автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Разработка программно-алгоритмического обеспечения цифро-аналогового комплекса моделирования и оптимизации лечения хронических заболеваний

2 7 МАЙ 1997

На правах рукописи

Разинкин Константин Ллександропич

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО КОМПЛЕКСА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ЛЕЧЕНИЯ ХРОНИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

Специальность 05.13.09 - Управление в биологических и

медицинских системах (включая применение вычислительной техпики) .

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степе!ш кандидата техшлеских наук

ВОРОНЕЖ - 1997

Работа выполнена на межвузовской кафедре "Медицинские н гуманитарные системы" (г. Воронеж)

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ

д-р техн. наук, проф. Фролов В.Н.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель наукн и ,

техники РФ, д-р техн. наук, проф. Петровский B.C.

канд. техн. наук Ширшова Г.В..

Ведущая организация: Курский государственный

технический университет

зр

Защита диссертации состоится"^/ мая 1997 г. и конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.04 при Воронежском государственном техническом университете по адресу:

394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан

Ж 09 9К

Ученый секретарь диссертационного сових»

Пасмурной С.М.

ОШЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТЫ

Актуальность темы. Среди мнопюбразня человеко-машинных программно-аппаратных комплексов моделирования и оптимизации управления процессом лечения хронических заболеваний нее болын< е значение приобретают автоматизированные системы принятия решении (ДСПР). Па верхнем уровне принятия решений при лечении истч-ником информации служат суждения, высказанные прачом относительно целей лечения. Таким образом, на уровне пмбора оптимального варианта управления лечением н подобных системах наиболее жесткие требования предъявляются к подсистеме интеллектуальной поддержки принятия решении. Одной ил задач, решаемых такой подсистемой, должна стать задача учета динамических характеристик как отдельных физиологических параметров, так и их совокупности па ос-попе ретроспективной и текущей информации.

Решить задачу идентификации динамики физиологических показателей и результате разового (импульсного) лекарственного воздействия или их последовательности на этапах коррекции и стабилизации показателей процесса лечения иозможио на осноое интеграции средств цифровой ¡¡'аналоговой техники и рамках аналого-цифрового вычислительного комплекса (АЦВК) моделирования и оптимизации лечения. Сочетание быстродействия аналоговой с точностью цифровой вычислительной машины, а также распределение всего объема вычислительных, логических и модельных операций Между ЭВМ и АВМ позволит сократись время принятия решений и повысить эффективность лечения.

- Таким образом, актуальность Темы диссертации заключается в необходимости повышении эффективности управления локальными физиологическими подсистемами организма за счет адекватной математической формализации их экспериментальных и теоретических исследовании, ориентированных на гибридную вычислительную технйку.

Работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной научно-технической программой 12.11 "Перспективные информационные технологии в высшей школе" в рамках одного из основных научных направлений .Воронежского государственного технического уни-- верситста "Биокибернетика, компьютеризация в медицине".

Цель и задачи исследования, Целью работы является разработка алгоритмических, программных и технических средств, позволяющих создать аналого-цифровой комплекс моделирования и оптимизации лечения хронических заболеваний и интегрировать ею в структуру автоматизированных систем принятия решения как подсистему интеллектуальной поддержки е учетом динамики лечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

проанализировать особенности управления локальной физиологический подсистемой и норме и патологии, и возможность интеграции совремеш -ых аналоговых и цифровых вычислительных средств для моделирования и оптимизации лечения;

разработать интегрированные, программно-алгоритмические процедуры выбора тактики лечения и имитационного моделиртипия динамики параметров физиологической системы, ориентированные на гибридные вычислительные средства;

реализовать аппаратный метод расчета коас|к|шциенгов модели в соотве'1 стви и с предложенной интегрированной структурой апа-лого-цифрового вычислительного комплекса;

осуществить синтез моделей динамики физиологических показателе ¡1 иод влиянием лекарственных воздействий на аналого-цифровом вычислительном комплексе и оценить адекватность акспе-рименталышх и теоретических кривых динамического процесса.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положения теории управлении биологическими и медицинскими системами, теории вероятностей, математической статистики и случайных функций, вариационные методы, методы моделирования, идентификации и оптимизации.

