CC BY
18
«ПЕДАГОГИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА» Электронный журнал Камского государственного института физической культуры Рег.№ Эл №ФС77-27659 от 26 марта 2007г
№1 (1/2006)
УДК 61:796
ИННОВАЦИОННЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ
КОМПЛЕКСНОЙ ПОЭТАПНОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ДЕТЕЙ С ЗАДЕРЖКОЙ РАЗВИТИЯ
Кандидат медицинских наук, доцент А.Г. Сафина, Аспирант А.Р. Сафина Камский государственный институт физической культуры
г. Набережные Челны
INNOVATIVE MEDICAL TECHNOLOGIES AND STEP BY STEP COMPLEX OF CHILDREN ARREST OF DEVELOPMENT REHABILITATION
A.G. Safina, Ph.D., Associate professor A.R. Safina, postgraduate Kama State Institute Of Physical Culture, Naberezhnye Chelny
Ключевые слова: метод функционального биоуправления, алгоритм, экспертные системы, коэффициенты динамики восстановления двигательной активности суставов, интерфейс, реабилитационный статус.
Аннотация. В статье рассматриваются инновационные медицинские технологии и системы комплексной поэтапной реабилитации детей с задержкой развития. Приводится и описывается каждый этап единой системы восстановительного лечения и реабилитации.
Разработанный авторами «Диагностический центр» («ДЦ») с управлением движениями по электромиографическим показателям нарушенной группы мышц позволяет восстановить мышечную силу, координационные отношения и согласованность действия мышц, повышение целенаправленности движений и т. д.
Key words: functional bio control method, algorithm, experts systems, motor activity joints deoxidation dynamics coefficient, interface, rehabilitation status
Summary: The article tell about innovative medical technologies and step by step complex of children arrest of development rehabilitation. There is each step of rehabilitation and sanitary system shown. "Diagnostic center " was founded by authors lets revivify muscles force, muscles coordinates, increase motor aimed directions and others.
Разработанный авторами «Диагностический центр» («ДЦ») с управлением движе-
ниями по электромиографическим показателям нарушенной группы мышц позволяет восстановить мышечную силу, координационные отношения и согласованность действия мышц, повышение целенаправленности движений и т.д. Применение данного комплекса при двигательных нарушениях в результате травм и воспалительных поражений центральной и периферической нервной системы, сосудистых заболеваниях головного и спинного мозга (инсульты), и др. показало высокую клиническую эффективность, превышающую эффективность традиционно применяемых методик в 2,5-3 раза при сокращении сроков лечения в 1,5-2 раза.
Несовершенство современной реабилитационной службы в нашей стране приводит к весьма безрадостной статистике: наблюдается постоянный рост числа детей с различной двигательной патологией, невротическими расстройствами, нарушениями зрения, слуха, речи, патологией внутренних органов. В результате неправильно организованного восстановительного лечения еще обратимые функциональные изменения переходят в острые и хронические расстройства, создавая предпосылки для дальнейшего роста инвалидизации населения.
В настоящее время актуальной остается разработка методологических основ реабилитации и создание комплекса реабилитационных программ с общей фундаментальной концепцией, высоким уровнем методических разработок и высокоэффективными медицинскими технологиями, что позволило бы повысить эффективность реабилитационных мероприятий и осуществлять лечебно-восстановительные воздействия в единой преемственной системе реабилитации при обязательном индивидуальном подходе к каждому пациенту. Одним из наиболее перспективных в этом плане является метод функционального биоуправления (ФБУ), основанный на прикладных аспектах фундаментальных научных исследований, проведенных в лаборатории нейроонтогенеза НИИЭМ АМН под руководством проф. О.В. Богданова.
Например, при двигательной патологии для проведения ФБУ используется активность самой двигательной системы, показатели электромиограммы которой являются параметрами управления сигналами обратной связи. Восходящий афферентный поток, который возникает при реализации движений заданного уровня, подлежащих обязательному выполнению, выступает в роли обратной афферентации, сигнализирующей об успешности выполнения заданного движения (полезный результат по П.К.Анохину). Правильное выполнение движения подтверждается по внешней обратной связи включением звукового сигнала (положительное подкрепление), тогда как в случае неправильного или недостаточного действия включается световой сигнал (отрицательное подкрепление). Афферент-
ный восходящий поток, образующийся при выполнении заданного движения, адресуется непосредственно в те центральные звенья, которые ответственны за реализацию данного вида движения, т.е. имеется высокая степень целевой направленности восходящей аффе-рентации, в центральные нервные структуры мозга. Поскольку при этом введены уровни учитываемой двигательной активности (пороги) с четким, контролируемым сигналом внешней обратной связи, подразделением на правильность и неправильность выполнения, то это определяет высокую степень информационной значимости поступающей в мозг двигательной афферентации, усиленную сигналами обратной связи. Это обстоятельство имеет значение для перестройки центральных координационных механизмов в заданном (требуемом) направлении, так как в соответствии с теорией функциональных систем П.К.Анохина полезный результат, являясь системообразующим фактором, преобразует (и закрепляет), прежде всего, центральные звенья регуляции в соответствии с требованиями, предъявляемыми результатом.
