Медицина. Экспертная система

Кибернетика в медицине. Кибернетика — наука об общих законах управления в системах любой природы — биологической, технической, социальной. Основной объект исследования в К. {Кибернетика} — кибернетические системы, рассматриваемые вне зависимости от их материальной природы. Методы К. {Кибернетика} развиваются вместе с общей теорией систем, теорией автоматического управления, методами математического моделирования и др. Общие законы управления и обобщенные характеристики систем применяются к конкретным областям: биологические объекты исследуются в биокибернетике, медицинские системы и методы управления состоянием организма — в медицинской кибернетике и т.д.
Исторический очерк. Проникновение кибернетических методов в биологию и медицину началось после выхода в 1948 г. книги американского математика Н. Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине», ознаменовавшего появление кибернетики как науки. В этой книге впервые была выявлена общность процессов в природе и технике, причем ряд исходных концепций К. {Кибернетика} базировался на наблюдениях за биологическими объектами. В нашей стране развитие К. {Кибернетика} было необоснованно заторможено, она была объявлена буржуазной лженаукой, хотя независимо от этого прикладное направление К. {Кибернетика} — разработка отечественных ЭВМ и первых кибернетических систем — велась под руководством академика С.А. Лебедева с 1949 года. В конце 50-х гг. справедливое положение К. {Кибернетика} в системе наук было восстановлено, и в 1959 г. усилиями академика А.И. Берга при Президиуме АН был создан научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика». Одним из важных направлений работы совета стало развитие биологической и медицинской К. {Кибернетика} Важную роль в становлении биологической и медицинской кибернетики в сыграли В.В. Ларин и Н.М. Амосов.
В нашей стране в 60-х гг. уже работали экспериментальные автоматизированные медицинские системы. Первая в диагностическая система на основе ЭВМ была создана в 1964 г. в лаборатории кибернетики Института хирургии им. А.В. Вишневского. Эта система автоматически устанавливала диагноз врожденных пороков сердца. В 1969 г. в Институте сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева была разработана система автоматической диагностики поражения клапанов сердца.
В 1970 г. в НИИ социальной гигиены и организации здравоохранения им. Н.А. Семашко были созданы первые автоматизированные системы управления, а в 1972 г. в рамках системы АСУ «Больница» была принята в эксплуатацию первая в АСУ медицинского назначения «Аптека». К середине 70-х гг. были разработаны автоматизированные системы для использования в клинике (мониторно-компьютерная система «Симфония» для слежения за состоянием больного во время хирургической операции — 1973 г., автоматизированная система обеспечения решений врача АСОРВ — 1974 г.) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 .
С 1969 г. в ряде медицинских институтов читался факультативный курс «Основы медицинской кибернетики», а в 1979 г. медико-биологический факультет 2-го Московского медицинского института им. Н.И. Пирогова выпустил первых в врачей-кибернетиков.
С середины 80-х гг. кибернетические методы в медицине и здравоохранении получают все большее распространение. Появляются автоматизированные центры диагностики, системы диспансеризации и медицинских осмотров населения. В крупных больницах создаются автоматизированные системы обработки медицинских данных, осуществляется компьютерный учет коечного фонда, в приемных отделениях журнал приема больных ведется на основе ЭВМ.
К концу 80-х гг. только в Москве прямой доступ к ЭВМ получили несколько тысяч врачей и медработников. Например, в Институте сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева, где разработана и функционирует система автоматизированного ведения историй болезни, в 1988 г. с компьютерами работало более 400 врачей.
В последние годы роль и место К. {Кибернетика} в системе наук изменились. Отпочкование от нее информатики (связанные ссылки: Информатика, в качестве самостоятельной научной и практической области деятельности, вобравшей в себя проблемы создания и использования средств вычислительной техники, вернуло К. {Кибернетика} в ее классическое русло — науки об общих законах управления.
