ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ, СОПРОВОЖДАЮЩИХСЯ НАРУШЕНИЯМИ РЕГУЛЯЦИИ
ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ 17
1.1. Актуальность проблемы диагностики заболеваний, сопровождающихся
нарушениями регуляции вегетативной нервной системы 17
1.2. Проблемы разработки систем диагностирования заболеваний, обусловленных нарушениями регуляции вегетативной нервной системы .... 24
1.3. Ограниченность существующих методов обработки биомедицинской
информации сигналов вариабельности сердечного ритма 31
1.4. Формулировка цели и постановка задач исследования 41
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИИ 43
2.1. Программа и методика исследований 43
2.2. Оценка диагностической значимости параметров вариабельности
сердечного ритма 53
2.3. Исследование возможности диагностирования артериальной гипертонии,
основанного на применении дискриминантного анализа 58
2.4. Сравнение возможности диагностирования артериальной гипертонии
методами машинного обучения 67
2.5. Выводы по главе 78
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПАРАМЕТРОВ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИИ 80
3.1. Расширенный вектор параметров вариабельности сердечного ритма 80
3.2. Комплекс диагностически значимых параметров вариабельности
сердечного ритма 84
3.3. Методика диагностирования артериальной гипертонии, основанная на
применении нейронных сетей 96
3.4. Алгоритм диагностирования артериальной гипертонии, основанный на
дискриминантном анализе 102
3.5. Выводы по главе 109
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА БИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ, СОПРОВОЖДАЮЩИХСЯ НАРУШЕНИЯМИ
РЕГУЛЯЦИИ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ, И ЕЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ 112
4.1. Структурные элементы биотехнической системы 112
4.2. Экспериментальная апробация биотехнической системы 119
4.3. Выводы по главе 134
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 137
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 140
Купить

Участие вегетативной нервной системы (ВНС) в обеспечении гомеостаза всех внутренних процессов в организме человека предопределяет высокую встречаемость вегетативных расстройств (встречаются до 80% наблюдений), возникающих на фоне многих психических, неврологических и соматических заболеваний. «Практически нет таких патологических форм, в развитии и течении которых не играла бы роль вегетативная система. В одних случаях она является существенным фактором патогенеза, в других - возникает вторично в ответ на повреждение любых систем и тканей организма. Естественно, что в ряде случаев вегетативные нарушения доминируют в клинических проявлениях заболевания, в других они скромно представлены в объективной картине болезни. Однако и в последнем случае роль их в процессах патогенеза и саногенеза несомненна» [10].
Согласно ВОЗ, в 2015 году смертность от неинфекционных заболеваний составила 40 миллионов. Из них, большая часть (17 миллионов) вызвана заболеваниями, связанными с нарушениями сердечно-сосудистой системы. Сердечно-сосудистые заболевания являются лидирующей причиной смертности, несмотря на наличие эффективных и недорогих подходов к лечению. Поэтому разработка новых методов диагностики и прогнозирования развития этих заболеваний, несомненно, является актуальной задачей.
В работе в качестве клинической модели, сопровождаемой вегетативными расстройствами, выбрана артериальная гипертония (АГ), которая имеет многофакторную природу и длительное время протекает без явных клинических симптомов. Повышенное артериальное давления (АД) является одним из наиболее существенных факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний и, если не обращать на это внимания, может (и достаточно скоро) привести к возникновению острых нарушений и тяжелых осложнений. [35].
Анализ патофизиологических факторов артериальной гипертонии указывает на исключительную роль вегетативной нервной системы в их формировании [64]. Поэтому контроль за состоянием и изменениями вегетативной нервной системы является важным звеном в профилактике здоровья человека. Одним из непрямых способов оценки функционирования вегетативной нервной системы является анализ вариабельности сердечного ритма. (ВСР) [6]. Несмотря на то, что в ряде работ утверждается, что прогностическая значимость этого анализа сама по себе весьма умеренна, в сочетании с другими методиками он становится более весомым в оценке развития патологий сердечно-сосудистой системы [7]. Например, сочетание исследований вариабельности сердечного ритма с функционально¬нагрузочными пробами уменьшает различия, обусловленные индивидуальными особенностями испытуемых, и позволяет оценивать «направление» функциональных изменений [4; 73].
В настоящее время в клинической практике в соответствии с рекомендациями Европейского общества кардиологии и Комиссией отечественных исследователей в этой области, используются статистические параметры, геометрические параметры, спектральные параметры, а также нелинейные параметры сигналов ВСР. Несмотря на успехи научных групп под руководством Баевского Р.М., Богомолова А.В., Бокерия Л.А., Мироновой Т.Ф., Флейшмана А.Н. в обработке сигналов ВСР, в настоящий момент нет убедительного ответа, какие параметры или комбинации параметров могут быть использованы для диагностики артериальной гипертонии.
