Архив рубрики: Биотехнические и медицинские системы

СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ДОЗИРОВОК МЕДИКАМЕНТОВ В ТЕХНОЛОГИИ ЛЕЧЕНИЯ ПРЕЭКЛАМПСИИ БЕРЕМЕННЫХ ЖЕНЩИН


УДК 004.891
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.29.2.017

М.В. Гранков, И.А. Тарасова


Проблема преэклампсии является одной из актуальных в современном акушерстве, так как это заболевание является наиболее распространенным и тяжелым осложнением беременности, а проблема лечения тяжелых форм преэклампсии – одна из самых трудных в акушерской анестезиологии и реаниматологии. Высокая частота смертности основана на отсутствии точных знаний о патогенезе заболевания, который зависит от множества факторов, диагностических критериев, что приводит к неадекватной терапии и различным осложнениям, зависящим от своевременности и метода родоразрешения, объема анестезиологической и реанимационной помощи. В связи с этим, исследование методов построения автоматизированных и экспертных систем, использующих современные методы искусственного интеллекта и позволяющих повысить эффективность процесса лечения преэклампсии беременных, является актуальным. В данной статье рассматривается разработка системы поддержки принятия решений при определении дозировок медикаментов в технологии лечения преэклампсии беременных женщин на основе функций принадлежности нескольких аргументов.В результате опытных испытаний установлено, что относительное отклонение дозировок, рассчитанных системой поддержки принятия решений, от дозировок, устанавливаемых в сравнительных испытаниях квалифицированным врачом, не превышает пяти процентов. При этом использование результатов работы позволило повысить количество тяжелых пациентов, обслуживаемых одним врачом-реаниматологом, не менее чем в два раза, за счет уменьшения времени для установления диагноза.

Ключевые слова: система поддержки принятия решений, диагностика, технология лечения, преэклампсия беременных женщин, функция принадлежности нескольких аргументов

Полный текст статьи:
GrankovTarasova_2_20_1.pdf

МОДИФИКАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА С АДАПТИВНЫМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ КРОССОВЕРА


УДК 681.3
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.29.2.009

Ю.А. Асанов, С.Ю. Белецкая, Аль-Саеди Моханад Ридха Ганим


Целью данной работы является разработка модификации адаптивного генетического алгоритма, основанной на переключении кроссовера в соответствии со степенью элитарности индивидуумов популяции. Несмотря на большое число исследований, произведенных в области эволюционных исчислений за последнее время, алгоритмы данного класса и сегодня имеют высокую перспективу модификации. Основной целью исследований является улучшение скорости сходимости алгоритмов (для получения высокопроизводительных методов оптимизации) и увеличение точности полученных решений. В статье для адаптивной настройки оператора кроссовера используются понятия дискретной и непрерывной степени элитарности индивидуумов. Кроме того, оценка элитарности применяется для настройки вероятности мутации. Рассмотренная модификация имеет превосходство на тестовых задачах, которые традиционно используются для анализа эффективности генетических алгоритмов. В качестве тестового набора были использованы квадратичная функция с тремя переменными, функция Розенброка, ступенчатая функция, сложная функция четвертого порядка с шумом и функция Шекеля. Представлены результаты сравнения классических генетических алгоритмов с алгоритмами, использующими рассмотренные стратегии настройки кроссовера и мутации. Проведён анализ результатов вычислительного эксперимента.

Ключевые слова: генетический алгоритм, переключение кроссовера, адаптивная настройка мутации, элитарность, эволюционные исчисления.

Полный текст статьи:
AsanovSoavtors_2_20_1.pdf

ПРИМЕНЕНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ФАКТОРОВ ИЗ АНАМНЕЗА ЖЕНЩИНЫ, ВЛИЯЮЩИХ НА ИСХОД БЕРЕМЕННОСТИ, ПОЛУЧЕННОЙ С ПОМОЩЬЮ ЭКО


УДК 519.234.3
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.28.1.027

С.Л. Синотова, О.В. Лимановская, А.Н. Плаксина, В.А. Макутина


В статье рассматривается поиск статистической взаимосвязи между заболеваниями мочеполовой системы, хроническими заболеваниями, проведенными хирургическими вмешательствами, и другими данными анамнеза жизни, наследственного анамнеза женщины и исходом беременности, полученной с помощью вспомогательных репродуктивных технологий (ЭКО). В качестве исхода выбраны, имеющиеся у рассматриваемой группы пациенток – 338 женщин, сроки и способы родоразрешения, а также диагнозы их 402 детей на этапе родильного дома. В статье описан универсальный алгоритм приведения текстовых данных в пригодный для проведения анализа вид при помощи морфологического анализатора pymorphy2 и библиотеки Scikit-Learn Python 3.6. Для выявления значимых факторов использовался корреляционный анализ, выполненный с применением точного критерия Фишера, критерия согласия Хи-квадрат и интервальных оценок долей, Z-критерия для разности двух долей. Сила взаимосвязи факторов и исходов оценена критерием Крамера. Результатом анализа является выделение 56 значимых факторов и 34 значимых корреляций, которые будут учтены при разработке математической модели предсказания исхода беременности и оценки здоровья ребенка, зачатого при помощи ВРТ (ЭКО), на этапе планирования.

