Файл: Мельников, В. Г. Информационное моделирование в клинической медицине.pdf

ного алфавита. Точно так же, выбрав множество симптомов, роль которых существенна для характеристики состояний организма при инфаркте миокарда, присвоив каждому из них шкалу дискрет­ ных значений, получим исходный материал для описания симво­ лов выходного алфавита.

Построенная модель не должна иметь петель, т. е. такой по­ следовательности переходов, которая бы замыкалась, возвра­ щаясь к одному и тому же состоянию. Это обстоятельство не является серьезным препятствием на пути создания модели, так как иден­ тичные по симптомокомплексу состояния, появляющиеся у боль­ ного в разные периоды течения заболевания (например, повтор­ ные отеки легких), могут обозначаться различными парами симво­ лов выходного алфавита с учетом временной последовательности их появления.

Теоретически такой подход оправдан, поскольку лишь несо­ вершенство техники анализа состояния больного не позволяет опре­ делить имеющиеся в действительности различия между предыду­ щим состоянием и «идентичным» ему последующим, разнесенным по времени появления.

§ 5. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ИНФАРКТА МИОКАРДА *

Результатом функционирования информационной модели инфаркта миокарда должно быть определение состояния модели, соответству­ ющего состоянию исследуемого больного (диагноз), выделение наи­ более вероятных последующих состояний (прогноз) и определение лечебных воздействий, необходимых для достижений заданного наиболее приемлемого состояния в развитии болезни (управление).

На вход модели поступает информация, собранная врачом в процессе лечения конкретного больного. Элементы модели — со­ стояния и лечебные воздействия, созданные в результате обобще­ ния информации о состояниях и лечении конкретных больных, представляют собой более общие конструкции в сравнении с ин­ формацией, поступающей на вход модели. В этом смысле можно говорить о фрагментарности сведений, характеризующих процесс развития и лечения конкретного больного; другими словами, состояния и лечебные воздействия, присущие конкретному боль­ ному, выступают в виде фрагментов соответствующих элементов модели. Таким образом, на вход модели поступают фрагменты или последовательности фрагментов состояний и лечебных воздей­ ствий.

Алгоритм функционирования информационной модели инфар­ кта миокарда поэтапно реализует задачи диагностики, прогнозиро­ вания и управления.

* Этот параграф был написан совместно с 10. М. Горским н В. В. Но­ ворусским.

109

На этапе диагностики из всей совокупности последовательнос­ тей переходов (цепей состояний), описывающих модель инфаркта миокарда, выделяется такая последовательность, которая соответ­ ствует конкретному диагностируемому процессу, представленно­ му последовательностью фрагментов состояний и лечебных воз­ действий. Состояние, завершающее найденную цепь, будет соот­ ветствовать текущему состоянию данного больного.

Поскольку одна и та же совокупность симптомов, обозна­ ченная одним символом выходного алфавита, может отмечать более чем одно состояние модели, отыскивается именно цепь, а не одно состояние. Использование сведений о предыстории дан­ ного состояния уменьшает степень неопределенности решения, так как для некоторых из состояний невозможно подобрать такую предшествующую ему цепь, которая бы не противоречила исходным для диагностики данным. Кроме того, в ряде случаев определение цепи состояний модели, предшествовавших данному состоянию, может быть самостоятельной задачей. .

Поиск цепи состояний, соответствующей конкретному диаг­ ностируемому процессу, осуществляется с помощью обратной мо­ дели инфаркта миокарда, т. е. обратного конечного автомата клас­ са I I . Такой автомат функционирует следующим образом. Если установить его в состояние, соответствующее текущему состоянию «прямой» модели, и подать на его вход последовательность сиг­ налов, полученную с выхода прямой модели в порядке, обратном относительно оси времени, то с выхода автомата можно получить последовательность сигналов, действовавшую на входе модели, тоже в обратном относительно оси времени порядке; сам обратный автомат будет установлен в состояние, соответствующее началь­ ному состоянию прямой модели. В общем случае для прямой мо­ дели различные последовательности входных сигналов могут при­ вести к одной и той же последовательности состояний. Поэтому по­ следовательность состояний и лечебных воздействий, полученная с выхода обратной модели, сможет оказаться не единственной. Чтобы выделить все возможные последовательности в обратном автомате, вводятся вероятные переходы, а «проигрывание» по­ следовательности состояний осуществляется многократно. Тогда каждую из полученных последовательностей состояний и лечеб­ ных воздействий можно рассматривать как гипотезу, описывающую возможный путь течения заболевания. Вероятность каждой ги­ потезы и диагностированного состояния оценивается по частоте появления гипотезы при многократном «проигрывании» модели.

