УДК:330.332.5:336.6

Богданова В.А., Новожилова Л.М.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ХИРУРГИИ

Санкт–Петербургский государственный университет

Рассмотрены подходы к решению проблем синтеза оптимальной структуры сложных медицинских систем, компьютерной поддержки принятия медицинских решений и оперативного лечения.

Ключевые слова: модель идеального технологического процесса, компьютерной поддержки принятия оптимальных медицинских решений.

The report examined approaches to solving synthesis problems of optimal complex medical system structure, medical decisions and surgical treatment software.

Keywords: ideal technological process model, medical decisions computer support.

1.  Прецизионная точность и достоверность медицинской диагностики, подготовки, осуществления и прогнозирования последствий лечения могут быть достигнуты исключительно методами математического моделирования. Управляемая и оснащенная вычислительной техникой сложная распределенная медицинская система (СМС), имеет многоуровневую динамическую структуру, состав и топология которой может изменяться в зависимости от планируемого комплекса медицинских технологических процессов (КМ ТП). Эффективность СМС тем выше, чем больше автономных подсистем с наименьшим числом внешних технологических связей, на которые ее можно разбить [1]. Любой КМ ТП определяет технологическую систему. Смена КМ ТП требует ее изменения.

Для анализа и выбора наиболее эффективной системы предлагается использовать сетевую модель технологического процесса (ТП). Идеальный ТП представляется взвешенным ориентированным деревом U, узлы которого соответствуют состояниям объектов преобразования, а связи — видам преобразований, а веса связей — затратам ресурсов. Последовательность вершин пути от его корня до листа — один из вариантов реализации медицинской технологии. Обозначим {r₁, r₂, … , r_n} множество операций, на котором поределен частичный порядок: r_i≺r_j, если r_i можно выполнить только после r_j. Матрица смежности графа реального ТП U^*: R={r_ij}, r_ij=1, если r_i≺r_j, иначе r_ij=0. Вычислив M=(I–R)ⁿ, T=MÄM^*, построим конденсацию U^* — решение задачи. Структурный анализ идеального ТП, включающий решение комплекса задач теории графов, позволяет найти оптимальную структуру СМС.

2.  Компьютерная поддержка принятия медицинских решений представляет информационный аспект виртуальной хирургии. Медицинские данные характеризуются большими объемами, сложными семантическими взаимосвязями, затрудняющими их анализ и принятие профессионально взвешенных решений. Непосредственная классификация и сравнение альтернатив, описываемых большим числом признаков, требует значительных временных затрат. Сложные медицинские технологии (СМТ), включая хирургическое лечение, могут быть оснащены системами принятия оптимальных медицинских решений — эффективным инструментом программно–целевого управления. Генерации различных вариантов решений и их оценкам служат деревья целей и решений (ДЦР), моделирующие многошаговые процессы принятия последовательных взаимосвязанных решений. Они содержат вершины, в которых решение принимает эксперт и вершины, где решение принимает «случай». ДЦР можно сформировать и применить на любом иерархическом уровне управления медицинскими исследованиями. Метод ДЦР используется применительно и к строго иерархическим структурам, моделируемым ориентированными деревьями, и к структурам, в которых множество вершин i‑го уровня отображаются либо «в», либо «на» множество вершин (i+1)–го уровня, а также к структурам, содержащим циклы, характерные для моделей сложных ТП. Деревья решений поддержаны программными комплексами различных фирм. Программа SuperTree системы Excel включает визуализаторы деревьев и правил. SuperTree наиболее приемлема для поддержки медицинских решений ввиду ее надежности, и технологичности.

3.  Решение проблемы рационального использования биоматериалов требует тщательности предоперационного обследования и может быть осуществлено при условии применения высокоточных методов определения характера распределения и размещения компонентов тканей на участках кожного покрова оперируемого (КПО) и автоматизации операционного процесса на базе вычислительной техники. Интеллектуальное обеспечение рационального использования дорогостоящих ресурсов предполагает моделирование хирургической операции, костной ткани, кожи, оболочки имплантата и жидкости внутри него, их деформаций и включает определение рациональной плотности сети обследуемой области КПО и повышения достоверности его 3D–оконтуривания, модели деформаций, использующие законы физики. Математическая модель КПО реализуется в виде слоев мягких тканей, соединенных между собой.

Анализ перспектив развития виртуальной медицины показывает, что эти задачи могут быть решены только при условии тотального внедрения автоматизации исследований локализации областей хирургического вмешательства, применения высокоточных аналитических методов выявления закономерностей размещения, концентрации и плотности распределения компонентов тканей.

Литература:

1.  Новожилова Л. М. Конечные графы и их приложения. СПб.: Издательство С.–Петербургского университета, 2008. — 234 с.