4.1 Структура программного комплекса интеллектуализации принятий решений

Для точного диагностирования состояния организма необходимы ав­томатизированные диагностические комплексы, представляющие собой достаточно сложную динамическую систему, которая, в свою очередь, включает в себя программно-технические средства получения и обработки информации.

Главная роль этих систем заключается в получении необходимой для принятия управленческих решений информации о принадлежности исследуемого объекта к тому или иному классу, чтобы на основании вышесказанного прогнозировать дальнейшее состояние объекта.

Оптимальный подход к построению таких систем включает в себя наличие нескольких взаимосвязанных подсистем, ориентированных на выполнение различ­ных узкоспециализированных задач в рамках разработанного алгоритма функционирования всей системы [79 - 81].

На рисунке 4.1 предлагается типовая структура для биотехнической системы на основе данных компьютерного томографа [8].

111

111

Рисунок 4.1 - Структура биотехнической системы диагностики и лечения пульмо­нологических заболеваний на базе КТ

Приложение для работы с базой данных состоит из семи модулей.

Функциональное назначение модулей следующее:

- модуль СЬоісеОіРагііей позволяет производить выбор пациента из базы данных для дальнейшей диагностики или проверки эффективности выбранного метода лечения;

- модуль ChοiсeOfTreatment предназначен для произведения диагностики заболе­ваний пациентов. Содержит в себе уникальный алгоритм по определению способа лечения;

- модуль АШогшйоп необходим для авторизации пользователя;

- модуль Insert_wmdοw требуется для добавления пациентов в базу данных;

- модуль МаіпА'іпсІом - главное окно программы.

по программе;

- модуль МеФса1_^огу выводит историю болезни пациента;

- модуль TestMain производит диагностику заболевания пациента.

На рисунке 4.2 изображены семь программных модулей.

Рисунок 4.2 - Функциональное взаимодействие программных модулей

Основной модуль - MainWindow. Этот модуль является главным окном программы и служит для передачми данных между остальными окнами.

Следует отметить, данная система работает на MS Windows XP и выше, а так­же требуется СУБД не ниже Orade database 11g express edition [122 - 124]. Также необходимо располагать свободным объемом памяти на диске в 4000 Кб. Алгоритм обработки медицинской информации структурно представлен на рисунке 4.3

Рисунок 4.3 - Структура диагностирующей системы

Следующий немаловажный объект - это система управления базами данных, с помощью которой возможно обращаться к содержимому базы знаний, просматривать информацию о пациентах и возможных методах лечения.

114

Рисунок 4.4 - Структурная схема биотехнического комплекса, поясняющая взаимодействие ее структурных частей между собой

Следует отметить, что приведенная выше структурная схема программы была разработана с учетом охвата функциональных составляющих, необходимых для обеспечения грамотной работы диагностического процесса - рисунок 4.4.

Далее идет рассмотрение медицинской экспертной системы.

Состоит такая система из упорядоченной совокупности знаний. Струк­турирование данных необходимо для упрощения процесса принятия решения.

Говоря языком специалистов, термин «знания» представляет собой информацию, необходимую программному обеспечению, чтобы то работало «интеллектуально».

Большинство правил экспертных систем являются эмпирическими упрощениями или правилами, которые рационально сужают круг поиска решения.

В виду трудоемкости задачи диагностики и лечения заболеваний, которые не предоставляется проанализировать математически и решить алгоритмически, экспертные медицинские системы используют эвристики, так как задачи диагностики и лечения заболеваний, которые они решают, трудны, не до конца понятны и не поддаются алгоритмическому решению или строгому математическому анализу. Алгоритмический метод гарантирует корректное или оптимальное решение задачи диагностики, тогда как эвристический метод дает наиболее приемлемое решение в большинстве случаев.

Знания в экспертной системе пульмонологии организованы таким образом, что они отделяют друг от друга знания о предметной области отделены от решения задач диагностики. Аналогично отделено значение о том, как взаимодейтсвовать с пользователем-врачом. Выделенные знания о предметной области называются базой знаний, а общие знания о нахождении решений поставленных задач называ­ются мезанизмом вывода. На рисунке 4.5 приведена структура программного комплекса. База пульмонологических знаний содержит факты заболеваний легких

(данные) и правила (или другие представления знаний), использующие эти факты как основу для принятия решений.

Механизм вывода состоит из интерпретатора и диспетчера. Перый служит для определения применимости правила, необходимого для представления результатов диагностики, пороисходящей на основе хранящейся в базе знаний информации, а второй - необхлодим для выявления порядка применения правил.

