теоретичні методи дослідження
ґрунтуються на структурному методі проектування систем, математичному
моделюванні та теорії статистичної обробки даних. Експериментальні
дослідження проводились методом чисельного експерименту з клінічними
даними хворих з політравмами за допомогою нейронних мереж.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше обґрунтовано та побудовано модель політравми, яка характеризує
ступінь прояву пошкоджень. Ця модель дозволила отримати вагові
коефіцієнти контрольованих фізиологічних показників організму пацієнтів
з політравмою для різноманітних сполучень політравм.

Розроблено інформаційну модель медичної системи
інформаційно-аналітичного забезпечення лікування та дослідження
політравм.

Розроблено принципи побудови медичної системи інформаційно-аналітичного
забезпечення вирішення наукових і практичних задач лікування та
дослідження політравм.

Практичне значення одержаних результатів.

Запропоновано метод представлення діагнозу політравми в електронному
варіанті. Цей метод структурує простір діагнозу, забезпечує можливість
вибірки по будь-який АФО чи їхньому сполученню, а також по будь-якому
окремому органу, або їх сполученню.

Створено алгоритмічне та програмне забезпечення підтримки прийняття
медичного рішення (інформаційно-аналітичного забезпечення)
дослідницького та клінічного характеру.

Розроблено та створено оригінальне алгоритмічне, а також програмне
забезпечення табличного методу динамічного моніторингу контрольованих
фізиологічних показників пацієнта, який мінімізує простір ознак та
відображає в динаміці зміни та відхилення від норми контрольованих
параметрів, що в свою чергу дає можливість лікарю (або особі, що приймає
рішення) провести оцінку лікувальної тактики та шляхом введення керуючих
дій впливати на процес лікування хворих.

Вперше обгрунтовано та впроваджено методику комплексного використання
нейронних мереж та табличного методу динамічного моніторингу
контрольованих показників пацієнта для оцінки ступеню важкості
пошкоджень пацієнтів з політравмою, вирішення проблем класифікації
фізиологічних показників стосовно пошкоджених органів пацієнта з
політравмою, виявлення ступеню взаємозв’язку між фізиологічними
показниками та окремими фізиологічними системами.

Результати, отримані в дисертаційній роботі, впроваджені та
використовуються:

в Інституті загальної та невідкладної хірургії АМНУ (акт впровадження
від 5.12.03 р.)

Федерацією Томікі Айкідо для оцінки стану спортсменів перед змаганнями
(акт впровадження від 27.08.03 р.)

Результати, що отримано в другому, третьому та четвертому розділах
дисертаційної роботи впроваджено в учбовому процесі на кафедрі
Радіоелектронних пристроїв Харківського національного університету
радіоелектроніки та використовуються в курсах: «Обробка біомедичної
інформації», «Методика медичних досліджень», «Біологія, фізиологія та
патологія», комплексному та курсовому проектуванні (акт впровадження від
09.09.03 р.).

Особистий внесок здобувача. У роботі [ REF _Ref67130830 \w \h \*
MERGEFORMAT 1 ], М.Ф.Лагутин, В.В. Булага, М.М. Колендовская,
Разработка модели медицинской информационно-аналитической системы для
исследования политравм. // Радиотехника. 2001. Вып. 121. С. 177-180., що
опублікована у співавторстві, здобувачем розроблена інформаційна модель
інформаційно-аналітичної системи для дослідження політравми. У роботі [
REF _Ref67130872 \w \h \* MERGEFORMAT 2 ], М.М. Колендовская, В.В.
Булага, Вариант структуры медицинской интеллектуальной системы
«Политравма». Сообщение 1. // Радиотехника. 2002. Вып. 130. С. 152-157.,
що опублікована у співавторстві, здобувачем розроблена структура МІС
«Політравма», та принципи побудови медичної системи вирішення наукових і
практичних задач лікування та дослідження політравм. У роботі [ REF
_Ref67130877 \w \h \* MERGEFORMAT 3 ], М.М. Колендовская, В.В. Булага,
Вариант структуры медицинской интеллектуальной системы «Политравма».
Сообщение 2. // Радиотехника. 2002. Вып. 131. С. 198-201., що
опублікована у співавторстві, здобувачем побудована модель політравми та
отримані вагові коефіцієнти контрольованих фізиологічних показників
організму пацієнтів з політравмою для різноманітних сполучень політравм.
У роботі [ REF _Ref67131009 \w \h \* MERGEFORMAT 4 ], Модель
медицинской информационной системы «Политравма» Колендовская М.М.,
Лагутин М.Ф., Булага В.В. 4-я международная конференция
«Радиоэлектроника в медицинской диагностике». Москва: — 2002. С. 115.,
здобувачем розроблена інформаційна модель, та структурна схема
інформаційної системи МІС «Політравма». У роботах [ REF _Ref70978282 \n
\h \* MERGEFORMAT 6 , REF _Ref67131051 \w \h \* MERGEFORMAT 7 ]
Об’єктивізація оцінки ступеню тяжкості травм та стану постраждалих при
політравмі: сучасний стан проблеми. В.В. Булага, Є.В. Наконечний, М.М.
Колендовська, В.В. Бартенева. Науково-практична конференція «Невідкладна
хірургія віразкової хвороби шлунку та дванадцятипалої кишки. Актуальні
питання геморагеного та травматичного шоку». 2003 р., здобувачем було
виконано пошук та аналіз матеріалів стосовно шкали оцінки ступеня
важкості Apache. У роботі [ REF _Ref67131062 \w \h \* MERGEFORMAT 9 ]
Карелин А.В., Колендовская М.М., Использование устройства измерения
потенциала БАТ в медицинской инофрмационно-измерительной системе
«Политравма». 7-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и
молодежь в ХХI веке». Сб. научных трудов. Ч. 1. – Харьков: ХТУРЭ. 2003.
С. 441., здобувачем запропоновані основні принципи побудови в медичній
системі «Політравма». Таким чином, всі основні результати, що складають
сутність роботи та знайшли відображення в пунктах новизни, наукового і
практичного значення, отримані автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації були
подані на: 4-й международной конференции «Радиоэлектроника в медицинской
диагностике» (Москва, 2002 р.); 5-ом Международном молодежном форуме
«Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке» (Харків, 2001 р.);
Науково-практичній конференції «Невідкладна хірургія виразкової хвороби
шлунку та дванадцятипалої кишки. Актуальні питання геморагічного та
травматичного шоку» (Харків, 2003 р.); 7-ом Международном молодежном
форуме «Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке» (Харків, 2003 р.).

