автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Разработка биомедицинской учебно-исследовательской системы на основе компьютерной интеграции инструментального обеспечения

РГВ од

13 НОЯ 1985 На правах рукописи

©ЕДЯНМН Виталий Иванович

РАЗРАБОТКА БИОМЕДИЦИНСКиЙ УЧШО-ИСХЭДСШТЕЛЬСКОЙ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНТЕГРАЦИИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Специальность ОБ. 13.09 - Управление в биологических и медицинских системах (вшшчая применение вычислительной техники)

Автореферат диссертации на соискание ученой отеяени кандидата технических наук

Воронея-1895

Работа выполнена на ыеивузовской кафедре "Компьютеризация управления в медицинских и педагогических системах" г. Воронеж

Научный руководитель кандидат технических наук, доцеа?

СЦмциальные оппоненты! заслуженный деятель науки и техни-

Ведущая организации Российский научно-исследовательонм*

институт информационных систем (г. Москва)

Защита ооотоитоя "4" декабря 1995 г. в 14 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 083.81.04 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, г.Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Родионов О.В.

ки Р®, академик Академии естественных наук, д -р техн.наук, профессор Петровский B.C. '

кандидат технических наук, доцент

Баранников Н.й.

Автореферат разослан

Учешй секретарь диссертационного совета

'рнов С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальное . теш. Среди решающих факторов, влияющих на темпы развития медицинской ди-уностики, наиболее важными являются разработка и производство новой диагностической аппаратуры широкой функциональной направленности.

Среди характерных особенностей развития современных диагностических биомедицинских систем следует выделить следующие факторы: отсутствие единого идеологического подхода к построению и разработк аппаратных средств и интерфейсов диагностических комплексов; отсутствие методологической целостности в учебно-исследовательском процессе и в обучении студентов новь-' инструментальным технологиям, используемым в диагностическом процесс©, стремительная динамика которого вынуждает непрерывно модифицировать цеди, задачи и содержание процесса обучения.

Выработка комплексного подхода к исследованию организма человека требует проектирования процессов проведения и обработки результатов экспериментов на качественно ином уровне. Высокая функциональная связь подсистем организма человека, который в процессе исследований рассматриваемся в качестве биомедицинского объекта (ВМО), налагает строгие предельные ограничения на технические параметры регистрирующих приборов. Скорость приема информации, быстродействие каналов передачи, координация всех функциональных подсистем диагностических комплексов, амплитудное и временное разрешение аналоговых трактов приема - далеко не полный список проблем, требующих тщательного изучения.

Таким образом» создание автоматизированной учебно-исследовательской системы для изучения динамики протекания биоыеди-цинских процессов, объединяющей"в своем составе различную медицинскую аппаратуру на основе построения распределенной информационной поддержки компьютерной вычислительной системы является актуальной задачей как для лечебно-диагностического процесса, с точки зрения его интеллектуальной поддержки, так и да обучения и переподготовки специалистов новым информационным технологиям.

Р&Вана шаквдена в сосивэте^вж о шжвузовской комплексной иаучао-технической ирограшой 12.11 "Перспективные информационные технологии в высшей школе" и в рамках решений II! и IV-ro сс ещаний Международной Ассоциации диагностических цент-

ров по вопросам автоматизации обработки информации и в соответствии с одним из основных научных направлений Воронежского гс, „ударственного технического университета (ВРТУ) "Биомедкибер-нетика, компьютеризация в медицине".

, Цель и задачи исследования.. Целью работы является создание комплекса методов, моделей и алгоритмов для эффективного управления диагностическим, лечебным и уч; ¡ым процессами, основанного на использовании автоматизированной распределенной учебно-исследовательской системы изучения БМО и внедрения результатов работы в диагностическую и учебную практику.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи :

1. Проанализировать особенности проведения диагностического процесса с использованием компьютерных технологий и определить пути совершенствования их за счет математического описания и технической поддержки при изучении БМО.

