«Научно-образовательное пособие Серия Медико-биологический факультет РГМУ МЕДИЦИНСКАЯ КИБЕРНЕТИКА КАК НАУКА: СОВРЕМЕННЫЕ СФЕРЫ ИНТЕРЕСОВ, НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ...»

Целью разработки было создание консультативной системы вычислительной диагностики, позволяющей осуществлять дифференциальную диагностику заболеваний при неотложных состояниях: нарушениях мозгового кровообращения, травмах черепа, ишемической болезни сердца, инфаркте миокарда, острых заболеваниях органов брюшной полости, таза, забрюшинного пространства, а также в педиатрической практике, в дистанционном режиме.

Средний уровень правильной диагностики, осуществляемой врачами районных и сельских больниц, составляет 62%. Анализ сорока тысяч консультаций, осуществленных консультативными диагностическими центрами, показал, что использование консультативной системы вычислительной диагностики позволило поднять уровень правильно диагностированных случаев НОМ «МБФ РГМУ. Специальности «медицинская кибернетика» ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, 2010г.

до 87%, а при повторной обработке данных на расширенном наборе признаков – до 95%. Подобные разработки могут иметь хорошие перспективы для использования при дистанционной диагностике с помощью современных телемедицинских технологий.

Диагностическое заключение врача представляет собой результат логических умозаключений, базирующихся на научных знаниях, субъективном опыте, полученном в процессе работы, и здравом смысле. Принципы математической статистики не всегда эффективны при анализе клинических данных, в особенности при редких заболеваниях, когда имеются малые выборки.

Поэтому наряду с обработкой данных, широкое применение нашла и «обработка» знаний.

Для того, чтобы знания можно было использовать при построении систем, их формализуют. Под формализацией понимается однозначное (иногда многозначное) описание клинических проявлений заболеваний, профессиональных навыков, технологий, методов принятия решений, на основе которого возможно последующее моделирование профессиональной деятельности врача и использование этих знаний в автоматизированных системах.

Знания предметной области можно разделить на фактические и эвристические. Фактические знания – хорошо известные в данной предметной области факты, описанные в специальной литературе. Эвристические знания основаны на собственном опыте специалиста-эксперта, пользоваться ими нужно осмотрительно, но именно они определяют эффективность экспертной системы.

Экспертная система – это программа для компьютера, оперирующая с формализованными знаниями врачей-специалистов и имитирующая логику человеческого мышления, основанную на знаниях и опыте людей-экспертов с целью выработки рекомендаций или решения проблем. Одним из важных свойств экспертной системы является ее способность объяснить понятным для пользователя образом, как и почему принято то или иное решение. ЭС эффективны в специфических областях, таких как медицина, где существует НОМ «МБФ РГМУ. Специальности «медицинская кибернетика» ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, 2010г.

много вариантов проявлений заболеваний, и поэтому отсутствуют однозначные критерии диагностики и лечения, в связи с чем важен эмпирический опыт специалистов, и качество принятия решения зависит от уровня экспертизы. По областям применения можно выделить ЭС для диагностики, интерпретации данных, лечения, прогнозирования и мониторинга за состоянием больных.

Пользователем ЭС обычно является специалист в той же предметной области, для которой разработана экспертная система, но его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в поддержке решений. Пользователями медицинских экспертных систем могут быть также врачи смежных специальностей, врачи общей практики, ординаторы, интерны.

Экспертная система имеет структуру, состоящую из набора определенных блоков. Ядром экспертной или интеллектуальной системы является база знаний.

Создание БЗ является основной задачей когнитолога и основным этапом разработки экспертной системы. В функции когнитолога входит не только опрос экспертов, но и последующее сопоставление и обобщение полученной информации, а также ее представление в виде формализованных знаний (совокупности фактов и правил) в форме, пригодной для непосредственного занесения в БЗ. Когнитолог является основным разработчиком БЗ экспертной системы. В качестве когнитолога может выступать врач кибернетик.

На кафедре медицинской кибернетики и информатики РГМУ и в НИЛ разработки информационных систем под руководством доцента кафедры, к.б.н. В.В. Киликовского и ведущего научного сотрудника НИЛ к.б.н. С.П.

Олимпиевой на основе оболочки РЕПРОКОД разработана целая серия экспертных систем с использованием семантических сетей.

Автоматизированные системы для помощи врачу при управлении жизненно важными функциями организма или автоматизированные системы для постоянного интенсивного наблюдения (АСПИН) используются в отделениях интенсивной терапии и реанимации.

НОМ «МБФ РГМУ. Специальности «медицинская кибернетика» ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, 2010г.

Большая часть из них предназначена для индивидуализированного мониторного наблюдения за витальными параметрами организма. Такие системы называют прикроватными или мониторно-компьютерными системами (МКС). Оборудование отделения реанимации и интенсивной терапии (ОРИТ) одной или даже несколькими мониторно-компьютерными системами является в настоящее время нормой для клинической практики.

МКС призваны обеспечивать в режиме реального времени (on-line) регистрацию основных физиологических сигналов для исследования систем гомеостаза, расчет величин витальных параметров, представление волновых форм снимаемых кривых и цифровой информации на экране монитора.