Публікації.

По темі дисертації опубліковано 9 робіт: 3 статті в наукових виданнях,
що входять в перелік ВАК, 1 – в наукових виданнях, 5 — в матеріалах
конференцій.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота
складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Повний
обсяг дисертації 144 сторінки, 28 ілюстрацій, 7 таблиць, 5 додатків,
список використаних літературних джерел складається з 162 найменувань.

Основний зміст роботи.

Вступ дисертаційної роботи розкриває сутність і стан проблеми розробки
медичних інформаційно-аналітичних систем. В цій частині дисертаційної
роботи подані дані, що надходять з системи, обґрунтовано актуальність
теми, розкрито зв’язок роботи з науково-дослідними темами, визначені
мета та задачі дослідження, подано перелік використаних методів
дослідження, вказані нові особисті наукові рішення, що запропоновані
пошукачем в цій роботі, а також практичне значення одержаних
результатів, визначено особистий внесок здобувача в опублікованих
роботах, подана інформація про апробацію результатів дисертаційних
досліджень.

В першому розділі проведено аналіз проблем розробки медичних
інформаційно-аналітичних систем.

Огляд літератури показав, що розроблені медичні інформаційні,
інформаційно-аналітичні, експертні, інтелектуальні системи, по-перше,
спрямовані на використання у вузьких медичних областях чи анатомічних та
фізиологічних напрямках, наприклад: діагностика серцево-судинної системи
(MI, Heart image interprer, Galen, Digitalis advistor, diagnoser та
т.і.), діагностика пухлин (HDDSS, ОМІС і т.і.), діагностика печінкової
недостатності (MDX, Radex та т.і.), інфекційні захворювання (найбільш
поширені в світі системи Mycin, Neomycin) та інші системи, де інформація
найбільш впорядкована (структурована) та класифікована.

По-друге, для побудови систем підтримки прийняття рішень
використовуються традиційні методи представлення знань: продукційні
правила, семантичні мережі, фрейми. Рідше використовують задані
евристики, бо такі системи стають не гнучкими до нової інформації (не
мають можливості навчатися). Штучні нейроні мережі використовуються в
неалгоритмізованих задачах, тобто там де не можна скласти ланцюжок
логічних висновків та зв’язків між вхідними та даними, що надходять з
системи. Ці системи приймають рішення спираючись на досвід, самостійно
придбаний під час навчання.

По-третє, для оцінки зв’язку та взаємодії між даними використовуються
стандартні методи статистичної та математичної обробки даних . Такі
методи погано враховують різноманітність даних, велику кількість
параметрів, а також потребують для використання великі вибірки даних.

Таким чином, все це вказує на необхідність розробки нової концепції
побудови сучасної медичної системи, що має можливість враховувати
особливості медичних даних, та специфіку медицини як науки, системи, яка
була б інтелектуальним засобом допомоги лікарям в дослідженнях та
клінічній практиці, з урахуванням впровадження сучасних методів та
засобів науки та техніки.

У другому розділі дисертаційної роботи проведено концептуальне
моделювання політравми. Розглянута в цьому розділі класифікація
політравм структурує організм людини за анатомічними особливостями.

Проведений аналіз фізиологічних та функціональних систем організму дає
уяву про зв’язок анатомічних і фізиологічних систем організму людини та
вплив на організм зовнішніх факторів, який відображається схемою (див.
рис. REF _Ref64030960 \h \* MERGEFORMAT Рис. 1 ).

В результаті моделювання внутрішніх процесів та впливу ззовні на
організм пацієнта з політравмою отримані моделі процесів, що мають вплив
на стан пацієнта.

