ed7cec22_biokibernetika
.pdf
3.Организационный – организация системы медицинского обслуживания населения, а также организация управления всей системой здравоохранения.
Для всех разделов характерны сбор, хранение и переработка информации. В первом разделе – это общебиологическая информация об организме человека в норме и патологии, во втором – информация о состоянии больного и течении заболевания и в третьем –это результаты профилактических осмотров, экологический мониторинг и т.д.).
4.1. Клиническая диагностика.
Рассмотрим некоторые вопросы медицинской кибернетики. Одним из наиболее важных этапов в лечении является постановка диагноза или клиническая диагностика.
Клинической диагностикой называется процесс определения характера заболевания на основе его признаков, установленных при исследовании больного. Процесс диагностики заболевания можно представить следующей схемой:
Рис.13.
Первый этап диагностического процесса – сбор информации о состоянии больного
[информация о жалобах и состоянии больного (анамнез) и данные объективных исследований] – входные данные. Второй этап – переработка информации: отбор наиболее существенных данных, сравнение с нормой, систематизация их в определенный симптомокомплекс. На основе этой информации врач составляет общую картину заболевания. Третий этап – сопоставление этих данных с данными об известных заболеваниях и принятие решения. Завершающий этап – постановка диагноза, который и берется в качестве выходных данных. На основе предварительного диагноза составляется план лечения больного. Обычно диагностический процесс продолжается в период лечения, диагноз постоянно уточняется на основании течения заболевания, данных лабораторных исследований и т.д.
Используя общую схему кибернетической системы можно считать, что управляющим органом в схеме лечения является врач, объектом управления – больной. Система «врачбольной» замкнутая: по каналам обратной связи информация об изменении состояния больного в результате лечебных мероприятий, поступает к врачу, анализируется им и в зависимости от этой информации вырабатываются новые корректирующие команды. Циклы обмена информацией могут повторяться. Таким образом, схему лечения можно представить в виде:
41
Рис.14.
На аналогичных принципах построена и возможность прогнозирования течения заболевания, реакция больного на действие тех или иных лекарственных препаратов или изменение состояния во время операции.
Для эффективности диагностики необходимы определенные предпосылки:
1)информация о состоянии больного должна быть достаточно полной, достоверной и представлена в форме, удобной для анализа;
2)в памяти врача должен быть обширный запас сведений о различных заболеваниях и их признаках
3)врач должен иметь достаточный опыт в оценке диагностической ценности тех или иных признаков.
На практике редко встречаются случаи «классического» течения заболевания, когда весь набор признаков у больного (симптомокомплекс) однозначно совпадает с набором признаков определенного заболевания. В большинстве случаев таким путем можно установить несколько возможных диагнозов, в некоторых случаях можно установить относительную вероятность, и тогда постановка диагноза делается врачом на основании личного опыта.
Кибернетика в этом случае дает возможность разработать некоторые общие алгоритмы (врачебную логику) для решения диагностических задач с использованием аппарата логики, статистики и теории вероятностей, а также решить эту задачу с помощью ЭВМ. Это позволяет ускорить постановку диагноза и делает его более надежным и точным. Применение в диагностическом процессе методов кибернетики и ЭВМ называется машинной диагностикой.
4.2. Виды врачебной логики.
Основой диагностического процесса служат диагностические таблицы, в которых сопоставлены нозологические формы определенного класса заболеваний с характерными для них признаками или симптомокомплексами. Алгоритм диагностического процесса вырабатывается в зависимости от вида врачебной логики. Наиболее распространенными являются три вида логики: детерминистская, информационно-вероятностная и логика фазового интервала.
Детерминистская логика – наиболее простой диагностический прием. Он основан на прямых (однозначных) связях между наличием (или отсутствием) у больного определенных симптомов и диагнозом заболевания.
Информационно-вероятностная логика основана на том, что при определении диагноза болезни значение имеет не сама вероятность наличия того или иного симптома, а насколько эта вероятность отличается от вероятности при других заболеваниях. Для учета
42
специфичности того или иного заболевания вводится понятие диагностического (или информационного) веса симптома. Согласно М.Быховскому, диагностический вес I(dj/Si). симптома Si при диагнозе dj определяется тем, насколько наличие этого симптома увеличивает вероятность диагноза dj сравнительно с другими возможными диагнозами в этом классе заболеваний.