Рисунок 4.5 - Структура информационного взаимодействия компонентов биотехни­ческого комплекса

В виду возможности не брать во внимание измнения окружающей среды в процессе решения задачи База знаний экспертной системы диагностики является

статической, так как здесь существует возможность не учитывать изменения окру­жающего мира за все время решения задачи.

Β работе экспертной медицинской системы можно выделить два основных режима: режим приобретения медицинских знаний и режим постановки диагноза (режим консультации или режим использования).

Таким образом, в отличие от традиционного подхода в случае медицинской экспертной системы наполнение программ осуществляет не программист, а врач- эксперт, не владеющий навыками программирования.

Β режиме консультаций общение с экспертной системой осуществляет врач- пульмонолог, которого интересует результат-диагноз и (или) способ его получения.

Важно отметить, что в отличие от традиционных программ экспертная система при решении задачи диагностики не только исполняют предписанную ал­горитмом последовательность операций, но и сама предварительно создает ее.

Предлагаемая экспертная система диагностики и лечения имеет возможность самообучаться на решаемых задачах, пополняя автоматически свою базу знаний ре­зультатами полученных выводов и решений.

Ограниченность задачи диагностики и лечения легочных заболеваний, реша­емой с помощью экспертной системы, была решена с помощью комбинации нейронной сети и обычных математических методов и построением из них

иерархических блоков, одни из которых используют для своих действий результаты работы других.

Также стоит отметить, что применение неявных алгоритмов не противоречит и даже не отменяет использование формальных методов, а в действительности значительно дополняет их.

Например, если с помощью нейронной сети определяется оптимальная комбинация лекарственных препаратов для лечения пациента, и имеется совер­шенно четкое и однозначное противопоказание к назначению определенного препа­рата, в экспертную систему может быть введен простой логический блок, пре­пятствующий назначению этого лекарства независимо от решения нейронной сети.

Структурная схема диагностики состоит из нескольких компонентов.

Первый из них - «Интерфейс», который, в свою очередь, также состоит из компонентов и представляет собой аппаратно-программное средство, обеспечива­ющее графическое отображение и объем информацией между человеком и компью­тером [82].

Β представленном программном комплексе это система средств, позволяющая пользователю заносить необходимые данные в систему, а так же дает возможность визуально наблюдать за результатом работы программы.

Структура «Интерфейса» показана на рисунке 4.6.

«Диалоговый режим работы с БД» представляет собой оконную форму, в которой можно выполнять следующие действия: вносить данные пациентов, просматривать и редактировать данные пациентов, просматривать и редактировать данные диагностики.

Компонент «Режим диагностики на основе данных лабораторного анализа» позволяет производить классическую диагностику легочных заболеваний пациента по результатам лабораторных исследований легких, на основе предрасположенности к одному из видов заболеваний легочных тканей.

Рисунок 4.6 - Структурная схема «Интерфейса»

«Диалоговый режим работы с СД» - подсистема банка данных, которая отве­чает за централизованное хранение информации о структурах данных, взаимосвязях файлов базы данных друг с другом, типах данных и форматах их представления, а также за принадлежность данных пользователям.

«Интеллектуальный режим анализа данных ΚΤ» - компонент системы, раз­работанный на основе алгоритма цифровой обработки снимков компьютерного томографа с использованием сверточной нейронной сети. Он позволяет производить диагностику легочных заболеваний на ранних стадиях развития.

Компонент «Информационно-справочная система» открывает доступ к списку клинических признаков легочных заболеваний, а также к информации по всем необходимым препаратам для поставленных системой заболеваний.

Следующий компонент, который необходимо выделить - «Система диагностики», позволяющий обработать полученную информацию, а также опре­делить диагноз.

Компонент «Формирование первичной информации» отвечает за первичную обработку информации, которая подразумевает соответствие внесенной информации: клинического и ультразвукового исследования, а также исследования КТ.

«Анализ введенной информации» - компонент программы, реализующий ал­горитм проверки внесенных данных.

«Дополнительная информация» - введение дополнительной информации о пациенте.

«Диагностика легочных патологий на основе снимков КТ» - алгоритм распознавания и диагностики заболеваний легких на основе разработанной сверточной нейронной сети, способной детально анализировать снимки компью­терного томографа.

«Принятие решение на основе сверточной нейронной сети» позволяет опре­делить границы областей на снимке с возможными патологиями и выделить такие границы красным цветом.

«Постановка диагноза» - заключительный этап, на котором система на основе данных лабораторного анализа или данных снимков компьютерного томографа ставит окончательный диагноз.