Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРОГНОЗА РЕТИНОПАТИИ

Работа №101401

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

математика

Объем работы20
Год сдачи2012
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
181
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Публикации

Актуальность темы
Существующие медицинские информационные системы прогноза ретинопатии недоношенных новорожденных (МИС ПРН) - одного из тяжелых заболеваний, приводящих ребенка к быстро наступающей слепоте, обеспечивают лишь «грубый» неоперативный прогноз. А для эффективного лечения необходим своевременный прогноз с «тонким» разделением степеней тяжести. Это требует развития прототипа МИС ПРН в части моделей, методов и программного обеспечения.
Теоретическим основам математического моделирования в медицине и применению моделирования для решения актуальных практических задач, в т.ч. в области НИОКР медицинских интеллектуально-информационных систем, посвящены работы как зарубежных ученых (Р. Беллман, Christine L. Tsien, N. Lavrae и др.), так и отечественных (С.А. Айвазян, А.А. Генкин, Е. В. Гублер, В. Дюк, М. Ю. Охтилев, Б. В. Соколов, Л. Б. Штейн, В. Эмануэль, Р. М. Юсупов и др.). Значительный вклад в развитие данной тематики внесён уральской школой (А.Н. Вараксин, С. Л. Гольдштейн, В. С. Казанцев, Н.Н. Красовский, Вл.Д. Мазуров, В.Д. Мазуров и др.).
Результаты применения математического моделирования в медико-биологических исследованиях и их информационно-программная поддержка свидетельствуют о существенном вкладе технических дисциплин в эффективность работы врачей, и особенно-исследователей с объектами высокой сложности.
Диссертация выполнена в рамках социального заказа от медицинских учреждений научно-практического типа на выполнение работ по моделированию и реализации систем информационно-программной поддержки медицинской деятельности в соответствии с программами министерства здравоохранения Свердловской области (тема №1150-пп «Развитие здравоохранения Свердловской области на 2007 - 2015 гг.» от 29.12.2006 г.), кафедры вычислительной техники УрФУ (тема № 3775 «Системная, информационная и компьютерная поддержка нечетких технологий»), грантами правительства Свердловской области (государственный контракт № 7-8/07 от 07.05 2007 г. «Разработка модели медико-социальной профилактики тяжелых нарушений зрительного анализатора у недоношенных детей»), ГБУЗ СО ДКБВЛ Научно-практического центра «Бонум» (договор № 694 от 13.12.2007 «Разработка пакета средств информационно-методической поддержки прогнозирования риска развития ретинопатии у недоношенных детей»).
Объект исследования - модели, методы и программы для развития МИС ПРН.
Предмет исследования - развитие моделей, методов и программ МИС ПРН.
Глобальная цель работы - развитая медицинская информационная система оперативного прогноза тяжелых степеней ретинопатии с выделением про-межуточных.
Локальные цели:
- получение нового знания в виде пакета моделей,
- применение пакета моделей для компьютерного решения в виде комплекса программ и его практического использования.
Основные задачи работы
1. Анализ состояния проблематики развития МИС ПРН (литературно-аналитический обзор с выходом на пакет прототипов медицинской информационной системы прогноза и ее подсистем) и определение модернизируемых и дополнительно вводимых ее подсистем и блоков.
2. Создание пакета полуформализованных (концептуальных, системных, структурных, алгоритмических) и математических моделей, необходимых для проектирования нового качества МИР ПРН и последующего программирования.
3. Развитие алгоритмов и методов дискриминантного анализа для «тонкого» разделения факторов с последующей идентификацией тяжелых (между 4 и 5) степеней патологии.
4. Разработка программного обеспечения для развитой МИС ПРН.
5. Инженерная реализация развитой МИС ПРН, ее испытание и внедрение.
