Метод та інформаційна технологія вибору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини

Размещено на http://www.allbest.ru/

харківський національний університет

радіоелектроніки

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Метод та інформаційна технологія вибору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини

Спеціальність 05.11.17 - біологічні та медичні прилади і системи

Порван Андрій Павлович

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Висоцька Олена Володимирівна,

Харківський національний університет радіоелектроніки, доцент кафедри біомедичних електронних пристроїв та систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Злепко Сергій Макарович,

Вінницький національний технічний університет,

завідувач кафедри проектування медико-біологічної апаратури,

кандидат технічних наук, доцент

Поворознюк Анатолій Іванович,

Національний технічний університет «Харківський

політехнічний інститут», професор кафедри обчислювальної техніки та програмування.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. На теперішній час при відновленні порушеної рівноваги організму людини інтерес представляють методи терапії, що впливають на організм найбільш щадним чином. Одним з таких методів є фітотерапія - спосіб відновлення порушеної рівноваги організму людини лікарськими засобами рослинного походження, який може бути використаний як самостійний або додатковий вид лікування і профілактики різних захворювань, а також реабілітації пацієнтів з хронічними захворюваннями. Новий етап розвитку цього виду лікування потребує перегляду відношення до нього, а також розробки сучасних методів та технологій проведення і оцінки його ефективності. Реперторизація - процес підбору рослинних лікарських засобів з патогенезом, який схожий із симптомокомплексом людини. При цьому процес вибору лікарських засобів шляхом аналітичного порівняння симптомокомплексу пацієнта із лікарським патогенезом, у результаті своєї багатовимірності, є досить складним завданням і вимагає системного підходу.

Відомі методи і моделі визначення компонентів набору з рослинних лікарських засобів не дозволяють раціонально проводити підбір рослинних лікарських засобів, так як не враховують індивідуальні особливості організму людини. При цьому параметри, що використовуються в математичних моделях, або зазначені в неявному вигляді, або не можуть бути застосовані під час комплексного призначення лікарських засобів, що, в свою чергу, може призвести до помилки під час розрахунку оціночних функцій, які оптимізуються. Тому задача формування індивідуального рецепту з урахуванням індивідуальних особливостей пацієнта і фармакологічних властивостей рослинних лікарських засобів є актуальною і може бути вирішена за допомогою створення ефективного методу та інформаційної технології вибору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Основу роботи складають результати теоретичних і практичних досліджень, виконаних автором у рамках науково-дослідної роботи по держбюджетним темам ХНУРЕ «Дослідження теоретичних та технічних принципів оцінки стану людини, профілактики, лікування та реабілітації» (№ д/р 0107U001541) і «Дослідження теоретичних та технічних принципів діагностики, оцінки та корекції медико-соціального стану людини» (№ д/р 0110U002532), планових робіт за договором «О научно-техническом сотрудничестве между Харьковским национальным университетом радиоэлектроники и Национальным фармацевтическим университетом» (№ 90), а також договором № ДЗ 308-2008/1 «Апаратно-програмний комплекс для визначення молекулярних механізмів розвитку патології організму людини та оптимізації процесу лікування кардіологічних захворювань різної етіології» (№ д/р 010U007614). У зазначених темах здобувач був виконавцем окремих розділів.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методу та інформаційної технології використання рослинних лікарських засобів при комплексному відновленні здоров'я людини.

Для досягнення мети необхідно вирішити наступні завдання:

провести аналіз існуючих математичних моделей та методів вибору рослинних лікарських засобів, а також інформаційних технологій формування лікувально-профілактичних заходів при відновленні порушеної рівноваги організму людини;

розробити математичну модель вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії при комплексному відновленні здоров'я людини і оцінки зміни стану організму людини під дією лікарських засобів;

розробити метод визначення складу лікарського набору з рослинних лікарських засобів з різними механізмами впливу на організм людини при проведенні лікувально-профілактичних заходів;

запропонувати та реалізувати інформаційну технологію формування лікувально-профілактичних заходів для відновлення порушеної рівноваги організму людини і забезпечити автоматизацію індивідуального вибору рослинних лікарських засобів за допомогою створення автоматизованого робочого місця (АРМ) лікаря-фітотерапевта;

провести експериментальну перевірку розроблених метода та інформаційної технології з використанням АРМ лікаря-фітотерапевта.

Об'єкт дослідження: процес формування набору рослинних лікарських засобів при відновленні порушеного рівноваги організму людини.

Предмет дослідження: математичні моделі, методи та інформаційна технологія вибору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини.

Методи дослідження. У роботі використані методи прийняття рішень в медицині - для оцінки суб'єктивності думок експертів та їх корегування під час визначення ступеня тяжкості стану організму пацієнта, методи імітаційного моделювання - при побудові математичної моделі оцінки зміни стану організму людини під дією лікарських засобів, чисельні методи оптимізації - під час побудови математичної моделі вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії та оцінки зміни стану організму людини.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше розроблено метод визначення складу лікарського набору, що враховує поліспрямованість механізму впливу на організм людини рослинних лікарських засобів, які використовуються для створення раціонального набору, що дозволяє підвищити ефективність лікувально-профілактичних заходів [20].

2. Вперше розроблена математична модель вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії на базі тривимірного простору ознак, що враховує як інформацію про стан організму людини, так і інформацію про рослинні лікарські засоби, які використовуються в процесі реперторизації, що дозволяє виконати раціональний вибір засобів і комплексно підійти до процесу відновлення організму людини сформованим набором [4, 6, 7].