Рис. SEQ Рис. \* ARABIC 1 — Схема впливу зовнішніх та внутрішніх
процесів на організм пацієнта при політравмах

Першою є модель процесів, що мають вплив на стан пацієнта з середини
організму

ХT=[{Sm}, V, Z], ( SEQ Формула \* ARABIC 1 )

де: {Sm} сукупність фізиологічних систем організму пацієнта з
політравмою;

Z супроводжуючі захворювання;

V вік пацієнта;

T час дії.

Після детального розгляду кожного компонента REF _Ref70740432 \h \*
MERGEFORMAT ХT=[{Sm}, V, Z], (1) отримані графічні моделі:
розподілу органів відносно АФО та характеру їх пошкоджень, а також
залежності показників, що контролюються, від анатомічних та
фізиологічних особливостей організму пацієнта з політравмою. Ці моделі
відображають частку багатомірного ознакового простору предметної області
та динаміку змін що пов’язана з взаємозв’язком між анатомічними та
фізиологічними системами організму.

Друга модель, що враховує фактор часу та зовнішній вплив
цілеспрямованого характеру на пацієнта (оперативне втручання та
медикаментозний):

ХТ=[О, М, Lr], ( SEQ Формула \* ARABIC 2 )

де: О оперативне втручання;

М медикаментозний вплив;

Lr ускладнення, що з’явилися під час лікування;

Т час впливу на пацієнта з політравмою.

Аналіз функціональних систем організму та запропонована класифікація
політравм при моделюванні дали можливість розглянути політравму як
процес, що відображається на функціональному, та анатомічному стані
пацієнта. У роботі вони розглядаються в комплексі, що дозволило створити
графо-аналітичну модель політравми (рис. REF _Ref64048655 \h \*
MERGEFORMAT Рис. 2 ):

Рис. SEQ Рис. \* ARABIC 2 — Графічна модель політравми

дуги графа це – вагові коефіцієнти;

{Sm} численність основних систем організму (m(M);

M загальне число основних систем організму;

{aj} численність органів (j(J);

J кількість органів;

{cn} численність, що характеризує пошкодження органів (n(N);

N загальна кількість характеристик пошкоджень органів;

{pi} численність контрольованих фізиологічних параметрів (i(I), кожен з
яких ранжовано по семи категоріях (3-, 2-, 1-, N, 1+, 2+, 3+ — ступінь
відхилень показника від норми (N – норма, «-» — відхилення в меншу
сторону, «+» – відхилення в більшу сторону));

I кількість контрольованих параметрів;

(nj ваговий коефіцієнт.

За допомогою графо-аналітичної моделі отримана третя модель, що
визначає порушення функцій організму, які описуються співвідношенням:

, ( SEQ Формула \* ARABIC 3 )

, (3 ) дає уявлення про стан організму тільки у визначений момент
часу, наприклад, у момент травми. Згодом стан функціональних систем
органів і інших характеристик буде змінюватися, з видужанням хворого
значення функції у буде прямувати до нуля.

З іншого боку функція відображень порушення основних функціональних
систем організму буде дорівнювати численності контрольованих
фізиологічних показників

, ( SEQ Формула \* ARABIC \s 1 4 )

де (i — ваговий коефіцієнт контрольованих показників, що вказує на вагу
конкретного показника при даній політравмі.

При порушенні функціональних систем організму кожен фізиологічний
параметр відхиляється від норми. У залежності від ушкоджень ці
відхилення будуть мінятися та чисельність {pi} можна уявити у вигляді
класифікації. Для кожного порушення ця класифікація має індивідуальний
характер, що згодом змінюється.

Отримана пошукачем графо-аналітична модель дала можливість використати
для моделювання політравми нейронні мережі (персептрон). Таким чином в
цьому розділі не тільки проведено аналіз предметної області, а ще й
запропонована модель політравми на нейронних мережах.

У третьому розділі розглянуті питання створення інформаційної моделі
медичної системи інформаційно-аналітичного забезпечення (МІС) при
дослідженні та лікуванні політравм.

Проведений у другому розділі аналіз і опис предметної області системи
став логічною моделлю МІС «Політравма».

Фізична модель, яку надано в цій дисертації, відображає сукупність
можливостей бази даних (БД), а також модулів аналізу й обробки даних. У
роботі визначені вимоги до проектування БД МІС «Політравма».

Показано, що модель є реляційною, тобто об’єкти та взаємозв’язки між
ними представляються за допомогою таблиць. Визначено і проведено аналіз:

засобів введення/виведення: форми, запити, звіти;

засобів обробки даних, що містять у собі розрахункові поля, підпрограми
розрахунку, а також вибірки з однієї чи декількох таблиць;

обмежень забезпечення цілісності даних.

Розроблені вибірки використовуються для вирішення задач
науково-дослідного призначення (наприклад: вибірка пацієнтів з
ушкодженням грудей, живота і голови, у віці 25-30 років, що прожили з
моменту травми більш 10 днів) і клінічного плану. У цьому розділі також
розроблена функціональна схема здійснення вибірки для статистичної
обробки даних, побудова звітів для наукових і клінічних досліджень.

