Научная статья на тему 'Модель с динамической структурой для мониторинга и управления функциональным состоянием сложных систем'

Модель с динамической структурой для мониторинга и управления функциональным состоянием сложных систем Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

CC BY
34
7
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЛОЖНАЯ СИСТЕМА / ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ / ЛАТЕНТНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ / СТРУКТУРНО ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА / ИНДИКАТОРНЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Протасова Виктория Владимировна, Филист Сергей Алексеевич, Федянин Вадим Витальевич

В статье рассматривается возможность управления функциональным состоянием сложной системы на основе понятия структурно-функциональной единицы. Предложены модели перехода сложной системы из одного функционального состояния в другое

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по медицинским технологиям , автор научной работы — Протасова Виктория Владимировна, Филист Сергей Алексеевич, Федянин Вадим Витальевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Модель с динамической структурой для мониторинга и управления функциональным состоянием сложных систем»

гипертрофия и дилятация правого желудочка (толщина миокарда правого желудочка 1 см), одышка, акроцианоз, цианоз лица, снижение сатурации (Sat O2 менее 90%), тахикардия (более 110 ударов в минуту), увеличение частоты дыхательных двидений, приглушение тонов сердца при аускультации, гипо-ксемия, гиперкапния (клинически), синюшность слизистых оболочек дыхательных путей, внутри-альвеолярный отек, пенистая жидкость в просвете трахеи и крупных бронхов, внутриальвеолярные, субплевральные кровоизлияния, мегакариоцитоз в сосудах легких, очаговый дистелектаз, ателектаз, острая альвеолярная эмфизема в легких; тотальный отек - анасарка, двусторонний гидроторакс (справа-1200 мл, слева 1800 мл) со смещением органов средостения, гидроперикард (350 мл), асцит (5 000 мл), отек головного мозга, мягкой мозговой оболочки с явлениями застойного полнокровия печени;

• холестаза, связанного с застойным полнокровием печени (гипербилирубинемия, иктеричность склер, незначительная желтушность кожи);

• метаболических и электролитных нарушений, связанных с ожирением: гипергликемии, гипокалие-мия (2,9), дислипидемия, способствующей прогрес-сированию атеросклеротических изменений в сосудах;

• острой язвы желудка в исходе заболевания с желудочным кровотечением (150 мл жидкой крови) на фоне полиорганной недостаточности.

Таким образом, по результатам исследования трупа, с учетом представленных клинических данных был сделан вывод о синдроме Пиквика как причине смерти с

наличием крайней степени ожирения - 4 степень - в стадии прогрессирования, альвеолярной гиповентиляции, с развитием недостаточности систем кровообращения, дыхательной, кроветворной и двигательной систем в стадии декомпенсации.

В заключение следует отметить, что в настоящее время диагностика вышеописанного синдрома для врача судебно-медицинского эксперта может представлять значительные трудности в силу отсутствия клинических данных о состоянии больного. При определении причин смерти, осложнений основного заболевания, сопутствующих, роли нозологических единиц в патогенезе важную роль играют данные прижизненных методов инструментально-лабораторной диагностики, которые зачастую следует рассматривать в качестве основных. Секционное же исследование трупа уточняет вывод о причине смерти, морфологические изменения органов и систем, являющиеся следствием прогрессирования заболевания, дополняют данные о патогенезе и особенностях механизма умирания.

Литература

1. Сайфутдинов Р.Г. Пиквикский синдром I Сайфут-динов Р.Г. Мухаметшина Г.А., Мухитова Э.И./I Вестник современной клинической медицины. -2012. Выпуск № 3. том 5. - С. 63-66.

2. Burwell C. S., Robin E. D., Whaley R. D., Bicklemann A. G. Extreme obesity associated with alveolar hypoventilation; a Pickwickian syndrome. (англ.) // Am. J. Med.. — 1956. — Т. 21. — № 5. — С. S11—S1S.