Научная цонцзна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной.

аналого-цифровой комплекс с устройствам» связи и сопряжения, позволяющий производить рациональный интегрированный выбор тактики лечении с учетом макро и микродинамики процессов лечения хронических заболеваний, в том числе и с поддерживающей терапией;

модифицированный Компенсационный метод идентификации динамических характеристик, отличающийся использованием сменного блока персонального ап;иш. ,»вого компьютера АВК "Последовательный интерфейс" и аналогового коммутатора для контро'ля параметров аналоговой модели в ускоренном масштабе времени в рамках предложенной структуры аналого-цифрового вычислительного комплекса с многоуровневой организацией;

алгоритм цифровой настройки аналоговой модели, позволяющий учитывать индивидуальные (настроечные) коэффициенты характеристик больных при формировании модели нестационарного изменения физиологического параметра при лечпши;

адаптивный алгоритм имитационного выбора вида и последовательности доз лекарственных воздействий,, позволяющий учитывать

экспертные опенки врача и результаты прогнозирования динамики лечения на аналоговой модели;

развернутая- структура цикла действий при исследовании динамических процессов, представляющая собой последовательность вычислительных этапов по ггереходу от реального объекта исследования к расчетной схеме и последующем реализации се на аналого-цифровом вычислительном комплексе;

комплекс математических моделей локальных физиологических подсистем, ориентированных на функциональное назначение и идентифицированные на основе аналого-цифрового вычислительною комплекса.

Практическая ценность н реализация результатов работы. Сформирована структура и разработано программно-алгоритмическое обеспечение аналого-цифрового вычислительного комплекса для учета динамики фи зиологн чес к их параметров па примере системы сахара крови. Учет динамики физиологических параметров позволил врачам выбирать более аффективную последовательность доз лекарственных воздействий, обеспечивающую сокращение сроков и затрат па лечение.

Результаты диссертации, внедрены в Воронежской областной клинической больнице и Воронежском областном 'клиническом лечебно-диагностическом центре. На основании исследований получены динамические модели функционирования системы сахара кропи » норме и патологии; приведена алгоритмизация и разработано ирограммно-аниаратиое обеспечение адаптивно-имитационного эксперимента в режиме "Врач-ЭЙМ-АВМ", позволяющее учитывать экспертные оценки врача на текущем шаге лечения; реализован-ряд схем имитационного эксперимента но выбору оптимальной тактики лечения. Ожидаемый годовой экономический эффект за счет сокращения сроков лечения составляет 2 млн руб.

1'яд результатов используется п учебном процессе межвузовской кафедры "Медицинские и гуманитарные системы" для студентов специальности 190500 "Биотехнические и медишшс1у<с аппараты п системы".

Апробации работы. Результаты диссертационной работы доклл-дыва.'шсъ и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Нсероссшк'ком еовещанни-семииаре "Высокие технологии в проект ронанпн технических и автоматизированных устройств" (Воронеж. 1993); Всероссийском совсщании-семинар^ "Математическое обеспечение высоких технологий и технике, образовании и медицин!'" (Воронеж, 1994); Научно-практической конференции "Высокие их-нолоппг и деятельности учреждений идрашюхраиения г. Воронеж,-Г

(Воронеж, 1995); Международной научно-технической кош|к:ре|щни "Актуальные проблемы анализ;» и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1<J%); семинарах межвузовской кафедры "Медицинские и гуманитарные системы"; ежегодных научных • конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университета.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы и 14 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертации состоит из »ведения, четырех глав, заключении, изложенных на 130 е., списка литературы из 93, наименований, содержит 20 иллюстраций.

Основное содержание работы

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

Первая гл^вц посвящена выбору путей повышения интеллектуализации медицинских автоматизированных систем па базе аналого-цифрового вычислительного комплекса. Проанализирован ряд работ но математическому описанию процессом управления уровнем сахара крови с целыо уточнения механизма взаимодействия частей (печень, поджелудочная железа, надпочечники, периферические ткани) сложной функциональной системы на основании теоретических рассуждений и методов машинного моделирования, и также уточнения динамики изменения содержания сахара при патологии, Отмечены недостатки данных моделей связанные с ограниченной возможностью учета индивидуальных особенностей реакции организма па лечебные воздействия, отсутствием ориентации на последующие изменения в алгоритмах управления, интеграции адаптивных методов принятия- решении и имитационного подхода.