У розділі визначено методи подання діагнозу політравми в електронному
варіанті. В історії хвороби діагноз представляється в описовому вигляді.
У науково-дослідних роботах по дослідженню політравм потрібні вибірки
пацієнтів з порушеннями окремої анатомо-функціональної області
(декількох областей) чи органа (декількох груп органів), а для цього
така форма подання діагнозу незручна. Запропонований в цьому розділі
метод діагнозу структурує простір діагнозу, забезпечує можливість
вибірки по будь-якій АФО чи їхньому сполученню, а також по будь-якому
органу АФО чи їхньому сполученню. Він також дозволяє проводити
сортування згідно характеру ушкоджень чи органів АФО, поліпшити обробку
медичної інформації при дослідженнях політравм, що дасть можливість
лікарям поліпшити надалі методи і методики лікування пацієнтів з
політравмами.

Для аналізу даних був розроблений табличний метод динамічного
моніторингу контрольованих показників, що дозволяє мінімізувати
ознаковий простір, а також створено алгоритм і програмне забезпечення
запропонованого методу стосовно до наукових досліджень і клінічної
практики.

Поряд з мінімізацією ознакового простору, урівноважуються якісні та
кількісні ознаки (тобто вони ранжуються по категоріях відхилень від
норми). Метод дозволяє так само одержати повну картину динаміки стану
пацієнта на конкретний момент часу в наочному табличному вигляді. Він
дозволяє подолати проблему розмірності і розмаїтості медичних даних, що
приводять різноманітні дані до загального вигляду. Наочність динаміки
зміни стану фізиологічних показників пацієнта з політравмою дає
можливість використовувати цей метод як у науково-дослідній, так і в
клінічній практиці.

В цьому розділі запропоновано метод використання нейронних мереж разом
з даними табличного моніторингу. Його було названо комплексним методом
дослідження політравм. За допомогою цього методу були отримані та
досліджені інформаційно-аналітичні рішення відносно стану лікування
пацієнта (чи виживе, чи вмре), характеру ушкоджень
анатомо-функціональних областей (рис. REF _Ref64190199 \h \*
MERGEFORMAT Рис. 3 ), а також одержані класифікації ступеню важливості
фізиологічних показників у залежності від ушкоджень.

\ ? Ae

ae

Z \ ? A

A

Ae

e

????ae

e

&

F

??&?

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

Для визначення характеру ушкоджених АФО та їхнього ступеня життєвої
важливості в дисертаційній роботі була розроблена нейронна мережа НС_1.
Для прикладу роботи мережі взято кодований діагноз пацієнта (вихідні
дані) та інформацію відносно «здорової» людини (у якості «здорової»
людини були узяті дані спортсмена без травм перед змаганням). В НС_1
було введено дані контрольованих показників пацієнта. Результати роботи
мережі приведені на рис. REF _Ref64190199 \h \* MERGEFORMAT Рис. 3 .

Як видно з рис. REF _Ref64190199 \h \* MERGEFORMAT Рис. 3
показники, що отримані за допомогою використання нейронної мережі в
момент, коли пацієнта було доставлено в клініку (тобто в «нульову»
добу), від даних, що надходять з системи практично не відрізняються. При
цьому проглядається динаміка змін значення показників ушкодження АФО,
які змінилися на сьому добу лікування.

Застосовуючи після навчання наступну нейронну мережу НС_2, по вхідним
даним досліджують ймовірність результату лікування пацієнта, чим ближче
це число до одиниці тим більше ймовірність того, що пацієнт залишиться
живим.

Для визначення залежності зміни контрольованих показників (численність
{pi}) від ушкоджених анатомо-функціональних областей, а також одержання
вагових коефіцієнтів для класифікації {pi} у залежності від набору
ушкоджень АФО, було проведено навчання нейронної мережі НС_3.

Life ймовірність результату лікування пацієнта (чи виживе, чи вмре) при
політравмі (чим більше нуля значення цього параметра, тим більше
імовірність того що він виживе);

G торакальна афо;

J абдоминальна афо;

F шийно-лицьова афо;

Z зачеревинна афо;

P хребетна афо;

T тазова афо;

C черепно-мозкова афо;

K экстремитальна /кінцівки/ афо;

Рис. SEQ Рис. \* ARABIC 3 – Діаграми порівняння отриманих
результатів і реальних даних про пацієнта (по даним нейронної мережі
НС_1):

Після навчання нейронної мережі вдалося виділити орієнтовні дані по
кожному контрольованому показнику. Були також отримані деякі вагові
коефіцієнти показників і з їх допомогою виділені основні з них: при
порушеннях двох АФО (грудей і живота). При адекватній навчальній вибірці
можливо одержати класифікацію контрольованих показників по всіх можливих
наборах ушкоджень АФО.

Розроблена в цьому розділі інформаційна модель медичної системи
інформаційно-аналітичного забезпечення дослідження та лікування
політравм є ядром цієї системи. Створення його дозволило перейти до
визначення принципів структури МІС «Політравма».