3. Charles Dickens. The posthumous papers of the Pickwick Club. Ch. I-LVII. 1S37.

МОДЕЛЬ С ДИНАМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ СОСТОЯНИЕМ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Протасова Виктория Владимировна

Магистрант кафедры биомедицинской инженерии, Юго-Западного государственного университета, г. Курск

Филист Сергей Алексеевич

Доктор наук, профессор кафедры биомедицинской инженерии, Юго-Западный государственный университет,

г. Курск

Федянин Вадим Витальевич

Аспирант кафедры биомедицинской инженерии, Юго-Западный государственный университет, г. Курск

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается возможность управления функциональным состоянием сложной системы на основе понятия структурно-функциональной единицы. Предложены модели перехода сложной системы из одного функционального состояния в другое.

Ключевые слова: сложная система, функциональное состояние, латентные переменные, структурно - функциональная единица, индикаторные переменные.

В современной медицине происходит заметное изменение парадигмы в лечении больных. В новой парадигме объединены информационные технологии, наука и клиническая терапия для улучшения здоровья и удовлетворения потребностей пациентов. Конкретным воплощением этой парадигмы является персонализированная (или целенаправленная) медицина. Это определенная модель

организации медицинской помощи людям, основанная на выборе диагностических, лечебных и профилактических средств, которые были бы оптимальными для пациента, с учетом его генетических, физиологических, биохимических и других особенностей.

Таким образом, ключевым вопросом в обеспечении возможности осуществления персонализированной меди-

цины является мониторинг эффективности терапевтических процедур или эффективности лекарственных назначений.

Для оценки эффективности лекарственных назначений необходим комплект контролируемых параметров живой системы, который бы адекватно описывал состояние системы и динамику ее состояния. В связи с множеством лекарственных назначений и терапевтических процедур необходима универсальная модель функционального состояния живой системы, параметры которой были бы доступны для измерений или вычислений.

Если в качестве модели сложной системы выбрать модель, основанную на активизации структурно-функциональных единиц (СФЕ) [1], то уровень реакции системы на возмущающее воздействие или эффективность лекарственной терапии определяется числом СФЕ, активизированных или деактивизированных в результате лекарственной терапии.

Согласно [1] Система - это совокупность «активированных» и «не активированных» СФЕ. Система рассчитана на некий номинальный режим работы, под которым будем понимать минимальное количество «активированных» СФЕ, необходимое для обеспечения гомеостаза системы в нормальных условиях. В отличие от [1], введем третий класс СФЕ - «вибрирующие» СФЕ. Для пояснения необходимости введения этого класса определим, с точки зрения СФЕ, понятие ресурса системы и резерва системы. Под ресурсом системы будем понимать число «не активированных» СФЕ, при поддерживании Системой своего номинального или текущего режима. Под резервом Системы будем понимать минимальное количество СФЕ, которые может включать/отключать система, находясь в номинальном или текущем режиме. Эти СФЕ назовем «вибрирующими.

На рисунке 1 представлена графическая модель функционального состояния Системы с позиции резерва и ресурса СФЕ.

Состояние Область номинального режима СФЕ . функционирования Системы

Реакция Системы на изменение внешней среды в пределах неизменяемой структуры

№№ п/п СФЕ

Функцио нальный резерв

4-►

Функциональный ресурс

Рисунок 1. Графическая модель функционального состояния Системы с позиции резерва и ресурса СФЕ

При фиксированном соотношении между ресурсом и резервом Системы структура Системы, то есть топология и взаимодействие ее СФЕ друг с другом, остаются неизменны. Перераспределение ресурса системы приводит к изменению структуры Системы. Поэтому модель, основанную на такой гипотезе, назовем моделью с динамической структурой.

В модели принята гипотеза, что СФЕ системы могут быть в трех состояниях. Квантовое функциональное состояние определяется соотношением, в котором находятся эти три состояния СФЕ в системе. Так как число СФЕ в системе неизвестно, то число СФЕ, находящихся в трех вышеперечисленных состояниях выражаем в относительных единицах.

Следующий вопрос, который должен быть решен при построении модели с динамической структурой - это выбор способа для определения соотношения, позволяющего определить, сколько СФЕ из ресурса выбирается ре-

зервом при переходе Системы из одной структуры в другую. Здесь можно воспользоваться принципом «пятьдесят на пятьдесят» или принципом «Золотого сечения».