2. Сформировать рациональную структуру учебно-исследовательской системы изучения характеристик биомедицинских процессов и организац-.и учебного процесса, ориентированную на использование распределенной вычислительной системы на базе ПЭВМ и инструментальной интеграции.

3.. Создать комплекс аппаратно-технических средств сопряжения диагностического оборудования учебно-исследовательской системы с ПЭВМ.

4. Разработать информационно-алгоритмическое обеспечение процедур анализа и обучения при оценке состояния БМО.

5. Реализовать комплекс методов, моделей и алгоритмов автоматизированной учебно-исследовательской системы, техническое и программное обеспечение в диагностическом учебном процессе.

Методы исследования. Для решения поставленных задач попользовались основные положения теории управления биологическими и медицинскими системами, методы моделирования и оптимизации, теории вероятностей и математической статистики.

I. ручная новизна. В работе получены следующие основные результаты:

рациональна,. структура автоматизированной учебно-исследовательской системы, основанной на испо-кьзованю« распределенной вычислительной сети на базе ПЭВМ, отличающаяся интегргчией микропроцессорного инструментального оборудования для обработки исходной информации и обучающих процедур;

алгоритмы обучающих процедур исследования и анализа биомедицинских прс весов, позволяющих осуществлять обработку биомедицинской информации в рамках комплексной микропроцессорной системы:

оптимизационные модели формирования учебных заданий, обеспечивающие выбор обучающих элементов и последовательности их реализации в системе и минимизирующие время выполнения заданий при необходимости изучения заданного информационного объема;

программно: и инструментальное обеспечение учебно-исследовательской системы, . ориентированные на интегрированное инструментальное обеспечение на базе микропроцессорной вычисл" тельной сети.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

разработана и реализована автоматизированная учебная система инструментальной диагностики, реализованная в рамках инструментального микропроцессорного микродиагностического центра (ВДЦ) на базе учебных лабораторий межвуяовской кафедры "Компьютеризация управления в медицинских и педагогических системах" (КУШС), входящего в вычислительную и информационную сеть Воронежского областного клинического лечебно-диагностического центра (ВОЮЩЦ). Разработанные модели и алгоритмы, ориентированные на использование распределенной вычислительной сети, обеспечивают Эффективную многоуровневую обработку биомедицинской информации и позволяют создавать автоматизированные системы диагностики и лечения заболевший.

Результаты диссертации внедрены в практику научно-исследовательских работ ВОКЛДЦ, используются в учебном процессе на кафедре куше ВГТУ и Международного университета высоких технологий при подготовке студентов по специальности 190500 -"Биотехнические и медицинские аппараты и системы". Ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 2 млн. рублей в год (в ценах 1995 года).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких техно-! логий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1994); Всероссийском совешанш- семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 19Г5); научно-практической конференции "Высокие технологии в практике учреждений здравоохранения г. Воронежа" (Во-

ронеж, 1995); семинарах межвузовской кафедры "Компьютеризация уп^чвления в медицинских и педагогических системах " (1992-19W5); ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГТУ (1992-1995).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 142 страницах машинописного текста, списка литературы из 111 наименований, приложений на 35 страницах, содержит 36 рисунков к 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, дается ее краткая характеристика, формулируются цель и задачи исследования, представлены основные научные результаты, выносимые на защиту.

В гг -'вой главе диссертации рассматриваются состояние и основные, направления развитии биотехнических информационно-измерительных систем (БТИИС), проводится анализ принципов их построения и функционирования в ходе медико-биологических исследований (МБИ). Показано, что существующие в настоящее время БТИИС по назначению можно разделить на следующие типы: используемые при сборе информации в ходе массовых медицинских обследований; используемые при сборе экспериментальной информации в ходе МБИ; информационные системы оперативного врачебного контроля или мониторинговые систем. Отличительной особенностью МБИ является то. что в качестве объекта исследований выступает человеческий организм, что позволяет отнести, МБИ к классу фундаментальных и поисковых исследований, к ечнши результатами которых могут быть новые знания об исследуемых объектах.