В четвертому розділі для визначення принципів побудови структури
медичної системи інформаційно-аналітичного забезпечення
лікаря-дослідника (науковця) і лікаря-клініциста при вирішенні наукових
і практичних задач, враховувалися сучасні наробки в області науки і
техніки, а саме: телемедицина, доказова медицина, використання
корпоративних мереж. А також зроблено вибір основних напрямків і засобів
використання цих технологій.

Для використання в медичній системі інформаційно-аналітичного
забезпечення дослідження і діагностики політравм (МІС «Політравма»)
пропонується три основні напрямки телемедицини:

1. телеконсультації, допомога в прийнятті рішень і т.і.;

2. моніторинг і біорадіотелеметрія;

3. управління пацієнтами на відстані.

Застосування в МІС «Політравма» методів доказової медицини припускає
пошук, порівняння, узагальнення і поширення отриманих доказів в
науково-дослідних розробках. Оскільки прийняття рішень на основі
достовірної інформації неможливо через відсутність узагальнених даних,
обгрунтовується застосування корпоративних мереж, а отже і використання
мережевих технологій.

Для побудови структури МІС «Політравма» (див. рис. REF _Ref64190310
\h \* MERGEFORMAT Рис. 4 ) був застосований структурний метод
проектування складних систем, тобто система представлена як набір
необхідних модулів, з’єднаних за схемою необхідної структури себто схема
зв’язків взаємодії субстанцій системи (субстанція системи — чи елементи
компоненти системи, розглянуті звичайно як підсистеми) [5, 6, 7, 8].

В четвертому розділі виділені такі основні концептуальні особливості
МІС «Політравма»: підходи до побудови і структури інформаційної
підсистеми, а також підсистеми ухвалення рішення, відповідно різним
класам користувачів і представленню пацієнта в «комп’ютерному образі».

В основу побудови інформаційної підсистеми була покладена теза,
висловлена у свій час академіком Н.М. Амосовим, «…історія хвороби є
найбільш повною моделлю хвороби, оскільки в ній фіксується вся істотна
інформація про конкретного хворого». Виходячи з цього основною моделлю
інформаційної підсистеми є машино-орієнтована, формалізована та
стандартизована історія хвороби потерпілого з політравмою і шоком. Масив
таких історій хвороби складає інформаційний масив бази даних (БД) МІС
«Політравма».

Досліджено і проаналізовані етапи проектування інформаційної підсистеми
для МІС «Політравма».

Рис. SEQ Рис. \* ARABIC 4 — Структурна схема МІС «Політравма»

На першому етапі всю інформацію про пацієнта, що вводиться, умовно
розділено на об’єктивну і суб’єктивну. До об’єктивної інформації
віднесено інформацію отриману з використанням вимірювальних приладів і
пристроїв, а до суб’єктивного — суб’єктивні фактори і показники, такі як
колір шкіри (почервоніння, блідість і т.і.) подих (прискорений,
нормальний, уповільнений), наявність холодного поту і т.і.

З іншого боку весь потік вхідної інформації поділяється на такі два
види: інформація, що впливає на оцінку стану пацієнта (дані лабораторних
аналізів, відношення до шкіряного покрову, характер травми та її
наслідки, перелік оперативних втручань, тип травми, фактор, що травмує,
спосіб доставки, ускладнення) та те, що не впливає (паспортні дані й
інша додаткова інформація).

Інформація, що впливає на оцінку стану пацієнтів, у свою чергу, була
розділена на два види: інформація первинного обстеження й інформація про
повторні обстеження пацієнта.

Основна відмінність інформаційної системи МІС «Політравма» від багатьох
інших розроблених систем (медичних баз даних, інформаційних, експертних
і інтелектуальних систем) в одночасному її використанні як у клінічній
практиці, так і в медичних науково-дослідних роботах. А це наклало
відбиток як на структуру самої інформаційної системи так і її базу
даних.

Для моделювання інформаційних процесів вхідна інформація МІС
«Політравма» у БД розбита на таблиці по видах досліджень. У цих таблицях
рядок — це дослідження пацієнта з політравмою на визначену добу
лікування, а стовпці (поля) — окремі показники пацієнта по проведених
лабораторних дослідженнях. Таким чином назва таблиць — це назва
проведених досліджень, а назви полів у таблицях збігаються з назвою
показників (наприклад поле «загальний білок» буде в таблиці «Біохімія»).
Для фіксації часу досліджень у кожній таблиці присутнє поле з номером
доби, а для ідентифікації пацієнтів – поле, що має оригінальний код
пацієнта (у даному випадку — номер історії хвороби). Такий підхід до
структурування інформації в МІС «Політравма» дозволяє без додаткових
ускладнень відображати інформацію про проведені дослідження пацієнта з
політравмою, а також поліпшує можливості побудови вибірок даних для
науково-дослідних робіт.

На другому етапі інформаційного моделювання МІС «Політравма» розроблені
вхідні таблиці даних, а також додаткові таблиці типи їхніх полів,
розміри. Результати проектування показали, що БД МІС «Політравма» є
реляційною.