Предложена структура медицинской автоматизированной системы принятия решений (АСПР), ориентированной на учет динамическою режима управления лечением. Показано, что при проектировании АОПР необходимо учитывать, что н условиях неоднородности задача выбора тактики лечения имеет два режима • режим диалога "ЛIII'-, исследователь" (ЭВМ, AHM) в реальном масштабе времени и режим диалога "ЛПР-ЭВМ, AHM" н ускоренном масштабе времени. Анализируя опыт разработки АСПР врача последних лет, был отмечен ряд недостатков связанных с отсутствием аппарата моделирования динамики одного или нескольких физиологических параметров под влиянием одного или нескольких видов лекарственных .и возмущающих иоздей-

ствий из-за отсутствия программнр-аппаратного механизма интеграции цифровых и аналоговых частей.

Рассматриваются основные типы, организация и перспективы развития существующих аналого-цифровых вычислительных комплексов. Показаны основные достоинства и недостатки объединения различных классов вычислительных систем.

Исходя из необходимости применения гибридных систем для моделирования динамики лечения, сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе рассматриваются вопросы математического и аппаратного обеспечения интеграции цифровых и аналоговых средств для учета динамического режима управления лечением хронических заболеваний.

Обычное лечение дает динамику, на которую накладываются случайные воздействия:

Я1) = Ул,(0+УслА')- (1)

Путем идентификации динамики процесса лечения необходимо определит1, реакцию на лечебное воздействие ул.в ^ 11 выделить случайную составляющую yrJ, 0(t). Одним из идейно наиболее простых и в то же время наиболее гибких методов, идентификации динамики является подход, называемый компенсационным методом. Известный входной сигнал x(t) (или группа входных сигналов Xj (t)) подается на входы исследуемой системы и модели. Разность двух выходных сигналов к (t) используется для настройки. Так как в случае лечения хронического заболевания реальный объект не допускает экспериментирования, он заменяется набором реализаций входных и выходных сигналов на АВМ.

Задача идентификации динамик» объекта состоит в выборе совокупности ортогоналйзнрующих выходной сигнал операторов »',(/;), которые при минимальном их количестве наилучшим образом аппроксимируют динамику объекта.

После настройки параметров модели и блока настройки сигнал на выходе блока рассогласования должен представлять собой слабозату-хающин колебательный процесс, свидетельствующий об устойчивости системы.

В имитационном эксперименте по выбору рациональной схемы управления динамикой физиологических п.^аметров предложено выделять два основных этапа:

1) индивидуальная настройка параметров по экспериментальным кривым изменения контролируемого физиологического параметра при известной схеме лечения. •

2) проведение имитационного эксперимента но выбору оптимальной схемы ле -синя и режиме диалога "ЭВМ-Врач-АВМ", и том числе- и па

__' этапе поддерживающей терапии.

Моделирующая установка содержит: имитатор лечебных воздействии 1, имитатор возмущающих воздействий 2, аналоговые модели 3,4, блоки настройки 5,6, блок сравнения 7, реализующий функцию рассогласования между реальным и моде-I * г рис.j лируемым сигналами на входе блока сравнения (рис. J.).~

На первом зтане больному определяют суммарную дозу лекарства с использованием двухуровневых адаптивных алгоритмов на ПЭВМ и проводят лечение с повторными введениями лекарства но схеме, которая, но мнению врача, должна дать наилучший аффект. На этом фоне исследуют профиль контролируемого физиологического параметра больною. По данным профиля на АВК-(> моделируют электрический сигнал ур и подают его на вход блока сравнении 7. Моделирование профиля контролируемого физиологического параметра производится с помощью блока нелинейности АВМ.

На блоке сравнения 7 также подают сигнал уП1, соответствующий прогнозируемому на имитационной модели изменению контролируемого физиологического параметра и равный сумме сигналов, имитирующих реакцию контролируемого физиологического параметра на лечебное воздействие (например, инсулин) через аналоговую модель 3 и реакцию контролируемого параметра на возмущающее ноздействие (например, питание) через аналоговую модель 4. Аналоговая модели имеет настраиваемые пара, ггры, настройку которых производят блочками 5 и 6 в соответствии с некоторым критерием качества..

