автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и разработка экспертной системы для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава

На правах рукописи

УД -3.3)

005017871)

ЗАГРЕБИН Дмитрий Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ИШЕМИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ У ЛЕТНО-ДИСПЕТЧЕРСКОГО СОСТАВА

Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (информатика, управление и вычислительная техника)

1 9 ДПР 2012

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 2012 г.

005017870

Работа выполнена на кафедре 303 «Приборы и измерительно-вычислитель комплексы» ФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт (национальш исследовательский университет)» (МАИ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Павлова Наталия Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Истомина Татьяна Викторовна, заведующая кафедрой «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах» ФГБОУ ВП< «Пензенская государственная технологическая академия»

доктор технических наук, профессор Ковшов Евгений Евгеньевич, заведующий кафедрой «Управление и информатика в технических системах» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Национальный

исследовательский университет «МИЭТ».

Защита состоится « 14 » мая_ 2012 года в 13 часов на заседат

диссертационного совета Д 212.125.11 в ФГБОУ ВПО «Московский авиационнь институт (национальный исследовательский университет)» (МАИ) по адрес 125993, Москва, Волоколамское шоссе, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просьба направля' по адресу: 125993, Москва, Волоколамское шоссе, дом 4.

Автореферат разослан « 7 » апреля

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

2012 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность задачи. Одной из основных причин авиакатастроф является человеческий фактор. Так, за последние десять лет по этой причине произошло 55% всех авиакатастроф в России.

Среди причин, по которым летно-диспетчерский состав не может качественно выполнять свои функции, одними из наиболее важных являются ишемические нарушения головного мозга (далее просто мозга). Так, 80% случаев отстранения летного состава в 1995-2001 гг. от работы произведены по причине именно таких нарушений.

У пилотов и авиадиспетчеров наступает преждевременное старение организма, на 10-25 лет раньше появляются болезни сердечно-сосудистой системы (особенно ишемические нарушения мозга); ежегодно наблюдается 60-80 случаев острых отказов здоровья. Это связано с напряженными условиями работы.

Эффективным средством предотвращения авиакатастроф по причине ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава может быть экспресс-диагностика, проводимая перед началом работы. Это важная, нерешенная на сегодня, актуальная задача.

Для решения данной задачи необходимо иметь переносные измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) с измерительными каналами, осуществляющими диагностику ишемических нарушений мозга по определенной методике с требуемой точностью; программно-алгоритмическое обеспечение, которое позволяет гарантированно выделить группу риска среди пилотов и авиадиспетчеров, и оперативные средства связи для передачи результатов анализа в специальные медицинские центры экспертам.

В диссертации проанализированы две современные и достаточно эффективные методики диагностики ишемических нарушений мозга, которые могут быть использованы в таких ИВК:

• ультразвуковая транскраниальная доплерография (ТКДГ);

• электроэнцефалография (ЭЭГ).

В отличие от других методик ТКДГ и ЭЭГ позволяют диагностировать наличие ишемических нарушений на самых ранних стадиях и пригодны для проведения экспресс-диагностики. Однако, каждая из методик по отдельности не обеспечивает требуемой для практики точности производимых измерений. Для всех существующих методик погрешность в диагнозе о наличии ишемических нарушений составляет не менее 15%.

Кроме того они обладают достаточно низкой стоимостью и реализуются на аппаратуре небольших габаритов, что важно при осуществлении экспресс-диагностики.

В настоящее время во всем мире методики ЭЭГ и ТКДГ используются в ИВК независимо. Например, медицинские ИВК такого типа выпускаются фирмами ООО НПФ «БИОЛА», ООО «Медицинские Компьютерные Системы», ООО «НПКФ

Медиком МТД», ООО «Нейрософт», ООО «НМФ «MBN», NIHON KOHDEN, D ЗАО «СПЕКТРОМЕД», NICOLET BIOMEDICAL, ATES MEDICA Devi с Следующим шагом в направлении повышения точности диагностики являете комплексирование измерений по обеим методикам.

Разработка средств, позволяющих осуществить такое комплексирование провести диагностику ишемических нарушений мозга у летно-диспетчерско1 состава с требуемой точностью в реальном времени и является задачей, решени которой и посвящена диссертационная работа.

Объект исследования — ИВК медицинского назначения для экспреа диагностики ишемических нарушений мозга у летно-диспетчерского состава.

Предмет исследования — экспертная система для диагностики ишемическ* нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном времени с использование комплексирования результатов обследования по методикам ТКДГ и ЭЭГ.

Целью работы является обеспечение автоматической диагностики ишеми мозга у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени с достаточнс для практики точностью за счет комплексирования двух методик (ТКДГ и ЭЭГ) i базе разработанной экспертной системы.

В диссертации поставлена и решена задача разработки такой экспертнс системы. Для этого решены следующие научно-технические задачи:

• проведен системный анализ диагностики состояния мозга с помощью методи ТКДГ и ЭЭГ, как возможных источников информации для экспертнс системы, осуществляющей комплексирование этих измерений;

• разработана база знаний экспертной системы, включающая набор правил признаков, позволяющих осуществлять автоматическую диагностику реальном времени ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава помощью методик ТКДГ и ЭЭГ;

• разработан механизм логических выводов экспертной системы, позволяющр строить алгоритм по принятию решения на основе анализа измерени ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока электроэнцефалографа; механизм носит универсальный характер и може применяться в ИВК различного назначения, где анализируются характернь области измеренных сигналов с нечеткими признаками;

• разработана комплексная методика, базирующаяся на этом программ» алгоритмическом обеспечении, которая дает возможность осуществля1 автоматическую диагностику ишемических нарушений в реальном масштаб времени с требуемой для практики точностью;

• проведены тестирование, моделирование и исследования в клинически условиях с использованием разработанной экспертной систем! подтвердившие ее работоспособность и эффективность.

При решении перечисленных задач использованы следующие метод исследований: методы системного анализа, комплексирования информаци

принятия решений, искусственного интеллекта, обработки сигналов, моделирования.