Показано, что одним ив 'путей повывения эффективности диагностического процесса является разработка микропроцессорных диагностических приборов на базе ПЭВМ, серийного медицинского оборудования, согласующих устройств я устройств преобразования информации. При этом БТИИС, а также другие технические средства обработки информации, испольвуемые в ходе МБИ, можно объединить в рамках единой структурно-иерархической автоматизированной системы, на нижнем уровне которой реализуются функции сбора ..нформации, на верхнем - ее анализа и обработки.

Показано, что а настоящее время отсутствует единая пето-

дика формирования учебно-исследовательских систем в медицине. Поэтому требует г на основе анализа проведения диагностического процесса' с использованием компьютерных технологий сформировать рациональную структуру учебно-исследовательской системы на основе микропроцессорной системы МДЦ, предметно-ориентированной на инструментальную диагностику состояния организма пациента и выбор тактики лечения. Для создания микропроцессорной системы МДЦ необходимо произвести компьютерную интеграцию меди неких приборов и аппаратов, серьезным сдерживающим фактором которой является отсутствие единого Системного подхода к проектированию, построению и внедрению подобных сис тем.

Исходя, из актуальности теш, определены цель и задачи исследования: создание комплекса методов» моделей и алгоритмов для эффективного управления диагностическим и учебным процессом, основанного на использовании автоматизированной распределенной учебно-исследовательской системы изучения биомедицинских объектов и внедрения результатов работы в диагностическую и учебную практику.

Во второй главе рассмотрена методика формирования автоматизированной учебно-исследовательской системы. На первом этапе формирования автоматизированной учебно-исследовательской системы (АУИС) Необходимо создать комплекс микропроцессорных приборов и аппаратов и разработать согласующие устройства и преобразователи сигналов; на втором этапе - создать распределенную вычислительна» сеть ПЭВМ верхнего уровня, при которой каждый прибор сопрягается с отдельным компьютером, ПО которых реализовано в виде отдельных АРМ врачей-специалистов и которые объединены между собой посредством одноранговой вычислительной сети, на следующем этапе все локальные АРМ объединяются в единую компьютерную сеть, общая координация работы которой возлагается на центральную ГОВМ, эффективно управляющей всеми информационными потоками и осуществляющей многозадачную многопользовательскую обработку поступающей информации. В основе распределенной вычислительной сети МВД предложена, использовать ишх-ориентироваяную платформу, включаюаую одноранговую локальную сета и многотермии&яьяую станцию.

На рие.1 представлена структурная схема медицинской иод-системы /УИС, входящей в ЩЦ.

Локальная

сеть

мдп

Рис. 1. Структурная схема компьютерной интеграции

приборов и аппаратов Рациональная организация АУИС требует выбора компоненте® четырех факторов: аппаратуры МВД; средств сопряжения аппаратных и вычислительных средств; средств вычислительной техники (СВТ); ь^ограммных модулей информационного обеспечения (ИО).

Ориентация выбо^ компонентов АИУС для выделения приоритетных направлений приводит к линейной многоальтернативной оптимизационной модели. Введем альтернативные переменные:

XI к-

1, если выбирается тип фактора к. О, в противном случае.

к - (СВТ, аппаратура ЮИ. средства сопряжения, ИО); а3к - ранги факторов;

Тогда суммарная ценность возможностей АУиС:

Л 32 33 Л

£ апхл + £ а^гхаг + £ + 2 а14Х14 —> «»ах (1)

31-1 Зг-1 Зэ-1 при следующих ограничениях: • ^

З1-1 Зг-1 Зэ-1

Л 32 .33 J4 . '

£ СлХл + £ С12Х}2 + £ С1ЭХЛЭ + Е < С (3) 31-1 Зе-1 Зэ-1 34-1

¿1 зг ¡га ¿4

£хц + £х#в + Ех1Э + , Ехм

31-1 32-1 Зэ-1 34-1

йь а-ттп. (4)

где вл, з32. б^з - площади, необходимые для установки оборудования; Б - вы --ленная площадь для АУИС; с л, с^г. с^з, с^ -затраты на приобретение, установку, запуск и эксплуатацию аппаратных и программных средсти; С - выделенные материальные средства; с1ь - 2,3,4, где индекс I указывает номер связанной группы компонентов и определяет перечень переменных, входящих в каждую сумму.