Для каждого больного при сохранении общей структуры модели осуществляют индивидуальную настройку параметров конкретного больного, затем блоки настройки 5 и 6 отключают и проводят имитационный эксперимент па моделирующей установке.

При имитационном эксперименте но выбору оптимальной тактики лечения хронического'заболевания на модели "проигрывают" н ускоренном масштабе времени предлагаемые ЭВМ врачу различные варианты введения лекарств за сутки и с помощью модели па АВМ получают прогнозируемые для этих- вариантов лечения профили кон, тролируемого физиологического параметра. По ходу имитационного

' эксперимента прач оценивает получаемые результаты и пводит и ЭВМ формализованную опенку процесса.

Исходя из предложенной рациональной схемы управления динамикой физиологического показателя, предлагается построение аналого-цифрового вычислительного комплекса па основе интеграции ЭВМ IBM PC/AT н минимальном конфигурации и АВМ пятою поколения -персонального аналогового компьютера AB К-6 (Алексаков Г.Н и др. МИФИ, 1984 г:)

В третьей главе рассматривается структура аппаратного и программно-алгоритмического обеспечения комплекса.

В основе.архитектуры АЦВК лежит устройство связи и сопряжения цифровой и аналоговой частей. В комплект поставки сменных блоков персонального аналогового компьютера АВК-6 входит блок1 "Последовательный интерфейс", предназначенный для цифрового управления аналоговыми динамическими моделями в реальном времени.

Для работы с блоком "Последовательный интерфейс" было предложено использовать непосредственную работу с универсальным асинхронным нриемо-передатчиком (УАПП) компьютера. Программа, работающая с портами УАПП, состоит из следующих частей: процедуры инициализации УАПП в соответствие с заданным номером порта, скоростью передачи, числом стон-бит и т.д.; процедуры передачи данных; процедуры приема данных.. С помощью -тестирующей установки, * включающей блок "Последовательный интерфейс" и служебный блок АВК-6, экспериментально был определен диапазон входных и выходных напряжений и таг дискретизации.

С номощыо эмпирически определенного коэффициента выходные значения от АЦП были переведены в вольта.

Для настройки аналоговой модели биологической системы и работы с ней ЭВМ, входящая о аналого-цифровой комплекс, должна иметь информацию о напряжении п точках модели, т.е. в точках выходов каждого порядка ортогональных фильтров, которой производится настройка модели для конкретной Ятциента.

Кроме того ЭВМ подает два сигнала на входы модели соответствующих лечебному и возмущающему воздействиям, для чего капал

KP590KH2

К АЦП

Рис.2

g '

СНЯ31Г "ЭВМ -"Последовательный интерфейс - АВК - 6" предлагается дополнить аналоговым коммутатором (рис.2).

Аналоговый коммутатор обеспечивает прохождение аналогового сигнала от входного канала с данным адресом на вход ДЦП. При подаче соответствующего адреса на коммутатор последний обеспечивает прохождение сигнала от ЦАП на требуемый выходной канал. Совокупность кодов, позволяющая выбирать входные и выходные каналы, формируется таблицей коммутации.

Требуемая таблица коммутации задается с помощью замыкания выводов микросхемы коммутатора но следующей схеме: замыкаются между собой выходы.всех мультиплексируемых входных каналов, образовавшийся единый выход соединяется с АЦП или схемой сопряжения с ним; замыкаются входы всех демультиплексируемых выходных каналов, на получившийся единый вход подается напряжение с ЦАП или схемы сопряжения с иим. Напряжение на адресной шипе коммутатора физически может <5мть снято с различных цифровых выходов ЭВМ. Для этой цели используется интерфейс CENTRONIX.

Структура аналого-цифрового комплекса с предложенной схемой коммутации представлена на рис. 3.

На основе разработанной структуры аналого-цифрового вычислительного комплекса и технологии выбора тактики лечения хронических заболеваний предложена и разработана схема выбора тактики лечения с учетом динамики физиологических процессов (рис.4).