3. Удосконалено математичну модель оцінки зміни стану організму людини під дією лікарських засобів, яка відрізняється від відомих використанням для опису стану організму людини математичного апарату напівмарковських процесів, що дозволяє проводити оцінку зміни стану організму людини [5, 8, 10].

Практична цінність отриманих результатів.

1. Запропоновано інформаційну технологію формування лікувально-профілактичних заходів для відновлення порушеної рівноваги організму людини, яка використовує математичні моделі вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії при комплексному відновленні здоров'я людини, оцінки зміни стану організму людини під дією лікарських засобів, а також метод визначення складу лікарського набору з рослинних лікарських засобів з різними механізмами впливу на організм людини, що дозволяє скоротити термін лікування та запобігти появі побічних ефектів (акт впровадження на Державному підприємстві «Інститут дерматології і венерології АМН України»).

2. Запропонована інформаційна технологія формування лікувально-профілактичних заходів була покладена в основу роботи розробленого АРМ лікаря-фітотерапевта для автоматизації індивідуального вибору рослинних лікарських засобів, що дозволило оптимізувати процес підбору рослинних лікарських засобів з різною спрямованістю фармакологічної дії та систематизовано підійти до процесу індивідуального лікування захворювань людини (акт впровадження на Державному підприємстві «Інститут дерматології і венерології АМН України»).

3. Результати дисертаційної роботи були клінічно апробовані у міській дитячій клінічній лікарні № 23 м. Харкова та впроваджені у ДУ «Інститут дерматології і венерології АМН України» (акт клінічної апробації).

4. Матеріали роботи використовуються в навчальному процесі кафедри біомедичних електронних пристроїв і систем Харківського національного університету радіоелектроніки при вивченні дисципліни «Комп'ютерні технології в медицині», в курсовому та дипломному проектуванні (акт впровадження).

Особистий внесок здобувача. Всі положення дисертації, які виносяться на захист, основні результати теоретичних і експериментальних досліджень отримані автором самостійно. У роботах, опублікованих в співавторстві, автору належить: зведення вихідної багатокритеріальної дискретної задачі до задачі нелінійного програмування [1], розв'язання задачі оптимізації рецептурного простору на змішаному графі [2], формулювання задачі оптимізації та введення функції логарифма в цільову функцію математичної моделі [3], алгоритм індивідуального підбору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини [18], розробка коефіцієнтної матриці KDE впливу фармакологічних дій рослинних лікарських засобів на організм людини [12], розробка інфологічної та фізичної моделей даних для бази даних [19], постановка задачі розробки детермінованою параметричної моделі вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії [4, 6], метод визначення складу лікарського набору з рослинних лікарських засобів [20], розробка програмного засобу для АРМ лікаря-фітотерапевта [5, 9, 13, 14, 16], використання методу аналізу ієрархій для оцінювання суб'єктивної інформації при визначенні ступеня тяжкості стану організму людини [8, 17], математична модель та підхід комплексної оцінки рівня відновлення порушеної рівноваги організму людини [5, 10, 15], використання напівмарковського ланцюга для оцінки зміни стану організму людини під дією рослинних лікарських засобів [10].

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати і положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на різних міжнародних і національних науково-технічних конференціях, зокрема, на: Міжнародному молодіжному форумі «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке», Харків, 2004; 10-й Ювілейній міжнародній науковій конференції «Теория и техника передачи, приема и обработки информации», Харків, 2004; Українській науково-практичній конференції з міжнародною участю «Ліки - людині», Харків, 2004; Всеросійській науково-технічній конференції студентів, молодих вчених і фахівців «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы «Биомедсистемы», Рязань, 2006; 3-му Міжнародному радіоелектронному форумі «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития», Харків, 2008; ХХІХ міжнародній науково-практичній конференції «Применение лазеров в медицине и биологии», Харків, 2008; 8-й Всеукраїнській науково-технічній конференції «Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об'єктів», Кременчук, 2009; Науково-практичній конференції «Интеллектуальные системы принятия решений и проблемы вычислительного интеллекта (ISDMCI'2009)», Євпаторія, 2009.

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 20 наукових робіт, з них 8 статей у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України; 10 матеріалів та тез доповідей на конференціях, з'їздах і симпозіумах, 1 патент України на корисну модель, 1 державне свідоцтво реєстрації авторського права на твір.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, у яких викладено основні результати, висновків, списку використаних літературних джерел, який нараховує 122 найменування, додатків. Повний обсяг дисертації складає 176 сторінок, із них 139 сторінок основного змісту, що включає 18 таблиць та 21 ілюстрацію по тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено загальну характеристику роботи, обґрунтовано її актуальність, сформульовано мету та основні завдання дослідження, визначені об'єкт, предмет і методи дослідження, наукова новизна і практична значущість отриманих результатів, наведено дані про публікації та особистий внесок автора в роботи, виконані у співавторстві, відомості про апробацію результатів дисертації.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан питання виникнення побічної дії лікарських засобів під час лікування та раціонального підбору рослинних лікарських засобів при відновленні порушеної рівноваги організму людини, охарактеризовано питання, які підлягають першочерговому розв'язанню, а також виділені основні напрямки щодо вдосконалення роботи фармацевтичної галузі та лікувально-профілактичних установ, серед яких найбільшої уваги, за даними МОЗ України, заслуговують:

- розробка методів і засобів індивідуального підбору препаратів відносно особливостей захворювань і супутніх патологій пацієнта;

- впровадження нових інформаційних технологій в практику лікувально-профілактичних заходів.