Ключевые слова: обработка текста, корреляционный анализ, достигаемый уровень значимости, анализ малых данных, вспомогательные репродуктивные технологии, V Крамера, критерий согласия хи-квадрат, точный критерий Фишера, математическая статистика.

Полный текст статьи:
SinotovaSoavtors_1_20_1.pdf

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПОДБОРА АНТИДОТОВ, НЕЙТРАЛИЗУЮЩИХ ТОКСИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА КОМПОНЕНТЫ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ


УДК 501, 004.942, 615.91
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.28.1.028

И.М. Ажмухамедов, Л.И. Жарких


Изучение воздействия токсикантов на живой организм для подбора эффективных антидотов обычно проводят в режиме in vivo или, по крайней мере, in vitro, что является весьма трудоемким и затратным. Кроме того, такие исследования далеко не всегда возможны исходя из этических соображений. Проведение экспериментов на живых существах в подавляющем большинстве стран весьма жестко законодательно регламентировано. Для исключения или, по крайней мере, резкого уменьшения количества экспериментов in vivo целесообразно использование аппарата математического моделирования. Исходя из этого в работе описаны основные этапы математического моделирования процесса межмолекулярного взаимодействия молекул клеточной мембраны с токсикантами и антидотами к ним. Основная идея работы заключается в изучении процесса образования устойчивых связей молекул токсикантов и антидотов с молекулами компонентов клеточной мембраны путем выявления активных центров данного взаимодействия. Для этого построены специальные алгоритмы описания структуры конгломерата двух молекул, анализа и оценки образования водородной связи между ними. При этом комплексно используются аппараты системного анализа, квантово-химических расчетов и модульного программирования для расчета свойств отдельных молекул и конгломерата в целом. Вся полученная информация сохраняется в специально спроектированных базах данных. Для более наглядного представления результатов предложена оригинальная схема отображения сигнатур блокированных активных центров клеточной мембраны для рассматриваемых антидотов. Изложенная в статье методика компьютерного моделирования позволяет вести целенаправленный поиск антидотов к заданному токсиканту, путем создания ранжированного по степени эффективности антидотов списка.

Ключевые слова: активные центры межмолекулярного взаимодействия, сигнатура активных центров компонентов клеточной мембраны, идентификация мембраны клеток различных органов живых организмов, блокированные антидотом активные центры токсического воздействия.

Полный текст статьи:
AzhmukhamedovZharkikh_1_20_1.pdf

ПОРТАЛ ДИСТАНЦИОННОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ «НЕЙРОДОМ»: РЕАЛИЗАЦИЯ И ТЕСТИРОВАНИЕ


УДК 378.146 +004.031.42
DOI: 10.26102/2310-6018/2020.28.1.017

Т.Н. Иванилова, И.В. Василенко, В.А. Семенов, М.А. Днепровская, Ю.А. Юринский, Ш.З. Мирбадиев, С.В. Прокопенко, С.А. Субочева


Дистанционная нейрореабилитация относится к области телемедицины и позволяет проводить восстановление нарушенных функций организма в следствии спинальных травм, черепно-мозговых травм, инсульта, инфаркта, рассейянного склероза и т.п. на третьем этапе медицинской реабилитации. Портал предназначен для создания непрерывной реабилитации в домашних условиях с осуществлением обратной связи с врачом; своевременной корректировкой индивидуальной траектории реабилитации пациента; контроля результатов реабилитации путем онлайн мониторинга состояния здоровья пациента с помощью встроенной в систему функции записи видео. Выполнение комплекса упражнений с помощью информационно-коммуникационных технологий в дистанционном формате позволит оптимально повысить физический, психический и социальный потенциал пациента, для лучшей интеграции его в обществе. В статье описаны и представлены результаты тестирования портала дистанционной нейрореабилитации: тестирование безопасности, функциональное тестирование по ролям (врач, пациент, администратор) сайта проверено с помощью тест-кейсов; тестирование производительности; для usability – тестирования проведен опрос на реальных пациентах и составлено процентное соотношение; тестирование мобильной версии с помощью инструмента adaptivator, который выявил плюсы и минусы мобильной версии. Тестирование портала проводилось на 20-ти реальных пациентах. Выявленные ошибки в ходе тестирования дистанционного портала устранены. Портал находится на этапе внедрения в Профессорскую клинику КрасГМУ им. Профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого.

