Фёдоров Д.А., Острейковский В.А.,

Фёдоров Д.А., Острейковский В.А.,
О ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОНОЙ СИСТЕМЫ
ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ВРАЧА-ХИРУРГА «АТЕРОСКЛЕРОЗ»
Данная статья посвящена интеллектуализации систем контроля и управления в медицине. Рассмотрены основные функции и блоки интеллектуальной информационной системы поддержки принятия
решений врача-хирурга (ИИСППРВ). Представлен программный комплекс позволяющий реализовать
один из вариантов ИИСППРВ на примере болезни облитерирующий атеросклероз сосудов нижних конечностей.
В настоящее время на кафедре информатики и вычислительной техники Сургутского государственного университета, совместно с отделением сосудистой хирургии муниципальной городской
больницы №1, разработана интеллектуальная информационная система поддержки принятия решений
врача-хирурга «Атеросклероз» на примере болезни облитерирующий атеросклероз сосудов нижних
конечностей (ОАСНК).
Проектируемая ИИСППРВ «Атеросклероз» призвана помочь врачу-хирургу произвести точную классификацию состояния больного, и тем самым поставить соответствующий диагноз, от которого кардинальным образом будет зависеть методика лечения.
Интеллектуальный компонент занимает главенствующее положение в структуре ИИС, так как именно
наличие элементов интеллектуального поведения делает системы наиболее ценной для конечного пользователя - сосудистого хирурга. Основные функции ИИСППРВ[1,2,3]:
Организация первоначального заполнения базы знаний (БЗ) инженером по знаниям;
Вывод совета и генерирование гипотез. Реализация полученного решения для поддержки принятия решения врача;
Объяснение принятого решения по запросу пользователя, путем вывода логических последовательностей
действий которые привели к данному результату;
Формирование научно обоснованного прогноза;
Организация заполнения БЗ путем общения пользователя с системой на объектно-ориентированном языке
(ОЕЯ);
Генерирование «новых знаний» на основе уже имеющихся.
Для достижения всех поставленных задач интеллектуальный компонент ИИСППРВ «Атеросклероз» имеет в
своем составе следующие подсистемы:
Подсистемы заполнения БЗ «вручную»;
Диалоговая подсистема общения с пользователем на ограниченном естественном языке;
Подсистема логического вывода: вынесение совета, анализ логических последовательностей, сравнение
показателей вывода;
Подсистема объяснения вынесенного решения;
Подсистема формирования научно обоснованного прогноза;
Подсистема обучения.
Концептуальная разработка и программная реализация этих подсистем позволила получить в составе
ИИСППРВ «Атеросклероз» полноценную интеллектуальную среду, отвечающую сформулированным функциям.
Важными аспектами создания интеллектуальных информационных систем является приобретение и
формализация знаний предметной области с целью формирования научно-обоснованного прогноза
[4]. Для выполнения вышеуказанной цели выполнено:
разработана продукционная модель течения облитерирующего атеросклероза в сосудах нижних
конечностей человека;
собраны статистические данные по больным с поставленным диагнозом и выполнен их анализ,
результаты и выводы записаны в базу знаний.
для прогноза стадии ОАСНК построены многофакторные регрессионные модели;
построена подсистема проверки совета и подсистема объяснения поученного решения.
В соответствии с [1,2,3] в ИИСППРВ «Атеросклероз» используются следующие блоки:
диалоговый интерфейс «пользователь – система - эксперт»;
база данных;
база знаний;
база моделей;
блок логического вывода (решатель);
блок объяснения решения
Особенности разработки ИИСППРВ «Атеросклероз».
Диалоговый интерфейс «врач – система - эксперт» содержит компоненту получения знаний, через него знания эксперта поступают в компьютер, перерабатываются и пополняют базу знаний.
В базе данных параметры, характеризующие состояние больного разделены на три типа: основные, расчѐтные и резервные. Основные параметры состояния больного являются исходными данными
для диагностической и прогностической модели, расчѐтные показатели получаются из основных,
либо с помощью формул, либо с помощью равнозначных преобразований. Расчѐтные показатели
наиболее полно и понятно для врача характеризуют состояние пациента, по которым он будет, и
привык ставить диагноз. Резервные или дополнительные показатели служат и заносятся для проверки основных и расчѐтных показателей, чтобы исключить недостоверную информацию [4].
Полный набор диагностических и прогнозирующих признаков сформирован путем накопления эмпирических и субъективных знаний, соответственно путем наблюдения за работой врача и проведением экспертного опроса. Таким образом, устранена или, по крайней мере, уменьшена неопределенность о предметной области [3].