Виконано аналіз математичних моделей та оптимізаційних методів, що використовуються під час проведення підбору лікарських засобів, визначено клас методів та моделей підтримки прийняття рішення при формуванні лікувально-профілактичних заходів. На основі проведеного аналізу обґрунтовано напрямки дослідження, сформульовано завдання дослідження. лікарський фітотерапевт рослинний

У другому розділі формалізована задача формування набору із рослинних лікарських засобів поліспрямованої дії на організм людини, розроблено математичну модель раціонального вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії при відновленні порушеної рівноваги організму. також вдосконалена математична модель оцінки зміни стану організму людини в класі напівмарковських процесів.

Для розробки математичної моделі та метода раціонального вибору рослинних лікарських засобів поліспрямованої дії при відновленні порушеної рівноваги організму людини була розглянута наступна задача.

Нехай під час діагностики пацієнту було поставлено ряд діагнозів D = {}, k ? ID; ID ? ID_U, де - k-й діагноз або симптом. При лікуванні k-гo діагнозу/симптому показане застосування деякої множини рослин Т_k = {t^k_j}, j ? IT_k; IT_k ? IT_U, де t^k_j - j-а рослина, що показана до застосування при лікуванні k -го діагноза або симптома. Тоді множина лікарських засобів для лікування всього симптомокомплекса людини визначиться як:

. (1)

Для врахування віку пацієнта, його імунного та гомеостатусу сформовано розширений базис

,

де =G_В - ступінь тяжкості загального стану організму людини; =V - вікова категорія пацієнта; =A - присутня алергічна реакція.

Видомо, що кожний з діагнозів із може мати безліч протипоказань до застосування , де ITP_k? - множина індексів рослин, протипоказаних k-му діагнозу. Тоді загальна множина протипоказань запишеться у вигляді:

, (2)

а уся множина рослинних лікарських засобів, обраних для лікування людини з урахування (1) та (2) визначиться як:

W = Т_Х \ ТР, (3)

зі своєю множиною індексів - IT_?.

Позначимо потужність множини допустимих трав через М_Т =М [?]. Відомо, що кожна рослина може мати множину несумісних з нею інших рослин , де - g-а рослина, що несумісна з j-ю рослиною, та множину фармакологічних дій , які впливають на організм людини та визначають ефективність лікувально-профілактичних заходів за допомогою рослин, де - i-а фармакологічна дія j-ї рослини з загального переліку дій DE_U зі своєю множиною індексів IDE_j .

Тоді математичну модель раціонального вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії можна представити в наступному вигляді

T^°=,

де KDE ={KDE_ijk?}, i ?, j ? , k? ? коефіцієнт ефективності дії i-ї фармакологічної дії j-ї рослини на k-й діагноз або симптом пацієнта з ,

- кількість рослин, що беруть участь в процесі, T^? - оптимальна множина рослин. Метою оптимізації є досягнення максимального ефекту від лікування по можливості мінімальним набором рослин. Тоді цільова функція може бути представлена як:

, (4)

де - відсутність підсумовування ефекту лікування від фармакологічної дії однаковоспрямованих рослин; - величина нормування, що характеризує кількість фармакологічних дій для k-гo діагнозу людини.

Цільова функція оптимізуватиметься в області, обмеженої вимогами по забезпеченню повноти фармакологічної дії на організм пацієнта та по фармакологічній взаємодії рослин між собою.

Оскільки представлена математична модель є дискретною, а задача знаходження оптимального рослинного набору багатовимірною і складною, було запропоновано звести її до безперервного вигляду.

Для приведення цільової функції (4) до безперервного вигляду було поставлено у відповідність кожній b_j деяку безперервну змінну .

Для знаходження оптимального рішення в такій постановці був використаний метод варіювання вагових коефіцієнтів у критерійних згортках, при цьому цільова функція моделі вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії набула вигляду:

, (5)

де - функція лікування k-гo діагнозу людини; ; ; - вектор допоміжних вагових коефіцієнтів, . Для знаходження мінімуму за , k ? , використовувався метод спряжених градієнтів.

Набуте значення цільової функції відображає мінімально можливий рівень ефективності лікування кожного діагнозу із загального симптомокомплексу пацієнта, а створений рецепт містить мінімальний набір рослин, що забезпечують максимальний ефект лікування усього симптомо-комплексу пацієнта.

Для проведення реперторизації необхідно знати вірогідність можливого стану організму людини через деяке фіксоване значення часу терапії Дt. Для цього пропонується використовувати математичну модель прогнозування зміни гомеостазу людини в класі напівмарківських процесів. Відомо, що стан організму людини на момент часу t₀ можна класифікувати за ступенем тяжкості як: В0 - умовно здоровий; В1 - початкові зміни; В2 - легкий ступінь; В3 - середній ступінь; В4 - важкий ступінь; В5 - украй важкий ступінь; В6 - летальний результат. Вірогідність переходу з одного стану в інший може бути представлена у вигляді графа

Рис. 1. Розмічений граф станів організму людини

У початковий момент часу подальша поведінка напівмарківського процесу повністю залежить від матриці перехідних ймовірностей і матриці апріорних ймовірностей . Припустимо, що через деякий час організм перебуває в стані B_i. Нехай з ймовірністю P_ij вибрано наступний стан як стан B_j. Тоді можна визначити повну функцію затримки в стані B_i як

,

із середнім часом затримки T_i у постійному стані B_i як. Тоді, ймовірність попадання пацієнта в інший стан через час Дt можна визначити як

, (6)

де - символ Кронекера, (=1, при i=j и =0, при ).