Научная новизна работы заключается в:

• разработке новых нечетких переменных и их термов, применимых для комплексирования информации в экспертной системе при диагностике ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ;

• разработке правил базы знаний экспертной системы, использующих теорию нечетких множеств и достаточно полно (с точки зрения рассматриваемой задачи) описывающих предметную область;

• разработке универсального механизма логического вывода, учитывающего возможность одновременного срабатывания большого числа недостаточно точных правил и разрешающего конфликт с помощью теории нечетких множеств;

• разработке комплексной методики, позволяющей объединять измерения каналов ТКДГ и ЭЭГ и осуществлять автоматическую диагностику ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени с требуемой для практики точностью.

Научные положения, выносимые на защиту:

• математическое обеспечение экспертной системы, использующей теорию нечетких множеств (переменные и их термы), применимое для автоматической диагностики ишемических нарушений;

• продукционная база знаний с правилами, использующими теорию нечетких множеств, позволяющая осуществлять автоматическую диагностику ишемических нарушений с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ с требуемой для практики точностью;

• универсальный модуль механизма логического вывода продукционной экспертной системы, позволяющий принимать решения по диагностике ишемических нарушений на основе комплексирования измерений и являющийся средством создания новых экспертных систем для различных предметных областей;

• комплексная методика диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени.

Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в создании экспертной системы, позволяющей осуществлять автоматическую диагностику ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени и с требуемой точностью, как дополнительного канала ИВК медицинского назначения «Ангиодин-Универсал» производства фирмы ЗАО «НПФ «БИОСС» совместно с фирмой ООО «БИОСОФТ-М» и применении этой системы для диагностики ишемии в клинических условиях.

Результаты работы внедрены в составе ИВК медицинского назначения

«Ангиодин-Универсал» в Городской клинической больнице № 15 им. О. М. Филат (ГКБ № 15) и в ФБГУ «Федеральный научный центр трансплантологии искусственных органов им. академика В. И. Шумакова» и использованы в учебно процессе кафедры «Приборы и ИВК» Московского авиационного институ (национального исследовательского университета), что подтверждает« соответствующими актами.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректны применением использованных методов исследования и их проверкой в xoj моделирования и при клинических исследованиях.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационнс работы докладывались и обсуждались на:

• XV, XVI, XVII, XIX, XX Международных научно-технических семинар; «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработ* информации», 2006,2007,2008,2010, 2011 гг;

• XXXII, XXXIII, XXXIV Международных молодежных научных конференцш «Гагаринские чтения», 2006, 2007, 2008 гг;

• Всероссийской научно-технической конференции «Информационные управляющие технологии в медицине», 2007 г.;

• V, VI, VII Всероссийских конференциях студентов, аспирантов и молодь ученых «Технологии Microsoft в теории и практике программирования», 200 2009, 2010 гг;

• Всероссийской конференции молодых ученых и студентов «Информационнь технологии в авиационной и космической технике-2008»;

• Конференции молодых ученых и специалистов Московского отделе™ академии навигации и управления движением, 2008 г.;

• XLVIII Международной научно-технической конференции «Студент и научш технический прогресс», 2010 г.;

• V Всероссийском съезде трансплантологов, 2010 г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы 21-ой печатной работе, в том числе в 7 статьях в журналах и сборниках (4 журналах, входящих в список ВАК РФ).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит i введения, четырёх глав, заключения и списка использованных источнико; включающего 108 наименований. Общий объём работы составляет 128 страни! включая 43 рисунка и 6 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работь сформулирована цель работы; определены научно-технические задачи исследована решенные для достижения поставленной цели; представлены выносимые на защит

положения; охарактеризована их научная новизна и практическая ценность; приведены сведения о внедрении полученных результатов, структуре и объеме работы.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ современного состояния методов диагностики ишемических нарушений с использованием ТКДГ и ЭЭГ и опыта разработки ИВК медицинского назначения для определения ишемии мозга; сравнительный анализ различных методов, которые могут быть применены для решения задач комплексирования данных ЭЭГ и ТКДГ.

На основании анализа требований к оборудованию для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава предложено провести комплексирование результатов измерений по методикам ТКДГ и ЭЭГ на базе переносного ИВК «Ангиодин-Универсал» (производства фирмы ЗАО «НПФ «БИОСС» совместно с фирмой ООО «БИОСОФТ-М»), Внешний вид ИВК «Ангиодин-Универсал» представлен на рис. 1. Этот ИВК включает различные датчики, в том числе и каналы ТКДГ и ЭЭГ, которые могут послужить входными блоками для комплексирования измерений в реальном времени с целью достижения достаточной для практики точности.

Рис. 1. ИВК «Ангиодин-Универсал»

Для того, чтобы ИВК «Ангиодин-Универсал» мог осуществлять диагностику ишемических нарушений в реальном масштабе времени и с достаточной точностью для выявления группы риска летно-диспетчерского состава потребовалось разработать и встроить в этот комплекс дополнительный блок, на котором и производится комплексирование измерений каналов ТКДГ и ЭЭГ.

Для разработки такого блока, во-первых, было необходимо провести системный анализ всех входных параметров ТКДГ и ЭЭГ и выделить из измеренных сигналов признаки ишемии мозга. Пример входных сигналов методик ТКДГ и ЭЭГ показан на рис, 2.

Врач-эксперт анализирует форму этих сигналов и делает заключение о состоянии мозга по ряду признаков. Признаки, которыми он пользуется, носят в основном слабоформализованный характер.

В диссертации на основании анализа литературы и мнений экспертов эти признаки выделены и по возможности математически формализованы. Всего было

выделено 24 признака для ТКДГ и 37 признаков для ЭЭГ, Характерные приме таких признаков:

• при уменьшении просвета сосуда возрастает средняя скорость кровоток ~ индексы периферического сопротивления незначительно снижаютс (признак методики ТКДГ);

• на тяжелые очаговые поражения указывает высокоамплитудная медленн£

Спектр

скорости

кровотока

методики

ТКДГ

V,

см/с

jf V. ^(И J2 ыШш л.