Увеличение притока афферентации повышает синаптическую эффективность и вызывает характерную картину активации центральных нейронов. Приток проприоцеп-тивных импульсов изменяет функциональные свойства нейронов, способствуя их превращению в полимодальные, полисенсорные, обеспечивая, с одной стороны, повышенную восприимчивость нервной клетки к стимулам различной сенсорной и биологической модальности, и с другой — возможность реализации ранее подпороговых афферентных посылок. Таким образом, приток проприоцептивной импульсации создает и поддерживает активное состояние больших нейронных территорий мозга.
Особенно значима роль афферентации от аппарата движения в процессе онтогенеза. Специальный анализ свидетельствует, что двигательная афферентация обеспечивает уровень тонического возбуждения структур развивающегося мозга; определяет ход структурных преобразований к дефинитивным формам нейрона; обусловливает процесс функциональных преобразований нервных клеток от эпизодических форм через ритмическую активность к смешанным ритмическим формам разрядной деятельности нейрона. Все это привело к заключению, что восходящие потоки проприоцептивной импульса-ции являются первичным эндогенным механизмом общей неспецифической активации нейронных систем мозга (О.В.Богданов, 1999).
Таким образом, ФБУ — это направленная активация и перестройка функциональных связей и координационных механизмов мозга на основе организации целенаправленных, контролируемых обратными связями афферентных потоков от регулируемой системы, результатом чего является преобразование самой системы в заданном направлении.
Опыт разработки, клинического использования и внедрения методологии ФБУ привел к созданию единой поэтапной системы реабилитации, включающей 4 этапа восстановительного лечения и реабилитации.
I этап: подготовительный — его основной задачей является подготовка ребенка физически и психически к активному участию в процессе лечения, целенаправленным биотренировкам. От продуктивности этого этапа зависит эффективность основного этапа и реабилитационного цикла в целом.
II этап: основной — решает лечебно-реабилитационную задачу с ведущими на данный момент звеньями патологического двигательного стереотипа.
III этап: закрепляющий — закрепление результата, достигнутого на основном этапе, посредством оптимизирующих методик.
IV этап — формирование сложных двигательных навыков и социально-бытовая адаптация.
Особое внимание необходимо обратить на то, что весь процесс поэтапной реабилитации должен рассматриваться как процесс непрерывный, циклический, в котором лечение в условиях реабилитационного отделения должно чередоваться (многократно) с домашними занятиями. При переходе от первого курса лечения ко второму и т.д., достигается все более стойкая положительная динамика, что позволяет усложнять поставленную перед пациентом задачу и, следовательно, совершенствовать двигательные навыки больных, повышая их социальную адаптацию, причем не за счет приспособления больного к существующему дефекту (компенсаторно-приспособительный эффект), а за счет истинного восстановительного процесса и реабилитации до максимальных пределов возможностей его саморегуляции. Все мероприятия должны продолжаться до исчерпания функциональных резервов мозга по отношению к процессу восстановления деятельности двигательного анализатора — это непрерывно-циклический многолетний процесс до максимально возможного восстановления социально-бытовой активности ребенка.
Внедрение методологической основы ФБУ в медицинскую практику привело к созданию компьютерных технологий, реализующих принципы ФБУ с обратной связью и предназначенных для восстановительного лечения и коррекции нарушенных функций при самых разнообразных нозологических формах. Прежде всего, это — различные формы двигательной патологии. Так, разработанный нами «Диагностический центр» («ДЦ») с управлением движениями по электромиографическим показателям нарушенной группы мышц позволяет восстановить мышечную силу, координационные отношения и согласованность действия мышц, повышение целенаправленности движений и т.д. Применение данного комплекса при двигательных нарушениях в результате травм и воспалительных
поражений центральной и периферической нервной системы, сосудистых заболеваниях головного и спинного мозга (инсульты), и др. показало высокую клиническую эффективность, превышающую эффективность традиционно применяемых методик в 2,5-3 раза при сокращении сроков лечения в 1,5-2 раза.