Для оцінки ефективності терапії рослинними лікарськими засобами було запропоновано наступний підхід. Процес одужання пацієнта залежить від накопичення в його організмі необхідних речовин і їх подальшого виведення, і який, в ідеальному випадку, описується монотонною кривою, яку можна апроксимувати, наприклад, функцією вигляду:

=, (7)

де а - коефіцієнт ефективності терапії, в якості якого виступає набуте значення цільової функції (5);

t - поточний час лікування пацієнта;

ф - постійна змінна часу кривої ефективності лікування.

Ефективність терапії тривалістю Т може бути визначена постійною часу ф. При цьому підтвердження ефективності лікування можна одержати тільки через період T=3 ф. Висунемо гіпотезу, що реальний процес одужання пацієнта протікає згідно із законом (7). Тоді для математичного опису ефективності лікування будемо оцінювати ступінь наближення реального перебігу терапії до бажаного вигляду (7). Проведемо апроксимацію реального процесу кривої (7) і знайдемо значення а і ф. Для знаходження а і ф застосовуємо метод найменших квадратів. Для оцінки схожості між реальним процесом терапії та прогнозованим за допомогою напівмарковського ланцюга запропоновано використовувати коефіцієнт детермінації . В результаті апроксимації визначаються а, ф і обчислюється коефіцієнт детермінації . Для перевірки значущості отриманого коефіцієнта детермінації застосовували критерій Фішера F для однорідних дисперсій. За отриманими показниками а, ф ?? і можна судити про рівень відновлення порушеної рівноваги організму людини та, якщо є потреба, корегувати лікування.

У третьому розділі дисертаційної роботи було розроблено метод визначення складу лікарського набору з рослинних лікарських засобів і інформаційна технології формування лікувально-профілактичних заходів для AРM лікаря-фітотерапевта.

Передумовою для раціонального призначення при відновленні порушеного рівноваги організму людини є строгий підбір рослинних лікарських засобів за їх інформативним ознаками з урахуванням як індивідуальних особливостей організму людини, так і фармакологічної взаємодії рослинних лікарських засобів між собою. При цьому компоненти кінцевого рецепту можуть бути визначені шляхом мінімізації рецептурного простору.

На рис. 2. наведено в загальному вигляді метод визначення складу лікарського набору з рослинних лікарських засобів.

Формалізовано цей метод можна представити таким чином: спочатку формуються масиви D', Т_х після чого визначається набір з рослинних лікарських засобів Т°= arg min(max) F(X), де F(X) - цільова функція математичної моделі раціонального вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії.

На першому етапі методу проводиться збір інформації про пацієнта та рослинні лікарські засоби, формування вхідного масиву інформації про стан організму людини. Даний масив представляє інформацію про діагнози і симптоми пацієнта, що були виявлені у результаті попереднього його обстеження.

Рис. 2. Схема методу визначення набору з рослинних лікарських засобів

Збір інформації про множину рослинних лікарських засобів, з яких відбираються засоби для призначення лікування, включає наступні дані: назва засобу, ареал зростання, наявність токсичних компонентів, опис основних і супутніх біологічно активних речовин і фармакологічних дій, наявність побічних ефектів, взаємодія з іншими рослинними лікарськими засобами, показання і протипоказання до застосування, коефіцієнт ефективності дії на патологію.

На другому етапі проводиться оцінка функціонального стану організму людини. Для оцінки функціонального стану систем організму людини, спираючись на основні принципи кваліметрії, пропонується використовувати експертно-аналітичний підхід побудови функції якості. Побудова комплексної оцінки показників функціонального стану зводиться до перетворення отриманих значень частинних оцінок до комплексних згідно формули:

,

де - функція частинних оцінок показників, що характеризують стан пацієнта.

На третьому етапі згідно (4) проводиться формування масиву інформації про рослинні лікарські засоби, вживані при лікуванні виявленого симптомокомплексу пацієнта відповідно до (3).

Для мінімізації цільової функції моделі необхідно визначити рецептурний простір лікарської інформації Щ з урахуванням інформації про протипоказання до застосування того або іншого засобу. Далі формується багатовимірний масив коефіцієнтів ефективності дії на патологію KDE= ={KDE_ijk}, що є багатовимірними відносинами типу «Симптомокомплекс - Рослинний лікарський засіб - Фармакологічна дія». Обчислюється функція ефективності лікування k-го діагнозу f_к(X).

На останньому етапі визначається мінімум цільової функції математичної моделі раціонального вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії. Мінімізація цільової функції проводиться з урахування усіх можливих обмежень.

Виходячи з основного визначення інформаційної технології, процес формування лікувально-профілактичних заходів за допомогою рослинних лікарських засобів може бути представлений наступним чином (рис. 3).

Рис. 3. Інформаційна технологія формування лікувально-профілактичних заходів для відновлення порушеної рівноваги організму людини

Етап 1. Процес формування лікувально-профілактичних заходів починається з набору інформації про стан організму пацієнта, його скарги, імунний і гомеопатичний статус, визначення ступеня тяжкості загального стану організму, що описується як деяка множина елементів вхідного масиву інформації, між якими існують певні відносини. Ця множина може бути отримана в результаті проведення «мозкового штурму» експертів-медиків і виражатися як у вигляді експертних оцінок стану організму пацієнта, так і встановлених основного і супутніх діагнозів згідно Міжнародного класифікатора хвороб (МКХ).