Основные понятия кибернетики. К. {Кибернетика} исследует процессы управления, протекающие в живой природе, технических, социальных и других объектах. Главным предметом изучения является система — совокупность элементов, образующих определенную структуру, которая функционирует для достижения какой-либо цели.
Кибернетика изучает общие свойства систем, прежде всего с точки зрения способов управления ими. Особую роль в биологических и медицинских применениях К. {Кибернетика} играют динамические системы, в которых с течением времени происходят существенные изменения. Элементы системы и связи между ними образуют ее структуру. Внешнее проявление присущих системе свойств, характерные для нее процессы являются функцией системы. Способность систем сохранять свою структуру и функцию в меняющихся условиях характеризуется понятиями надежности и устойчивости. Под устойчивостью системы понимают ее способность с течением времени возвратиться к исходному (или близкому к нему) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 состоянию после какого-либо возмущения.
На ранних этапах развития К. {Кибернетика} для описания систем использовался метод черного ящика — описание систем в виде преобразователя входных сигналов в выходные со скрытой внутренней структурой. Понятие черного ящика оказалось неудовлетворительным для описания динамических систем, т.к. оно не учитывает важнейшее их свойство: характер преобразования входных сигналов в выходные меняется в зависимости от текущего внутреннего состояния системы. Поэтому широкое распространение в К. {Кибернетика} получил метод так называемого пространства состояний, в котором система представлена не только входом и выходом, а тремя характеристиками — входом, состоянием, выходом (связанные ссылки: Математические методы) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 .
Сохранение неизменности состояния системы при действии возмущении называется гомеостазом. Наиболее широко понятие гомеостаза применяется при анализе физиологических систем. В отличие от обычной устойчивости (возвращение системы к исходному состоянию после снятия возмущения) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 гомеостаз означает сохранение исходного (или близкого к нему) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 состояния системы и во время действия возмущающих факторов.
Одной из важнейших функций систем является управление. Целями управления могут быть сохранение структуры, поддержание гомеостаза, реализация различного рода программ. При синтезе систем в К. {Кибернетика} используются и другие термины, по смыслу близкие к понятию управление, например регуляции (в частности, физиологическая) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 и регулирование (простые формы управления, в основном в технических системах) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 .
Управление может осуществляться либо полностью без участия человека — автоматическое, либо человеком с использованием технических средств (например, вычислительной техники) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 — автоматизированное (связанные ссылки: Автоматизированные системы управления) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Общие свойства управляемых систем, в т.ч. и автоматических систем управления, изучаются методами теории управления.
Ведущим понятием К., широко используемым в медицине и биологии, является обратная связь. Если в какой-нибудь системе удается выделить направление «прямой» передачи сигнала, т.е. от входа системы к ее выходу, то любая передача сигналов в противоположном направлении (от выхода ко входу) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 называется обратной связью. В биологических и медицинских системах, как правило, можно выделить множество прямых и обратных связей. Поэтому в целях упрощения в системе анализируют лишь главную (иногда рассматриваемую в качестве единственной) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 цепь обратной связи. Обратная связь может быть положительной (когда поступающий обратно с выхода на вход сигнал увеличивает эффект входного воздействия) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 или отрицательной (когда этот эффект уменьшается) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Положительная обратная связь обычно способствует потере устойчивости в системе, а отрицательная повышает устойчивость и обеспечивает поддержание гомеостаза.
В биологических системах, в частности в организме, отрицательная обратная связь встречается в различных формах, а механизмы ее реализации имеют различную природу — гуморальную, нервную и др.
Простейшей формой отрицательной обратной связи в К. {Кибернетика} является обратная связь по рассогласованию . Прямой канал представлен цепочкой вход — регулятор — объект — выход, обратная связь — передача выходного сигнала V с выхода системы ко входу. Если входной сигнал равен Х (любое постоянное значение входного сигнала называется установкой) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 , а выходной сигнал Y ему не равен, то в системе возникает сигнал рассогласования S = Х — Y. Этот сигнал усиливается регулятором и преобразуется в сигнал управления Ц, который поступает на вход объекта, изменяя его состояние до тех пор, пока рассогласование не исчезнет. В этом случае достигается желаемое соотношение Y — X. Если на систему действует возмущение V, то это соотношение нарушится, и механизм обратной связи снова заработает, возвращая изменившееся значение к заданному уровню.
