авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Автоматизация оценки состояния здоровья человека для обеспечения безопасности длительного пребывания в условиях изоляции на основе системы поддержки принятия ре

-- [ Страница 1 ] --

на правах рукописи

УДК 629.7.048

Новиков Дмитрий Борисович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРЕБЫВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ИЗОЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

05.26.02 – “Безопасность в чрезвычайных ситуациях (авиационная и ракетно-космическая техника)”

05.13.12 – “Системы автоматизированного проектирования (авиационная и ракетно-космическая техника)”

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Московском Авиационном Институте (Государственном Техническом Университете).

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор, Строгонова Любовь Борисовна

кандидат технических наук, доцент, Бродский Александр Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Цетлин Владимир Владимирович

доктор технических наук, Евдокименков Вениамин Николаевич

Ведущая организация:

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие “Центральный научно-исследовательский институт машиностроения”, 141070, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, д.4

Защита состоится «_17_» _____октября____ 2007 года в __12__ часов на заседании Диссертационного совета Д-002.111.02 при ГНЦ РФ – Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, Москва, Хорошевское шоссе, 76А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного центра Российской Федерации – Институте медико-биологических проблем РАН (ГНЦ РФ – ИМБП РАН)

Автореферат разослан «_14_» ___сентября___2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.111.02.

Доктор биологических наук Назаров Н.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Проблемы обеспечения безопасности и сохранения высокого уровня работоспособности человека в условиях длительного пребывания в изоляции присущи ряду видов деятельности. Наиболее остро данная проблема проявляется при решении задач создания и эксплуатации космических средств нового поколения. В частности, в проектах полета человека на Марс, наземного эксперимента Марс-500 и эксперимента “Лунная база”.

Современная практика свидетельствует, что постоянное увеличение объемов обрабатываемой в ходе полетов медицинской информации значительно затрудняет принятие медицинских решений бортовым врачом. В связи с этим, во многих случаях решения принимаются на Земле и передаются космонавтам специалистами медицинской группы Центра управления полетами (ЦУП). При неизбежном увеличении продолжительности космических полетов и удалении космического пилотируемого корабля от ЦУП’а применение сложившейся практики, а именно телеметрической передачи данных на землю с целью получения поддержки в принятии решений по купированию чрезвычайных ситуаций на борту, представляется затруднительной, а в некоторых случаях – невозможной. В этих условиях в названных выше Проектах основной упор делается на создание бортовой автоматизированной системы, обеспечивающей оценку состояния человека на основе обработки совокупности показателей, которые могут быть измерены в процессе полета и/или получены из баз данных информационно-вычислительного комплекса.





К настоящему времени накоплены значительные результаты, которые могут быть положены в основу создания такого рода бортовой системы. В первую очередь, сформулированная А.И. Григорьевым и А.Д. Егоровым (1999г.) концептуальная модель медицинского контроля в длительных космических полетах, в основе которой лежит принцип снижения времени проведения лечебно-диагностических и профилактических мероприятий.

Кроме того, к настоящему времени разработан комплекс медицинских приборов для сбора широкого спектра медицинских данных непосредственно на борту космических аппаратов. При этом для аппаратуры, которая аккумулирует данные физических процессов, протекающих аналогично на Земле и в условиях микрогравитации, достигнуто оптимальное сочетание качества, точности и воспроизводимости результатов исследований. Для процессов, которые в космическом полете протекают по совершенно иным, на данный момент плохо изученным законам, создается обширная база знаний, помогающая врачам на Земле и на борту оценивать характер влияния невесомости на организм человека и постепенно формировать представления о “космических нормах”. В связи с этим, наряду с разработкой приборов, стали создаваться информационно-поисковые системы, служащие для накопления и обработки данных, собранных в различных полетных экспериментах, начиная с самых первых полетов. Подобные системы, аккумулирующие медицинские показатели различных систем организма, помогли специалистам ГНЦ РФ – Института медико-биологических проблем РАН собрать воедино медицинский опыт космических полетов и сделать определенные выводы о характере влияния микрогравитации на общее состояние космонавтов. При этом ведется анализ получаемой информации с целью определения, носят ли изменения показателей частный характер или являются закономерными для космических полетов.

