Введение к работе
Актуальность работы. Управление в технических системах, какими бы совершенными они не были, невозможно без участия человека. Его организм становится живым элементом системы, делая ее биотехнической, и человек функционирует с техническими устройствами в едином контуре целенаправленного поведения. Поэтому функциональное состояние человека в биотехнической системе является важным фактором, определяющим эффективность и надежность ее функционирования. По данным литературы, до 80% нарушений функционирования сложных технических систем происходит по вине человека, управляющего такими системами. Многие работающие с современными техническими системами не справляются с предоставленной им техникой. Как следствие, у отдельных людей наблюдается нарастание психоэмоционального напряжения (производственного стресса) и на этой основе - рост числа психосоматических заболеваний, нарушений сердечно-сосудистых, пищеварительных и других функций. Поэтому разработка автоматизированной диагноспгческой системы для оценки функционального состояния человека относится к актуальным задачам техники и медицины.
Оценка функционального состояния практически здорового человека относится к области медицины, называемой донозологической диагностикой, занимающейся изучением и оценкой состояний, пограничных между нормой и патологией, между здоровьем и болезнью. Уровень формализации знаний в донозологической диагностике (истоки которой лежат в авиакосмической медицине) в настоящее время достаточно высок. Это касается числа выделяемых донозологических состояний; преобладания характеристик в количественных шкалах; наличия баз данных, достаточных для корректного использования статистических методов. Поэтому в донозологической диагностике возможно применение строгих математических процедур, статистических методов распознавания образов.
Однако, как показывает анализ данных литературы, существующие подходы к синтезу критериев н алгоритмов донозологической диагностики не в полной мере используют возможности современных методов статистического анализа данных. При разработке интегральных критериев оценки функционального состояния преобладают эмпирические подходы, при которых критерии строятся путем арифметических комбинаций репі-
стрируемых показателей. Классы состоянии по отдельным критериям выделяются экспертным путем. Причем их идентификация проводится с использованием «точечных» границ между классами. Все это существенно снижает качество диагностических донозологических систем. Указанные недостатки во многом определяются отсутствием научно обоснованной методологии синтеза критериев и алгоритмов принятия решения при доно-зологической оценке функционального состояния человека.
Целью исследований является разработка критериев и алгоритмов принятия решения при оценке функционального состояния человека и алгоритмического обеспечения автоматизированной системы донозолопгче-ской диагностики.
Основные задачи исследования:
1) Обоснование статистической концепции синтеза критериев и ал
горитмов оценки функционального состояния человека в прикладных ме
дико-биологических исследованиях на основе методов многомерной ста
тистики.
-
Разработка с помощью предложенной статистической концепции интегральных критериев оценки функционального состояния человека на различных иерархических уровнях организации организма: психическом, психофизиологическом и вегетативном.
-
Разработка решающих правил идентификации групп «риска» с донозологическими изменениями функционального состояния.
-
Синтез алгоритмов принятия решения при оценке функционального состояния человека, формирование блок-схемы автоматизированной диагностической донозологической системы.
-
Исследование и верификация предложенных моделей и алгоритмов по результатам клинических исследований.
6) Создание макетного образца автоматизированной диагностиче
ской системы донозологической оценки функционального состояния чело
века с использованием программной оболочки «Эксперт_В».
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: методология решения системных задач: методы математической статистики; статистические методы классификации и распознавания образов: методы теории управления, методы теории принятия решений, теории алгоритмов. а также медико-биологические методики (оценки факторов «риска» по анамнестической анкете, уровня актуального психи-
ческого состояния по психологическому тесту САН, функционального состояния центральної! нервной системы по времени простой зрительно-моторной реакции, функционального состояния сердечно-сосудистой системы по показателям кардиоинтервалографин).
Научная повита исследования.
Научно обоснована статистическая концепция синтеза критериев и алгоритмов принятия решения при оценке функционального состояния человека в прикладных медико-биологических исследованиях, включающая в себя последовательные этапы: «сжатия» пространства первичных показателей; выделения «спектра» типологических состояний различных функций организма, характеризующих переход от состояния «нормы» до пре-морбидных состояний; дискриминации полученных типологических состояний; принятия решения о степени адаптации организма к факторам жизнедеятельности с указанием вероятности этой классификации.
Разработаны статистические модели оценки факторов «риска», уровня психической адаптации человека, функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Получены новые критерии и алгоритмы принятия решения при оценке функционального состояния человека, верифицированные данными диспансерных обследований.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Разработанные критерии и алгоритмы донозологической диагностики позволяют оценить и сравнить различные ішженерньїе решения при разработке управления в технических системах, предпочтительными среди которых являются решения, минимизирующие психофизиологическую «цеігу» деятельности человека.
Разработанные решающие правила выделения среди практически здоровых людей группы «риска» с высоким уровнем напряжения механизмов адаптации организма позволяют оценить влияние неблагоприятных факторов природной и профессиональной среды на состояние здоровья населения, своевременно проводить организационные и медицинские мероприятия по коррекции измененного функционального состояния человека.
Предложенная методология синтеза критериев и алгоритмов оценки функционального состояния человека внедрена в отделе 004 Государственного научного центра - Института медико-биологических проблем МЗ РФ и используется при оценке функционального состояния операторов-космонавтов.
Созданный с использованием программной оболочки «Эксперт_В» макетный образец автоматизированной системы донозологической диагностики внедрен в отделе реабилитации Всероссийского центра медицины катастроф «Защита» (ВЦМК «Зашита») МЗ РФ .зля скрининга функционального состояния профессиональных контпнгентов, работающих в неблагоприятных условиях.
Основные положения, выносимые на зашиту.
-
Использованная методология решения системных задач с учетом основных особенностей медико-биологической информации является адекватным средством обобщения и структуризации медицинской информации в прикладных медико-биологических исследованиях.
-
Разработанная статистическая концепция, включающая в себя последовательное применение методов факторного, канонического корреляционного, кластерного и дискриминантного аналігзов, позволяет синтезировать критерии и алгоритмы принятия решения при оценке функционального состояния человека в прикладных медико-биологических исследованиях.
3. Разработанные критерии и алгоритмы оценки функционального
состояния человека позволяют оценить степень напряжения механизмов
адаптации организма к факторам жизнедеятельности и адекватно выде
лять донозологические группы «риска» с высоким уровнем напряжения
указанных механизмов.
Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы обсуждались на заседании кафедры Биомедицинской электроники МИРЭА (ТУ) (1995-1997 гг.), секшіи 5 Ученого совета ВЦМК «Защита» (1997 г.); докладывались на международной научно-практической конференции «Управление большими системами» (секщія 10 «Большие системы в медицине и экологии»), Москва 1997 г.; Всероссийской конференции «Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций» (подсекция 2 «Автоматизированные системы в медицине катастроф»), Красноярск, 1997 г., юбилейной научно-технической конференции, посвященной 50-летию МИРЭА (секция «Биотехнические и медицинские аппараты и системы), Москва, 1997 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, подготовлено 2 научно-технических отчета.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников, включающего в себя 190 наименований, и приложений. Общий объем работы - 177 страниц, основная часть изложена на 152 страницах, содержит 27 рисунков и 28 таблиц.