Врем

00:01:23 00:01:24 00:01:25 00:01:26 00:01:27 00:01:28 00:01:29

Рис. 2. Примеры входных сигналов методик ТКДГ (вверху) и ЭЭГ (внизу) Выделенным признакам можно сопоставить индексы этих методик, которь либо вычисляются по формулам, либо по простым формальным алгоритмам. Всего с работе выделено 20 таких параметров. Например, в качестве индекса для методик ТКДГ вычисляется средняя скорость кровотока М, определяемая по формуле:

М=-

s

о,

N

где Л^— количество элементов (зависит от частоты и выбранной длительност:: анализируемого сигнала); а, — значение амплитуды огибающей ультразвукового доплеровского спектра скорости кровотока.

Для методики ЭЭГ, в частности, вычисляется отношение FSR быстрых ритме г к медленным по формуле:

fSR _ Power„+Powerр PowerR + Powerь

где Power — мощность спектра канала ЭЭГ в диапазоне частот от 8 д:: 13 Гц; Powerр — мощность спектра канала ЭЭГ в диапазоне частот от 13 до 35 Гц;

Power — мощность спектра канала ЭЭГ в диапазоне частот от 4 до 8 Гц; Power — мощность спектра канала ЭЭГ в диапазоне частот от 0.5 до 4 Гц.

Эти вычисляемые параметры и являются входными сигналами для блок: комплексирования ИВК.

В качестве результата диагностики предлагается использовать символьную переменную I, названную «состояние мозга», которая содержит окончательный вывод о наличии ишемических нарушений у данного человека. Это может быть либо норма, и тогда пилот или диспетчер допускается к работе, либо одна из степеней развития ишемии: легкие нарушения (низкая степень), средние нарушения (средняя степень), тяжелые нарушения (высокая степень), смерть мозга.

Учитывая, что измерения по методикам ТКДГ и ЭЭГ содержат признаки ишемии, принятие решения по которым трудно строго математически формализовать, а данные медицинской статистики обладают большой степенью неопределенности, среди методов комплексирования выбраны неформализованные, реализующиеся на базе продукционных экспертных систем с учетом неопределенности на основе теории нечетких множеств Л. Заде.

Во второй главе поставлена задача разработки продукционной экспертной системы с правилами на базе нечеткой логики для комплексной диагностики ишемии мозга в реальном масштабе времени с достаточной для практики точностью (погрешность не более 15%) использующей методики ТКДГ и ЭЭГ.

Разработанная структурная схема процесса диагностики ишемии мозга у

Рис. 3. Структурная схема процесса диагностики ишемии мозга

В правой и левой частях схемы находятся измерительные каналы ТКДГ и ЭЭГ, а ее ядром является экспертная система, на которой и осуществляется комплексирование измерений этих двух каналов.

Для проведения диагностики ишемии мозга данные по методикам ТКДГ и ЭЭГ анализируются независимо. Результат в виде сформированных индексов гемодинамики и биоэлектрической активности мозга передается экспертной системе, которая делает окончательный вывод о выделении группы риска летно-диспетчерского состава.

Для комплексирования результатов измерений по методикам ТКДГ и ЭЭГ выбрана модель головы человека, представленная на рис. 4.

На ней показано размещение ультразвуковых доплеровских измерительна:: датчиков и ЭЭГ электродов. Эта модель имеет характерные области: левую, праву;: левую и правую лобные, левую и правую затылочные и центральную часть. Эт:: области задействованы при формировании правил базы знаний экспертной системы.

Ультразвуковой датчик

ЭЭГ

электроды

Рис. 4. Модель головы человека для диагностики по ТКДГ и ЭЭГ Для использования теории нечетких множеств в правилах разработанной экспертной системы для всех входных, промежуточных и выходной переменной на основании анализа данных, полученных в ГКБ № 15 им о. М. Филатова и в ФБГУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В. И. Шумакова» сформировано 14 функций принадлежности, включающих от трех до шести областей, где может находится нечеткая переменная. Основным элементом этих функции принадлежности выбрана трапеция и дл каждой из вершин определены конкретные числовые значения. Пример функци: принадлежности F(I) для выходной переменной I — «состояние мозга» представле: на рис. 5.

F(l) Д Норма Низкая Средняя Высокая Смерть мозга 1

5 10 25 30 45 55 70 75 90 95 100 |

Рис. 5. Множество термов выходной переменной «состояние мозга»

С использованием этих функций принадлежности разработана база знаний, включающая 178 правил, которые полностью описывают все входные переменные, соответствующие измерениям по методикам ТКДГ и ЭЭГ, и все возможные выводы, которые можно в этих условиях получить.

Примеры правил, соответствующих отдельной методике (первое) и их комплексированию (второе) приведены ниже.

ЕСЛИ «в левом полушарии средняя скорость кровотока» = «норма» И «систолическая скорость кровотока» = «норма» И «диастолическая скорость кровотока» = «норма» И «индекс пульсаций» = «норма» И «коэффициент асимметрии» = «норма» ТО «состояние мозга в левом полушарии» = «норма»

ЕСЛИ «в левой лобной части состояние мозга» = «легкие нарушения»

ИЛИ «в правой лобной части состояние мозга» = «легкие нарушения» ТО «состояние мозга в лобной части» = «легкие нарушения»

Для облегчения проверки целостности базы знаний и упрощения алгоритма принятия решения с их использованием правила подвергнуты дополнительной структуризации. Структуризация правил базы знаний разработанной экспертной системы представлена на рис. 6.

Рис. 6. Структура правил базы знаний экспертной системы Правила объединены в непересекающиеся подмножества, каждое из которых использует описания измерений, соответствующих отдельным областям модели головы, голове в целом и принадлежащих либо к отдельным методикам (ТКДГ и ЭЭГ), либо к их комплексному использованию.