В то же время, следует отметить, что, несмотря на значительность полученных результатов в области аппаратного и медико-биологического обеспечения медицинского контроля человека в условиях космических полетов, их использование в интересах создания бортовой автоматизированной системы оценки состояния здоровья человека в условиях длительной изоляции, явно недостаточно. В связи с этим решаемая в предлагаемой работе задача, направленная на создание автоматизированной системы поддержки принятия решений, помогающей врачу в ведении постоянного медицинского контроля членов экипажа, является актуальной.

Цели исследования

Целью исследования является создание и экспериментальное обоснование автоматизированной методики оценки состояния здоровья человека для обеспечения безопасности пребывания в условиях длительной изоляции на основе системы поддержки принятия решений.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи.

Задачи исследования

- Анализ структуры и методов медико-биологических исследований в условиях длительной изоляции в космических объектах.

- Исследование методологического и алгоритмического обеспечения существующих диагностических медицинских экспертных систем.

- Формирование методики оценки состояния здоровья членов экипажа в условиях длительной изоляции.

- Построение базы знаний клинически значимых ситуаций, возможных при пребывании людей в условиях длительной изоляции.

- Создание системы поддержки принятия решений медицинского характера в изолированных объектах.

- Экспериментальная апробация системы, построенной на основе методики оценки состояния организма членов экипажей.

- Оценка информативности, практической значимости и прогностической надежности созданной системы, а также перспектив ее развития и внедрения в медицинские учреждения.

Методы исследования

При решении поставленных в работе задач использовались:

– концептуализация и формализация задачи;

– анализ и систематизация данных наземного эксперимента;

– опрос медицинских экспертов посредством опросного листа;

– статистическая обработка и комплексный анализ полученных данных;

– математическое моделирование с использованием устоявшихся медицинских закономерностей, а также алгоритмов “data mining”;

– написание алгоритмов и программного кода.

Научная новизна

Научная новизна работы состоит в том, что в ней предложена методика автоматизации оценки состояния здоровья человека, которая комплексно использует

– данные постоянного и событийного медицинского мониторинга человека;

– историю комплексного обследования организма человека;

– корреляцию параметров различных органов и систем организма друг с другом,

и на основе сочетания технологий “опросных” и “статистических” экспертных систем позволяет в совокупности учесть условия, характерные для длительных космических полетов и принятия медицинских решений в чрезвычайных ситуациях.

Теоретическое и практическое значение

1. Сформирована автоматизированная методика оценки медицинского состояния человека.

2. Определена прогностическая значимость различных медицинских показателей и построена база знаний клинически значимых ситуаций, возможных на борту изолированного объекта.

3. Сформированные методика и алгоритмы базы знаний могут быть использованы для построения автоматизированных средств обеспечения безопасности человека в условиях длительной изоляции.

Реализация и внедрение результатов исследований

Созданная на основе разработанной методики система была успешно внедрена в Главном военно-клиническом госпитале ВВ Министерства внутренних дел России, г. Реутов, Московская область.

Положения выносимые на защиту

1. Разработанная методика оценки состояния здоровья человека в условиях длительной изоляции обеспечивает адекватную поддержку принятия решений медицинского характера врачам экипажей;

2. Использование сочетания технологий “опросных” и “статистических” экспертных систем для построения базы знаний повышает точность оценки состояния здоровья членов экипажей и учитывает фактор автономности длительной экспедиции;

3. Результаты экспериментальной апробации методики оценки состояния здоровья человека показывают достоверность рекомендаций, предложенных системой поддержки принятия решений, созданной на основе предложенной методики.

Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и расчетных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку автоматизированной методики оценки состояния организма человека, создании на основе этой методики системы поддержки принятия решений “Медицинские параметры человека в условиях длительной изоляции”, ее экспериментальной апробации и оформлении результатов в виде публикаций и научных докладов.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на:

ESA's European Student Outreach Activities at the 52,54-th IAF Congress (2001, 2003); Международной космической конференции “Космос без оружия – арена мирного сотрудничества в XXI веке” (Москва, 2001); 7-й и 8-й Международных конференциях “Системный анализ и управление космическими комплексами” (Евпатория, 2002, 2003); Научно-образовательный семинар академика В.М. Матросова (Москва, 2005); 5-я Международная конференция “Авиация и космонавтика” (Москва, 2006).

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов. Главы диссертации содержат постановку задачи исследования, описание теоретических и экспериментальных исследований, заключения и приложения, включающие материалы экспериментальных исследований, проводившихся при помощи разработанных математических и экспериментальных методов, а также библиографии, содержащей 118 наименований (74 отечественных, 44 зарубежных). Материалы изложены на 132 страницах машинописного текста, иллюстрированы 62 рисунками и 47 таблицами.

Содержание работы

Во введении приводится обоснование актуальности решения поставленной проблемы, сформулированы цель и задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость результатов исследования, вынесены основные положения диссертации.

В первой главе приводится подробный обзор основных задач и структуры медицинского обеспечения длительных космических полетов. Задачами медицинского обеспечения продолжительной экспедиции являются [О.Г. Газенко, А.И. Григорьев, А.Д. Егоров, 2001 г.]:

мониторинг состояния здоровья,

лечение наиболее вероятных заболеваний,

решение медицинских и физиологических проблем, обусловленных длительным пребыванием в условиях невесомости, воздействием гравитационных перегрузок, гипогравитации на Марсе и других планетах и реадаптацией к земной силе тяжести,

обеспечение психологической устойчивости, работоспособности, надежности операторской деятельности и оптимального взаимодействия членов экипажа,

формирование и поддержание полноценной среды обитания,

обеспечение радиационной безопасности участников экспедиции.

Для решения указанных задач необходимо создать интегрированную систему медико-биологического обеспечения длительного полета с коэффициентом замкнутости не менее 0,65, учитывающую особенности межпланетной экспедиции, способную эффективно функционировать на всех этапах ее проведения. Одним из главных критериев при создании такой системы является автономность, способность выполнять те или иные функции изолированно, без внешней помощи. При этом замкнутость системы медико-биологического обеспечения рассматривается не только с точки зрения поддержания жизнедеятельности человека, но и с точки зрения информационного обеспечения экспедиции [Л.Б. Строгонова, Л.А. Горшков, 1991 г.].

Общими принципами медицинского обеспечения длительной экспедиции являются [А.И. Григорьев, С.В. Буравков, 2001 г.]:

создание автономного бортового медицинского центра;

включение в состав экипажа высококвалифицированного врача и помощника (парамедика), медицинская подготовка остальных членов экипажа;

возможность проведения самостоятельной диагностики, профилактики и оказания медицинской помощи;

участие экспертов Центра управления полетом (ЦУП) в телемедицинских консультациях;

использование при создании методов диагностики, профилактики и лечения новейших достижений медицины, биологической науки и нанотехнологий;

применение экспертных систем и для анализа и управления состоянием космонавтов;

снижение времени проведения лечебно-диагностических и профилактических мероприятий.

Помимо анализа информации с бортовых медицинских приборов с информационной точки зрения медицинский контроль (МК) в изолированном объекте связан с решением двух важных новых задач:

  1. Распознавание изображений, получаемых медицинскими приборами.
  2. Необходимость оперативного принятия решений бортовым врачом.

Каждая из этих задач рассматривается отдельно.