Етап 2. Обробка отриманої інформації. Для обробки отриманої від експертів інформації і виявлення взаємопов'язаних між собою певним набором відносин елементів (органів і систем організму) використовується методика структурування елементів системи за рівнями ієрархії. Опис такої системи реалізується у вигляді бінарної матриці.

Етап 3. Оцінка узгодженості думок експертів при визначенні ступеня тяжкості стану організму пацієнта виконується методом аналізу ієрархій (МАІ) (див. рис.3). Спочатку проводиться попереднє ранжування критеріїв, які розташовуються в порядку убування важливості. Далі будується шкала переваг альтернатив. Для побудови шкали переваг, які одержані при експертному висловлюванні суджень про міру відмінності між порівнюваними об'єктами застосовується метод парних порівнянь. Результати порівняння заносяться у п -мірну матрицю М.

Якщо чисельні значення альтернатив не збігаються з поданням експерта про їх перевагу, проводиться їх коригування з використанням методу послідовного порівняння Черчмен-Акоффа.

У результаті корегування досягається потрібний рівень узгодженості, при якому можливе визначення чисельних значень коефіцієнтів важливості (рангів) показників властивостей і порівняння об'єктів за обраними показниками і критерієм.

Етап 4. Визначення співвідношення компонентів лікарського набору з рослинних лікарських засобів згідно розробленому методу.

Етап 5. Відповідно до розробленої моделі вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії визначається мінімальний набір рослинних лікарських засобів, який забезпечує максимальний ефект лікування усього симптомокомплексу пацієнта.

Етап 6. Формування вихідного масиву інформації про кінцевий оптимальний набір рослинних лікарських засобів, що були підібрані для лікування симптомокомплексу пацієнта.

Етап 7. Моделювання процесу зміни гомеостазу пацієнта та визначення вірогідності попадання пацієнта в інший стан через час Дt відповідно (6).

Етап 8. Проведення комплексної оцінки відновлення порушеного гомеостазу організму пацієнта за допомогою апроксимації функції прогнозованого процесу відновлення організму людини ідеальним процесом і розрахунку коефіцієнтів детермінації R², ефективності терапії а та постійної часу кривої лікування ф. Значення ефективності терапії а й постійної часу кривої лікування ф розраховуються за методом найменших квадратів.

Для підтримки прийняття рішень при формуванні лікувально-профілактичних заходів з використанням рослинних лікарських засобів інформаційна технологія повинна забезпечувати зберігання несуперечливої консолідованої інформації, що відображає всі етапи проведення реперторізаціі.

Для розробки моделі даних було використано демонстраційну версію інструментального засобу ErWin 7.2. За глибиною представлення даних розроблена модель представлена в третій нормальній формі і включає всі сутності, атрибути та зв'язки. Тобто розроблена повна атрибутивна модель процесу формування лікувально-профілактичних заходів рослинними лікарськими засобами.

У четвертому розділі була виконана реалізація розроблених методу та інформаційної технології формування лікувально-профілактичних заходів для відновлення порушеної рівноваги організму людини в АРМ лікаря-фітотерапевта, а також їх експериментальна перевірка на реальних медичних даних, які були люб'язно надані д.фарм.н. Національного Фармацевтичного університету, проф. Самурою Б.А. і зав. лабораторією алергології ДУ «Інститут дерматології і венерології АМН України», д.м.н., проф. Солошенко Е.М.

Створення АРМ є також основною політикою і для інформатизації фармацевтичної галузі в Україні. Будь-яке АРМ (провізора, фармацевта, лікаря) є сукупністю двох основних складових - програмного і апаратного (технічного) забезпечення. І якщо апаратне забезпечення може бути представлене стандартним набором технічних засобів (монітор, системний блок, периферичне обладнання), то програмне (за винятком системного та офісного) вимагає розробки спеціалізованих прикладних програмних засобів роботи фахівця, зокрема, лікаря-фітотерапевта.

Структурна схема АРМ лікаря-фітотерапевта показана на рис. 4 і являє собою логічно ув'язану взаємодію біологічної і технічної підсистем.

Рис. 4.Структурна схема АРМ лікаря-фітотерапевта

В експериментальній перевірці розробленого метода та інформаційної технології формування лікувально-профілактичних заходів в основі якої лежать розроблені математичні моделі, брали участь 106 пацієнтів з різним ступенем тяжкості стану організму, викликаної хронічним пієлонефритом у стадії загострення, а також 194 пацієнта з різними дерматологічними захворюваннями. Динамічне спостереження за хворими включало клінічні, лабораторно-хімічні та бактеріологічні дослідження, а також стандартний огляд лікаря. Хворі отримували протирецидивну фітотерапію офіційним збором. Контрольні огляди проводилися протягом півроку 1 раз на 2 тижні. Результати лікування представлені в табл. 1.

Таблиця 1

Результати лікування пацієнтів офіційним збором і індивідуально підібраним набором лікарських засобів

Сту-пень тяж-кості орга-нізму	Кількість випадків
	без змін	покращення	погіршення
	Офіційний збір	Індивідуаль-но підібраний набір	Офіційний збір	Індивідуаль-но підібраний набір	Офіційний збір	Індивідуаль-но підібраний набір
В1	6	1	52	67	3	0
В2	9	2	40	62	5	1
В3	9	3	48	54	6	2
В4	11	4	44	47	6	2
В5	14	8	43	46	4	1
Усього	49	18	227	276	24	6

На основі результатів, отриманих у другому і третьому розділах дисертації, розроблено програмне забезпечення «Реперторизація» для АРМ лікаря-фітотерапевта. Основним ядром програмного засобу є сполучена з програмним забезпеченням реляційна база даних «Реперторизація». Інформація, що зберігається в базі даних, була сформована на підставі зіставлення описів патогенезу рослинних лікарських засобів з існуючими симптомами і діагнозами згідно з міжнародним класифікатором хвороб, складених провідними фармакологами.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішена актуальна науково-технічна задача - розробка методу, моделей та інформаційної технології раціонального вибору рослинних лікарських засобів при відновленні порушеної рівноваги організму людини.