Созданный алгоритм работы механизма логического вывода экспертной системы для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава представлен на рис. 7. Он позволяет просмотреть все правила базы знаний и выбрать из них те, которые должны сработать на данном шаге принятия решения.

В отличие от традиционных продукционных экспертных систем, здесь не строиться цепочка сработавших правил, а на каждом шаге срабатывают все правила, относящиеся к анализируемой ситуации. При этом возникает несколько нечетких переменных со значениями конфликтующими между собой. Используя теорию Заде,

экспертная система производит объединение всех полученных результатов и получает окончательный вывод. При этом используется минимаксная композиция нечетких множеств, согласно которой логическая операция И заменяется на минимум степеней принадлежности правил, а ИЛИ — на максимум.

С"\ Переменная 1

Напало ]

- значение переменной термы переменной текущая функция принадлежности Переменная 2 значение переменной термы переменной текущая функция принадлежности

Переменная М

- значение переменной

- термы переменной

- текущая функция п р ина длежности

Рис. 7. Алгоритм работы механизма логического вывода в разработанной

экспертной системе Пример объединения правил для выявления групп риска летне диспетчерского состава показан на рис. 8.

ЕСЛИ ILeft == Low & IRigM ■« Low TO I = Low

F(ILeft) F(IRight) j k 1

Low HI) , 1 Low

А \

; V / / \

«Il M 1

5 1015 2325

ILeft = 15 IRight « 23

45 ILeft " IRight

5 1015 2325

45

ILeft IRight

ЕСЛИ ILeft == Normal & IRight == Normal TO I = Normal

F(ILeft) F(IRight) Д Normal 1

F(l) Normal

1 --Ч

5 1015 2326

Л"

5 1015 2325 ILeft IRight

5 1015 2325

45 I

4=lLeft IRight

Рис. 8. Пример нечеткого логического вывода

Здесь сработали два правила из базы знаний. При нечетком выводе на функциях принадлежности переменных, входящих в части ТО этих правил, построена фигура, для которой методом центра тяжести выделено единственное значение, которое и дает окончательный вывод. В данном случае это I = 26%, что соответствует легкому нарушению состояния мозга.

В третьей главе на примере ИВК «Ангиодин-Универсал» исследованы возможности аппаратного и программно-алгоритмического обеспечений, необходимые для осуществления автоматической диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава.

В интегрированной среде Microsoft Visual Studio на языке Visual С++ разработано программное обеспечение модуля продукционной экспертной системы с правилами на базе нечеткой логики для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава. Этот модуль в качестве дополнительного канала встроен в ИВК «Ангиодин-Универсал».

Структурная схема разработанного модуля продукционной экспертной системы представлена на рис. 9.

Рис. 9. Схема модуля экспертной системы Модуль экспертной системы получает данные от модулей ЭЭГ и ТКДГ и управляется оболочкой Штопех, являющейся ядром программно-алгоритмического обеспечения ИВК «Ангиодин-Универсал».

Разработанный модуль экспертной системы сделан универсальным. Он состоит из блоков ввода переменных и термов, ввода правил, оболочки базы знаний, хранилища переменных и данных и механизма логического вывода, способного осуществлять работу с нечеткими множествами. Именно этот механизм и позволяет получать окончательный вывод и выделять группу риска летно-диспетчерского состава. Универсальность же этого модуля позволяет применять ядро экспертной системы как инструментальное средство для разработки экспертных систем в других предметных областях (например, при анализе телеметрических данных).

Для того, чтобы экспертная система могла осуществлять диагностику ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава предварительно заполнено хранилище переменных и данных индексами и их термами с указанием численных

параметров функции принадлежности. Затем в оболочку базы знаний введены правила в форме простого текста. Ядро экспертной системы способно работать с динамически задаваемыми индексами, их термами и правилами базы знаний, для чег реализован синтаксический анализ правил и алгоритмы формировани промежуточного выполняемого кода, позволяющего осуществлять нечеткий вывод режиме реального времени.

Такая реализация модуля экспертной системы дает возможность менян параметры функций принадлежности и базу знаний без перекомпиляции программнс алгоритмического обеспечения и развивать систему без принципиальны переработок.

В четвертой главе представлены результаты тестирования, моделирования клинических испытаний разработанной экспертной системы, которые подтвердил ее работоспособность и эффективность для применения в задаче диагностик ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава.

Тестирование разработанной экспертной системы проводилось в три этапа.

На первом этапе проверена работоспособность разработанной экспертнс системы и в первую очередь ее универсального ядра. Для этого использовано 9 автоматических комплексных теста, включавших в себя как тестирование отдельны функций, так и работу с нечеткой логикой в рамках специальной упрощенной баз знаний. Тесты встроены в ядро экспертной системы и позволяют контролировать е качество, как универсального инструментального средства.

Тестирование позволило проверить все аспекты работы ядра экспертнс системы, начиная от синтаксического анализа при вводе правил и заканчивг получением окончательных выводов системы. Результат — 100% работоспособност На втором этапе проводилось моделирование с использованием реальнь значений индексов измеряемых сигналов и с целью формирования контрольнь тестов, которые затем были встроены в экспертную систему и применяются д; контроля ее работоспособности перед проверкой летно-диспетчерского состава. Д; этого использованы исходные данные ГКБ № 15 им. О. М. Филатова и в ФБГ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов И1 академика В. И. Шумакова». 54 специально сформированных клиничесм контрольных теста подтвердили полную работоспособность системы.

На третьем этапе проведены клинические испытания разработаннс продукционной экспертной системы с правилами на базе нечеткой логики в соста! ИВК «Ангиодин-Универсал» на базе ГКБ № 15 им. О. М. Филатова и в ФБГ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов И1 академика В. И. Шумакова».

В ГКБ № 15 им. О. М. Филатова разработанная экспертная систел проверялась на пациентах с нормой, атеросклерозом и другими сердечн сосудистыми нарушениями (норма, легкий, средний и тяжелый уровни нарушений) амбулаторных условиях (до операции и после операции) и в интероперационнь условиях.

В ФБГУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В. И. Шумакова» тестирование осуществлялось на пациентах в тяжелом и очень тяжелом состоянии с черепно-мозговыми травмами различной степени тяжести.

Проведено 966 тестов для выявления степени нарушения функций мозга и выделения группы риска летно-диспетчерского состава. Степень ишемии продиагностирована с погрешностью не превышающей 10%. Пилоты и авиадиспетчеры, которые не имеют признаков ишемии, выделяются безошибочно. Это позволяет оперативно в реальном времени выделить группу риска летно-диспетчерского состава, а используя возможности ИВК, более детально проанализировать степень ишемии, передав данные экспертам, в том числе с применением дистанционных средств оперативной связи в специальные медицинские центры.

В заключении изложены основные результаты и выводы работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований получены следующие основные выводы и результаты:

1. Поставлена и решена задача разработки экспертной системы с правилами на основе нечеткой логики, являющейся дополнительным каналом ИВК медицинского назначения для комплексной диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава.

2. Разработана продукционная база знаний экспертной системы, включающая 178 базирующихся на теории нечетких множеств правил и достаточно полно (с точки зрения рассматриваемой задачи) описывающая предметную область диагностики ишемических нарушений. Для этого определены все пригодные для автоматической диагностики ишемии мозга в экспертной системе входные, промежуточные и выходная нечеткие переменные, их термы и функции принадлежности (трапециевидной формы).

3. Разработан универсальный механизм логического вывода продукционной экспертной системы с правилами на базе нечеткой логики, применимый для автоматической диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава. Механизм также применим для разработки экспертных систем, имеющих на входе измерительные блоки, оценка сигналов которых связана с существенной неопределенностью в исходных данных (в различных предметных областях).

4. Разработано программное обеспечение, реализующее теоретические результаты по созданию продукционной экспертной системы с правилами на базе нечеткой логики для диагностики ишемических нарушений с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ, включающее подсистемы настройки термов, переменных и правил. Разработанное программно-алгоритмическое

обеспечение встроено в ИВК медицинского назначения «Ангиод1 Универсал», используемый для комплексной автоматической диагностик ишемии мозга в режиме реального времени.

5. Проведено тестирование разработанной экспертной системы, включающее тр этапа. На первом этапе проверена работоспособность универсального ядр экспертной системы с использованием 94 комплексных тестов с сигналам разной формы. Результат — 100% работоспособность. На втором этаг проводилось моделирование с использованием реальных значений индексе измеряемых сигналов и с задачей формирования 54 контрольных тесто которые затем встроены в экспертную систему и подтвердили полную < работоспособность. На третьем этапе проведены клинические испытав экспертной системы в составе ИВК «Ангиодин-Универсал» на базе ГКБ № 1 им. О. М. Филатова и в ФБГУ «Федеральный научный центр трансплантолог и искусственных органов им. академика В. И. Шумакова» (966 тестоЕ Констатированы гарантированное выделение пилотов и авиадиспетчеров, i имеющих ишемических нарушений, и диагностика степени ишемии погрешностью, не превышающей 10%.

6. Полученные в диссертационной работе результаты в составе ИВК «Ангиоди Универсал» внедрены в ГКБ № 15 им. О. М. Филатова и в ФБГ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов hi академика В. И. Шумакова» для диагностики ишемии мозга и использованы учебном процессе МАИ, что подтверждено соответствующими актами.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых журналах и изданиях

1. Адаскин А. В., Исакова О. И., Сергейчик В. В., Филатов И. А Загребин Д. А. Мультимодальные средства функциональной диагностики лётного диспетчерского состава гражданской авиации. // Вестник МАИ. Том 18, № 3, 201 с. 152-160.

2. Загребин Д. А. Программно-алгоритмическое обеспечение модул< интегрированного медицинского приборного комплекса. //Электронный журн; «Труды МАИ». Выпуск № 45, 2011. — Режим доступ http://www.mai.ru/science/trudv/published.php?ID=25387&PAGEN 2=2 15.02.2012.

3. Павлова Н. В., Загребин Д. А. Продукционная экспертная система д. исследования биоэлектрической активности мозга летного и диспетчерско состава. //Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск №49, 2011. — Peж^ доступа: http://www.mai.ru/science/trudv/published.php?1Р=27966— 15.02.2012.

4. Филатов И. А., Сергейчик В. В., Адаскин А. В., Загребин Д. А. Разработка внедрение в авиационную медицину средств удаленного мониторинга состоят пациентов в режиме on-line. // Вестник МАИ. Том 18, № 2, 2011, с. 160-167.

В других изданиях

5. Адаскин А. В., Загребин Д. А. Программно-алгоритмическое обеспечение для управления медицинским цвето-звуковым терапевтическим приборным комплексом. //Сборник статей Всероссийской конференции молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике-2008», г. Москва, 21-24 апреля 2008 г. Тезисы докладов. — М: МАИ-ПРИНТ, 2008, с. 36-37.

6. Адаскин А. В., Загребин Д. А. Программно-алгоритмическое обеспечение обработки звуковых сигналов медицинского назначения. //Технологии Microsoft в теории и практике программирования: Труды V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Центральный регион. Москва, 1-2 апреля 2008 г. — М: Вузовская книга, 2008, с. 79-80.

7. Загребин Д. А. Информационное и программное обеспечение для применения мобильной вычислительной техники в медицинских приборных комплексах. // Научные труды «XXXIII Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция», том 2. — М.: МАТИ, 2007, с. 127-128.

8. Загребин Д. А., Павлова Н. В., Сергейчик В. В. Информационное и программное обеспечение мобильной вычислительной техники с дистанционным отображением результатов медицинских исследований. // Труды XVI Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, 2007. — Тула: ТулГУ, 2007, с. 317.

9. Загребин Д. А., Павлова Н. В., Сергейчик В. В. Программно-алгоритмическое обеспечение сжатия доплеровского ультразвукового сигнала информационного вычислительного комплекса медицинского назначения. //Труды XV Международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г.Алушта, 2006. — М.: МИФИ, 2006, с. 302.