Научная новизна
1. Дан анализ факторов, показавший, что
- исходный список факторов, используемых медицинскими специалистами для оценки риска возникновения РН, из порядка 100 наименований, может быть редуцирован методами статистики на порядок до списка информативных; при этом выявленные факторы разделены с помощью дискриминтатного анализа на 3 ранга: 4 сильно влияющих и по 3 средне- и слабо влияющих фактора;
- нецелесообразно использование лишь одного из факторов «масса» или «возраст», более информативна совместная массо-возрастная характеристика; применением математической комбинации кластерного анализа и двойной нормировки на плоскости состояний объекта впервые выделены три новых массо-возрастных группы;
- для дитохомического (да/нет) прогнозирования наличия или отсутствия РН достаточно учитывать сильно влияющие факторы; для легкой, средней и тяжелой - средне влияющие факторы, а для «тонкого» прогнозирования (между 1 и 2, а также между 4 и 5 степенями) - мало влияющие факторы.
2. Развиты алгоритмы:
- разрешения «пограничных» ситуаций (нахождение объекта в пересечении облаков классов) и получения однозначного ответа, отличающиеся математическими приемами использования операционных характеристик - чувствительности и специфичности, а именно - вычислением рейтинга и антирейтинга решающих правил;
- применения адаптированного дискриминантного анализа, отличающегося использованием условных (массо-возрастных) классификаций, малоинформативных признаков и разрешенных «пограничных» ситуаций, что позволило перейти от выделения 3-х степеней тяжести к их более «тонкому» разделению на 5 основных, методом идентификации с помощью предложенных продукционных правил;
- математического описания динамики готовности прогноза для прототипных и предлагаемого решений, отличающейся вводом в сигмоидное уравнение настраиваемых параметров времени реагирования и точности оценок.
3. Развиты структура и алгоритмы функционирования МИС ПРН, для чего:
- создан (методом критериальных взвешенных оценок аналогов с последующей процедурой отбора) трехранговый пакет научных и корпоративных прототипов, позволивший выявить недостатки системы, ее подсистем и блоков и сгенерировать гипотезы о парирующих эти недостатки новых технических решениях;
- предложен пакет полуформализованных моделей (концептуальных, системных, структурных, алгоритмических) основных объектов исследования, отличающийся строгим синтаксисом и интерпретируемой семантикой, связанной с настройкой на особенности пациента, патологии и деятельности медицинских специалистов;
- получен (из вербальных описаний опыта врачей методами контент- анализа) пакет иерархических кортежных моделей формализованного отражения логики решения основной задачи через вспомогательные и частные.
4. Новые технические решения по теме диссертации защищены:
- патентами на изобретения № 2007144799/14(049084) от 03.12.2007 и № 2011108890/14(012810) от 09.03.2011;
- свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ «Система поддержки прогнозирования степени риска развития ретинопатии недоношенных «СншРШ: № 2008610460 от 24.01.2008 и № 2009615071 от 16.09.2009.
Практическая значимость работы
Развитая МИС ПРН может применяться в медицинских учреждениях со-ответствующего профиля. Она прошла испытания и передана в ОДКБ №1 и в НПЦ «Бонум» г. Екатеринбург (имеются акты внедрения).
Модели, методы и программы используются в учебном процессе по на-правлению «Информационные системы и технологии в медицине» на кафедре вычислительной техники ФГАОУ ВПО УрФУ, а также - на кафедре педиатрии ФПК и ПП ГОУ ВПО УрГМА Росздрава, г. Екатеринбург (имеются акты внедрения).
Методы исследования
В ходе решения задач исследования использовали методы системотехники и системологии, математического моделирования, многомерного анализа данных, теории распознавания образов, статистического анализа, экспертных оценок, опроса и обработки экспертных данных, вычислительного эксперимента, объектно-ориентированного программирования.
Положения, выносимые на защиту:
1. Созданный пакет научных и корпоративных прототипов МИС РН, обладающих структурно - функциональной и параметрической неполнотой, может быть надежной основой для сравнения с требованиями к задаче и необходимого развития ее структуры и алгоритмов функционирования в части модификации четырех прототипных подсистем (выявления специфики и объединения данных, прогноза профильными специалистами, оценки прогноза, прогноза профильными специалистами при поддержке медицинской инженерии) и введения новой - прогноза «тонких» степеней, а также их блоков.