У результаті виконання дисертаційної роботи досягнуті наступні наукові та практичні результати.

1. Проведено аналіз процесу інформаційного забезпечення лікувально-профілактичних заходів, методів формалізованого представлення стану організму людини, математичних моделей оптимізації рецептурного простору при відновленні порушеної рівноваги організму людини. Аналіз показав актуальність проблеми і необхідність розробки методу визначення компонентів лікарського набору та математичної моделі для визначення оптимального набору рослинних лікарських засобів поліспрямованої дії при комплексному відновленні організму людини. Визначено клас методів і моделей підтримки прийняття рішення при формуванні лікувально-профілактичних заходів.

Вперше розроблено математичну модель вибору компонентів лікарського набору поліспрямованої дії на базі тривимірного простору ознак при відновленні порушеної рівноваги організму людини. Застосування запропонованої моделі для вирішення поставленого завдання дозволяє виключити ефект поліпрогмазіі та врахувати необхідні фармакологічні дії лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму.

Вперше розроблено метод визначення складу лікарського набору, що враховує поліспрямованість дії рослинних лікарських засобів. Метод дозволяє визначити оптимальний набір рослинних лікарських засобів і виключити проявлення побічних ефектів.

Удосконалено математичну модель оцінювання зміни стану організму людини під дією лікарських засобів. Особливістю даної моделі є використання теорії напівмарковських процесів для опису відновлення організму людини. Модель дозволяє отримати чисельне підтвердження ефективності відновлення порушеної рівноваги організму людини в будь-який момент часу.

Запропоновано інформаційну технологію формування лікувально-профілактичних заходів для відновлення порушеної рівноваги організму людини, яка використовує розроблені математичні моделі та метод, що дозволяє скоротити термін лікування та запобігти появі побічних ефектів.

Запропонована інформаційна технологія була покладена в основу розробленого АРМ лікаря-фітотерапевта. Це дозволило оптимізувати процес підбору рослинних лікарських засобів з різною спрямованістю фармакологічної дії та систематизовано підійти до процесу індивідуального лікування захворювань людини.

7. Проведена експериментальна перевірка метода та інформаційної технології вибору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини з використанням розробленого АРМ лікаря-фітотерапевта. Лікування хворих підібраними в результаті реперторізаціі рослинними лікарськими засобами, в порівнянні з офіційним збором, стало кращим на 79%.

8. Проведено клінічну апробацію методу визначення співвідношення компонентів набору з рослинних лікарських засобів у клінічній лікарні № 23 м. Харкова (акт апробації), впровадження розробленого
методу та інформаційної технології на Державному підприємстві
«Інститут дерматології і венерології АМН України» (акти впровадження) та у навчальний процес кафедри біомедичних електронних пристроїв і систем Харківського національного університету радіоелектроніки (акт впровадження).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Порван А. П. Математическое моделирование процесса восстановления нарушенного равновесия организма человека с использованием растительных лекарственных средств / А. П. Порван, А. И. Довнарь // Вісник МСУ. Серія «Технічні науки». - 2002. - Т.V, № 7. - С. 33-37.

2. Порван А. П. Оптимизация рецептурного пространства лекарственно-растительной информации / [А. П. Порван, А. И. Довнарь, А. С. Фоменко, Е. В. Высоцкая] // Вісник МСУ. «Технічні науки». - 2003. - Т.II, № 5. - С. 29-31.

3. Порван А. П. Минимизация рецептурного пространства растительных лекарственных средств / А. П. Порван, Е. В. Высоцкая, А. И. Довнарь // Клиническая информатика и телемедицина. - 2004. - № 1. - С. 213-215.

4. Порван А. П. Применение математического моделирования к решению задачи системного анализа фитотерапевтической информации / [Б. А. Самура, Е. В. Высоцкая, Б. Б. Самура, А. П. Порван] // Проблемы бионики. - 2004. - № 60. - С. 91-97.

5. Порван А. П. Компьютерная система оценки восстановления нарушенного равновесия организма человека при лечении растительными лекарственными средствами / Е. В. Высоцкая, А. И. Довнарь, А. П. Порван // Вісник МСУ. Серія «Технічні науки». - 2004. - Т.VII, № 1. - С. 26-29.

6. Порван А. П. Математическая модель для оптимального подбора лекарственных средств в дерматологии / [А. И. Бых, Е. В. Высоцкая, Т. В. Жемчужкина, А. П. Порван] // Технічна електродинаміка. - 2006. - Ч.4. - С. 137-140.

7. Порван А. П. Решение задачи поиска оптимального набора растительных лекарственных средств в максминной постановке / А. П. Порван // Прикладная радиоэлектроника. - 2007. - Т.6, №1. - С. 116-119.

8. Порван А. П. Технология оценивания субъективной информации при определении степени тяжести состояния организма человека методом анализа иерархий / Е. В. Высоцкая, А. И. Довнарь, А. П. Порван // Радіоелектроніка. Інформатика. Управління. - 2010. - №1 (22). - С. 45-50.