10. Загребин Д. А. Программа обработки результатов измерений с распознаванием формул и символов. // Научные труды «XXXII Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция», том 2. — М.: МАТИ, 2006, с. 96-97.

11. Загребин Д. А., Программно-алгоритмическое обеспечение для регистрации, отображения и обработки сигналов биоэлектрической активности мозга. //Технологии Microsoft в теории и практике программирования: Труды VI Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. Центральный регион. Москва, 1-2 апреля 2009 г. — М: Вузовская книга, 2009, с. 61-62.

12. Загребин Д. А. Программно-алгоритмическое средство для оптимальной настройки алгоритмов вычисления десятичного логарифма при проведении испытаний измерительно-вычислительной техники. // Научные труды «XXXIV Гагаринские чтения. Международная молодежная научная конференция», том 2. — М.: МАТИ, 2008, с. 86-87.

13. Загребин Д. А. Программное обеспечение электрокардиографа мобильной выездной бригады скорой помощи. // Материалы XLVIII Международна научно-технической конференции «Студент и научно-технический прогресс Информационные технологии. — Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т., 2010, с. 214.

14. Загребин Д. А., Технология «Plug and Play» в создании программно! обеспечения для медицинских комплексов. //Технологии Microsoft в теории практике программирования: Труды VII Всероссийской конференции студенто аспирантов и молодых учёных. Центральный регион. Москва, 21-22 апреля 2010 г. -М: Вузовская книга, 2010, с. 41-42.

15. Павлова Н. В., Загребин Д. А. Комплексирование информации интегрированном измерительно-вычислительном комплексе медицинско] назначения. // Материалы XX Международного научно-технического семина] «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработ! информации», г. Алушта, 2011. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2011, с. 324-325.

16. Павлова Н. В., Загребин Д. А. Многоканальный монитори: биоэлектрической активности в задаче комплексного исследования кровоснабжеш головного мозга. //Труды XIX Международного научно-технического семина] «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обрабоп информации», г. Алушта, 2010. — М.: Издательский дом МЭИ, 2010, с. 284-285.

17. Павлова Н. В., Загребин Д. А. Программно-алгоритмическое обеспечен] медицинского цвето-звукового терапевтического приборного комплекса. // Сборш «Обеспечение качества на всех этапах жизненного цикла изделия». — М.: Изд-i МАИ-ПРИНТ, 2008, с. 324-330.

18. Павлова Н. В., Сергейчик В. В., Адаскин А. В., Загребин Д. i Программно-алгоритмическое обеспечение медицинского приборного комплею аудио-визуальной и тактильной стимуляций. // Труды XVII Международного научн технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автомата] и обработки информации», г. Алушта, 2008. — СПб.: ГУАП, 2008, с. 261.

19. Павлова Н. В., Сергейчик В. В. Загребин Д. А., Применение мобильш вычислительных систем в медицинских приборных комплексах. // Сборник стар Всероссийской научно-технической конференции «Информационные и управляющ] технологии в медицине», г. Пенза, 2007. — Пенза: АНОО «Приволжский дс знаний», 2007, с. 44-46.

20. Павлова Н. В., Сергейчик В. В., Загребин Д. А. Программн алгоритмическое обеспечение измерительно-вычислительного комплекса д. исследования биоэлектрической активности мозга. // Сборник «Проектн конструкторские и производственные вопросы создания перспективной авиационн< техники». — М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009, с. 257-263.

21. Погребниченко И. В., Филатов И. А., Сергейчик В. В., Загребин Д. Разработка средств комплексирования диагностической информации в единой ба данных. // Материалы V Всероссийского съезда трансплантологов, г. Москва, 201 — М.: ООО «Издательство «Триада», 2010, с. 34.

Загребин Дмитрий Александрович Исследование и разработка экспертной системы для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава Автореф. дисс. на соискание учёной степени кандидата техн. наук.

Подписано в печать 29.03.2012. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №153 Отпечатано в типографии «Реглет» 125315, г. Москва, Ленинградский проспект, д. 74 корп. 1 (495) 661-60-89; www.reglet.ru

61 12-5/2448

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Загребин Дмитрий Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ИШЕМИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ У ЛЕТНО-ДИСПЕТЧЕРСКОГО СОСТАВА

Системный анализ, управление и обработка информации (информатика, управление и вычислительная техника)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

УДК: 681.5 + 004.8 + 57.089] (043) На правах рукописи

Специальность 05.13.01

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Павлова Наталия Владимировна

Москва 2012 г.

Содержание

Список сокращений.................................................................................................4

Введение...................................................................................................................5

Глава 1. Методы диагностики ишемии мозга с помощью методик ЭЭГ и ТКДГ в ИВК медицинского назначения..............................................................13

1.1. Признаки, ограничения применения и аппаратура для диагностики ишемии мозга с помощью методик ЭЭГ и ТКДГ в ИВК медицинского назначения..........................................................................................................13

1.2. Входные параметры для методики ЭЭГ...................................................18

1.3. Входные параметры для методики ТКДГ................................................23

1.4. Признаки ишемии мозга для методики ЭЭГ............................................25

1.5. Признаки ишемии мозга для методики ТКДГ.........................................34

1.6. Методы комплексирования информации.................................................37

Выводы к главе 1...............................................................................................44

Глава 2. Экспертная система, как дополнительный канал ИВК медицинского назначения для комплексной диагностики ишемических нарушений.............45

2.1. Постановка задачи разработки экспертной системы для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава..........................45

2.2. Структурная схема процесса диагностики ишемии мозга с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ в ИВК медицинского назначения...............................47

2.3. Структурная схема продукционной экспертной системы ИВК

медицинского назначения для комплексной диагностики ишемии мозга.. .50 2.4. Разработка входных и выходных переменных и их термов для комплексной диагностики ишемии мозга у летно-диспетчерского состава 52

2.5. Модель головы человека для диагностики ишемии мозга.....................57

2.6. База знаний экспертной системы..............................................................60