В качестве долгосрочных данных в БЗ, описывающих рассматриваемую область выступают формулы дополнительных расчетов, многофакторные регрессионные модели и справочно-нормативная информация по каждому показателю: нормальное значение, минимальное, максимальное и допустимое
отклонение.
Решатель или блок логического вывода дает возможность пользователю записывать и применять
экспертные знания. Пользователь вводит в ИИСППРВ «Атеросклероз» описание конкретной ситуации, а механизм логического вывода обеспечивает поиск знаний эксперта, относящихся к данной
ситуации. Принципиальная схема работы решателя при анализе логических последовательностей,
показана на рис. 1.
Рис.1. Структурная схема работы решателя при анализе логических последовательностей
Особенности работы синтаксического анализатора расчетных формул.
Формула записывается в виде текста и состоит из показателей, которые наиболее полно характеризуют
болезнь ОАСНК [4] и арифметических операций (рис. 2). По названию указанных показателей ОАСНК с БД
считываются соответствующие значения, и производится расчѐт.
Рис.2. Форма базы знаний (создание формул)
Результатами логического вывода являются: количественные значения расчѐтных показателей,
значения зависимых показателей в многофакторных регрессионных моделях и объяснение с указанием арифметических операции, параметров и их значений для конкретного пациента. Ниже на
рис. 3. представлена форма решателя при анализе логических последовательностей
Рис.3. Форма решателя при анализе логических последовательностей
Блок логического вывода работает также со справочно-нормативными показателями (рис. 4) и
тем самым выполняет функцию контроля вводимой информации. В данной форме заложена возможность изменение старых и ввода новых нормативных показателей
Рис. 4. Форма справочно-нормативных показателей
Ниже на рис. 5. представлена структурная схема работы решателя при сравнении показателей.
Рис.5. Структурная схема работы решателя при сравнении показателей
В решателе реализована возможность объяснения действий, которая помогает пользователю понять логику рассуждений эксперта. В частности, это достигается за счѐт выделения цветом
сравниваемых параметров. Цвет меняется в зависимости от результата сравнения: «равно норме»
– зеленый цвет, «допустимое отклонение»- желтый цвет, «критическое отклонение»- красный
цвет, «не допустимое отклонение» - фиолетовый цвет. Ниже на рис 6. представлена форма сравнения текущих показателей и отклонений с показателями нормы
Рис. 6. Форма сравнения текущих показателей и отклонений с показателями нормы
Структурная схема ИИСППРВ «Атеросклероз» приведена на рис. 7.
Рис. 7. Структурная схема интеллектуальной информационной системы поддержки принятия решения
в медицине
Выводы
Рассмотрены основные функции ИИСППР применительно к работе врача-хирурга по болезни Облитерирующий атеросклероз сосудов нижних конечностей.
Предложен состав блоков интеллектуальной информационной системы поддержки принятия решений врача-хирурга «Атеросклероз».
Разработана структура и основные блоки ИИСППРВ. Использование этих блоков позволяет произвести интеллектуализацию систем контроля и управления в работе врача-хирурга, применительно к болезни ОАСНК.
Заполнена БД и БЗ показателями, наиболее полно характеризующими протекание болезни.
Реализована подсистема логического вывода: анализ логических последовательностей, сравнение показателей вывода.
Реализована подсистема объяснения вынесенного решения.
Полученная ИИСППРВ «Атеросклероз» позволила осуществить один из вариантов программного
комплекса «Интеллектуальная информационная система поддержки принятия решений врача-хирурга»
на примере болезни облитерирующий атеросклероз сосудов нижних конечностей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: - Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит.
1990. – 230с.
2. Sebastian
H.-J.,
Intelligent
support
systems,
Proceeding
of
EUFIT’93
(Sept.710,1993,Aachen,Germany) 299-307.
3. Федоров Д.А., Анализ и разработка блоков интеллектуальной информационной системы поддержки
принятия решений врача: сб. науч. Тр. Каф. Автоматизир. Систем обр. инф. и упр. Вып. 5. / под общ.
ред. Ф.Ф. Иванова; Сургут. гос. ун-т. – Сургут:Изд-во Сургу, 2008. С. 12-21.
4. Федоров Д.А., Федин А.С. К методике анализа предметной области в медицинских интеллектуальных
информационных системах /сборник трудов второй международной научно-практической конференции "исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" 07-09.01.2006, СанктПетербург, Россия. Под редакцией А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко, В.Ф. Самохина Санкт-Петербург, Том
5. Издательство Политехнического университета. 2007 г. – С. 189-190.