На третьому етапі визначено зв’язки таблиць та їх ключові поля.
Основний тип зв’язку таблиць один-до-багатьох.

Проведене обґрунтування вибору мови програмування медичної
інформаційної підсистеми показало, що для створення інформаційної
підсистеми МІС «Політравма» необхідно використовувати технології на базі
SQL сервера, оскільки вони задовольняють умовам багатоплатформеності,
масштабування, багатопроцесорній обробці, критичності доступу та
цілісності бази даних. Це дозволяє інтегрувати локальні мережеві рішення
в Intranet технології збору, обробки та збереження інформації,
централізованому адмініструванню, що зменшує витрати на супровід БД і
значно поліпшує керованість та оперативність ухвалення рішення.

Інформаційна підсистема на базі SQL сервера являє собою інформаційну
базу для підсистеми прийняття лікарських рішень.

МІС «Політравма» має змішаний тип, тому що процес моніторингу стану
фізиологічних систем пацієнтів з політравмою містить у собі задачі:
моніторингу, прогнозування та підтримки прийняття лікарських рішень.
Остання задача є основною, тому блок інтелектуалізації МІС «Політравма»
одержав назву підсистеми підтримки прийняття рішень.

Зважаючи на напрямки використання і застосування інформації визначено
класи ухвалення рішення:

у клінічній практиці, коли лікар-клініцист використовує інформацію для
діагностики і лікування пацієнтів;

у науково-дослідних розробках, коли лікар-дослідник використовує
інформацію для розробки нових методів і засобів діагностики і лікування.

У такий спосіб виділяється три типи користувачів:

оператор, що здійснює введення/виведення первинних медичних даних і
іншої інформації для прийняття лікарського рішення;

лікар-дослідник, який використовує різноманітні запити на сортування і
вибірку даних різного роду, обробку даних, корегування, аналіз і
виведення інформації з запиту;

лікар-клініцист, який використовує запити різного роду: сортування,
вибірка даних і висновок інформації з запиту.

Виходячи з цього можна сказати, що користувачі, що приймають рішення в
цій системі поділяються на дві категорії: лікар-дослідник і
лікар-клініцист. Тому виділено наступні класи прийняття лікарських
рішень:

1. прийняття рішень діагностичного плану:

діагноз ушкоджень органів і систем (визначення ступеня ваги ушкоджень);

визначення ступеня важкості стану організму, органів і систем;

2. прогнозування:

чи виживе, чи вмре пацієнт;

можливість появи ускладнень;

3. управління лікувальним процесом:

хірургічне лікування (оперувати/не оперувати);

консервативне (не хірургічне чи терапевтичне, анестезіологічне,
реанімаційне тощо).

Отже, можна сказати, що основною функцією МІС «Політравма» є
інформаційно-аналітичне забезпечення лікарів-клініцистів і дослідників.

Принцип дії системи полягає в наступному:

джерелом необхідної інформації є пацієнти з політравмою;

інформація в систему попадає по двох напрямках: канали зв’язку
корпоративної мережі і вимірювальна підсистема;

інформаційна система забезпечує збереження, обробку і відображення
інформації.

виходячи із застосування інформація, що надходить з системи поділяється:
на інформаційно-дослідницький та клінічний напрямки. Вид цієї інформації
визначається відповідно до класу користувачів.

Можливості відображення інформації наступні: на екран (перегляд,
корегування), на паперовий носій, а так само в електронному вигляді (для
наступної обробки з використанням різноманітних програм і стандартних
пакетів аналізу даних).

Висновки

Існуючі медичні системи проводять діагностику однієї функціональної
системи (наприклад, діагностика серцево-судинних захворювань).
Концептуальна особливість розробленої в дисертаційній роботі медичної
системи інформаційно-аналітичного забезпечення дослідження та лікування
політравм полягає в тім, що організм пацієнта розглядається в цілому
(тобто враховуються основні анатомічні, функціональні та фізиологічні
системи).

Отримані у другому розділі дисертаційної роботи графічні моделі
розподілу органів відносно АФО та характеру їх пошкоджень, а також
модель залежності показників, що контролюються від анатомічних та
фізиологічних особливостей організму пацієнта з політравмою відображають
частку багатомірного ознакового простору предметної області та динаміку
змін що пов’язана з взаємозв’язком між анатомічними та фізиологічними
системами організму.

Отримана структура графоаналітичної моделі політравми показала
можливість використання нейронних мереж для побудови підсистеми
підтримки прийняття лікарського рішення (як для лікарів-дослідників, так
і для лікарів-клініцистів).

Запропонований в дисертаційній роботі метод представлення діагнозу
політравми в комп’ютерному вигляді структурує ознаковий простір,
відображає анатомічний стан органів пацієнта та створює «комп’ютерний
образ» політравми.

Використання принципів корпоративних комп’ютерних мереж, телемедицини та
доказової медицини дозволять суттєво збільшити кількість матеріалу
статистичної обробки медичних даних та навчання підсистеми прийняття
рішень. Це покращить рівень обробки МІС «Політравмою» даних про
пацієнтів з політравмою, дасть можливість розширити можливості
підсистеми прийняття рішень (нейронних мереж) за рахунок збільшення
навчальних вибірок.