Обозначим вероятность диагноза dj при наличии симптома Si как Р(dj/Si), а тогда пусть P(dj) – заранее известная вероятность этого заболевания среди других заболеваний данного класса. Тогда информационный вес симптома Si при диагнозе dj определяется по формуле, предложенной М.Быховским:
I (dj/Si) = log [ P(dj/Si) / P(dj)]
Информационный вес того или иного симптома при определенных заболеваниях можно определить путем анализа клинического опыта, включая изучение архивов. Задача диагностики заключается в том, чтобы на основании симптомокомплекса Si, установленного у больного, и данных диагностических таблиц определить вероятность диагноза dj при наличии симптома Si каждой из имеющихся в таблице болезней d1, d2, d3…dj…dm. Болезнь, имеющая наибольшую вероятность, и будет искомым диагнозом. Для решения этой задачи надо от указанных в таблице вероятностей комплекса Si при различных заболеваниях dj P(Si/dj) перейти к вероятностям различных заболеваний dj при комплексе Si. Это можно сделать на основании теоремы об умножении вероятностей с использованием формулы Байеса, которая будет иметь вид:
P(dj) P(Si/dj)
P(dj/Si) = ----------------------- ,
Σ P(dj) P(Si/dj)
где P(dj/Si) - искомая вероятность того, что при данном симптомокомплексе Si у больного имеется заболевание dj;
P(Si/dj) – известная из диагностической таблицы вероятность наличия симптомокомплекса Si при заболевании dj;
P(dj) - вероятность заболевания dj в данной группе населения.
Метод фазового интервала основан на понятии о пространстве признаков. В этом n-мерном пространстве состояние больного обозначается точкой, каждая из n координат которой соответствует признакам этого состояния. Одно и то же заболевание у разных людей может протекать с несколько различным комплексом признаков, обозначенных одной точкой. Поэтому определенные заболевания будут представлены группой точек по числу обследованных пациентов (см. рис.15).
Рис.15
43
Вкаждой группе намечается центр – геометрическое место точек, наиболее густо расположенных, который и соответствует признакам наиболее типичного течения данного заболевания. Признаки заболевания очередного больного вводятся в это фазовое пространство. Наиболее вероятным будет тот диагноз, к центру которого ближе всего расположена новая точка. Метод фазового интервала требует сложных вычислений и применяется редко.
4.3.Системы врачебного контроля.
Впоследнее время широкое распространение получает автоматизированные системы оперативного врачебного контроля. Такие системы обеспечивают непрерывное получение физиологической информации о состоянии наблюдаемого человека,
автоматический анализ и оценку с индексацией результатов и сигнализацией о необходимости проведения соответствующих мероприятий, а в некоторых случаях и их автоматического выполнения.
К врачебному контролю относятся также периодические профилактические обследования определенной группы здоровых людей. Системы машинной диагностики значительно облегчают работу врача, ускоряют постановку диагноза, повышают его надежность. Однако установка ЭВМ требует затрат средств и квалифицированного технического обслуживания. Поэтому целесообразно создание при крупных клинических учреждениях единых диагностических центров, которые могли бы обслуживать значительное число окружающих его лечебных учреждений. Такие центры уже созданы, например, в институте хирургии им.А.Вишневского и т.п.
Всовременном здравоохранении вводятся АСУ – автоматизированные системы управления – форма управления, использующая математические методы и технические средства обработки информации при учете, анализе, планировании и организации деятельности предприятия или учреждения (в том числе лечебных и учебных). Эта форма
позволяет осуществить кибернетический подход к решению задач управления, в частности – прогнозировать развитие событий и находить оптимальный вариант решения задачи.
С этой точки зрения интересно представить схему АСУ медицинского ВУЗа:
Рис.16.
44
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Кибернетика как наука. Объект и предмет ее изучения. Классификация кибернетики.
2.Кибернетические системы, их классификация. Принцип организации ки-
бернетических систем. Примеры.
3.Элементы теории информации. Понятие информации, ее свойства, единицы измерения.
4.Информационная энтропия. Формула Шеннона.