2. Кортежно-иерархически представленная логика решения нечеткой по исходной постановке задачи развития МИС ПРН, а также полуформализованные (концептуальные, системные, структурные, алгоритмические и пр.) и математические модели для интеграции разнородных данных, редукции списка факторов, оперативного (к 14 дням после рождения) прогнозирования «тонких» степеней тяжести заболевания обеспечивают подтверждение прогноза в 93% случаев против (35-88 %) «да/нет» и «легкого/среднего/тяжелого» неоперативного (к 70-80 дню) прогнозирования в прототипах, а также оценку динамики готовности прогнозов.
3. Численные методы дискриминантного анализа, адаптированные и развитые под специфику задач за счет сочетания условных (массо-возрастных) классификаций, учета малоинформативных признаков и разрешения «пограничных» ситуаций в составе способов прогноза, защищенных патентами на изобретения, могут быть основой для корректной обработки данных при компьютерной реализации.
4. Разработанное программное обеспечение МИС ПРН, на которые получены свидетельства о регистрации, может быть успешно внедрено в медицинскую практику и учебный процесс.
Личный вклад автора. Разработка программного обеспечения по сбору и структуризации данных; алгоритма интеграции разрозненной информации и соответствующего программного обеспечения; формализованной карты учета, статистическая обработки данных по выявлению информационно ценных признаков, разработаны математические модели для прогноза степени риска развития РН до 14 дней жизни, с возможностью выделения «тонких» (между 4 и 5) тяжелых степеней в составе МИС ПРН, а также организация и участие в испытаниях и внедрении.
Реализация и апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на Международной научной конференции «Информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании» (Екатеринбург, 2007, 2008, 2009), 1-ом международном научно-практическом симпозиуме «Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты» (Хургада, Египет, 2007), ХУ-й Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2007), II общероссийской научной конференции с международным участием «Инновационные медицинские технологии» (Москва, 2010), 11-ой Межрегиональной конференции «Актуальные вопросы детской офтальмологии и ретинопатии не-доношенных» (Екатеринбург, 2007), VI съезде РАСПМ и 111-ем Конгрессе специалистов перинатальной медицины (Москва, 2008), заседаниях ученого совета НПЦ «Бонум» (2007, 2008, 2010), научных семинарах кафедры вычислительной техники УрФУ (2010-2012г.г.).
Публикации. Основное содержание диссертации представлено в 26 публикациях, из них 4 - в журналах из списка ВАК, 7 единиц интеллектуальной собственности.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из наименований, и содержит стр. основного машинописного текста, рисунков и таблиц.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


Сформирован пакет прототипов МИС ПРН и ее составляющих, на базе которых выполнено развитие системы. Разработаны и реализованы алгоритмы сбора, объединения и унификации информации, первично регистрируемой в разрозненных источниках данных. Получены: набор информативных и значимых переменных для оценки риска развития РН; массо-возрастные классификации, используемые в качестве независимой переменной в основном правиле прогноза; набор линейных дискриминантных функций и вариант применения дискриминантного анализа для выявления степени риска развития РН, превосходящий по качеству прототип и реализованный в виде программного средства. Предложена модель динамики готовности прогноза. Есть патенты на изобретения, а также свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Сделан вывод о том, что предложенные модели, методы и разработанные средства информационно-компьютерной поддержки деятельности врачей- неонатологов обеспечили развитие МИС ПРН и достаточны для достоверного прогнозирования основных и промежуточных степеней патологии.