Інформаційне моделювання МІС «Політравма» показало необхідність тісного
симбіозу інформаційної підсистеми та підсистеми прийняття рішень.
Причому особливою відзнакою цієї системи від інших стали комп’ютерне
уявлення діагнозу політравми, а також комплексний метод використання
табличного методу динамічного моніторингу контрольованих показників та
нейронних мереж (як для клінічних, так і для науково-дослідних потреб).

МІС «Політравма» має два напрямки використання: науково-дослідний та
клінічний. А тому в цій дисертаційній роботі виділено наступні класи
прийняття лікарських рішень: рішення діагностичного плану (визначення
ступеня ваги ушкоджень), визначення ступеня важкості стану організму,
органів і систем), прогнозування (чи виживе, чи вмре пацієнт, можливість
появи ускладнень), управління лікувальним процесом (хірургічне лікування
(оперувати/не оперувати), консервативне (не хірургічне чи терапевтичне,
анестезіологічне, реанімаційне тощо)). Таким чином основною функцією МІС
«Політравма» є інформаційно-аналітичне забезпечення лікарів-клініцистів
і дослідників.

Публікації за темою дисертаційної роботи

М.Ф.Лагутин, В.В. Булага, М.М. Колендовская, Разработка модели
медицинской информационно-аналитической системы для исследования
политравм. // Радиотехника. 2001. Вып. 121. С. 177-180.

М.М. Колендовская, В.В. Булага, Вариант структуры медицинской
интеллектуальной системы «Политравма». Сообщение 1. // Радиотехника.
2002. Вып. 130. С. 12-157.

М.М. Колендовская, В.В. Булага, Вариант структуры медицинской
интеллектуальной системы «Политравма». Сообщение 2. // Радиотехника.
2002. Вып. 131. С. 198-201.

Модель медицинской информационной системы «Политравма» Колендовская
М.М., Лагутин М.Ф., Булага В.В. 4-я международная конференция
«Радиоэлектроника в медицинской диагностике». Москва: — 2002. С. 115.

Динамическая модель нелинейного взаимодействия водной среды с
электромагнитными колебаниями. Огиенко А.А., Колендовская М.М., Вісник
Харківського університету № 456 Серія: «Актуальні проблеми сучасної
науки в дослідженнях молодих вчених м. Харкова». Харків. 2000. Частина
2, С. 190.

В.В. Булага, Э.В. Наконечный, М.М. Колендовская, В.В. Бартенева,
Объективизация оценки степени тяжести травм и состояния пострадавших при
политравме: современное состояние проблемы. // Харківська хірургічна
школа. №1(6). 2003. С. 96-99.

Об’єктивізація оцінки ступеню тяжкості травм та стану постраджалих при
политравмі: сучасний стан проблеми. В.В. Булага, Є.В. Наконечний, М.М.
Колендовська, В.В. Бартенева. Науково-практична конференція «Невідкладна
хірургія віразкової хвороби шлунку та дванадцятипалої кишки. Актуальні
питання геморагеного та травматичного шоку». 2003 р.

Динамический мониторинг параметров пациентов реанимационных отделений с
использованием медицинской информационной системы политравм.
Колендовская М.М. 5-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и
молодежь в ХХI веке». Сб. научных трудов. Ч. 1. — Харьков: ХТУРЭ. 2001.
С. 233.

Карелин А.В., Колендовская М.М., Использование устройства измерения
потенциала БАТ в медицинской инофрмационно-измерительной системе
«Политравма». 7-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и
молодежь в ХХI веке». Сб. научных трудов. Ч. 1. – Харьков: ХНУРЭ. 2003.
С. 441.

Анотація

Колендовська М.М. Медична система інформаційно-аналітичного
забезпечення дослідження та лікування політравм. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за
спеціальністю 05.11.17 – медичні прилади та системи. – Харківський
національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.

Дисертація присвячена питанням створення медичної системи
інформаційно-аналітичного забезпечення дослідження та лікування
численних пошкоджень органів людини (політравм).

В рамках дисертаційних досліджень проведено концептуальне моделювання
політравми. Розроблені моделі характеризують ступінь прояви пошкоджень
фізиологічних та анатомічних систем організму пацієнта при політравмі та
математично описують залежність стану пацієнта від порушень цих систем.

Розроблено інформаційну модель медичної системи
інформаційно-аналітичного забезпечення дослідження та лікування
політравм. Основою її будови стала доповнена сертифікована історія
хвороби, що відображає анатомічний стан органів пацієнта («комп’ютерний
образ» політравми), а також стан функціональних систем організму
пацієнта.

Запропоновано структуру побудови медичної системи
інформаційно-аналітичного забезпечення вирішення наукових і практичних
задач, дослідження та лікування політравм, що базується на методах
телемедицини, доказової медицини та комплексному методі використання
табличного методу динамічного моніторингу контрольованих показників та
нейронних мереж

Ключові слова: політравма, медична система, інформаційно-аналітичне
забезпечення, модель.