9. Andrey Porvan. Research of influence of medication preparations on the process of renewal of the broken equilibrium of man organism on the doctor of phytotherapy workstation / Anatoly Bykh, Elena Visotska, Andrey Porvan, Olga Kozina [etc.] // International Book Series "Information Science & Computing", №5. Supplement to the International Journal “Intelligent Technologies and Applications“. - 2008. - Vol.2. - Sofia: ITHEA. - Р. 75-79.

10. Информацмонная технология формирования лечебно-профилактических мероприятий для автоматизированного рабочего места врача-дерматолога / [Э.Н.Солошенко, Е.В. Высоцкая, А.П. Порван и др.] // Сучасні проблеми дерматологічної і косметологічної допомоги в умовах реформування охорони здоров'я: XVII Міжнародна конференція, 12-15 жовтня 2009 р. : матеріали доповідей. - Харків: ХНУ ім. В. Н. Каразіна. - 2009. - С. 265-266.

11. Порван А. П. Применение градиентного метода нахождения оптимального решения при моделировании восстановления нарушенного равновесия организма человека с использованием фитосредств // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: VIII Международный молодежный форум, 12-16 апреля 2004 г.: сб. науч. трудов. - Харьков, 2004. - Ч.1 - С. 143.

12. Порван А. П. Формирование матрицы KDE при реперторизации фитосредств / Е. В. Высоцкая, Б. Б. Самура, А. П. Порван // Теория и техника передачи, приема и обработки информации : 10-я Юбилейная международная научная конференция, 21-25 октября 2004г.: материалы тезисов. - Харьков, ХНУРЭ, 2004. - Ч. 2. - С. 249-250.

13. Порван А. П. Компьютерная система подбора лекарственных препаратов в дерматологии «Фармадерм» / А.П. Порван, Е.В. Высоцкая // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы «Биомедсистемы - 2006»: ХІХ Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов: материалы конференции. - Рязань: РГРУ, 2006. - С. 172-173.

14. Порван А. П. Программное средство подбора растительных лекарственных средств / Е.В. Высоцкая, А.П. Порван // Применение лазеров в медицине и биологии: ХХІХ Международная научно-практическая конференции: материалы докладов. - Харьков: ХНУ, 2008. - С. 280-281

15. Порван А. П. Моделирующий алгоритм формирования лечебно-профилактических мероприятий при восстановлении нарушенного равновесия организма человека растительными лекарственными средствами / А.П. Порван // Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития (МРФ - 2008) : 3-й Международный радиоэлектронный форум.: материалы конференции. - Харьков: АНПРЭ, ХНУРЭ, 2008. - С.273-275.

16. Порван А. П. Использование метода Черчена-Акоффа для снижения несогласованности мнений экспертов при определении степени тяжести состояния организма человека / Е. В. Высоцкая, А. П. Порван // Інтелектуальні системи прийняття рішень і проблеми обчислювального інтелекту: Матеріали міжнародної наукової конференції. - Херсон: ХНТУ, 2009. - Т. 2. - С. 137-140.

17. Порван А. П. Использование метода штрафных функций при оценке функционального состояния организма / Е. В. Высоцкая, А. П. Порван // Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об'єктів: VIII Всеукраїнська науково-технічна конференція, 6-8 листопада 2009 р.: тези доповідей. - Кременчук: КДУ ім. М. Остроградського, 2009. - С.199-201.

18. Алгоритм реперторизации растительных лекарственных средств при восстановлении нарушенного гомеостаза организма человека / [Б.А. Самура, Е.В. Высоцкая, А. И. Довнарь, А.П. Порван , Б.Б. Самура] // Ліки - людині: Сучасні аспекти фармакотерапії: Матеріали всеукраінської наукової конференції з міжнародною участю. - Харків, НфаУ, 2004. - С. 147-151.

19. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 11343. Реляційна база даних «Реперторизація» («Репер»). Бих А.І., Самура Б.А, Самура Б.Б., Висоцька О.В., Порван А.П. опубл. 18.10.2004.

20. Патент України на корисну модель № 20617, МПК А61К 36/00, G01N 33/15. Спосіб визначення співвідношень компонентів з рослинних лікарських засобів (РЛЗ). Бих А.І., Самура Б.А, Самура Б.Б., Висоцька О.В., Порван А.П., опубл. 15.02.2007. - Бюл. № 2. - 10 с.

АНОТАЦІЯ

Порван А.П. Метод та інформаційна технологія вибору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 -- біологічні та медичні прилади і системи. -- Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків -- 2011.

Робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі - розробці методу та інформаційної технології вибору рослинних лікарських засобів для відновлення порушеної рівноваги організму людини. Дані розробки враховують індивідуальні особливості організму пацієнта, фармакологічні властивості впливу рослинних лікарських засобів на організм пацієнта та їх фармакологічну взаємодію, багатокритеріальне порівняння препаратів, що призначаються, стохастичність процесу відновлення гомеостазу пацієнта під впливом рослинних лікарських засобів з метою підвищення ефективності лікувально-профілактичних заходів. Запропонована і реалізована в автоматизованому робочому місці лікаря-фітотерапевта інформаційна технологія формування лікувально-профілактичних заходів для відновлення порушеної рівноваги організму людини на базі розроблених математичних моделей та методу, що враховує інформацію про функціональний стан систем організму людини і рослинних лікарських засобах, що застосовуються під час реперторизації. Розроблено фізичну модель бази даних, а також програмне забезпечення АРМ лікаря-фітотерапевта, виконана оцінка його ефективності, а також експериментальна перевірка розроблених метода та інформаційної технології на реальних медичних даних. Результати дисертаційної роботи впроваджені у ДУ «Інститут дерматології і венерології АМН України».