2.7. Систематизация правил базы знаний в экспертной системе, использующей теорию нечетких множеств....................................................66

2.8. Универсальный модуль для принятия решения в экспертной системе, использующий теорию нечетких множеств....................................................69

Выводы по главе 2.............................................................................................76

Глава 3. Программное обеспечение ИВК медицинского назначения для диагностики ишемии мозга..................................................................................78

3.1. ИВК медицинского назначения «Ангиодин-Универсал».......................78

3.2. Программно-алгоритмическое обеспечение медицинского ИВК для диагностики ишемии мозга. Структурная схема программного обеспечения .............................................................................................................................80

3.3. Модуль ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока для исследования гемодинамики мозга...........................................................83

3.4. Модуль электроэнцефалографа для исследования биоэлектрической активности мозга...............................................................................................85

3.5. Модуль экспертной системы для диагностики ишемических

нарушений у летно-диспетчерского состава...................................................87

Выводы по главе 3.............................................................................................98

Глава 4. Тестирование и моделирование экспертной системы для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава............................100

4.1. Тестирование экспертной системы для диагностики ишемии мозга. .100

4.2. Моделирование экспертной системы для диагностики ишемии мозга с

использованием реальных данных................................................................105

Выводы по главе 4...........................................................................................112

Заключение...........................................................................................................114

Список использованных источников.................................................................116

Список сокращений

• ВП — вызванные потенциалы

• ГКБ — городская клиническая больница

• ИВК — измерительно-вычислительный комплекс

• КА — коэффициент асимметрии

• ПИ — пульсационный индекс

• СМА — средняя мозговая артерия

• ТКДГ — транскраниальная доплерография

• ЭКГ — электрокардиография

• ЭЭГ — электроэнцефалография

• D — Diastole, диастолическая скорость кровотока

• Fpeak — Frequency Peak, частотный пик

• FSR — Fast to Slow Ratio, отношение быстрых ритмов к медленным

• М — Mean, средняя скорость кровотока

• MSA — Mean Square Amplitude, среднеквадратичная амплитуда

• RP — Relative Power, относительная мощность

• S — Systole, систолическая скорость кровотока

• Speak — Spectrum Peak, спектральный пик

Введение

Одной из основных причин авиакатастроф за последние десять лет являлся человеческий фактор [27, 94]; по этой причине произошло за это время 55% всех авиакатастроф в России.

Среди причин, по которым летно-диспетчерский состав не может качественно выполнять свои функции, одними из основных являются ишемические нарушения головного мозга. Так, 80% случаев отстранения летного состава в 1995-2001 гг. от работы были по причине именно таких нарушений [66].

Нарушения кровоснабжения головного мозга (далее просто мозга) составляют значительную долю сердечно-сосудистых заболеваний. Особенно часто сердечно-сосудистые заболевания встречаются у людей авиационных специальностей: пилотов и авиадиспетчеров. Это связано с напряженными условиями их работы.

У пилотов к неблагоприятным факторам профессии относятся:

• пониженное атмосферной давление;

• пониженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе;

• шум;

• вибрация;

• болтанка самолета;

• ускорение при выполнении различных маневров;

• наличие токсических веществ в воздухе кабины пилотов;

• изменение рельефа местности и климатогеографических зон;

• частая смена часовых поясов.

У авиадиспетчеров к неблагоприятным факторам профессии относятся:

• многочасовая работа за экраном дисплея;

• необходимость принятия ответственных решений и передачи их на воздушные суда для выполнения.

В результате у пилотов и авиадиспетчеров наступает преждевременное старение и на 10-25 лет раньше появляются болезни сердечно-сосудистой системы. 60-80 случаев острых отказов здоровья у лиц летного состава наблюдаются ежегодно, причем 30% из них составляют инфаркт миокарда, 20% — стенокардия и 3% — нарушение мозгового кровообращения.

Проявления таких болезней как, ранний атеросклероз, инсульт (инфаркт мозга, кровоизлияние в мозг), злокачественные новообразования требуют проведения своевременной и эффективной диагностики ишемических нарушений у авиадиспетчеров и пилотов [4, 64, 83, 94].

Эффективным средством предотвращения авиакатастроф по причине ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава может быть экспресс-диагностика, проводимая перед работой с помощью переносных измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) [58]. Для того, чтобы их применение было возможно необходимо иметь измерительные каналы, осуществляющие диагностику ишемических нарушений мозга по определенной методике с требуемой точностью, программно-алгоритмическое обеспечение, которое позволяет гарантированно выделить группу риска среди пилотов и авиадиспетчеров и оперативные средства связи для передачи результатов анализа в специальные медицинские центры экспертам.

Для практики требуется гарантированно уверенное (100%) выделение группы летно-диспетчерского состава, которая не имеет никаких ишемических нарушений и может быть допущена к работе и выявления степени ишемии мозга с погрешностью не более 15% [17, 19, 40, 88].

В диссертации рассматриваются две современные и достаточно

эффективные методики диагностики ишемических нарушений мозга:

• ультразвуковая транскраниальная доплерография (ТКДГ);

• электроэнцефалография (ЭЭГ).

В отличие от других методик ТКДГ и ЭЭГ позволяют диагностировать наличие ишемических нарушений на самых ранних стадиях и пригодны для проведения экспресс-диагностики. Однако, каждая из методик по отдельности не обеспечивает требуемой для практики точности производимых измерений. Для всех существующих методик погрешность в диагнозе о наличии ишемических нарушений составляет не менее 15%.

Методики ЭЭГ и ТКДГ можно использовать для комплексирования измерений в целях повышения точности принимаемого на их базе решения; они обладают достаточно низкой стоимостью и реализуются на аппаратуре небольших габаритов, что важно при осуществлении экспресс-диагностики.