Процесс перехода Системы из одного структурного состояние в другое сопровождается перераспределением ресурса Системы и с позиции теории сложных систем может быть описан посредством трех латентных

п

переменные, первая из которых п - характеризует функциональное состояние системы (число активизированных СФЕ), вторая О -«напряженность» внешней среды, а третья & - уровень возмущающего (терапевтического) воздействия. Под переменной & понимается «измеряемое» воздействие на Систему. Однако шкала измерения этого воздействия определена во внешней, относительно Системы, среде. При переносе на системную шкалу имеют место определенные искажения, обусловленные отображением пространства возмущающего воздействия на системные координаты. Так как у каждой Системы свои системные координаты (своя шкала), то отображение

возмущающего воздействия для различных систем будет различно.

Чтобы определить функциональное состояние системы необходимо выбрать множество индикаторных переменных, которые, с одной стороны, были доступны для измерения, а, с другой стороны, достаточно полно отражали функциональное состояние системы или ее подсистем на всех квантовых уровнях функционального состо-

п

яния д . Эти условия отражают следующие выражения:

д. = /(Х1г, Х2г , ...ХЖ)

д (У), '

У. = У,_1 + щ(Р,)

Р = 9&] |дм)

(1) (2) (3)

_(4)

где д - 1-й квантовый уровень состояния системы, ' =1'м , характеризующийся дискретными значениями распреде-

Iх!, Х2,...ХМ }

ления ресурса системы;

множество инди-

У

каторных переменных, ' - вектор i-го дискретного состояния системы (имеет компоненты у1 и у2) характеризующий состояния СФЕ, определяющих ьй уровень функционального состояния системы (равен относи-

д

тельному числу активизированных СФЕ в состоянии '),

Р

1 - условная вероятность перехода системы из состояния 1-1 в состояние i при условии, что она была в состоянии

п_1

при воздействии на систему фактора

&1 <а2 <...<ам

а;

] = 1, м

при условии, что

В качестве индикаторов могут быть выбраны показатели крови, как одни из наиболее релевантных индикаторов, или показатели, предложенные в [2].

На рисунке 2 представлена динамика изменения структуры Системы при выборе соотношения между резервом и ресурсом «пятьдесят на пятьдесят».

Если выбрать континуум пациентов, описывае-

д

мых различными латентными переменными ш' 1, и фиксированное внешнее воздействие (лекарственную дозу)

одинаковую для всех пациентов, то полагаем, что при оптимальном сочетании латентной переменной д и латентной переменной а , вероятности активации/деактивации СФЕ равны 'А.

Если измерять все латентные переменные на одной шкале в относительных единицах, лежащих в диапазоне С0,1], то можем положить, что при высоком уровне

а (а >> д, то есть доза выбрана таким образом, что она изменяет функциональное состояние у всех пациентов) активируются практически все СФЕ и, следовательно, вероятность активации отдельной СФЕ стремится к единице. Наоборот, если а относительно мало (& << д), то вероятность активации отдельной СФЕ близка к нулю.

0,25

0,5

0,75

1

Рисунок 2. Динамика изменения структуры Системы (векторы, отражающие динамику Системы, проведены более толстыми линиями) при выборе соотношения между резервом и ресурсом «пятьдесят на пятьдесят»: горизонтальные штриховые линии соответствуют динамики изменения резерва Системы, а вертикальные штриховые линии - динамика ресурса Системы

Таким образом, в качестве модели зависимости (4) для к-го пациента из континуума можем использовать логистическую модель, которая представлена уравнением

Р =

ехр(д _дк,,._1)

1 + ехр(&7 _дш,,_1)

Приняв модель (5), можем построить модель (1), которая является основной моделью для мониторинга динамики функционального состояния сложной системы. Для построения модели (1) можем использовать несколько методов. Остановимся на одном из них.