Примером анализа управления с применением отрицательной обратной связи в организме может быть процесс прицеливания у стрелка (X — положение центра мишени, Y — положение мушки, регулятор — ц.н.с., объект управления — рука стрелка с оружием) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Такие или подобные им отрицательные обратные связи характерны для управления движением вообще.
Другой распространенной формой отрицательной обратной связи в системах любой природы является параметрическая обратная связь, когда выходной сигнал изменяет какие-либо свойства (параметры) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 одного из звеньев прямого канала — регулятора . Примером такого рода отрицательной обратной связи может служить один из механизмов ауторегуляции в биохимических циклах — подавление конечным продуктом реакции синтеза одного из предшественников.
Биологическая и медицинская кибернетика. Приложение кибернетических методов к анализу биологических систем реализуется в рамках биокибернетики, а весь круг задач, связанных с управлением процессами в организме (включая задачи автоматизации диагностики и лечения, внедрения компьютерных методов в работу медицинского персонала) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 и в социально-экономических системах охраны здоровья населения, решается в рамках медицинской К. {Кибернетика} Вопросы компьютеризации медицины, связанные с обработкой биомедицинской информации, в настоящее время относят к информатике.
Биокибернетические исследования ведутся в двух основных направлениях. Во-первых, разрабатываются и используются все более совершенные методы обработки информации при измерении биологических сигналов и получении других данных о состоянии биосистем. Широко применяются методы статистической обработки (корреляционный анализ, методы автоматической классификации и т.п.) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Эти методы используют и для анализа больших объемов информации, которые получаются в результате медико-биологических экспериментов, при решении задач дифференциальной диагностики, в медицинской статистике (связанные ссылки: Математические методы) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 .
Во-вторых, развитие методов биокибернетики идет по пути создания формализованных описаний биологических систем, т.е. построения их моделей (математических или логических) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Так, широкое распространение получило математическое моделирование динамических систем с помощью дифференциальных уравнений. Термин «моделирование» используется в К. {Кибернетика} для описания двух связанных между собой областей исследования систем. Под моделированием понимается процесс разработки математического описания объекта. Известны, например, модели системы кровообращения Гайтона, модель терморегуляции Столвийка и др. Созданы модели практически всех физиологических систем организма, многих патологических процессов, модели экологических систем, поведения человеческих популяций и систем охраны здоровья.
Кроме того, термин «моделирование» означает процесс исследования системы с помощью математических моделей (эквивалентным по содержанию является понятие вычислительного эксперимента) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Сущность вычислительного эксперимента состоит в том, что с помощью ЭВМ многократно решают математические уравнения, описывающие свойства биологического объекта в различных условиях и его реакции на внешние воздействия, а результаты различных вариантов решения представляются в удобном для исследователя виде. Полученные в результате вычислительных экспериментов данные анализируются специалистами точно так же, как и результаты обычных медико-биологических экспериментов.
Целями моделирования являются формулировка и обоснование предположений о свойствах биологических объектов (выдвинутые гипотезы в дальнейшем могут проверяться экспериментально) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 ; прогноз и оценка действия различных внешних и внутренних факторов на биологические системы (прогноз действия лекарств, оценка эффективности применения гипотетических или реальных технических средств, например искусственных органов) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 ; отработка моделей для включения в компьютеризованные системы медицинского назначения (например, построение математической модели определенных физических процессов в тканях при действии излучения для использования в компьютерных томографах) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 .