В мониторном режиме современные МКС работают сколь угодно долго. Работа осуществляется по циклическому принципу. Цикл мониторинга включает периоды: а) съема сигналов, б) их обработки, в) представления обновленной информации на экране монитора. Длительность цикла мониторинга в современных автоматизированных следящих системах для ОРИТ составляет одну минуту. При этом визуализация регистрируемых кривых происходит практически в режиме реального времени.

Представление информации на экране дисплея осуществляется в нескольких стандартных формах, для каждой из которых обязательными являются краткая информация о пациенте – фамилия, инициалы, номер истории болезни; обновляемые величины витальных параметров (один раз и навсегда заданных в данной МКС) и инструкции по работе с системой.

Наиболее используемыми формами представления в МКС являются:

1. Экран волновых форм. На экране «плывут» несколько мониторируемых кривых (по выбору пользователя).

2. Экран динамических трендов (тренд – изменение параметра во времени). На основной части экрана выводится динамика нескольких витальных параметров по выбору врача. По окончании каждой минуты осуществляется вывод вновь полученных величин.

НОМ «МБФ РГМУ. Специальности «медицинская кибернетика» ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, 2010г.

3. Табличная форма представления витальных параметров. Подразумевает выведение не только определенного в данной системе и относительно короткого перечня витальных параметров, а всех рассчитываемых. Это обычно 40-60 параметров. По оси абсцисс – параметры, по оси ординат – время.

По окончании мониторинга или в любой момент по желанию пользователя выводятся табличный и графический отчеты. МКС хранит информацию за последние 24 – 48 часов динамического наблюдения.

В последнее десятилетие в разработке систем для управления жизненно важными функциями организма произошел качественный скачок. Отмечается рост числа АС для поддержки решений врача при интерпретации данных пациента ОРИТ – интеллектуальных автоматизированных систем для постоянного интенсивного наблюдения (ИАСПИН). Эти системы не являются системами для слежения за величинами витальных параметров. Более того, они ориентированы на анализ не только мониторинговой информации, но всей имеющейся на момент анализа информации о пациенте, включая клинические, анамнестические, лабораторные данные, а также информацию, полученную с помощью инструментальных методов исследования вне мониторинга. В ИАСПИН реализуются диагностические алгоритмы и решающие правила, полученные на больших объемах клинической информации с использованием методов математической статистики и экспертного подхода.

Одной из первых ИАСПИН в нашей стране, в которой были реализованы описанные режимы, стала система «Гастроэнтер», разработанная в Российском государственном медицинском университете (руководитель разработки – Т.В. Зарубина).

На кафедре медицинской кибернетики и информатики накоплен большой опыт разработок для отделений реанимации и интенсивной терапии.

Разработки осуществляются непрерывно, начиная с 1979г. Руководителем первой группы сотрудников, дипломников и студентов, которые занимались этой проблемой, был А.Г. Устинов (в настоящее время – профессор кафедНОМ «МБФ РГМУ. Специальности «медицинская кибернетика» ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, 2010г.

ры), вторую группу возглавляла Т.В. Зарубина, в настоящее время разработки осуществляются под руководством старшего преподавателя, к.м.н. С.Л.

Швырева.

Невозможно в формате данного буклета остановиться подробно на всех научных направлениях кафедры и лаборатории. Диапазон весьма широк. Разработки часто осуществляются совместно с другими подразделениями университета и даже другими организациями.

В начале 2010 года Российский государственный университет получил высокий статус Национального исследовательского университета (НИУ).

Статус почетный и ко многому обязывающий. Как НИУ наш вуз определил пять приоритетных направлений развития, среди них – «Медицинские информационные технологии».

В рамках этого направления заявлено несколько тем, в том числе те, за которые отвечает наш коллектив:

1. Управление состоянием реанимационных больных с использованием современных информационных технологий.

2. Мониторинг состояния здоровья пациентов из разных групп населения, в том числе групп риска, лиц с социально значимыми заболеваниями, работников особо вредных и опасных условий труда.

3. Консультативная поддержка принятия решений (диагностика, прогнозирование, лечение, реабилитация) на основе вычислительных процедур и/или моделирования логики эксперта-врача с использованием данных, полученных современными методами функциональной и лабораторной диагностики.

4 Что же такое кибернетика?

Кибернетика – наука об общих законах управления и связи в организационных системах любой природы (машинах, живых организмах и обществе). В зависимости от области применения методов кибернетики сформировалось несколько самостоятельных направлений этой науки. Биологическая НОМ «МБФ РГМУ. Специальности «медицинская кибернетика» ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, 2010г.

кибернетика исследует общие законы управления в приложении к биологическим объектам. Предметом Медицинской кибернетики являются медицинские системы и методы управления состоянием организма.

Термин «кибернетика» (лат. cybernetics) введен в 1947 г. одним из основоположников этой науки, американским математиком Норбертом Винером (1894-1964). Происходит термин от греч. слова kyberntik - искусство управления. Интересно отметить, что слово «кибернетика» встречалось в научной литературе и раньше. Так, Платон называл этим словом искусство управления кораблем, что по сути своей есть искусство навигации. В 1834 г. знаменитый французский фиРисунок 10. Кибернетика - наука об науку об управлении государством. В таком значении это слово и вошло в известные словари XIX в.