Перед началом работы с комплексом больному проводят лечение с повторным введением лекарства по схеме, Которая, но мнению врача, должна дать наилучший аффект. На этом фоне исследуют, профиль изменении контролируемого физиологического параметра. Полученный профиль аппроксимировался с помощью блока нелинейности АВК-б. Далее с помощью подпрограммы интерактивного анализа данных производится построение регрессионной модели, Связывающей напряжения на выходе аналоговой модели и текущее значение уровня контро-

лируемого физиологического параметра. Далее упранленне процессом передается подпрограмме моделирования.

Процесс оптимизации длиться до тех пор, пока уровень сахара крови в результате моделирования не достигнет оптимального значения. -V

Рис.4

В четвертой главе рассматривается реализация методов моделирования взаимосвязанной работы органов в функционально» системе регуляции уровня сахара крови на основе аналого-цифрового комплекса и рационального выбора тактики лечения сахарного диабета г учетом микродинамики физиологических процессов и клинических условиях.

Так как имеющиеся модели с учетом влияния в настоящее время нервных и гуморальных связей достаточно сложны для практической реализации, предложена на -основе анализа физиологических данных схема модели регуляции сахара крови в организме (рис.5),

Г

' 1 С У.Ьх у.1 АКТГ

г] и ИТ

У

АКТГ

гг

1

I

}

Рис.5

которая положена в основу моделирования, где Г - гипофиз, СЛ-систсма сердце - легкие, ЖК - желудочно-кишечный тракт, Г1 - печень, ПЖ - поджелудочная железа, Н - надпочечники, Т - ткани, О - доза глюкозы, I - инъекция инсулина, АКТГ - адренокортпкотроппый гормон, I - инсулин, х - адреналин, уг* концентрация глюкозы в печеночной пейс, у, - в воротной вене, у3 - на выходе ткдней.

Данная схема позволяет, конкретно ноЛойти к моделированию дифференцированной по отдельным органам системы регулирования сахара в крови на основе аналого-цифрового вычислительного комплекса и получить некоторые ее количественные характеристики. Таким образом, па основании схемы па рис.5 математическая модель системы регуляции сахара крови может быть представлена и виде

Ф

ю. v. =

Л ^1 | о.

0 £ / 5 т.

I > г

(Ч

- + ед = ~и2(у-у„) + а,у, -+ - Л,!,;

X

^+Ь21=а,(у-у.),у-у, >0, (2)

л

<1х

с/у, / V

-ц + "«У» = ^-у,) + + Л,'..

А

О, х I > х ; г УУп+Уг-У-

где я'"- скорость всасывания глюкозы из кишечника и поротную нону; У|- превышение концентрации сахара кропи над нормой н поротной иене, Г|, а^, аз, а2, гц, Ь(, 1)2, Ь(, Ь^, Ьз, Ь6, с1( С2, г2, - коэффициенты пропорциональности и размерности; у2- концентрация глюкозы, изменившаяся в печеночной вене вследстнне регуляторной функции печени; у - текущая концентрация сахара и крови; у1 - средний ее физиологический уровень; I - количество инсулина, поступающего и печень; /| -текущее значение концентрации экюгашога инсулина н крови; /{" -скорость рассасывания инсулина за счет кровотока из того участка тканей, куда была сделана иньекции; I - нремн всасывании глюко;и.г: 1г1 • время, в течение которой» продолжается рассасывание инсулина; у^ • концентрация инсулина п тканях, х '- концентрация адреналина.

Экспериментальные глнкемнческне кривые, полученные в результате предварительного лечении по схеме, которая, но мнению врача, должна дать максимальный эффект, аппроксимировались теоретическими с применением моделирующей установки на АЦВК.

. Выбор значений передаточных коэффициентов производился с помощью метода наименьших квадратов. В качестве меры отклонения теоретической кривой от экспериментальной принята величина

I г

где у(1),)'кп,(1')• теоретические и экспериментальные значения уровня гликемии в результате нагрузки системы глюкозой; у(0,уж„0) - и результате нагрузки системы инсулином. Функции у1т/<) и у,кп(0 набираются на блоке нелинейности по экспериментальным точкам.