В настоящее время во всем мире методики ЭЭГ и ТКДГ используются в ИВК независимо. Например, медицинские ИВК такого типа выпускаются фирмами ООО НПФ «БИОЛА», ООО «Медицинские Компьютерные Системы», ООО «НПКФ Медиком МТД», ООО «Нейрософт», ООО «НМФ «MBN», NIHON KOHDEN, DWL, ЗАО «СПЕКТРОМЕД», NICOLET BIOMEDICAL, ATES MEDICA Device. Следующим шагом в направлении повышения точности диагностики является комплексирование измерений по обеим методикам.

Разработка средств, позволяющих осуществить такое комплексирование и провести диагностику ишемических нарушений мозга с требуемой точностью в реальном времени у летно-диспетчерского состава является актуальной задачей, решению которой и посвящена диссертационная работа.

Объект исследования — ИВК медицинского назначения для экспресс-диагностики ишемических нарушений мозга у летно-диспетчерского

состава.

Предмет исследования — экспертная система для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном времени с использованием комплексирования результатов обследования по методикам ТКДГ и ЭЭГ.

Целью работы является обеспечение автоматической диагностики ишемии мозга у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени с достаточной для практики точностью за счет комплексирования двух методик (ТКДГ и ЭЭГ) на базе разработанной экспертной системы.

В диссертации поставлена и решена задача разработки такой экспертной системы. Для этого решены следующие научно-технические задачи:

• проведен системный анализ диагностики состояния мозга с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ, как возможных источников информации для экспертной системы, осуществляющей комплексирование этих измерений;

• разработана база знаний экспертной системы, включающая набор правил и признаков, позволяющих осуществлять автоматическую диагностику в реальном времени ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ;

• разработан механизм логических выводов экспертной системы, позволяющий строить алгоритм по принятию решения на основе анализа измерений ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока и электроэнцефалографа; механизм носит универсальный характер и может применяться в ИВК различного назначения, где анализируются характерные области измеренных сигналов с нечеткими признаками;

• разработана комплексная методика, базирующаяся на этом

программно-алгоритмическом обеспечении, которая дает возможность осуществлять автоматическую диагностику ишемических нарушений в реальном масштабе времени с требуемой для практики точностью;

• проведены тестирование, моделирование и исследования в клинических условиях с использованием разработанной экспертной системы, подтвердившие ее работоспособность и эффективность.

При решении перечисленных задач использованы следующие методы исследований: методы системного анализа, комплексирования информации, искусственного интеллекта, обработки сигналов, моделирования, параметрического оценивания экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в:

• разработке новых нечетких переменных и их термов, применимых для комплексирования информации в экспертной системе при диагностике ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ;

• разработке правил базы знаний экспертной системы, использующих теорию нечетких множеств и достаточно полно (с точки зрения рассматриваемой задачи) описывающих предметную область;

• разработке универсального механизма логического вывода, учитывающего возможность одновременного срабатывания большого числа недостаточно точных правил и разрешающего конфликт с помощью теории нечетких множеств;

• разработке комплексной методики, позволяющей объединять измерения каналов ТКДГ и ЭЭГ и осуществлять автоматическую диагностику ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени с требуемой для практики точностью.

Научные положения, выносимые на защиту:

• математическое обеспечение прототипа экспертной системы, использующей теорию нечетких множеств (переменные и их термы), применимое для автоматической диагностики ишемических нарушений;

• продукционная база знаний с правилами, использующими теорию нечетких множеств, позволяющая осуществлять автоматическую диагностику ишемических нарушений с помощью методик ТКДГ и ЭЭГ с требуемой для практики точностью;

• универсальный модуль механизма логического вывода продукционной экспертной системы, позволяющий принимать решения по диагностике ишемических нарушений на основе комплексирования измерений и являющийся средством создания новых экспертных систем для различных предметных областей;

• комплексная методика диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени.

Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в создании экспертной системы, позволяющей осуществлять автоматическую диагностику ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава в реальном масштабе времени и с требуемой точностью, как дополнительного канала ИВК медицинского назначения «Ангиодин-Универсал» производства фирмы ЗАО «НПФ «БИОСС» совместно с фирмой ООО «БИОСОФТ-М».

Результаты работы внедрены в составе ИВК медицинского назначения «Ангиодин-Универсал» в Городской клинической больнице № 15 им. О. М. Филатова (ГКБ № 15) и в ФБГУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В. И. Шумакова» и использованы в учебном процессе кафедры «Приборы и ИВК» Московского

авиационного института (национального исследовательского университета), что подтверждается соответствующими актами.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ современного состояния методов диагностики ишемических нарушений с помощью ТКДГ и ЭЭГ и опыта разработки ИВК медицинского назначения для определения ишемии мозга; сравнительный анализ различных методов, которые могут быть применены для решения задач комплексирования данных ЭЭГ и ТКДГ.

На основе системного анализа ИВК медицинского назначения, применимых для диагностики ишемии мозга, во второй главе поставлена задача разработки экспертной системы, как дополнительного канала ИВК медицинского назначения для комплексной диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава. Разработана структурная схема диагностики ишемии мозга с помощью комплексирования методик ТКДГ и ЭЭГ, разработаны все входные и выходные нечеткие переменные и их термы, выбрана модель головы человека для проведения диагностики. Проведена разработка продукционной базы знаний с правилами на основе нечеткой логики и универсального механизма логического вывода, применимых для автоматической диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава. Создано программно-алгоритмическое обеспечение универсального модуля поддержки принятия решений, который может быть использовать как инструментальное средство создания экспертных систем диагностики в других предметных областях.

В третьей главе разработано программное обеспечение экспертной системы для диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава. Разработанное программное обеспечение обладает модульностью построения, гибкостью настройки и дружественным интерфейсом пользователя.

В четвертой главе представлены результаты тестирования, моделирования и клинических испытаний разработанной экспертной системы, которые подтвердили ее работоспособность и эффективность для применения в задаче диагностики ишемических нарушений у летно-диспетчерского состава.

В заключении работы даны основные ее результаты и выводы.

Глава 1. Методы диагностики ишемии мозга с помощью методик ЭЭГ и ТКДГ в ИВК медицинского назначения

1.1. Признак