Ключевые слова: дистанционная нейрореабилитация, телемедицина, информационная система, процесс тестирования сайта, тест-кейс.

Полный текст статьи:
IvanilovaSoavtors_1_20_1.pdf

ДИАГНОСТИКА РАННИХ СТАДИЙ НАРУШЕНИЙ ВНИМАНИЯ НА ОСНОВЕ ГИБРИДНЫХ НЕЧЕТКИХ РЕШАЮЩИХ ПРАВИЛ


УДК 615.47
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.031

А.В. Поляков, С.Н. Родионова, Н.Л. Коржук, Л.В. Стародубцева


Работа посвящена повышению качества дифференциальной диагностики ранних стадий нарушений когнитивных функций внимания в условиях нечеткого описания исследуемых классов состояний.Для оценки функций внимания используется прибор, разработанный на кафедре биомедицинской инженерии ЮЗГУ, позволяющий определять такие свойства внимания как концентрированность, объём, селективность, переключаемость, распределяемость и устойчивость. В качестве математического аппарата используется методология синтеза гибридных нечетких решающих правил. Базовым элементом которых является функция принадлежности к исследуемым классам состояний (норма, легкие когнитивные нарушения, умеренные когнитивные нарушения, начальная клиническая стадия) с базовой переменной, определяемой по шкалам выбранных свойств внимания.Решение о классификации принимается по максимальной величине анализируемых функций принадлежности.Полученные математические модели позволяют диагностировать ранние стадии нарушений всех исследуемых функций внимания. Экспертное доверие к полученным математическим моделям превышает величину 0,8. Если совместно с показателями внимания использовать дополнительные показатели, характеризующие функциональный резерв, уровни психоэмоционального напряжения и утомления, и энергетический разбаланс меридианных структур организма, уверенность в правильной классификации ранних стадий нарушений функций внимания достигает величины 0,9, что позволяет рекомендовать полученные результаты в практической психологии и медицине.

Ключевые слова: ранняя стадия когнитивных нарушений внимания, гибридные решающие правила, функции принадлежности, уверенность в правильной классификации.

Полный текст статьи:
PolyakovSoavtors_4_19_1.pdf

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЕМ И ПАРАМЕТРАМИ ФОКАЛЬНОГО ПЯТНА ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОЙ ХИРУРГИИ


УДК 534.222
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.007

Е.Г. Домбругова, Н.Н. Чернов


Работа посвящена апробации способа управления местоположением и параметрами фокального пятна при помощи изменения физических характеристик согласующего слоя. Предложен метод определения скорости звука в согласующем слое, необходимом для корректировки местоположения фокального пятна, путем расчета среднетолщинной скорости звука в биологических тканях, располагающихся на пути распространения ультразвуковых волн. Приведены описание экспериментальной установки и методика проведения исследований. Оценено влияние изменения физических параметров согласующего слоя на распределение амплитуды давления во фронтальном срезе акустического поля, создаваемого ультразвуковым излучателем при изменении угла его наклона относительно границы раздела сред. Приводится сравнение экспериментальных данных с результатами математического моделирования, выполненного при тех же вводных параметрах. Приведены результаты расчетов акустического поля, создаваемого фокусирующей антенной решеткой в слоисто-неоднородной среде – имитационных слоях – и оценено влияние изменения физических характеристик согласующего слоя на пространственное распределение амплитуды акустического давления в фокальной области. Результаты исследований показали возможность использования согласующего слоя с расчетными параметрами для управления местоположением фокального пятна в направлении распространения ультразвуковых волн. Разработанный способ корректировки местоположения фокального пятна можно использовать как для антенных решеток, так и для единичных излучателей, имеющих форму сферического сегмента.

Ключевые слова: среднетолщинная скорость звука, экспериментальная установка, фокусированный ультразвук, согласующий слой, преломление ультразвуковых волн.

