Биотехнические системы и технологии (Семенова ФИБС БТС 11 семестр) / Лекции 1-6
.pdf
Константин Болсунов, Евгения Семенова
АВТОМАТИЗАЦИЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Модуль 4. Автоматизация анализа биомедицинских сигналов и данных Блок 3. Модели состояния здоровья человека
ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ПАЦИЕНТА
Этап 1. Формирование комплекса диагностически значимых показателей, характеризующих состояния здоровья человека (состояния нормы и заболевания)
НЕ
ИСПОЛЬЗОВАТЬ
Этап 2. Разработка моделей состояния здоровья человека (пациента), в том числе модели индивидуальной нормы
Этап 3. Разработка решающих правил и критериев для классификации состояния пациента
Модели состояния здоровья человека |
2 |
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Описание состояния человека на основе математических диагностически значимых показателей.
Пример 1. Многомерная функция плотности распределения некоррелированных показателей 1, 2, … , , значимых для
диагностики заболевания:
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1−01 |
|
2+ |
2−02 |
2+ + |
−0 |
2 |
||||
|
|
|
|
− |
|
|
|
, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
, |
, … , |
= 2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
||||
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
… |
(2 ) |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где 01, 02, … , 0 – центр многомерного эллипсоида, ограничивающего область состояния здоровья пациента;1, 2, … , – главные оси, характеризующие эллипсоид флуктуаций показателей 1, 2, … , .
соотношений комплекса
|
|
Модели состояния здоровья человека |
3 |
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Пример 2. Уравнение линейной регрессии:
|
|
= + |
+ + |
, |
|
|
|||
|
|
|
1 1 |
|
2 2 |
|
|
|
|
где 1, 2, … , , … , |
определяют |
веса диагностически |
значимых |
||||||
показателей |
, |
, … , |
для |
-го |
состояния |
здоровья |
пациента, |
||
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1, , = 1, , |
|
– количество |
|
диагностически |
значимых признаков |
||||
(показателей), – количество диагностируемых состояний пациента.
Модели состояния здоровья человека |
4 |
МАТРИЧНЫЕ МОДЕЛИ
НЕ
ИСПОЛЬЗОВАТЬ
Описание элементами матрицы, определяющими нижние и верхние границы области состояния
здоровья 1, 1 , 2, 2 , … , , .
Геометрическая интерпретация: многомерный параллелепипед, который ограничивает область пространства -го состояния пациента.
Модели состояния здоровья человека |
5 |
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
Биологический объект является нелинейной динамической системой, характеристики которой меняются во времени нелинейно
Математические модели, отражающие динамику: функции времени, линейные и нелинейные дифференциальные и интегральные уравнения, содержащие переменные – функции времени
При разработке и использовании математических моделей всегда необходимо оценивать уровень адекватности модели
Модели состояния здоровья человека |
6 |
ЕДИНАЯ ШКАЛА ВЕЛИЧИН ПО ВСЕМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
Диагностически значимые показатели |
|
Невозможно оценить меру близости ∆ |
текущего |
|||||
, |
2 |
, … , |
|
имеют различную размерность и |
|
|||
1 |
|
шкалу |
|
состояния пациента к модельным , , … , |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимо использовать шкалы относительных величин диагностики значимых показателей
Нормировка диагностики значимых показателей относительно максимального значения показателей, средневзвешенных или каких-то других величин
Пример. При нормировании относительно максимальных значений относительные значения диагностически значимых показателей будут меняться в диапазоне от −0,1 до +1,0.
Модели состояния здоровья человека |
7 |
ПОРОГОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
Каждый пациент имеет свою индивидуальную норму значимых показателей и
пороговые значения, которые будут характеризовать проявление признака |
||
заболевания. |
|
|
Пример. |
Пациент 1 |
Пациент 2 |
|
||
|
80 мм рт.ст. |
120 мм рт.ст. |
|
120 мм рт.ст. |
150 мм рт.ст. |
Важно. Необходимо уточнять пороговые значения 1, 2, … , , значения
01, 02, … , 0 и 1, 2, … , эллипсоида флюктуаций значимых показателей заболевания 1, 1 , 2, 2 , … , , путем привлечения медицинских экспертов либо путем проведения клинических испытаний и
настройки системы для конкретного пациента.
Модели состояния здоровья человека |
8 |
Константин Болсунов, Евгения Семенова
АВТОМАТИЗАЦИЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Модуль 4. Автоматизация анализа биомедицинских сигналов и данных
Блок 3. Решающие правила и критерии для классификации состояния пациента
ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ПАЦИЕНТА
Этап 1. Формирование комплекса диагностически значимых показателей, характеризующих состояния здоровья человека (состояния нормы и заболевания)
НЕ
ИСПОЛЬЗОВАТЬ
Этап 2. Разработка моделей состояния здоровья человека (пациента), в том числе модели индивидуальной нормы
Этап 3. Разработка решающих правил и критериев для классификации состояния пациента
Решающие правила и критерии для классификации состояния пациента |
2 |