5.Сигнал. Сообщение как совокупность сигналов. Схема передачи сигналов.
Помехи в каналах передачи.
6.Моделирование как метод кибернетики. Классификация моделей.
7.Особенности моделирования физиологических систем.
8.Примеры математического моделирования в физиологии и медицине.
9.Основные функциональные органы кибернетической системы.
10.Обратная связь в кибернетических системах, ее виды. Роль обратной связи в функционировании биосистем. Примеры.
11.Возможные виды регулирования в кибернетических системах:
а) регулирование по возмущению;
б) регулирование по отклонению.
12.Виды регулирования по отклонению: стабилизирующие системы, системы работающие по программе, следящие системы.
13.Оптимальное и адаптивное регулирование.
14.Биокибернетика, ее классификация. Особенности биокибернетических систем.
15.Регулирующие системы организма.
16.Человек как кибернетическая система.
17.Понятие о биоритмах.
18.Понятие о функциональной системе П.К. Анохина. Примеры.
19.Медицинская кибернетика.
20.Виды врачебной логики.
45
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1.Ливенцев Н.М. Курс физики. Кн 2. – М.: Высшая школа, 1978.
2.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1996.
3.Антонов В.Ф. и др. Биофизика. – М. Владос, 2000.
4.Самойлов В.О. Медицинская биофизика. – С-П.: Спецлит, 2004.
5.Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине. – М.:
Наука, 1983.
6.Ходжкин А. Нервный импульс. – М.: Мир, 1965.
46
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
Стр. |
1. Введение. Основные понятия кибернетики. |
3 |
1.1. Кибернетика как наука. Объект и предмет ее изучения. |
|
Классификация кибернетики. |
3 |
1.2. Кибернетические системы, их классификация. Принцип организации |
|
кибернетических систем. |
4 |
1.3. Элементы теории информации. |
6 |
1.3.1. Понятие информации, ее свойства, единицы измерения. |
6 |
1.3.2. Формула Шеннона. Информационная энтропия. |
7 |
1.4. Сигнал. Сообщение как совокупность сигналов. Схема передачи |
|
сигналов. Помехи в каналах передачи. |
8 |
1.5. Основные функциональные органы кибернетической системы. |
|
Обратная связь в кибернетических системах, ее виды. Роль обратной |
|
связи в функционировании биосистем. |
10 |
1.6. Возможные виды регулирования в кибернетических системах. |
12 |
1.6.1. Регулирование по возмущению. |
12 |
1.6.2. Регулирование по отклонению |
14 |
1.6.3. Виды регулирования по отклонению. |
15 |
1.6.4. Экстремальное, оптимальное и адаптивное регулирование. |
15 |
2. Моделирование как метод кибернетики. |
17 |
2.1. Классификация моделей. Особенности моделирования |
|
кибернетических систем. |
17 |
2.2. Примеры математического моделирования в физиологии и медицине. |
21 |
2.2.1. Математическая модель роста. |
21 |
2.2.2. Математическая модель "хищник-жертва" |
22 |
2.2.3. Математические модели системы кровообращения |
25 |
Математическая модель эластичного резервуара |
25 |
Математическая модель сердечнососудистой системы В.А. |
|
Лищука. |
27 |
2.2.4. Фармакокинетическая модель. |
29 |
3. Биологическая кибернетика. |
32 |
3.1. Классификация биокибернетики. Особенности биокибернетических |
|
систем. |
32 |
3.2. Системный подход к явлениям жизни. |
33 |
3.3. Регулирующие системы организма. |
35 |
3.4. Понятие и биоритмах. |
37 |
3.5. Понятие о функциональной системе П.К.Анохина. |
39 |
4. Медицинская кибернетика. |
40 |
4.1. Клиническая диагностика. |
41 |
4.2. Виды врачебной логики. |
42 |
4.3. Системы врачебного контроля. |
44 |
Контрольные вопросы |
45 |
Список литературы |
46 |
Содержание. |
47 |
47
Учебное пособие
Шевченко Е.В., Воронова Л.К., Нечаева В.Г.,
ОСНОВЫ КИБЕРНЕТИКИ И БИОКИБЕРНЕТИКИ
48