Предложен метод нахождения коэффициентов модели путем записи по структурной схеме набора системы интегральных уравнений относительно переменных состояния, последующей замены переменных схемы набора их выражениями Через масштабы и в сравнении коэффициентов полученных уравнений с коэффициентам^ моде.'и 1

После определения масштабных и передаточных коэффициентов были найдены числовые значения параметров исходной системы. В результате система уравнений, описывающая процессы регуляции уровня сахара кропи, может быт представлена в следующем виде:

Помимо применения аналого-цифрового вычислительного комплекса для paipaf тки математических и аналоговых моделей физиологических систем АЦВК предназначен для выбора рациональной тактики лечения хронических заболеваний с учетом динамики процессов лечения.

При моделировании динамики используются кривые переходною процесса, снятые на больных после лечебного воздействия согласно схеме лечения, установленной врачом. Эти кривые аппроксимируются модельными кривыми на аналоговом вычислительном комплексе. С помощью блока нелинейности персонального аналогового компьютера АВК-6 представляется зависимость физиологического параметра па идентифицируемом интервале времени. Перед настройкой снимается динамический профиль физиологического параметра, характеризующего эффективность лечения, а затем но настроечной кривой Моделируется динамика процесса по схеме лечения, установленной лечащим врачом.

На рис 6 представлена часть гликемической кривой больного К., снятая в начале лечения сахарного диабета в клинике, а также don азаны результаты моделирования динамики физиологич гкого пока ¡аге.ти - сахара крови.

+ 0.0333>-г = 0.0333>, - 0,0025_у - 0,0692/ + 0,314дг - 0,202/,.

^• + 0.025^, = 0,0099(v>-j>)) + 0,169/+ 0.079/,;

^ + 0.0086/=0.0056(у-у„), у - у„ > 0;

+ 0,0333* = 0.0037(у - у„ ), у - у„ < 0; У = >'«+>.- -Ух.

(4)

При индивидуальной настройке, модели были получены следующие значения козффицнентон:

К,, = 0,2; К(2с 0,8; К,.,= 0,.ЧН;

К2, " 0,43; Ки«=1),6; Klt - 0,К5. -

Сахар крови, мг%

300 200 100

10"° 12"" 14ш 16"° 18*" 20""

36

Дозы п 12 20 я

инсУл,ша JJ_О_И

Рис. 6

В ходе оценки шфк-рнментально полученных результат» лечащим врачом было предложено дополнить суточную схему лечении инъекцией и б00 -.8 единиц инсулина. Начальная суточная схема лечения уточнялась путем имитационного моделировании с использованием АЦВК в режиме диалога "ЭВМ-Врач-ЭВМ". При атом но требе '.линю лечащего врача время введения инъекций оставалось без изменений.

Базовая схема лечения Кован схема лечения

Ире.ня введении Д<иы инсулина Иреми авеОе ныя Доз** инсулина

ноо :«5 единиц (im N единиц

12 единиц 8"° >11) единиц

17°" 20 единиц t;t(Ml \2 единиц

21(to Н единиц 17°° 'Л1 единиц

2рю Я едншш

Всегоi 76 единиц инсулина Всего: 88 единиц инсулина

По решению лечащего врача больной Е. переводится на новую схему лечения. Экспериментальная проверка показала, что в течение некоторого периода выбранная схема янлялап- оптимальной (рис.7, кривые I н 2 за два дня лечения). Но затем вследствие нгстацпонарно-<ми объекта нсс.тедоинпни - системы сахара кропи - ее парамет, >1 изме-

иягстся и суточная схсма лечения, ранее вполне удовлетворительная, теперь начинает требовать коррекции (рис.7, кривая 3).

Сахар крови, I 5 мг% 1 150

Дозы инсулина

Fite.7

Была произведена подстройка коэффициентов модели.

К,, = 0,22; К,2 = 0,74; К,:)-0,.Ч,Ч; К2| = 0:4; К22=0;6; K2j 0.!).

Путем'имитационного эксперимента на AHM была выбрана следующая суточная схема лечения больного.