К биокибернетике примыкает ряд научных направлений: бионика — наука, исследующая свойства организмов с целью их воспроизведения в технических системах; инженерная психология, занимающаяся созданием технических систем, наилучшим образом согласованных с психологическими способностями и возможностями человека, управляющего ими; инженерная физиология, имеющая целью создание технических систем для поддержания жизнедеятельности и работоспособности организма или отдельных физиологических систем.
Медицинская К. {Кибернетика} занимается разработкой и использованием систем управления а медицине и здравоохранении. В ее рамках создаются методы диагностики и коррекции жизненных процессов в организме (компьютерная диагностика и лечение, способы управления аппаратами и устройствами медицинской техники) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 , ведутся разработка и реализация методов контроля и управления состоянием здоровья на популяционном уровне (управление профилактическими и противоэпидемическими мероприятиями) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 , ставятся и решаются организационные проблемы охраны здоровья населения и задачи управления здравоохранением.
Одним из путей использования кибернетических методов в медицине является разработка автоматизированных систем управления (АСУ) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Автоматизированные системы медицинского назначения повышают результативность и эффективность работы врачей и другого медперсонала. Получают распространение компьютеризованные системы доврачебного осмотра и опроса населения, методы компьютерной диагностики, ведение журналов поступления больных и учета коечного фонда медицинских учреждений, разрабатываются и внедряются системы автоматизированного ведения историй болезни. Благодаря внедрению АСУ медицинские учреждения (больницы, поликлиники, лечебные центры) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 переходят на новые информационные технологии: вся обработка медицинской информации в пределах учреждения производится в безбумажной форме. Медперсонал прямо со своих рабочих мест вводит информацию в ЭВМ, получает на экране дисплея результаты ее обработки, имея доступ к общей базе данных. На бумагу (получение так называемых твердых копий) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 информация выводится только в необходимых случаях, например при выдаче на руки больному выписок или документов, для составления некоторых форм отчетности.
Рабочее место медработника, на котором установлена персональная ЭВМ или терминал единой сети ЭВМ, позволяющие получать доступ к информационным базам данных и работать с ними, называется автоматизированным рабочим местом (АРМ) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 врача. Разработка АРМ ориентируется на создание интеллектуального помощника врача, поэтому ЭВМ выступает не только как средство хранения и вывода нужной информации, но и берет на себя многие функции, возлагавшиеся ранее на человека (например, выписка рецептов с автоматической проверкой совместимости лекарств) ( 890208701 ELTASK.COM: 978520721 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1029363242 Справочник. Отзывы. android ) 890208701 . Для более сложных ситуаций существуют специальные системы, использующие знания и опыт экспертов. Экспертные системы позволяют получать врачебные рекомендации и логические выводы даже в том случае, когда алгоритм решения задачи неизвестен, а при необходимости объясняют причины принятия решений и рекомендаций на языке, понятном пользователю.
Перспективы. Основным средством внедрения кибернетических методов в медицину являются ЭВМ и соответствующее программное обеспечение. Развитие и удешевление средств вычислительной техники, повышение их надежности, распространение персональных компьютеров, растущая сложность применяемых в медицинской практике средств и методов являются причинами алгоритмизации многих областей медицины и использования в них ЭВМ. Компьютеризованные методы широко применяются в ряде научно-исследовательских и клинических центров Москвы, Ленинграда, Киева, Барнаула и других городов.

Источники: Воробьев Е.И. и Китов А.И. Медицинская кибернетика, М., 1983; Инженерная физиология и моделирование систем организма, под редакцией В.Н. Новосельцева, Новосибирск, 1987; Новосельцев В.Н. Теория управления и биосистемы, М., 1978; Основы инженерной психологии, под редакцией Б.Ф. Ломова, М., 1986; Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. и Тимонов А.А. Математические задачи компьютерной томографии, М., 1987.

Страница ПОМОЩИ. Просим Вас сообщать о замеченных Вами ошибках и оставлять Ваши отзывы (в меню android-программы для этого предназначена опция "Cообщение"). Также, перейдя по следующей ссылке, Вы можете задать вопрос или отправить Сообщение разработчику