Задача оптимального выбора компонентов учебно-исследовательской систем1 • (1), (2), (3),(4) в формализованной постановке является задачей дискретной оптимизации со специальным видом ограничений.

Структурная схема высора компонентов учебно-исследовательской системы , объединяющая все перечисленные выше процедуры, показана на рис.2. .

Формирование данных о компонентах биомадицинской учебно-исследовательской системы. необходимых для модели оптимального выбора

Визуализация множеств компонентов по показателям площадь и затраты

Графическое отображение связей, соответствующих ограничениям

[формирование экспертом однородных подмножеств}

Определение средних значений показателей по однородным множествам

Отсечение неперспективных

точек по результатам автоматического поиска

[Зэрэход к автоматической раадомивмрованвой схеме поиска]

Рио. 2. Структурная схема оптимального выбора

компонентов учебно-исследовательской системы

Для повышения эффективности диагностического процесса и выбора лечения основными путями являются: создание мгафопроце-со^ного медицинского оборудования и автоматизированных систем комплексного инструментального исследования на основе компьютерной интеграции; интеллектуальная поддержка принимаемых решений; разработка обучающих процедур и их интеграция с процедурами сбора и обработки информации, диаг этического процесса, математического описания и анализа в рамках учебно-исследовательской системы в рамках ВДД (рис.З).

Рис.3. Формирование микропроцессорной системы;

А - последовательное формирование и разработка;

В - степень интеграции (сложности).

Выбор количества учебных элементов, объема их информации,

способа объединения в учебные задания влияет на целый ряд показателей обучающей подсистемы : степень и прочность усвоения материала пользователем, вероятность ошибки после обучения, время выполнения определенной совокупности заданий. Требуется орган; овать обучающие процедуры за шнимальное время с уч том времени выполнения и информационного объема. Структура обучающих процедур пре, тавляет собой такую совокупность заданий, выполнение которых дает полностью изучить ситуацию, я определяется количеством основных этапов функционирования с». темы и совокупностью сформированных для каждого из них типовых обучающих средств (TOC). Поскольку TOC должны быть логически связа-

Ны между собой и имеют одно множество подзаданий и базовых семантических элементов, построена рабочих обучающих процедур (РОИ) осущест?-яется на выдс -нной совокупности TOC для каждого этапа.

Третья глава посвящена организации и алгоритмическому обеспечению функционирования учебно-исследовательской системы, которая состоит из трех подсистем: подсистем диагностики, моделирования и обучения. Ряд серьезных проблем при проведении МБИ в рамках МВД возникает в связи с необходимостью обработки информации в режиме реального времени (ОМ-LINE) при системном исследовании совокупности различных характеристик МБО, необходимых для анализа их статистической зависимости и изучения их функциональной взаимосвязи. На рис. 4 представлена структурная схема взаимодействия программ приема и обработки информации в рамках МБЦ.

Рис.4 Структурная схема взаимодействия программ приема

и обработки информации При разработке структуры и идеологии МДЦ большое внимание

уделено выбору вычислительной платформы, которая позволила'бы эффективно осуществлять МБИ. При выборе оптимальной ст, .гегии. разработки в cocTaBt МВД решено отказаться от традиционных подходов к их построению в виде совокупности автоматизированных рабочих мест (АРМ), объединенных какой-либо локальной вычислительной сетью. Поскольку вычислительные мощности ПЭВМ МДЦ (в нашем случае базовая модель - IBM РС/286) не позволяют ор- • ганизовать многое дачный режим обработки информации, ''то приводит к невозможности организации информационного мониторинга многоканального гбора информации с различных медицинских датчиков и приборов. В качестве решения этих проблем в рамках МВД целесообразно использование платформы многозадачной, многопользовательской операционной системы UNIX, структурно-функциональные возможности которой позволяют осуществлять распредэ-