В связи с этим в настоящее время при помощи ЭВМ с большой эффективностью решаются вычислительные задачи, в которых в соответствии с определенным алгоритмом и множеством входных данных получают множество результатов. Алгоритм в таких задачах выступает в качестве строгой последовательности операций. Вычисление коэффициентов динамики восстановления двигательной активности суставов пораженной конечности у больных травматологического профиля относится к такого типа задаче.
Исследование проводилось на базе травматологического и реабилитационного отделений детской городской многопрофильной больницы №2, отделения реабилитации детской поликлиники №5 г. Наб. Челны, отделениях врачебного контроля и лечебной физкультуры городского центра здоровья и профилактики г. Наб. Челны, а также на кафедре реабилитации и спортивной медицины Казанской государственной медицинской академии
С целью прогнозирования восстановления двигательной активности у детей с поражениями крупных суставов в реабилитационном процессе создана экспертная система для оценки реабилитационного статуса пациента. При этом установлены оценочные критерии, характеризующие возможность физической реабилитации.
Разработана методика осмотра, регистрации и динамического наблюдения за состоянием локомоторной функции конечностей в процессе восстановительного лечения с широким использованием средств лечебной физкультуры. Показана возможность использования созданной на базе системы электронных таблиц Microsoft Excel пользовательской программы «ДЦ» для внесения и обработки данных исследования, а также возможность широкого использования персональных компьютеров для достоверной оценки реабилитационных возможностей детей с поражениями крупных суставов и оптимального выбора лечебно-восстановительных мероприятий.
Информационные задачи - нахождение части базы данных, соответствующей внешнему запросу. Алгоритм здесь - последовательность информационно-поисковых процедур, а база данных - набор декларативных знаний.
Задачи АСУ - принятия решений, когда на основании определённого набора критериев из множества альтернатив выбирается наиболее подходящая для достижения поставленных целей. Цели и критерии могут быть как постоянными, так и изменяться в процессе решения задачи.
Логические задачи, в которых по описанию начальной и целевой ситуаций из имеющегося набора действий синтезируется алгоритм достижения цели.
Для решения двух последних типов задач могут применяться методы искусственного интеллекта, основанные на знаниях персонального компьютера (ПК). Одной из разновидностей систем, использующих эти методы, являются экспертные системы (ЭС). Они представляют собой попытку создания человеко-машинных комплексов для решения сла-боформализуемых задач или задач, вообще не имеющих алгоритмического решения.
По определению Комитета по Экспертным Системам Британского Компьютерного Общества, под ЭС понимается "воплощение в ЭВМ компонента опыта эксперта, основанного на знании, в такой форме, что машина может дать интеллектуальный совет или принять интеллектуальное решение относительно обрабатываемой функции". Желательна дополнительная характеристика (которую многие считают главной) - способность системы по требованию объяснить ход своих рассуждений понятным для спрашивающего образом.
Предметом теории ЭС служат методы и приемы конструирования систем, компетентных в некоторой узкоспециальной области. Эта компетентность состоит из знания конкретной области, понимания задач этой области и умения решать некоторые такие задачи.
Знания, относящиеся к любой специальности, обычно существуют в двух видах: общедоступные и индивидуальные. Общедоступные знания - это факты, определения и теории, которые обычно изложены в учебниках и справочниках по данной области. Но, как правило, компетентность означает нечто большее, чем владение такими общедоступными сведениями. Специалисты (эксперты) в большинстве случаев обладают еще и индивидуальными знаниями, которые отсутствуют в опубликованной литературе. Эти личные знания в значительной степени состоят из эмпирических правил - эвристик, которые позволяют экспертам при необходимости выдвигать разумные предположения, находить перспективные подходы к задачам и эффективно работать при зашумленных или неполных данных. Центральной задачей при построении ЭС является выявление и воспроизведение таких знаний.
В архитектуре ЭС выделяют 3 основных компонента: база знаний, машина вывода и интерфейс пользователя.
База знаний содержит факты, правила и эвристики, представляющие экспертные знания о предметной области.
Машина вывода содержит стратегии и управляющие структуры, используемые для применения знаний, содержащихся в базе знаний для решения поставленной проблемы.
Пользовательский интерфейс управляет взаимодействием с пользователем. Сюда входят и управление экраном, и организация диалога, и объяснительные способности системы.