1. Марчук Ю.В., Кожевников М.А., Хамидулина О. Н., Монтиле А.И., Погосян И. А. Разработка средства поддержки диагностики на основе дискриминантного анализа клинико-анамнестических данных // Журнал «Информационные технологии», №6. 2009 г. - С. 65-69
2. Марчук Ю.В., М.А. Кожевников, С.И. Блохина, А.И. Монтиле, Е.В. Власова Адаптация методов многомерного анализа к прогнозированию риска развития ретинопатии недоношенных // Журнал «Вестник Воронежского государственного технического университета», Том 4 №10.- Воронеж, 2008 г.-С.143-147
3. Блохина С.И., Ковтун О.П., Власова Е.В., Марчук Ю.В., Кожевников М.А. Клинико-лабораторные критерии оценки тяжести и прогнозирования ретинопатии недоношенных детей на основе методов многомерного анализа данных // Журнал «Вестник уральской медицинской академической науки», №2.- Екатеринбург, 2008г.-С.56-62
4. Хамидуллина О.Н., Погосян И.А., Кожевников М.А., Марчук Ю.В. Диагностика структурных нарушений на основании комплекса анамнестических и клинических данных // Журнал «Вестник уральской медицинской академической науки», №2.- Екатеринбург, 2008г.-С.148-153
Работы, опубликованные в научных журналах
5. Марчук Ю.В., Власова Е.В., Кожевников М.А. Разработка системы поддержки прогнозирования степени риска развития ретинопатии недоношенных «GimRN» // Электронный на-учный журнал «Системная интеграция в здравоохранении», №1.- Екатеринбург, 2008г.-С. 48-55
6. Марчук Ю.В., Кожевников М.А. Пакет средств информационно-программной поддержки раннего выявления риска развития ретинопатии у недоношенных детей // Научно-практический журнал «Прикладная информатика», № 4(16). 2008г. С.96-106
7. Марчук Ю.В., Власова Е.В., Блохина С.И., Ткаченко Т.Я. Применение методов много-мерного анализа к прогнозированию риска развития ретинопатии недоношенных // Журнал «Успехи современного естествознания», №12, 2010, С. 64-66.
8. Марчук Ю.В., Власова Е.В. Математическая модель прогноза риска развития ретинопатии недоношенных // Системная интеграция в здравоохранении: электронный научный журнал. - Екатеринбург, 2010. - №1 (7). - Систем. требования Adobe Acrobat Reader. URL: http://sys-int.rU/file/2010.1/76/sys_int_62_1_7_2010.pdf(дата обращения 05.05.2010).
Работы, опубликованные в научных сборниках и материалах
конференций международного уровня
9. Применение многомерного анализа и разработка информационно-интеллектуальной системы к диагностике ретинопатии / Марчук Ю.В., Кожевников М.А., Власова Е.В., Гольдштейн С.Л. / Информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании. Вып.4: Прикладные аспекты моделирования и разработки систем информационно¬аналитической поддержки принятия решений: сборник материалов 2-й Международной научной конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008.- С. 162-169.
10. Применение метода дискриминантного анализа для поддержки диагностики структурных нарушений краниовертебральной области у детей / Кожевников М.А., Марчук Ю.В., Хамидуллина О.Н., Погосян И.А., Гольдштейн С.Л. / Информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании. Вып.4: Прикладные аспекты моделирования и разработки систем информационно-аналитической поддержки принятия решений: сборник материалов 2-й Международной научной конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008.- С. 226-233.
11. Автоматизированная система поддержки принятия решения логопедом: обзор аналогов и вы-бор прототипа / Марчук Ю.В., Гольдштейн С.Л., Ткаченко Т.Я./ Сборник материалов Международной научной конференции «Информационно - математические технологии в экономике, тех-нике и образовании». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. - С. 201-207
12. Адаптация дискриминантного анализа к диагностике опорно-двигательного аппарата. / Кожевников М.А., Хамидуллина О.Н., Гольдштейн С. Л., Марчук Ю.В./ Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т. 11: Сборник трудов Четвертой международной научно-практической конференции “Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности“. 02-05.10.2007, Санкт-Петербург, Россия. Под ред. А.П. Кудинова, Г.Г. Матвиенко. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. С. 264-266
13. Прогнозирование исходов заболеваний ретинопатии у недоношенных детей методом дискриминации и интерпретации межгрупповых различий/ Гольдштейн С.Л., Марчук Ю.В., Кожевников/ Тезисы докладов второй международной конференции «Информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании». Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2007. - С. 228 - 229.