ленную гетерогенную обработку информации как в режиме оперативного (ON-LINE) контроля за ходом эксперимента, так и в режиме разделения времени при поиске эмпирических закономерностей протекания биомедицинских процессов. Важной задачей МБИ в рамках МДЦ является создание программного комплекса визуализации и анализа экспериментальной информации (ШВА) GRAFIN, предназначенного для интерактивного анализа больших объемов информации, графического представления гистограмм экспериментальных данных, которые являются объектами исследования. В среде GRAF IN предпринята попытка организации многооконного пользовательского ЭИ с файловой системой UNIX и программными компонентами подсистемы на основе многоуровневой системы иерархических меню, что позволяет отказаться от командного диалога. В табл.1, представлен "мир объектов (гистограмм), содержащихся в файле с именем /kumps/cardio.ftis.

Таблица 1 •

100 0 160 0

50 12 142 4

100 "г 344 *7

D1R: /kumps/cardlo.his 24гист

1 RR . ms > 2 Normlrovka Arr/Al

17 Density distribution, X _-[-)-^

Гистограмма N 2 сброшена в файл печати

Совершенствование инструментального обеспечениа позволяет увеличить количество клинических признаков, которые позволяют дифференцировать близкие по:семиотике заболевания для тонкого диагноза. Поэтому для повышения точности диагноза могут, применяться классификации с указанием этапов развития и критериев диагностики и логическое моделирование. Процедура машинной реализации логических моделей и схема ее алгоритма моделирования ' представлена на рис.5. На основе аналитических данных и клинических обследований выбирается основной, ведущийпараметр в классе заболеваний для дифференцированного диагноза. По величине основного параметра производится предварительный диагноз, для чего в логическую модель вводится следующий по приоритету и информативности параметр и врачом делается заключение о его принадлежности по величине критического значения. После выбора предполагаемого заболевания вводится оценка основного его параметра и анализируется следующая ситуация. Логические действия, врача в диалоге с ПЭВМ продолжаются до постановки диагно-

за и выбора типовой схемы лечения из совокупности схем лечения для рассматриваемого класса заболг аний.

Рис.Б. Схема адгоритна логического моделирования

Построение обучающих процедур в учебно-исследовать ьской системе диагностики и штоматизированного моделирования физиологических процессов связано с основными этапами: планированием лечебно-профилактических мероприятий, прогнозированием их влияния, оценкой показателей и принятием решений и, наконец, корректировкой плана. Остановимся на основных результатах, связанных с разработкой учебных элементов и процедурами их объединения в учеоные задания. , ассмотрим характеристик обучающих заданий: время выполнения (Т) и информационный объем (V).

Структура ооучающих процедур представляет собой совокупность заданий, выполнение которых дает возможность полностью освоить систему моделирования за минимальное время, и определяется количеством основных этапов функционирования этой системы и совокупностью сформированных для каждого из них типовых

обучающих средств (TOC). Совокупность TOC для Каждого i -го этапа системы (i = î,I) характеризуется следующими параметрами: Ki - номер TOC, поддерживающего i-й этап функционирования автоматизированной системы (Ki«l,Ki); пц - номер варианта совокупности TOC при выборе структуры обучающих процедур для 1-го этапа (ггц * 1, Mi); Tml - время выполнения К -го TOC для 1-го этапа, определяемое на основании.эксперимента; VmJ - информационный объем К -го TOC для 1-го этапа, рассчитываемый по информационно-графовым моделям TOC.

Для построения многоальтернативной оптимизационной модели выбора введем переменные ;

/ ¡.-если для 1-го этапа АУИС выбирается т< -й вариант совокупности TOC Xmi - { Ч-о С5)

I 0, в противном случае, (г,. = ITMi , i »' ITT) .

Учитывая аддитивность показателей (время и информационный) объем и результаты исследований того,, что в процессе обучения достаточно обеспечить усвоение только определенной части учебного материала 0,7 V* -общего объема), оптимизационную модель можно записать в следующем виде : .