Система интерфейса с пользователем принимает информацию от пользователя и передает ему информацию. Проще говоря, система интерфейса должна убедиться, что, после того как пользователь описал задачу, вся необходимая информация получена. Интерфейс, основываясь на виде и природе информации, введенной пользователем, передает необходимую информацию механизму вывода. Когда механизм вывода возвращает знания, выведенные из базы знаний, интерфейс передает их обратно пользователю в удобной форме. Интерфейс с пользователем и механизм вывода могут рассматриваться как "приложение" к базе знаний. Они вместе составляют оболочку ЭС. Для базы знаний, которая содержит обширную и разнообразную информацию, могут быть разработаны и реализованы несколько разных оболочек.
Хорошо разработанные оболочки ЭС, обычно содержат механизм для добавления и обновления информации в базе знаний. Здесь уместно заметить, что разработанная нами пользовательская программа "ДЦ", содержит подобный механизм для добавления информации в базе данных практически для неограниченного количества пациентов. Иными словами, программа "ДЦ" обладает потенциальной способностью перерастания в информационную систему, обладающую необходимыми компонентами для ЭС.
Знания определяются как система понятий и отношений между ними. Задача, подлежащая решению с помощью ЭС, формулируется в терминах, принятых в этой системе. В конкретной предметной области различают следующие типы знаний: понятийные, конструктивные, процедурные, фактографические и метазнания.
Понятийные - набор понятий, которыми пользуются при решении данной задачи. Этот тип знаний вырабатывается в фундаментальных науках и теоретических разделах прикладных наук.
Конструктивные - это знания о наборах возможных структур объектов и взаимодействии между их частями. Получение этого типа знаний характерно для техники и большей части прикладных наук.
Процедурные знания - используемые в выбранной предметной области методы, алгоритмы и программы, полезные для данного конкретного приложения, которые можно использовать, передавать и объединять в библиотеки.
Фактографические - количественные и качественные характеристики объектов и явлений.
Метазнания - знания о порядке и правилах применения знаний.
Модель предметной области схематически можно представить в следующем в виде: (модель предметной области) = (понятийные знания) + (конструктивные знания). В случае программы "ДЦ", эта модель заложена в её логике (блок-схема рис. 1).
Аналогично можно представить и базу знаний: (модель предметной области) = (понятийные знания) + (процедурные знания) + (метазнания) + (фактографические знания).
П а ц и е н т
\ НЕТ
Наблюдается ли улучшение показателей, характеризующих локомоторную ^ функцию пораженной конечности?
ДА
8
Оценка реабилитационной сложности пациента и при необходимости назначение нового лечения
Рис. 1 Блок-схема программы «Диагностический Центр»
В программе "ДЦ" в роли фактографических знаний выступают итоговые таблицы, состоящие из данных обследования большого числа пациентов с повреждениями опорно-двигательного аппарата (ОДА) на этапах реабилитации.
В качестве критериев, по которым обычно судят о возможности перерастания программы в ЭС, может выступать наличие следующих моментов:
Наличие экспертов, компетентных в избранном круге вопросов, которые согласны сотрудничать при создании ЭС.
Оценка реабилитационной сложности пациента проводится на основании коллегиального обсуждения с участием травматолога, реабилитолога, невропатолога, терапевта, физиотерапевта, психолога (психиатра), кондуктивного педагога.
Поставленная проблема должна быть достаточно важной и актуальной. Это могут быть проблемы, требующие высокого уровня экспертизы, либо простые, но трудоемкие многократно повторяющиеся проверки. Нет смысла тратить время на решение проблем, которые редко возникают и могут быть решены человеком с обычной квалификацией.
Без сомнения, проблема, которая поднята в данной работе, является таковой. Необходимо четко ограничивать круг решаемых задач, т. е. предметная область выбирается достаточно "узкой", чтобы избежать "комбинаторного взрыва" объема информации необходимой для компетентного решения поставленной задачи.
В нашем случае "узость" предметной области определяется нозологической формой поражения ОДА с общим клиническим признаком - недостаточностью локомоторной функции конечностей при различной патологии.
Необходима согласованность мнений экспертов о том, как следует решать поставленные задачи, какие факты необходимо использовать и каковы общие правила вынесения суждений. В противном случае невозможно расширить базу знаний за пределы опыта одного человека и осуществить сплав экспертных знаний из нескольких областей.
Учитывая комплексность обследования и коллегиальность обсуждения реабилитационной сложности пациента, заключаем, что в нашем случае согласованность мнений
экспертов присутствует.
Должно быть, достаточно исходных данных для проверки работоспособности ЭС в выбранной предметной области, чтобы разработчики смогли убедиться в достижимости некоторого заданного уровня ее функционирования.
