CC BY
27
© Дунаев A.A., Тупицын В.А., Кирьяков О.В., 2001 УДК 615.847.8.008.2
ВОЗМОЖНОСТИ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ БИОТРОПНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ПРИ МАГНИТОТЕРАПЕВТИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ПАЦИЕНТА
A.A. Дунаев, Щ.А.Тупицын\, О.В.Кирьяков
Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П.Павлова,
Рязанская государственная радиотехническая академия
В статье рассматривается способ оперативного управления биотропны-ми параметрами магнитного поля с использованием интегрального критерия на основе модифицированного кластерного анализа.
При осуществлении магнитотерапевтического воздействия желательно следить за реакциями организма пациента непосредственно в течение сеанса. В связи с этим возникают две задачи: узкая - отследить внезапное ухудшение состояния больного, и, более широкая,
- обеспечить возможность по изменениям диагностических показателей пациента судить об эффективности воздействия, и при необходимости корректировать параметры магнитного поля для ее увеличения. Хотя, в целом, в практике магнитотерапии резко отрицательного влияния магнитного поля на организм человека, вызывающего предельные состояния (шок, инфаркт, гипертонический криз и др.) не замечено, вероятность таких проявлений остается, причем необязательно от воздействия магнитного поля, а в силу других причин.
В качестве диагностических показателей могут быть использованы ос-
новные функциональные и физиологические показатели (артериальное давление, параметры ЭКГ и электроэнцефалограммы, реограммы и др.). Основная проблема при этом состоит в выборе наиболее значимого показателя, или их совокупности для конкретного пациента с учетом его основного и сопутствующих заболеваний. Постоянный контроль лечащим врачом невозможен, ввиду его высокой трудоемкости, и низкого быстродействия ручной корректировки методики, поэтому весьма трудно организовать оперативное управление биотропными параметрами магнитного поля непосредственно в течение сеанса воздействия.
Таким образом, возникает задача разработки интегрального критерия оценки состояния пациента, подвергающегося лечебному воздействию, для оперативного управления и контроля
за его течением. Основные требования, накладываемые на критерий:
- возможность выработки однозначного решения - в положительном или отрицательном направлении происходит изменение состояния больного;
- возможность его автоматизированного расчета в течение сеанса маг-нитотерапии;
- возможность задания граничных условий изменения состояния пациента, при которых необходимо привлечь внимание к больному медицинского персонала, или прервать сеанс воздействия;
- возможность оценки степени приближения его текущей оценки по окончании сеанса к оптимальному состоянию пациента.
Материалы и методы
Перед началом лечения из базы данных выбирают значения основных функциональных и физиологических показателей, характеризующих «норму», к которым нужно стремиться при лечении данного заболевания, и перед началом лечения с помощью измерительно-диагностических приборов измеряют значения основных функциональных и физиологических показателей пациента, входящих в выбранный критерий оценки состояния, которые используются в качестве исходных. В ходе каждого сеанса лечения периодически измеряют эти же показатели и сравнивают их с исходными, с «нормой» и с показателями, полученными в предыдущих сеансах, вычисляя при этом их приращения. В соответствии с обобщенным критерием происходит оценка изменения состояния больного, и, в соответствии с этим, параметры магнитотерапевтического воздействия для достижения наибольшей эффективности лечения.
Результаты и их обсуждение
Пациента можно представить как объект имеющий п каналов, по которым на него воздействуют биотропные параметры магнитного поля.
качестве выходной характеристики пациента как
объекта можно представить обобщенный параметр, характеризующий пациента У где
У1*У2**™>Ум “ отдельные медико-биологические характеристики пациента,
снимаемые с него в течение сеанса воздействия, до него и после. При этом необходимо учитывать наличие неконтролируемого воздействия на пациента совокупностью внешних неконтролируемых параметров Под этими неконтролируемыми в процессе воздействия параметрами подразумеваются как факторы внешней среды, действующие постоянно, но с трудноучитыва-емыми характеристиками воздействия, так и протекающие физиологические процессы в организме пациента, которые невозможно, или очень трудоемко учитывать в процессе лечения.
Наличие неконтролируемых возмущений, приводящих к изменению параметров ? ^2 Делают
невозможным поддержание требуемого значения 1 .путем стабилизации параметров воздействия
X = |д'|»%,, Хл ] на априорно заданном уровне, или изменения его по заранее известному закону. Подобная задача может быть решена путем экспериментального подбора оптимального набора биотропных воздействующих парамет-
ров Ж «ф'ьхз,.,.,,* анализируя у* _./•*• . * * \
текущее состояние 1 -у'’ г*—■,>’
в процессе каждого сеанса воздействия.
В результате лечения значения состояния
пациента У = ) постоян-
но стремятся к требуемому значению
*0 * , >?®2 >’ -»Убж ) * характеризу-
ющему значения диагностических параметров здорового человека. Целью оптимизации процедуры воздействия является синтез такого набора
X “(* 1*-%' »}, который обес-
печивает максимально быстрое достижение состояние здорового человека
согласно признакам вектора У .