I Mi

Е L Tmi • Xmi -» min ; i»l mj-1

(6)

I Mi

£ £ Vmi • Xfti > 0.? V* . 1=1 пц=1

Решение задачи (6) с использование« алгоритмов многоальтернативной оптимизации для каждого этапа функционирования системы автоматизированного моделирования предопределяет совокупность заданий, которые должен выполнить пользователь в процессе изучения. Поскольку TOC логически связаны мевду собой и имеют одко множество подзаданий и базовых семантических элементов. построение рабочих обучающих процедур (РЩ) осуществляется на выделенной совокупности TOC для кагздого этапа.

Таким образом, для интеллектуальной поддержки принимаемых решений в автоматизированной системе диагностики и моделирования сформированы алгоритмическое обеспечение обучающих процедур и оптимизационные модели учебный заданий, позволяющие выбрать обучающие злемен'гы и последовательность их реализации в системе ж минимизирующее время выполнения при необходимости изучения врачом-экспертом заданного информационного объема.

Четвертая глава посвящена обсуждению технических и программных аспектов реализации учеб)./-исследовательской системы. Поскольку бог шинство супц гвуших учебно-исследовательских систем охватывают отдельные локальные подсистемы, ориентированные на изучение определенных физиологических характеристик человека, то выработка комплексного подхода к,исследованию организма человека ставит задачи расширения функциональных возможностей медицинской аппаратуры.

В состав МДЦ входят: электрокардиограф ЗКЧМП-Н3051, прибор для изучения органов дыхания Метатест-1, велоэргометр КЕ-12, радиотермограф РТ-10. электроэнцефалограф ТЕЛЕПАТ-102, предназначенные для изучения функционирования подсистем организма, а также другие медицинские приборы и аппараты.

Схема формирования системы медицинского микропроцессорного оборудования МДЦ представлена на рис.6.

Рис.6. Схема формирования системы медицинского микропроцессорного оборудования МДЦ Прибор Метатест-1 модифицирован посредством добавления

датчика положения пера самописца, аналоговый сигнал с > Toporo. принимаемый через специально разработанный блок согласования, поступает на 8-канальный Ю-разрядный АЦП ДДС-2, где он оцифровывается и через соответствующий блок сопряжения поступает на вход последовательного порта ПЭВМ RS-232C. Разработано соответствующее ПО, позволяющее в режиме реального времени. осуществлять при' • к обработку информации, проводить тестирование работоспособности и калиоровку аналогового тракта, а так как изучение основных параметров аналогового тракта в составе каздого АРМ №Щ - один иг важнейших этапов MSK. то для этих целей разработан программный монитор-отладчик,который позволяет изучать различные режимы работы аппаратуры на основе анализа статистических характеристик измерений.

В составе МШ разработаны устройства; блок сопряжения

электрокардиографа с микропроцессорным управлением ЭКЧМП-Н3051 с использованием гальванической развязки и блок согласования велоэргометра с ПЭВМ, что позволяет дозировать нагрузку на пациента, ^фиксировать ее величину, регистрировать и анализировать состояние сердечно-сосудистой системы в комплексе с электрокардиограммами, при проведении МВИ в составе МВД; блок ограничения стимулирующего сигнала,,: используемый при изучении ЭКГ, полученных при чрезпицеводной стимуляций; а также интерфейс связи "токовая петля", необходимый для обеспечения устойчивой, помехозащщенной связи с полной гальванической развязкой медицинской аппаратуры от ПЭВМ.

Таким образом, совместное подключение электрокардиографа ЭКЧМП-Н3051,прибора Метатест-1 и велоэргометра к IBM-286 PC/AT позволяет существенно повысить точ. ;сть измеряемых диагностических параметров, производить одновременные измерения соответствующих параметров дыхательной и 'сердечно-сосудистой систем человека при строго контролируемой физической нагрузке. Автоматизация процесса измерения с помощью ЭВМ позволяет исключить ошибки обслуживающего персонала, производить обработку медицинской информации,в том числе в реальном масштабе времени.