Базовая схема лечения Новая схема лечения

Иргмя нш Оспин Дшы инсулина Нрг.чн mwtic 1ШЯ До.ш шпунта

6оо 8 глинии (¡"" (i единиц

Нт -10 сдииии Н"» - .46 единиц

| ух, - 12 единиц 12 единиц

17й" 20 единиц 17"° 20 единиц

21"" 8 единиц 2!"" 8 единиц

Всего: 88 единиц инсулина Всего: 82 единиц инсулина

С.уммар'пш суточная доза уменьшилась На (S единиц, а км.чич'ч ищ.екций и время введения остались без изменений.

Колыши переводится па новую схему лечения. Лропнмпру.мии I ликемическии профиль для данной схемы лечения и экгнеримета.п. иые данные нредпавлены на рис. К.

Сахар крови, 150 мг%

100

Дозы инсулина

20 0

8 Я

Сахарная ценность птцн

40 а

«3

П

122

93

10

27 а

• прогнозируемый гликсмический профиль, ____ - рильныйгликемический профиль, «1 Л- - участокгликемическогопрофиля, нспользуемый для настройки

Рис. 8

Дальнейшее исследование состояния больного !£., гд и кем и ческой» и глюкозурического профилей показало, что достигнута компенсация нарушенных обменных процессом н организме, и больной переполню! на лечение пролонгированным инсулином.

В соответствии с целью диссертации полечены результаты и рамках двух направлений. Во-первых, .что. создание--методов математического описания динамических характеристик физиологических процессов, ориентированных' на зксперименталыю-статистнческую информацию, фиксируемую лечащим врачом и реальных клинических условиях. Во-вторых, предложены-и модифицированы алгоритмы оитималь-иого выбора лекарственных воздействий,.для сходимости которых до -статочно применения класса моделей лечения, полученных ни основе разработанных методов математического описания.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Проанализированы методы моделирования динамики физиологических процессов, ориентированные на гибридную вычислительную технику, и определены нуги их модернизации для использовании при выборе оптимальной тактики лечении в клинических условиях.

2 Разработан аналого-цифровой пмчпслш'льныН комплекс мо делнрпнания и выбора рационального лечения хронических заболевании, разработано про! рам>пи>-алгори гмнческое обеспечение 'чалого-

цифрового комплекса, сочетающего возможности ПЭВМ н минималь пой конфигурации и персонального аналогового компьютера АВК-(т

3. Предложена и реали.инша модификация компенсационного метода идентификации динамики' хронических заболеваний, в том числе с поддерживающей терапией, на основе цифровой насгройкн аналоговой модели, реализованной на АВК и виде ортогональных функций.

4. Разработан адаптивно-имитационный подход, позволяющий производить выбор тактики лечении хронических заболеваний с учетом динамики показателей :>(|х|к'КТ11нности лечения на (»сносе экспертных оценок но результатам имитационного моделирования на АВК.

5. Предложена структурная схема и методика исследования динамики бномеднпииских объектов, позволяющие формализовать мо; дсль взаимосвязанного функционирования физиологической системы.

(». Разработанные модели и алгоритмы на основе аналого-цифрового комплекса апробированы в клинических условиях при лечении ряда хронических заболеваний.

7. Результаты работы внедрены в Воронежской областной клинической больнице, Воронежском областном клиническом лечебно-диагностическом центре, а также в учебный процесс кафедры "Медицинские и гуманитарные системы" для студентов специальности 190500 "Биотехнические и медицинские аппараты и системы".

Основное содержание диссертации изложено II следующих публикациях:

1. Рл.ншкин К.Л., Родионов О,В., Федорков К. Д Оценка динамики п выбор управления при лечении хронических ааболеианнП ' Высокие технологии п технике II медицине. Воронеж: ВГТУ, 1901 С. Н.Ч-М.Ч

2. Ра.ншкни К.Л., Федорков К. Д. Слрукп'рп нрограммно-а.иоршмнческом коим 1ск<:я .к-чеиня хронических заболеваний / / Компьютеризация и медицине Воронеж: ВГГУ, 1994. С. 19-22. г

3. Ра.шнкин К.Л., Федорков Е.Д. Адаитинини в имитационный подход к выбору тактики лечения хронических лаболеианий /' /' Компьютеризации н меди.....к-. Во|к»веж: ВП'У, 1994, С. 121-12.1. '

Разинкнн К.Л., Федорков |£.Д. Методы оптимизации и про!раммнос обеспечение выбора лечебных воздействии // Те.), дню. Всероссийскою кничца-ння-се.чпнарл "Математическое обеспечение высоких технологий и технике, обра-.-юплнии и медицин,с". Воронеж; 1991. С.л9.