14. Применение метода дискриминантного анализа для диагностики типа структурных на-рушений кранио-вертебральной области у детей / Кожевников М.А., Хамидуллина О.Н., Марчук Ю.В., Погосян И.А. Гольдштейн С.Л./ Тезисы докладов второй международной конференции «Информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании». Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2007. - С. 221 - 223.
15. Применение метода дискриминантного анализа для диагностики степени выраженности структурных нарушений кранио-вертебральной области у детей / Кожевников М.А., Хамидуллина О.Н., Марчук Ю.В., Погосян И.А. Гольдштейн С.Л./ Тезисы докладов второй международной конференции «Информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании». Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2007. - С.219-221.
16. К определению системно-интеллектуального подсказчика в медицине / Марчук Ю.В., Кожевников М.А./Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты: Тезисы докладов 1 междунар. науч.-практич. симпозиума 14 -20 апреля 2007 г./ Под общ. ред. чл.-кор. РАН В.П. Мешалкина. - М.; Тула: ТулГУ, 2007. - С. 68-69
17. К вопросу о выборе математического аппарата разрешения нетипичных ситуаций в медицине / Кожевников М.А., Марчук Ю.В. / Современные наукоемкие технологии: теория, эксперимент и практические результаты: Тезисы докладов 1 междунар. науч.-практич. симпозиума 14-20 апреля 2007 г./ Под общ. ред. чл.-кор. РАН В.П. Мешалкина. - М.; Тула: Изд- во, 2007. - С. 69-70
18. Автоматизированная система поддержки принятия решения логопедом: обзор аналогов и выбор прототипа / Марчук Ю.В., Гольдштейн С.Л., Ткаченко Т.Я. / Тезисы докладов международной конференции «Информационно - математические технологии в экономике, технике и образовании». Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2006. - С. 232 - 233.
19. Структурное моделирование информационно-интеллектуального подсказчика логопеда / Ю.В. Марчук, Обухова Н.В., Степаненко Д.Г. / Инженерные и инновационные технологии в медицине. -сб. статей / Под ред. Проф. В. М. Лисиенко, проф. С.И. Блохиной.- Екатеринбург: «СВ-96»,2006.- 234-240.
Интеллектуальная собственность
20. Хамидуллина О.Н., Марчук Ю.В., Кожевников М.А., Блохина С.И. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007614539 от 29.10.2007 Система диагностики патологии кранио-вертебральной области у детей «GimOrt»
21. Марчук Ю.В., Власова Е.В., Кожевников М.А., Степанова Е.А., Ковтун О.П., Блохина С.И. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2008610460 от 24.01.2008 Система поддержки прогнозирования степени риска развития ретинопатии недоношенных «GimRN»
22. Система поддержки прогнозирования степени риска развития ретинопатии недоношенных «GimRN 2» / Ю. В. Марчук, М.А.Кожевников, О.П.Ковтун, С.И.Блохина; - Свидетельст¬во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009615071 от 16.09.2009.
23. Прогноз развития мультифакторной патологии у детей «ART-babies» / Марчук Ю.В., Плаксина А.Н., Ковтун О.П., Блохина С.И., Кузнецов Н.Н. Свидетельство о, официальной государственной регистрации программ для ЭВМ № 2011613486 от 9 марта 2011 г.
24. Способ диагностики структурной патологии краниовертебральной области у детей / Хамидуллина О.Н., Погосян И.А., Кожевников М.А., Марчук Ю.В. Патент на изобретение №2007144799
25. Способ прогнозирования степени риска развития ретинопатии у недоношенных детей / Марчук Ю. В., Кожевников М.А., Блохина С.И., Ковтун О.П. -Патент на изобретение №2008112453; Заяв. 31.03.2008; Опубл. 10.10.2009, Бюл. №28
26. Способ прогнозирования развития мультифакторной патологии детей, рожденных с помощью вспомогательных репродуктивных технологий. / Плаксина А.Н., Ковтун О.П., Блохина С.И., Кузнецов Н.Н., Марчук Ю.В. Патент на изобретение № 2011108890/14(012810) от 09.03.2011


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