Эффективность функционирования МВД зависит от организации взаимодействия информационного и ПО, структурная схема которого показана на рис.7.

Рщз.7. Структурам cxma taaiuaaetctm кифсрщцкншвго в m ШШ

8 основе построения ПО щц залажен интерактивный программный инструментарий, ориентированный на проведение поисковых исследований при построении и изучении моделей в МБИ, который позволяет организовать возможности доступа к данным и визуализации результатов на любом этапе исследования. Про-

граммный инструментарий реализован в виде отдельных утилит, объединенных посредством командны: файлов. В оснойу построения информационного обеспечения сложен принцип разработки модульного ПО, поскольку именно модульность определяет его функциональную гибкость при изменении задач исследования. Реализо-ваннные в составе МДЦ и учебно-исследовательской системы ПО позволяет организовать прием, хранение и.обработку биомедицинской информации как в режиме "один датчик - одна ЭВМ", так и в режиме мультиобработки "несколько датчиков - одна ЭВМ", "несколько датчиков - несколько ЭВМ". Характерной особенностью последнего режима является использование распределенной вычислительной системы МВД.

Разработанная учебно-исследовательская система на основе компьютерной интеграции инструментального обеспечения обеспечивает сокращение времени усвоения учебного материала (до 20 7.) и увеличение объема получаемых знаний; позволяет создш гь компьютерные курсы лекций по изучаемым дисциплинам для студентов специальности 0500 - "Биотехнические и медицинские аппараты и системы"; инструментальное обеспечение обеспечивает сокращение времени диагнс гического процесса до 40 % , а точ-• ность диагноза по результатам верификации с использованием архивной информации лечебно-диагностического центра достигает 97 X, например, по логическим моделям диагностики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа современного состояния и особенностей диагностического процесса определены пути совершен вова-ния его технологии и ■ ютрументального обеспечения. Показано, что для повышения эффективности диагностического процесса перспективным ,является компьютерная интеграция инструментального обеспечения и Армирование на ее основе МЖ.

2. Для интеллектуальной поддержки принимаемых решений и. обучения наравне г. компьютерной интеграцией инструментального обеспечения сформирована рациональная структура учебьо-исследовательской системы в виде распределенной вычислительной системы на базе иЗВМ, интегрированной в единую инструментально- исследовательскую систему.

3. Создан комплекс аппаратно- технических средств сопряжения медицинского диагностического оборудования учебно-исследовательской системы с ПЭВМ для реализации МДЦ.

' 16' " ■ '' '

4. разработано алгоритмическое обеспечение выбора рациональной структуры учебно-исследовательской системы, обработки и анализа биомедицинской информации и обучающих процедур, а также предложены оптимизационные модели формирования учебных заданий, позволяющие выбирать обучающие элементы и последовательность их реализации с минимизацией времени выполнения при необходимости изучения заданного информационного объема.

5. Разработанный комплекс алгоритмов и программное обеспечение учебно-исследовательской системы на базе ПЭВМ IBM PC/AT, интегрированной с автоматизированным принятием решений в диагностике и моделировании физиологических процессов, реализован и апробирован в условиях межвузовской кафедры КУМПС при * обучении студентов специальности 190500 - "Биотехнические и медицинские аппараты и системы" Воронежского областного клинического лечебно-диагностического центра. Апробация пока-бала уменьшение времени обработки и анализа биомедицинской информации, времени диагностического процесса и сокращение времени обучения.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Родионов О.В., Федянин В.И. Блок ограничения стимуля-ционного сигнала для регистрации кардиограмм // Компьютеризация в медицине :Межвуз. сб. науч. тр. -Воронеж: ВПИ, 1992,-С.32-34.

2. Белов А.А., Табачников В.А., Федянин В.И. Применение методов СВЧ-термографии в составе инструментального комплекса автоматизированной учебно-исследовательской медицин""ой лаборатории// Высокие технологии в медицине: Межвуз. сб. науч. тр. ВГТУ.-Воронеж. 1994.-С.186-189.