Должна обеспечиваться возможность постепенного наращивания системы. Базу знаний можно легко расширять и корректировать, так как правила часто меняются с появлением новых фактов.
Программа "ДЦ" позволяет накапливать информацию по большему числу пациентов в целях прогнозирования эффективности реабилитационных мероприятий, и может быть положена в основу создания ЭС для различных категорий больных с нарушениями локомоторных функций конечностей.
Таким образом, наше исследование, посвященное определению и изучению совокупного влияния различных факторов на восстановление локомоторной функции конечностей в процессе реабилитационных мероприятий, на своем конечном этапе позволило охватить изучаемое явление (дефицит двигательной функции конечностей) в более широком аспекте - с позиции оценки предреабилитационного статуса данного контингента больных, что позволяет установить реабилитационную сложность пациента и прогнозировать эффективность средств физической реабилитации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Аверьянов, Ю.И. Решение многокритериальных задач при совершенствовании информационных систем / Ю.И.Аверьянов, Е.А.Елтаренко, С.В.Симонов. - М.- Инфармэлектро, 1982.- 48 с.
2. Анохин, П.И. Очерки физиологии функциональных систем / П.И.Анохин. - М.: Медгиз, 1986. -
245 с.
3. Ахлаков, М.К. Перспективы применения компьютерных экспертных систем в диагностике заболеваний дыхательной системы / М.К.Ахлаков, А.С.Гаджиев. // Клиническая медицина». -1996.- т.74.-№8.-с.67-69.
4. Барабанова, Э.В. Прогнозирование заболеваемости при неврологических проявлениях поясничного остеохондроза на промышленном предприятии / Э.В.Барабанова // Этапное восстановительное лечение вертеброгенных заболеваний нервной системы. - Ставрополь, 1987. - С. 285 - 288.
5. Бернштейн, Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности / Н.А.Берштейн. -М.: Медицина, 1968. - 234 с.
6. Беллман Р. Математические методы в медицине / Р.Беллман. - М.: МИР, 1987. - 192 с.
7. Богданов, О.В. Новые медицинские технологии и системы комплексной поэтапной реабилитации в центре реабилитации и оздоровления детей «Возвращение» / О.В.Богданов // Тезисы докладов всесоюзной научно-практической конференции: актуальные вопросы медицинской реабилитации в современных условиях. - М., 1999. - С. 105-108.
8. Ванюшкин, В. А. Коррекция координационных способностей учащихся с недостатками интеллектуального развития: автореф. дис. ... канд. пед. наук / В.А.Ванюшкин. - Екатеринбург, 1999. - 21 с.
9. Нэйлор, М. Экспертные системы / М.Нэйлор. - пер. с англ.- М.,1989. - С. 77-79.
Glossary:
1. Averjamov, U.I. The solution of multi criteria aims under informational systems improvement / Aver-jamov U.I., Eltarenko Е.А., Simonov S.V. - М.: Infarmelectro, 1982.- 48 p.
2. Anohin, P.I. Physiology functional systems sketches / Anohin, P.I. - М.: Medgiz, 1986. - 245 с.
3. Ahlakov, М.К. Perspectives of computers informational technologies usage to diagnose the breath sicknesses / Ahlakov М.К., Gadzhiev A.S. // Sc. And Practical journal "Clinic medicine". 1996.- т.74.- № 8.- Р. 67-69.
4. Barabanova, E.V. Neurological lumbar osteochondrosis appearance prognostication sicknesses in plants / Barabanova E.V. // At book Step by step restorative sanitary of nervous system . - Stavropoulos, 1987. - Р. 285288.
5. Bernshnein, N.A. Physiology of motor and activity sketches / Bernshnein N.A. - М.: Medicine, 1968. -
234 с.
6. Bellman, R. Math methods in medicine (trans. From engl.) / Bellman R. - М.: MIR, 1987. - 192 p.
7. Bogdanov, O.V. with authors. New medical technologies and step complex rehabilitation system at rehabilitation centre and children sanitary "Vozrazhdenie"/ Bogdanov O.V. // Thesis Russian Sc. And Practical conference: Actual questions of nowadays rehabilitation. - M., 1999. - Р. 105-108.
8. Vanjshkin, V.A. Coordinative intellectual disorder pupils' ability correction. Autoref. dis....Ph.D / Vanjshkin V.A. - Ekaternburg,1999. - 21 с.
9. Neilor, M. Expert systems. Trans. Engl / Neilor M. - M., 1989. - Р. 77-79.