•V Рашнкин К Л.. Рижских М.В.. «Федорков К.Д. Программное пГич пгчпше ннфро-аналомикн о комплекса овшми.ташш и лечения Х|ижиче1 кнх .тЛп.м-ьн-ний// Материалы научно-практической конференции "Высокие тсхвп.пнии и деятельности учреждений здравоохранения г. Воронежа". Вороне», 19!Г) Г И*

6. Коробова К.С., Мутафян М.И. Рашпкии К.А. Нопр^-ине учебных про (раммно-аннаратпьгх кими.тею'ип для изучения динамики бнимедшшнекнх пронес сон на основе интеграции вычислик-льных средств аналоговой и иычне .шичьими

техники // Межву.э. сб. науч, тр. «Компьютеризация н медицине» - Воронеж, 1995. С. 146-152;

7. Коробова К.С., Раэинкин К.Л. Федорков 1;.Д. Oiijhvicjiciiiiu разовых доз но модели микродннампки сахара крона / ,/ Межнуз, сб. науч. гр «Компьютеризации и медицине», Воронеж, 1995. С. П2-Ш.

8. Коробова К.С,; Мутафян М.И., Разинкин К.А. Применение научно-исс.^донательских программно-аппаратных комн.итачт для моделирования динамики бномедннинских процессов па основе интеграции вычислительных грела» аналоговой н цифровой техники// Межнуз. сб. науч. тр. «Компьютеризации и медицине». Воронеж, 1995. С.124-123.

9. Коробона К.С., Разинкин К.А,., Федорков Ц.Д. Применение мееодои мо-делкрои^пшя и оптимизации процесса л чення сахарного диабета с учетом макродинамики .физиологических napaMeipoii - / Сб. науч. гр. «Высокие технологии н технике, медицине.н образовании». Воронеж, 1995.С 117-121.

10. АРМ нрача на базе персонального аналотвого комнькнера и И.ЧВМ/ К.С. Коробона, К.А. Разинкин, O.I). Родионов, Е.Д. Федорков //Высокие тех-нолопш в технике, медицине и образовании: Межнуз. сб. науч. тр. Воронеж,

- t(J95. С,108-113.

11. Мутафян М.И., Рашнкнн К.А., Федорков Е.Д. Ишчч-рашы средств аналоговой и цнф|хтой вычислительной техники в рамках создания циф|У>-аналотвото комплекса оптимизации и лечения хронических заболевание/Материалы научно-практической конференции "Высокие технологии и ден- -телыюстн уч|х;жде1шн здравоохранения г. Воронежа". Воронеж, 1995. С. 15-17

12. Лстанкова И В., Разннкнн К.А., Львович И.Я. Проблемы разработки подсистемы принятия решений с. использованием унн|и-|>салы1ЫХ аданинчю-нмитацшжных процедур и Дамках системы интеллектуальной поддержки АРМ врача // Материалы международной конференции "Актуальные проблемы анализа н обеспечения . радежности и качества приборов, устройств и систем". Иен-за. I99S. С. 149-151.

Id. Заславский Ц.Л., РазнпкшгК.А. 11рограл,.а!о-иинарагные особенноеш коммутации IBM РС и ABK-fr и составе цифри-аналогошн'о комплекса моделирования и оптимизации лечения хронических заболеваний// Межнуз. сб. науч тр "Компьютеризация в медицине". Воронеж, 1996. С. ,'10-11.

14. Разинкин К.А.. Федорков К Д. Построение АРМ ирача на основе цифро-аналогового компьютерного комплекса // Межнуз. сб науч. . тр "Компьютеризации в медицине". Воронеж, 199(¡. С. 72-7G.

ЛР № 020419 от 12.02.92. Подписано в печать Усл. поч.л. 1,(),Уч,- изд.л. 1,0. Тираж 100 акз. Заказ № {2f Воронежский государаценный технический унниерснют 1194026 г Воронеж, Московский проси , 14 Участок оперативной полиграфии Воронежского юеу дара пенного технически",! университета