Особенностью пациента как объекта оптимального управления также состоит в том,что он обладает значительной инерционностью отклика изменения У = (>’| ,У2Ут) от изменения воздействующего параметра
X = (л^1 *Д‘2»---*-%) [1]. Значение этой задержки определяется как индивидуальными параметрами пациента, так и тем, какие диагностические характеристики пациента используются в составе вектора У .. В подобных случаях для обеспечения работоспособности и высокого качества работы магнитотерапевтической системы необходимо оценивать и учитывать динамику отклика.
При принятии решения о том, что один из вариантов воздействия на пациента более предпочтителен в данном случае, чем другой, необходимо ориентироваться по совокупности всех оцениваемых диагностических параметров, так как вариант воздействия может не быть оптимальным ни для одного отдельно взятого биологического параметра, а быть оптимальным по их совокупности. Для решения подобных задач используются методы кластерного многокритериального анализа [3].
Кластерный аш|^ „ !^это метод группировки многомерных наблюдений или объектов, основанный на определении и последующем выделении из них групп (кластеров) с использованием прикладных алгоритмов и программ. При этом не требуется априорная информация о виде распределения признаков совокупности. В известных алгоритмах кластерного анализа в качестве расстояния между двумя объектами используют евклидово
пространство в п - мерном пространстве признаков [4]:
Цт ““.«] 2^^Ы ш
Ы (1)
где I 1,2.. п - номер признака (показателя).
При исследовании объектов различные признаки могут иметь сильно отличающиеся по абсолютной величине значения. Поэтому целесообразно пронормировать различие между единицами совокупности по каждому признаку, т. е. вычислить среднеквадратическое отклонение признака Б. и затем нормированное отклонение [2]:
К--Г ■
(2)
Более совершенные алгоритмы кластерного анализа должны учитывать разную значимость (вес) груп-пировочных признаков.
Авторами разработаны алгоритмы и программа (на языке Равса!) модифицированного кластерного анализа с
учетом “весовых” коэффициентов на основе выражения:
%
5,
В программе предусмотрен ввод значений “весов” с одновременной проверкой условия нормирования
(Г***1*
Ы и возможности расчета средних и среднеквадратических значений с последующей нормировкой и вычислением “взвешенных” признаков. Выходные данные приводятся в натуральном (ненормированном) виде. Работа алгоритма заканчивается, когда все наблюдения объединяются в заданное число кластеров или превышено пороговое значение.
Достоинством рассмотренного подхода является:
- по результатам анализа на основе формально описанного алгоритма каждого конкретного пациента можно отнести к определенному кластеру, и по его номеру определить совокупность применимых методик воздействия;
- в процессе лечения по результатам анализа диагностических признаков с учетом их весовых коэффициентов, происходит движение пациента в кластерном пространстве, и на этой основе возможна соответствующая корректировка методики;
для задания нормы достаточно определить соответствующий кластер.
Выводы
1. Формирование многомерного кластерного пространства осуществляется на основе анализа рекомендаций по применению существующих отработанных лечебных методик для конкретных совокупностей основного и сопутствующего заболевания. Число кластеров при этом определяется числом методик, а мерность его - числом приме-
няемых при этом диагностических параметров.
2. Особенность процедуры оперативного управления ходом лечения определяется тем, что в течение его возможен контроль только ограниченного количества параметров пациента, меньшего, чем при первоначальном обследовании (ввиду значительной инерционности многих показателей, или технической сложности их регистрации в условиях интенсивных магнитных помех от магнитотерапевтического аппарата), поэтому переходы возможны только в соседние кластеры, для которых значение неконтролируемых координат остается неизменным.
ЛИТЕРАТУРА
1. Биологическая и медицинская кибернетика: Справочник. - Киев: Наукова думка, 1986. - 376 с.
2. Жаднов В. А., Дунаев А. А., Тупи-цын В. А. Диагностика медикаментозной резистентности эпилепсии экспертным методом // Проблемы нейрохирургии: Науч. тр. / Под ред. В.П. Бертеньева и проф. Н.М. Рябухи - СПб., 2000 - С. 343.
3. Харченко Л.П. и др. Статистика: Курс лекций / Под ред. В.Г.Ионина. - Новосибирск: Изд-во НГАЭиУ.: ИНЭРА -М, 1998.-310 с.
4. STATGRAFICS - в помощь студенту медицинского вуза: Учебное пособие для студентов и аспирантов / Сост. Ю.Ю.Бяловский; Подред. В.Н.Абросимо-ва. - Рязань, РГМУ, 1998. - 134 с.
OPPORTUNITIES OF OPERATIVE
MANAGEMENT BIOLOGICAL IN PARAMETERS AT MAGNETIC THERAPEUTIC INFLUENCE.
A.A.Dunaev, V.A.Tupitsin, O.V.Kiriakov
In clause the way of operative management biological in parameters of a magnetic field with use of integrated criterion is considered on the basis of modified cluster of the analysis.