Ключові слова: реперторизація, фармакологічна дія, АРМ лікаря-фітотерапевта, рослинний лікарський засіб, симптомокомплекс людини, експертна оцінка.

Порван А.П. Метод и информационная технология выбора растительных лекарственных средств для восстановления нарушенного равновесия организма человека. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 - биологические и медицинские приборы и системы. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков - 2011.

Работа посвящена решению актуальной научно-технической задачи - разработке метода и информационной технологии выбора растительных лекарственных средств для восстановления нарушенного равновесия организма человека. Указанные разработки учитывают индивидуальные особенности организма пациента, фармакологические свойства воздействия растительных лекарственных средств на организм пациента и их фармакологическое взаимодействие, многокритериальное сравнение назначаемых препаратов, стохастичность процесса восстановления гомеостаза пациента под воздействием растительных лекарственных средств с целью повышения эффективности лечебно-профилактических мероприятий.

Эта задача решается посредством исследованных и разработанных в диссертационной работе теоретических основ, математических моделей и методов формирования наборов из растительных лекарственных средств полинаправленного действия.

На основании проведенного анализа существующих подходов к рациональному выбору растительных лекарственных средств и поддержки принятия решений при формировании лечебно-профилактических мероприятий в АРМ врача-фитотерапевта была сформулирована цель работы и задачи исследования.

Формализована задача формирования набора из растительных лекарственных средств полинаправленного действия как задача выбора препаратов с патогенезом схожим с симптомокомплексом пациента с учетом ограничений на индивидуальную переносимость пациентом назначаемых комплексов препаратов и их совместимость применения при многокритериальном сравнении и оптимизации выбора. Это позволило формализовать этапы информационной поддержки лиц, принимающих решение, в лечебно-профилактическом процессе реабилитации пациента.

Разработана математическая модель выбора компонентов лекарственного набора полинаправленного действия на базе трехмерного пространства признаков, учитывающая как информацию о состоянии организма человека, так и информацию о растительных лекарственных средствах, используемых в процессе реперторизации, что позволяет производить рациональный выбор указанных средств и комплексно подойти к процессу восстановления нарушенного равновесия организма человека.

Впервые разработан метод определения состава лекарственного комплекса из препаратов растительного происхождения, который учитывает полинаправленность механизмов воздействия на организм пациента применяемых растительных лекарственных средств, что позволило повысить эффективность лечебно-профилактических мероприятий и сократить период пребывания пациента в стационаре. Обосновано использование метода анализа иерархий для выбора альтернатив при определении степени тяжести состояния организма человека и оценки субъективности мнений экспертов.

Для коррекции экспертных оценок предложен способ, основанный на методе дискретной минимизации отношения несогласованности экспертных данных, предназначенный для повышения качества принимаемых решений в условиях неопределенности, а также метод последовательного сравнения Черчмена-Акоффа.

Предложена и реализована в АРМ врача-фитотерапевта информационная технология формирования лечебно-профилактических мероприятий для восстановления нарушенного равновесия организма человека на базе разработанных математических моделей и метода, учитывающая информацию о функциональном состоянии систем организма человека и применяемых для реперторизации растительных лекарственных средствах. Предложенная информационная технология позволяет сократить период лечения и предотвратить появление побочных эффектов.

Разработана физическая модель базы данных, а также программное обеспечение АРМ врача-фитотерапевта, выполнена оценка его эффективности, а также экспериментальная проверка разработанных метода и информационной технологии на реальных медицинских данных. Результаты диссертационной работы внедрены в ГП «Институт дерматологии и венерологии АМН Украины».

Ключевые слова: реперторизация, фармакологическое действие, АРМ врача-фитотерапевта, растительное лекарственное средство, симптомокомплекс человека, экспертная оценка.

Porvan A.P. Method and information technology of herbal medicines selection for restore disturbed equilibrium of the human organism. -
A manuscript.

The dissertation on competition for scientific degree of Candidate of Technical Sciences on specialty 05.11.17 - Biological and Medical Devices and Systems. - Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv. - 2011.

The dissertation is devoted to solving important scientific and technical task - the development of method and information technologies of herbal medicines selection to restore disturbed equilibrium of the human organism. Pointed method and technologies take into account individual characteristics of the patient, the pharmacological properties of the herbal medicines impact on the patient and their pharmacological interaction, multi-criteria comparison of prescribed drugs, stochastic process of restoring the patient's homeostasis under the influence of herbal medicines to improve the efficiency of health care and prophylactic actions. The problem was formalized and a new method was developed for determining the composition of a medicinal compound of herbal drugs. This allows considering poly-orientation mechanisms influence upon the patient's used herbal medicines. Information technology of therapeutic and preventive measures to restore the disturbed equilibrium of the human body was proposed and implemented in an phytotherapeutist's automatized workplace. This was based on the developed mathematical models and method that takes into account information about the functional status of human organism systems and used for herbal medicines repertorization. Database physical model was developed as well as software for phytotherapeutist's automatized workplace, an evaluation of its effectiveness was performed and experimental verification of the developed method and information technology based on real medical data was accomplished.

Keywords: repertorization, pharmacological action, phytotherapeutist's automated workplace, herbal medicine, human complex of symptoms, expert estimation.

Размещено на Allbest.ru