В первой главе диссертации проводится анализ существующих экспертных систем (ЭС), а также методологических подходов к их построению. В настоящее время сложилась определенная технология разработки ЭС, которая включает следующие шесть этапов: идентификация, концептуализация, формализация, выполнение, тестирование и опытная эксплуатация (рис. 1) [К. Таунсенд, Д. Фохт, 1990 г.].

 Методика (этапы) разработки-0

Рис. 1. Методика (этапы) разработки экспертной системы.

Разные специалисты по-разному понимают природу медико-биологического знания. Те из них, для которых в клиническом опыте преобладает дедуктивная компонента, являются сторонниками экспертных систем, разрабатываемых на фундаменте теории искусственного интеллекта. Другие отдают предпочтение системам, база знаний которых формируется на основании эмпирических данных. Методология последних опирается на общую теорию систем и теорию распознавания образов.

В приводимых ниже диаграммах (рис. 2 и 3) прослеживаются основные различия этих идеологий.

 Экспертная система, основанная на-1

Рис. 2. Экспертная система, основанная на знаниях специалистов

Медицинское знание в такой системе – это логические правила типа IF... THEN... ELSE, формулируемые клиницистами-экспертами (вместе со специалистами по инженерии знаний). А это значит, что принимаемые решения не могут быть выше уровня экспертов. Клиницист при такой организации не может усилить информационные возможности системы, ибо интерактивное взаимодействие человека и компьютера заключается, вообще говоря, в диалоге с уже сформированной базой знаний (и ограничено ее информационными возможностями) [E.Turban, 1995].

 Экспертная система, основанная на-2

Рис. 3. Экспертная система, основанная на знаниях, извлекаемых из эмпирических данных

Здесь основное экспертное знание – данные истории болезни и задачи, формулируемые на языке базы данных. В такой интеллектуальной системе достижение цели решающим образом зависит от того, насколько продуктивно обеспечивается извлечение информации из данных истории болезни и протоколов экспериментов. Этот механизм входит в основу технологии “Data mining” [А.А. Генкин, 1998 г.].

Вторая глава диссертационной работы посвящена систематизации и формализации процессов оценки состояния здоровья человека в условиях длительной изоляции и формированию системы автоматизации этих процессов, использующей сочетание технологий “опросных” и “статистических” экспертных систем при выработке рекомендаций для принятия решений.

При проведении исследований за основу взята хорошо апробированная на практике система медицинского контроля в краткосрочных и среднесрочных орбитальных полетах, на которую далее налагаются технические, временные, энергетические и другие ограничения, связанные со значительным увеличением длительности полетов и удалением от Земли. В частности, невозможность в реальном масштабе времени (запаздывание может достигать 20 минут) получения телеметрической информации и ведения двухстороннего радио диалога Центра управления полётом с бортом космического корабля с целью получения медицинских рекомендаций; неопределенность ситуации, связанная с посадкой, пребыванием и взлетом с поверхности планеты; автономность; беспрецедентная продолжительность полета (до 2 лет); невозможность экстренного возвращения экипажа на Землю или замены заболевшего члена экипажа. Все эти условия делают необходимым включения в состав экипажа 1-2 квалифицированных врачей. Именно в обеспечение их деятельности создается система автоматизации оценки состояния здоровья членов экипажа, которая должна функционировать используя:

    • результаты измерений, для выполнения которых имеется фиксированный набор бортовой аппаратуры,
    • данные дополетных обследований членов экипажа;
    • информацию, получаемую в результате их опросов бортовым врачом;
    • формализованные медицинские закономерности и выводы.

В работе формирование методики автоматизированного контроля состояния здоровья членов экипажа основывается на следующих положениях.

Положение 1.

Существует общая модель M0 = <P,R> (1) космической станции (КС).

Здесь P представляет собой множество характеристик, к которым могут относиться химические, физические и микробиологические факторы внешней и внутренней сред, состояния здоровья членов экипажа, состояния бортового оборудования, удаленность от планет, скорость движения, прогнозируемые события и т.д. [Гуровский Н.Н., Егоров А.Д., 1987 г.].



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.