CC BY
12
УДК 615.47:616-072.7
Г. А. Машевский, З. М. Юлдашев
Расширение комплекса показателей для системы мониторинга патологических отклонений в организме человека
Ключевые слова: мониторинг состояния пациента, мультисенсорные системы, потенциометрия, висмутовый электрод, нейронные сети.
Keywords: monitoring of the patient condition, multi-sensor systems, potentiometry, bismuth electrode, neural networks.
Рассматривается возможность расширения комплекса показателей, используемых в системе мониторинга состояния пациента на протяжении его послеоперационного лечения, путем включения в него висмутового электрода. Исследованы информативность и диагностическая ценность данного показателя, показавшие целесообразность его применения.
Одной из актуальных проблем современной медицины является организация эффективного мониторинга состояния пациентов на протяжении их нахождения в стационарных медицинских лечебных учреждениях. Особую важность подобный мониторинг имеет при послеоперационном лечении и реабилитации пациентов, поскольку позволяет вовремя выявить и не допустить развития угрожающей жизни патологии.
В качестве одного из объективных методов послеоперационного контроля состояния пациента может использоваться инструментальное исследование ионного состава биосубстратов. Разработанная нами мультисенсорная система потенциоме-трического контроля биосред организма человека базируется на применении различных электродных датчиков, обладающих перекрестной чувствительностью [1, 2]. В то же время остается потребность в повышении диагностических возможностей предложенной системы, в том числе за счет увеличения количества контролируемых параметров. В настоящем исследовании рассматривается вопрос расширения информационного пространства системы мониторинга путем применения электрода из металлического висмута.
Висмутовый электрод относится к классу мета-локсидных электродов, которые широко используются для измерения и контроля рН жидких сред [3]. Привлекательность использования висмутово-
го электрода обусловлена прежде всего простотой и надежностью при диагностике патологических отклонений в организме человека.
Взаимосвязь потенциалов Вьэлектрода с патологическими отклонениями в организме человека была изучена с помощью нейросетевого моделирования Кохонена.
Исходный массив включает 2632 наблюдения. Рассчитана нейросетевая модель Кохонена СОКК 10:10-245:1 формата 5x49. Обучающая выборка включала 1316 наблюдений, контрольная — 658, тестовая — 658.
В целях интерпретации нейросетевой модели СОКК 10:10-245:1 применен факторный анализ средних значений входных переменных для элементов решетки Кохонена. Получена компонентная матрица, представленная в таблице. Набор из четырех главных компонент, представленных в таблице, описывает 72,8 % дисперсии от общей дисперсии исходных данных.
Компонентная матрица подчеркивает влияние потенциалов висмутового электрода при диагностике патологических отклонений в организме человека по двум факторам: ^ и ^3. На рисунке, представленном на обложке, дана проекция многофакторного пространства на плоскость ^1—^3. В соответствии с факторными нагрузками компонентной матрицы на плоскости нанесены вектора исходных признаков и изолинии процента ракового заболевания в элементах решетки Кохонена. Около точек, фиксирующих наблюдения, проставлены номера элементов решетки Кохонена.
При более отрицательных значениях вектора В1 формируется кластер, отражающий форму И8_-интоксикации организма. При более отрицательных значениях Ке^х-потенциала (Р^ концентрируются элементы решетки Кохонена при интоксикации организма катионами Ге2+. В обоих кластерах наблюдается концентрация изолиний с повышенным процентом ракового заболевания.
биотехносфера
| № 4(40)/2015
Таблица 1
Параметр Фактор ¥1 Фактор Е ^ Фактор ¥3 Фактор ¥4
Ыа 0,053 0,064 -0,007 0,862
рН -0,932 -0,058 0,188 0,007
ЬаЕ 0,326 0,643 -0,042 -0,091
Cd 0,059 0,419 0,555 -0,315
Bi 0,859 0,069 0,438 -0,038
ЕМ -0,163 0,892 0,119 -0,010
dK -0,062 -0,201 -0,005 0,722
dEh 0,057 -0,007 0,923 0,004
dNH 0,295 0,412 -0,470 -0,264
Ag 0,596 0,066 0,631 0,064
Физиологическая интерпретация НСЭФП Патология системы гемостаза Интоксикация организма Состояние энергетики организма
Изменение потенциала Вьэлектрода прослежено в виде коробчатых диаграмм в зависимости от состояния организма человека: здорового, при патологии и в послеоперационный период (рис.).