Прямая модель инфаркта миокарда допускает подачу на вход только последовательности лечебных воздействий. Для того чтобы иметь возможность сопоставить состояния больного и модели, последняя должна быть преобразована в обратную модель так, чтобы состояние больного играло роль входного сигнала, а не выходного, как при прямой модели. Обратный конечный автомат как раз и является таким преобразованием прямой модели.

110

(т. е. связанные одним переходом) состояния. Возможно, что в цепи модели, включающей оба состояния, соответствующие соседним фрагментам, между указанными состояниями модели могут быть

Рис. 8.

другие элементы. Поэтому обратная модель должна давать воз­ можность восстановления цепи элементов несмотря на пропуски.

ностической задачи, каждому из известных фрагментов состояний ставится в соответствие символ выходного алфавита Y. Обратная модель инфаркта миокарда составлена таким образом, что на ее вход могут быть предъявлены только символы алфавита Y. Из­ вестные фрагменты, характеризующие состояние данного боль­ ного, представлены в форме списков отдельных симптомов и

H I

соответствующих им значений. Символы алфавита также представля­ ются аналогичными списками. Однако в подавляющем большинстве случаев список, соответствующий фрагменту, не будет совпадать ни с одним из списков, описывающих символы алфавита Y. Это объясняется тем, что в элементах модели зафиксированы более полные сведения о заболевании, чем во фрагментах, которые яв­ ляются результатом исследования конкретного больного. Поэтому соотнесение фрагменту символа алфавита равносильно «восстано­ влению» неизвестных сведений. Поскольку для такого восстанов­ ления какая-либо иная информация отсутствует, то оно доляшо выполняться хотя бы так, чтобы информация, содержащаяся в сим­ воле алфавита, не противоречила информации, содержащейся в соответствующем фрагменте. Таким образом, каждому фрагменту могут быть поставлены в соответствие те символы алфавита, ко­ торые содержат в своем списке те же симптомы и те же их значе­ ния, что и список восстанавливаемого фрагмента. В общем случае такое сопоставление пе может быть выполнено однозначно, т. е. одному фрагменту может быть поставлено в соответствие некото­ рое множество символов алфавита Y, удовлетворяющих указанно­ му условию. Результатом первого шага алгоритма является полу­ чение последовательности множеств символов алфавита У, заме­ нившей собой известную последовательность фрагментов сведений о конкретном больном.

На втором шаге алгоритма множеству символов алфавита Y, восстановленных по фрагментам сведений о состояниях больного, ставится в соответствие множество состояний обратного автома­ та, принимаемых за начальные для того, чтобы затем иметь воз­ можность предъявить на вход обратного автомата одну из после­ довательностей символов алфавита Y. Любое из состояний модели, отмеченное символом алфавита Y, принадлежащим этому мно­ жеству, может быть принято за начальное.

На третьем шаге алгоритма на вход обратного автомата, ус­ тановленного в одно из состояний, принадлежащих найденному на предшествующем шаге множеству, предъявляется последова­ тельность символов алфавита Y, выбранная из множеств, найден­ ных на первом шаге алгоритма. В результате на выходе обратного автомата получается последовательность символов алфавита X и последовательность символов алфавита А, г. е. последователь­ ность тех состояний, которые могли предшествовать текущему состоянию данного больного. Выбор начальных состояний и сим­

ществления такого выбора не существует. Многократное повторе­ ние этого шага дает возможность испытать различные начальные состояния и различные последовательности символов алфавита Y. Очевидно, не для каждой из таких комбинаций может быть най­ дена цепь в модели, зато любая из найденных цепей не противо­ речит предъявленным фрагментам. Однако для того, чтобы ги-

112