Введение к работе
Актуальность темы. Среди многообразия чслоиско-машинных программно-аппаратных комнлексоп моделирования и оптимизации уиранления процессом лечения хронических заболеваний нее болыш е значение приобретают автоматизированные системы принятия решений (ЛСПР). На верхнем уровне принятия решений при лечении истч-ником информации служат суждения, высказанные прачом относительно целей лечения. Таким образом, на уроппс выбора оптимального варианта упраплсния лечением и подобных системах наиболее жесткие требования предъявляются к подсистеме интеллектуальной поддержки принятия решений. Одной ил задач, решаемых такой подсистемой, должна стать задача учета динамических характеристик как отдельных физиологических параметров, так и их совокупности па основе ретроспективной и текущей информации.
Решить задачу идентификации динамики физиологических показателей и результате разового (импульсного) лекарственного воздействия или их последовательности на этапах коррекции и стабилизации показателей процесса лечения возможно на оенопе интеграции средств цифровой ^аналоговой техники и рамках аналого-цифрового вычислительного комплекса (АЦВК) моделирования и оптимизации лечения. Сочетание быстродействия аналоговой с точностью цифровой вычислительной машины, а также распределение всего объема вычисли-' тельных, логических и модельных операций между ЭВМ и АВМ позволит сократить время принятия решений и повысить эффективность лечения.
- Таким образом, актуальность темы диссертации заключается в необходимости повышения эффективности управления локальными физиологическими подсистемами организма за счет адекватной математической формализации их экспериментальных и теор'етических исследований, ориентированных на гибридную вычислительную технику.
Работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной научно-технической программой 12.11 "Перспективные информационные технологии и высшей школе" в рамках одного из основных научных направлений .Воронежского государственного технического университета "Биокибернетика, компьютеризация в медицине".
Цель и задачи исследования, Целью работы является разработка алгоритмических, программных и технических средств, позволяющих создать аналого-цифровой комплекс моделирования и оптимизации лечения хронических заболеваний и интегрировать ею в структуру автоматизированных систем принятия решения как подсистему интеллектуальной поддержки с учетом динамики лечения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
проанализировать особенности управления локальной физиологической подсистемой и норме и патологии, и возможность интеграции совремеш-ых аналоговых и цифровых вычислительных средств для моделировании и оптимизации лечения;
разработать интегрированные, программно-алгоритмические процедуры выбора тактики лечения и имитационного моделн|К)вания динамики параметров физиологической системы, ориентированные на гибридные вычислительные средства;
реализовать аппаратный метод расчета коаффнциеигов модели в соответствии с предложенной интегрированной структурой аналого-цифрового вычислительного комплекса;
осуществить синтез моделей динамики физиологических показателей под влиянием лекарственных воздействий иа аналого-цифровом вычислительном комплексе и оценить адекватность зкепс-рименталышх и теоретических кривых динамического процесса.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положении теории управлении биологическими и медицинскими системами, теории вероятностен, математической статистики и случайных функций, вариационные методы, методы моделировании, идентификации и оптимизации.
Научная цоннзиа. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной.
аналого-цифровой комплекс с устройствами связи и сопряжения, позволяющий производить рациональный интегрированный выбор тактики лечения с учетом макро и микродинамики процессов лечения хронических заболевании, втом числе и с поддерживающей терапией;
модифицированный Компенсационный метод идентификации динамических характеристик, отличающийся использованием сменного блока персонального аіпиш. авого компьютера АВК "Последовательный интерфейс" и аналогового коммутатора для контроля параметров аналоговой модели в ускоренном масштабе иромени в рамках предложенной структуры аналого-цифрового вычислительного комплекса с многоуровневой организацией;
алгоритм цифровой настройки аналоговой модели, позволяющий учитывать индивидуальные (настроечные) коаффнциеиты характеристик больных при формировании модели нестационарного изменении физиологического параметра при лечении;
адаптивный алгоритм имитационного выбора вида и последовательности доз лекарственных воздействий,, позволяющий учитывать
экспертные опенки прача и результаты прогнозирования динамики лечения на аналоговой модели;
развернутая- структура никла дейстниіі при исследовании динамических процессов, представляющая собой последовательность вычислительных этапов по Переходу от реального объекта ис-следования к расчетной схеме и последующей реализации се на аналого-цифровом вычислительном комплексе;
комплекс математических моделей летальных физиологических подсистем, ориентированных на функциональное назначение и идентифицированные па основе аналого-цифрового вычислительного комплекса.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Сформирована структура и разработано программно-алгоритмическое обеспечение аналого-цифрового вычислительного комплекса для учета динамики физиологических параметров па пример'' системы сахара крови. Учет динамики физиологических параметров позволил врачам выбирать более аффективную последовательность доз лекарственных воздействий, обеспечивающую сокращение сроков и затрат па лечение.
Результаты диссертации, внедрены в Воронежской областной клинической больнице и Воронежском областном 'клиническом лечебно-диагностическом центре. На основании исследований получены динамические модели функционирования системі)! сахара крови и норме и патологии; проведена алгоритмизация и разработано программно-аппаратное обеспечение адаптивио-имитациопиого .эксперимента в режиме "Врач-ЭВМ-АВМ", позволяющее учитывать экспертные оценки врача на текущем шаге лечения; реализован ряд схем имитационного эксперимента но выбору оптимальной тактики лечения. Ожидаемый годовой экономический эффект за счет сокращения сроков лечения составляет 2 млн руб.
Ряд результатов используется п учебном процессе межвузовской кафедры "Медицинские и гуманитарные системы" для студентов специальности 190500 "Биотехнические и медицинские аппараты и системі)!".
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийском еоікчпанни-семинарс "Высокие технологии в проект роиаппн технических и автоматизированных устройстн" (Воронеж. ІУ5Ш; Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий и технике, образовании и медицині-" (Воронеж, 1994): научно-практической конференции "Высокие их-полоши п деятельности учреждений іідрашюхранения г. Воронеж;)"
(Воронеж, 1995); Международной научно-технической кош|к:реіщни "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1U96); семинарах межвузовской кафедры "Медицинские и гуманитарные системы"; ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического,университета.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы и 14 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения, четырех глав, заключении, изложенных на 130 с, списка литературы из 93, наименований, содержит 20 иллюстраций.