Помочь в решении этой проблемы могут методы искусственного интеллекта, основанные на использовании возможностей машинного обучения для клинической поддержки принятия решений. Подобный подход позволяет не только формализовать описание сложных живых систем и провести прогностический анализ, но и реализовать накопление информации, формируемой в ходе лечебного процесса. Это открывает возможности применять информационные технологии в определении парадигмы реабилитации персонально для каждого пациента. Переход к персонализированной медицине входит в список приоритетных направлений научно-технического развития Российской Федерации.
Цель исследования: создание информационной системы поддержки принятия решения врача при лечении заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы, которая включает экспресс-диагностику артериальной гипертонии, оценку эффективности лечения при использовании неинвазивной нейроэлектростимуляции и прогнозирование состояния пациента.
Объект исследования: информационная система поддержки принятия решения врача при лечении заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы.
Предмет исследования - компоненты информационного, методического, инструментального и программно-алгоритмического обеспечения системы поддержки принятия решения врача при лечении заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы.
Задачи исследования
1. Исследование использования сигналов вариабельности сердечного ритма для диагностирования артериальной гипертонии, зарегистрированных в ходе ортоклиностатических исследований.
2. Разработка методики формирования комплекса диагностически значимых параметров вариабельности сердечного ритма для экспресс- диагностики артериальной гипертонии.
3. Разработка алгоритмов поддержки принятия решения для экспресс-диагностики артериальной гипертонии с применением методов машинного обучения на основе комплекса диагностически значимых показателей вариабельности сердечного ритма.
4. Разработка биотехнической системы, для лечения заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы, в которой для диагностики и оценки эффективности лечебного процесса используется информационная система поддержки принятия решения.
5. Проведение экспериментальной апробации биотехнической системы и разработанных алгоритмов поддержки принятия решений.
Новые научные результаты
1. Разработаны новые методики формирования комплексов диагностически значимых показателей вариабельности сердечного ритма для экспресс-диагностики артериальной гипертонии.
Отличительной особенностью формирования этих показателей является применение оригинальных алгоритмов, основанных на парадигме эволюционного программирования, которые позволяют учитывать индивидуальные особенности испытуемых. Сформированные комплексы параметров позволяют осуществлять экспресс-диагностику с высокими значениями точности, специфичности и чувствительности (98.5, 100.0 и 96.0%, соответственно) на обучающей выборке, а также обладает способностью к обобщению - точность диагностики 93.0% на тестовой выборке.
2. Разработан новый алгоритм поддержки принятия решения врача при лечения заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы.
В отличие от известных алгоритмов диагностики артериальной гипертонии, разработанный алгоритм осуществляет оценку функционального состояния вегетативной нервной системы на основе использования сформированных комплексов диагностически значимых параметров вариабельности сердечного ритма во время выполнения ортоклиностатической пробы.
3. Разработана структура биотехнической системы для лечения заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы.
Отличительными особенностями структуры этой системы является использование в ней аппарата для нейроэлектростимуляции адаптированного для задач телемедицины и персонализированной медицины, а также информационной системы поддержки принятия решения врача и сервиса нейроэлектростимуляции. Роль информационной системы поддержки принятия решений врача - экспресс-диагностика артериальной гипертонии, определение степени артериальной гипертонии, прогнозирование эффективность лечения.
Теоретическая значимость работы состоит в развитии систем диагностики артериальной гипертонии, которые позволяют формировать комплексы диагностически значимых параметров вариабельности сердечного ритма с использованием методов машинного обучения, а также получать новые знания о прогнозе возможных изменений функционального состояния у пациентов, страдающих артериальной гипертонией.
Практическая значимость работы заключается разработке предложений для улучшения диагностики артериальной гипертонии за счет дополнительного анализа комплексов диагностически значимых параметров вариабельности сердечного ритма, которая реализуется с помощью биотехнической системы для лечения заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы, ее методическом и программно-алгоритмическом обеспечении.
Научные положения, выносимые на защиту
Биотехническая система лечения заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы, в которой реализуются требования персонализированной и телемедицины, должна содержать:
- информационную систему поддержки принятия решений врача при лечении заболеваний, сопровождающихся нарушениями регуляции вегетативной нервной системы, которая должна учитывать комплексы диагностически-значимых параметров вариабельности сердечного ритма во время выполнения ортоклиностатических исследований, а также использовать алгоритмы поддержки принятия решений для экспресс- диагностики заболеваний, оценки эффективности и прогнозирования лечения;
- аппарат для нейроэлектростимуляции;
- сервис нейроэлектростимуляции, предоставляющий врачу оперативный доступ к данным функциональных исследований.
Достоверность полученных результатов
Полученные в работе результаты не противоречат известным теоретическим результатам и ранее полученным клиническим данным. Достоверность научных положений, результатов и выводов диссертации обусловливается корректным использованием методов исследования, применением современных компьютерных средств и программных комплексов, представлением основных научных результатов на научно-технических конференциях, опубликованием статей, содержащих результаты работы, в научных реферируемых журналах, в том числе международных, а также первичной апробацией результатов в клинической практике.

Купить