Наличие патологии отражается смещением потенциала Вьэлектрода в положительную область (0100000). Развитие воспалительных процессов в позднем реабилитационном периоде (0001000) фиксируется смещением потенциала Вьэлектрода в отрицательную область. Смещение потенциалов В1-электрода в положительную область является неблагоприятным фактором и заканчивается летальным исходом (0000010).
Эффективность диагностики патологических отклонений прослежена при нейросетевом
Диаграмма размаха (date_Cd_Bi_St6_2010_copy1 120у*3347е) -200
-180
1000000 0100000 0010000 0001000 0000100 0000010
Рис.
Коробчатые диаграммы потенциалов Ы-электрода при различных состояниях человеческого организма: 1000000 — здоровые люди; 0100000 — пациенты в дооперационный период; 0010000 — пациенты в ранний постреабилитационный период; 0001000 — пациенты в поздний реабилитационный период; 0000100 — выписка; 0000010 — летальный исход; □ — медиана; \ | — "25-75 %;
I — размах без выбросов; о — выбросы; т — крайние
моделировании с помощью ОРНС 10:10-1316-21:1:
Архитектура................. ОРНС 10:10-1316-2-1:1
Производительность обучения..........0,00056
Контрольная производительность ... 0,55
Тестовая производительность..........0,50
Ошибка обучения............................0,00
Контрольная ошибка......................2,54
Тестовая ошибка............................2,28
Входы..........................................10
Количество нейронов первого скрытого слоя 1316 Количество нейронов второго скрытого слоя 2
Описательные статистики по модели ОРНС 10:10-1316-2-1:1 следующие:
Архитектура сети......... ОРНС 10:10-1316-2-1:1
Среднее данных......................0,545
Ст. откл. данных....................0,232
Среднее ошибки......................—0,010
Ст. откл. ошибки....................0,088
Среднее абсолютной ошибки . . 0,046
Отношение ст. откл..................0,379
Корреляция..........................0,925
Высокая адекватность полученной модели позволяет надежно проследить по поверхностям отклика влияние изменения потенциалов Вьэлектрода на диагностику патологических отклонений.
Таким образом, в результате исследования доказана целесообразность использования Вьэлектрода для расширения информационного пространства системы мониторинга при диагностике патологических отклонений в организме человека.
Литература
1. Машевский Г. А., Юлдашев 3. М. Использование математического моделирования для распознавания и мониторинга интоксикации человеческого организма // Биомедицинская радиоэлектроника. 2010. Вып. 4. С. 40—44.
2. Машевский Г. А. Исследование влияния ионов фторида на состояние организма человека с помощью ЪАЕ3-электрода // Биомедицинская радиоэлектроника. 2010. № 11. С. 69-73.
3. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. 5-е изд. М.: Химия, 1979. 448 с.
№ 4(40)/2015 |
биотехносфера
точки
Иллюстрация к статье
Л. М. Смирнова, А. Н. Шеповальников, 3. М. Юлдашев Изменение динамобароплантографических параметров ходьбы при моделировании
психофизиологических состояний
а) б)
Рис. 1. Основной вариант графического представления данных в программе «ДиаСлед-М-Скан» (анализ ходьбы): а — баро-плантограмма (карта распределения давления на плантарную поверхность стопы); б — траектории миграции центров давления; в — динамоподограммы (графики изменения суммарного давления на стопы)
Иллюстрация к статье
Г. А. Машевский, 3. М. Юлдашев Расширение комплекса показателей для системы мониторинга патологических отклонений
в организме человека
Р? — расстояние взвешенных наименьших квадратов
Рис. 1. Проекция многофакторного пространства на плоскость О— интоксикация — НЭ~; О — интоксикация — Ре2+; □ — почечная недостаточность; О — энергетическая недостаточность; о — пиелонефрит; I I — нарушение секреторно-экскреторной функции точек; -»■ —
летальный исход
,92 88 84 80 76 72 68 64 60 56 52 48