Метод основан на выделении реперного сигнала или системного ритма, определяющего момент, когда

а, =0,-1 ^

. В качестве такого реперного сигнала можно использовать пики вариации модуля вектора индикаторных признаков или смещение спектральной плотности некоторого индикаторного параметра выше порогового значения при монотонном увеличении возмущающего воздействия а . При этом диапазон а разбивается на произвольное

значение поддиапазонов L > М и при каждом детектировании (обнаружении) реперного сигнала решается уравнение

ехр(д -вк^^ 1 + ехр(а] -вк,,-1) 2. (б)

Уравнение (6) позволяет получить ранжированный ряд функциональных состояний, которым соответствуют соответствующие векторы индикаторных переменных, на основе которого может быть построена таблица экспериментальных данных для определения интерполирующей функции, аппроксимирующей функциональную зависимость (1). Интерполяция (1) осуществляется для каждой отдельной системы при условии того, что на нее можно воздействовать а из всего диапазона возможных значений. В случае отсутствия такой возможности, необходимо формировать обучающие выборки с известными функциональными состояниями 1.

Таким образом, согласно принятым гипотезам,

л

функциональное состояние системы в характеризуется двумя параметрами у1 и у2 и связано с ними некоторой функциональной зависимостью

0 = f (ylt y2)

(7)

а при нахождении системы в оптимальном состоянии y2=0,5; yi=(1/2)y2 или, если руководствоваться принципом «Золотого сечения» при определении соотношения между «включенными» СФЕ и резервными -«вибрирующими» СФЕ, то координата y2 в номинальном режиме определяется из решения квадратного уравнения [3].

Так как параметры yi и y2 являются не наблюдаемыми, то чтобы определить функциональное состояние системы необходимо выбрать множество индикаторных

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

iXl , Хл ,. .X д J i ^

переменных v 1 2 " ', которые, с одной стороны,

были доступны для измерения, а, с другой стороны, достаточно полно отражали функциональное состояние системы или ее подсистем на всех квантовых уровнях функ-

а

ционального состояния 0. Эти условия отражает следующее выражение (1).

Переход системы из одного функционального состояние в другое связан с изменением числа активных СФЕ. Подставляя (1) в (5), а (5) в (7), можем, как определить оптимальные параметры акции, а также осуществлять контроль динамики сложной системы в результате внешних управляемых воздействий.

Список литературы

1) Гайдес, М.А. Общая теория систем (системы и системный анализ)/ М.А. Гайдес - Тел Авив: Госпиталь им. Хаима Шибы, Тель Ашомер, 2004.

2) Кореневский, Н.А., Руцкой Р.В., Рябкова Е.Б. Метод синтеза комбинированных нечетких правил принятия решений по оценке и коррекции состояния здоровья человека // Системный анализ и управление в биотехнических системах, 2013, Т. 12, №4.- C. 1075-1079.

3) Васютинский, Н. А. Золотая пропорция. — М.: Молодая гвардия, 1990. — 238 с.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ ЦЕНТРА ОСТРЫХ ОТРАВЛЕНИЙ ГОРОДА

ОМСКА ЗА 2005-2014 ГГ.

Сабаев Александр Владимирович

канд. мед. наук, заведующий отделением острых отравлений (у психиатрических больных) БУЗ Омской области

«ГКБСМП №», г. Омск Кондратьева Наталья Александровна канд. мед. наук, заместитель главного врача БУЗ Омской области «ГКБСМП№ 1» по клинико-экспертной

работе, г. Омск

Актуальность

В условиях рыночной экономики особенно важно определить финансовую устойчивость организации, т.е. состояние финансовых ресурсов, при котором организация может свободно маневрировать денежными средствами, чтобы путем эффективного их использования обеспечить бесперебойный процесс производства и реализации медицинских товаров, услуг, а также произвести затраты по расширению и обновлению основных средств

[1, 4].

По мере перехода к рыночным отношениям анализ производственной, хозяйственной, финансовой деятельности организаций здравоохранения приобретает сугубо прикладной характер, так как он становится основой тактики и стратегии развития организаций [2,3].

Главная цель финансового анализа - получение основных, наиболее информативных показателей, дающих объективную и точную картину финансового состояния организации, ее доходов и расходов, прибылей и убытков, изменений в структуре активов и пассивов, в расчетах с дебиторами и кредиторами [3,4].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.