Аннотация

Колендовская М.М. Медицинская система информационно-аналитического
обеспечения исследования и лечения политравм. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по
специальности 05.11.17 – медицинские приборы и системы. – Харьковский
национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена вопросам создания медицинской системы
информационно-аналитического обеспечения исследования и лечения
множественных повреждений органов человека (политравм).

В рамках диссертационных исследований проведено концептуальное
моделирование политравмы. Разработанные модели отражают степень
проявления нарушения физиологических и анатомических систем организма
пациента при политравме и математически описывают зависимость состояния
пациента от нарушений этих систем.

Проведено моделирование процессов воздействия на организм пациентов с
политравмами. Полученные модели, отображают часть многомерного
признакового пространства предметной области – динамику взаимосвязи
между анатомическими и физиологическими системами организма, в виде
аналитических выражений и графических моделей.

Полученная графоаналитическая модель, отображает состояние пациента
политравмой, основываясь одновременно на анатомические и физиологические
системы организма.

Разработана информационная модель медицинской системы. В ее основу
положена дополненная сертифицированная история болезни, включающая
отображение анатомического состояния органов пациента («компьютерный
образ» политравмы) и отображение состояния функциональных систем.

Полученная информационная модель МИС «Политравма» отображает
управляющие сигналы и потоки информации используемые этой системой.

В основу построения физической модели МИС «Политравма» была положена
сертифицированная история болезни. В работе она дополнена и состоит из
двух частей.

Разработан метод (алгоритмы и программное обеспечение) компьютерного
представления диагноза пациента с политравмой. Метод учитывает
распределение информации о повреждениях во взаимосвязанной табличной
форме. Такое представление диагноза позволяет делать выборки по
различным травмам и их сочетаниям.

Табличный метод динамического мониторинга контролированных показателей,
позволяет минимизировать признаковое пространство. Для анализа данных
был разработан алгоритм и программное обеспечение предложенного метода
применительно к научным исследованиям и клинической практике. Метод
позволяет получить полную картину динамики состояния пациента на текущий
момент времени в наглядном табличном виде, дает возможность преодолеть
проблему размерности и разнообразия медицинских данных, приводя
разнообразные данные к общему виду, и используется, как в
научно-исследовательской, так и в клинической практике.

Совокупность созданного в БД «компьютерного образа» политравмы и
табличного метода динамического мониторинга позволили применить
нейронные сети для оценки степени тяжести состояния пациента с
политравмой.

Предложена структура построения медицинской системы информационно
аналитического обеспечения научных и практических задач исследования и
лечения политравм с использованием методов телемедицины, доказательной
медицины и комплексного использования нейронных сетей и табличного
метода динамического мониторинга контролируемых показателей. Она
представляет собой программно-технический комплекс, обеспечивающий
процесс сбора, обработки и хранения медицинской информации, который
предназначен для информатизации процесса исследований и лечения
политравм.

Ключевые слова: политравма, медицинская система,
информационно-аналитическое обеспечение, модель.

Absract

Kolendovskaya M.M. A medical system of information-analytical support
for investigation and treatment of multiorgan injuries. — Manuscript.

A thesis submitted for a degree of Candidate of Science (Technology)in
specialized field 05.11.17 — medical instruments and systems. — Kharkiv
National University for Radioelectronics, Kharkiv, 2004.

The thesis deals with the problems of creating a medical system of
information-analytical support for investigation and treatment of
multiorgan injuries (polytraumas) of a human being.

A conceptual simulation of polytrauma has been performed in the
framework of the thesis investigations. The models developed in the
studies depict the symptoms of physiological and anatomical systems
disturbance of patient’s organism at a polytrauma, and provide a
mathematical description of patient’s state versus disturbances of the
mentioned systems.

The information model of the medical system has been developed. The
basis for this model is a supplemented certified case record, including
the representation of both the anatomical state of patient organs
(“computer image” of a polytrauma) and the status of functional systems.

A structure is proposed for constructing the medical system of
information-analytical support for scientific and practical tasks of
investigation and treatment of multiorgan injuries with the use of
telemedicine/Cockrun medicine methods, and with a combined use of neural
networks and a diagram method of dynamic monitoring of the indicators
indices under control.

Key words: multiorgan injury, medical system, information-analytical
support, model.

PAGE 1

{Sm}

Sm

{Al}

Al

{aj}

aj

{cn}

{pi}

{zu}

V

Особа, що приймає рішення

Інформація, яка надходить з об’єкту дослідження до ОПР

Зовнішній вплив цілеспрямованого характеру

Напрямок внутрішньої взаємодії

Вплив зовнішнього середовища на організм пацієнта випадкового характеру

а1

а2

аj

сn

с2

с1

pi

p2

p1

1+

1-

3-

2+

N

2-

3+

S1 S2 S3 Sm

(11 (12 (1j (21 (22 (2j (n1 (n2 (nj

Пацієнт

Лице, що приймає рішення

Інформаційна підсистема 1

Підсистема підтримки прийняття рішень

Вимірювальна підсистема

Врач-дослідник

Врач-клініцист

Інформаційна підсистема 2

Похожие записи