Полный текст статьи:
DombrugovaChernov_4_19_1.pdf

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ НЕПРЕРЫВНЫМ РОБОТОМ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГОРИТМА FABRIK


УДК 621.865.8
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.004

В.В. Данилов, Д.Ю. Колпащиков, Н.В. Лаптев


В настоящее время катетерные хирургические операции стали достаточно востребованными за счёт меньшего срока реабилитации пациентов и меньших рисков при проведении подобных вмешательств. Однако данный вид операций выполняется специалистами вручную, что требует соответствующей подготовки специалиста, а также занимает много времени, и тем самым увеличивая риск врачебной ошибки. Имеющиеся сегодня роботизированные решения, являются дорогими и недоступными для большинства больниц, клиник и медицинских центров. Решением данной проблемы может стать разработка простой автоматизированной системы управления. Применение такой системы позволит увеличить точность, повторяемость, а также снизить риски, связанные с человеческим фактором. Катетер – это манипулятор, который способен изгибаться в любой точке своей структуры. Такая особенность строения позволяет манипуляторам работать в местах со сложной геометрией, в том числе и внутри человеческого организма. В связи с этим, катетеры нашли своё применение в многих сферах, включая медицину и промышленность. Однако управление данным видом роботов осложняется наличием гибких звеньев, стремящихся к бесконечности. За позиционирование и ориентацию непрерывных роботов отвечают алгоритмы прямой и обратной кинематики. Одним из наиболее перспективных подходов является алгоритм обратной кинематики прямого и обратного следования (FABRIK). В связи с этим, в данной работе представлена быстрая и надёжная система автоматического управления непрерывным роботом без обратной связи на основе алгоритма FABRIK.

Ключевые слова: непрерывный робот, катетер, автоматизация, позиционирование, FABRIK.

Полный текст статьи:
DanilovSoavtors_4_19_1.pdf

МЕТОДИКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ НОЗОЛОГИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ВИРУСНОГО ГЕПАТИТА С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕЙРОННОЙ СЕТИ КАСКАДНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ


УДК 004.891.3
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.26.3.028

А.Н. Астафьев

Гепатит, являясь опасным заболеванием, требует особого отношения в диагностике и лечении, однако наличие большого количества нозологий создает определенные сложности. Важным аспектом определения нозологической формы гепатита является совмещение входных и выходных данных в начале исследования с целью формирования зависимостей, для решения схожих задач отлично подходят алгоритмы нейронных сетей, которые обучаются на реальных примерах. Применение нейронных сетей в медицине, которые имеют возможность поиска скрытых зависимостей обучаясь опытом врачей, позволяет облегчить труд, служа в роли советника. Однако открытым остается вопрос подбора наиболее эффективной топологии и методики обучения для выбранной задачи. В данной работе обосновывается необходимость задействования алгоритмов нейронных сетей для решения задачи определения нозологической формы гепатита. Проводится анализ и подбор входных факторов, характеризующих клиническое состояние больного, выходных факторов, характеризующих конкретную нозологическую форму гепатита, обосновываются преимущества построения топологии нейронной сети под конкретную задачу. Описывается алгоритм обучения и формирования нейронной сети, его использование, а также приводится сравнение каскадной нейронной сети с другими в разрезе рассматриваемой задачи. В завершении проводится описание созданной системы определения нозологической формы гепатита с применением нейронной сети каскадной корреляции, а также описывается клиническая эффективность рассматриваемого подхода.

Ключевые слова: нейронная сеть, вирусный гепатит, нозологическая форма гепатита, нейронная сеть каскадной корреляции, классификация.

Полный текст статьи:
Astafev_3_19_1.pdf

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕМАТИКИ ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА И БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ


УДК 681.2.089
DOI: 10.26102/2310-6018/2019.26.3.011

А.В. Царёва, А.Ю. Курочкин, В.В. Алексеев


В настоящее время в медицинской реабилитации не существует мобильных средств измерений, необходимых для контроля восстановления пациента в послеоперационный период. Существующие видеосистемы контроля кинематики движений имеют высокую стоимость и габариты, вследствие чего приобретение такой системы лечебными учреждениями затруднительно. В статье описывается информационно-измерительная система для оценки техники ходьбы человека, состоящей из закрепленных на теле измерительных модулей и вычислительного устройства с соответствующим программным обеспечением для обработки полученной с датчиков информации. В ходе работы над созданием данной системы разработаны правила выбора частоты передачи для измерительных каналов, необходимых при идентификации фаз шага с использованием микромеханических датчиков. Приведены спектральные характеристики акселерометрического датчика по каждой оси ориентации соответственно. Рассмотрены варианты реализации сервера при обмене информацией по протоколу TCP IP. Разработано программное обеспечение сервера распределенной информационно-измерительной системы. Приведены экспериментальные данные передачи информации для каждого варианта обмена информацией по протоколу TCP IP. Описано решение для получения требуемой частоты передачи. В данной системе предусматривается возможность использования в домашних условиях, что поможет врачу, методисту и самому пациенту контролировать процесс реабилитации как во время пребывания в стационаре, так и после выписки.

Ключевые слова: биомеханика, медицинская реабилитация, кинематический портрет человека, техника ходьбы, передача измерительной информации.

Полный текст статьи:
TsarevaSoavtori_3_19_1.pdf