.3. .Мутафян М.И., Федянин В.И. Разработка программного инструментария регрессионного анализа для задач статистического моделирования // Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании, медицине.: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара.-Воронеж: ВГТУ, 1994.-с.9-10.

4. Построение локальной вычислительной сети автоматизированного инструментального обеспечения исследования систем организма/ М.И.Мутафян, О.В.Родионов, В.И.Федянин, С.Б.Говоров //Тез. докл. всероссийского совещания-семинара "математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине".-Воронеж: ВГТУ, 1994.-С. 204-205.

5. Комплексная инструментальная система диагностики и анализа патологическихисостояний оааличных пистеи ооганизма / . ИЛШутафян, О.В.Родионов, Н.А.Степаняк, В .И .Федянин // // компьютеризация в медицине. -Воронеж, 1994. -с. 31-34.

6. Автоматизированная учебная системя «иструментплкнпй диагностики / М.И.Мутафян, б.В.Родионов, Н.А.Отепанян, B.w. Федянин, А.А.Белов // техника, экономика. Сер. Автоматизация проектирования ьши. iyQ4. выя.2-3.- С.12&-127.

7. Родионов О.В., Федякин В.И. Выбор рациональной структуры программно-аппаратного комплекса автоматизированной учебно-исследовательской медицинской лаборатории // Оптимизация и

моделирование в автоматизированных системах : Иехвув. сб.науч. тр.-Воронеж: ВГТУ, 1994.- C.UA-lf

8. Федянин В.И..Фролов м В. Процедуры оптимального формирования комплексных задании j рамках учебно-исследовательской бйомедицинской системы // Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании, медицине.: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара.- Воронеж: ВГТУ,1994,- С.52-53.

0. Мутафян М.И.Говоров С.Б,, Федянин В.-И. Построение локальной вычислительной сети кафедры КУМПС на базе сетевых адаптеров ARCNET : Методическое руководство к проведению лаб. работ по курсу "ЭВМ, вычислительные системы и сети" для студентов специальности 190500. - Воронеж: ВГТУ, 1095. - 12 с.

10. Родионов О.В., Федянин В.И. Построение информационного обеспечения для задач комплексного проведения биомедицинских обследований и обучения // Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине: Тез.докл. Всероссийского совещания-семинара.- Воронеж: ВГТУ, 1995.-С.75.

11. Интеграция лечебно-диагностического процесса и вузовского обучения - новый этап в подготовке специалистов/М.И.Мутафян, С.Л.Петросян, О.В.Родионов, В.И.Федянин.М.В.Фролов //Тез.докл.научно-практической конфеоенции "Высокие технологии в практике учреждений здравоохранения". - Воронеж: ВГТУ, 1905. -С. 10-И.

12. Структура и состав микродиагностичг кого центра на основе компьютерной интеграции инструментального обеспечения / С.Б.Говоров, С.М.Г :м/рнов, О.В.Родионов, В.И.Федянин // Тез, докл. научно-практической конференции " Высокие технологии в практике учреждений здравоохранения".- Воронеж: ВГТУ, 1996.-0. 15-16.

13. Программное обеспечение учебно-исследовательской би-омелипинской системы / С.Б.Говоров, С.M.Пасмурное, О.В.Родионов, В.И.Федянин //Тез. докл. научно-практической конференции "Высокие технологии в практике учреждений здравоохранения". -Воронеж: ВГТУ. 1995. - С. 5-6.

14. Федянин В.И. Принципы построения автоматизированных биотехнических информационно-измерительных систе.* 7 Компьютеризация в медицине : Межвуэ.сО.науч.тр. - Воронеж; ВГТУ» 1995, -С. 21-26.

V с/ ........

, . -

/ '

ЛР №020419 от I2.0..J2. Подписано к печати 27.10.95. Усл.печ.л. 1.0. Тираж 300 экз. Заказ N Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский пр.. 14 Участок оператив! й полиграфии ^ГТУ