На правах рукописи

НОВИКОВ Дмитрий Борисович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРЕБЫВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ИЗОЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

05.26.02 – “Безопасность в чрезвычайных ситуациях (авиационная и ракетно-космическая техника)”
05.13.12 – “Системы автоматизированного проектирования (авиационная и ракетно-космическая техника)”

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Москва - 2007

Работа выполнена в Московском Авиационном Институте (Государственном Техническом Университете)

Научные руководители:
доктор технических наук, профессор Строгонова Любовь Борисовна
кандидат технических наук, доцент Бродский Александр Владимирович

Официальные оппоненты:
доктор технических наук Цетлин Владимир Владимирович
доктор технических наук Евдокименков Вениамин Николаевич

Ведущая организация: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие “Центральный научно-исследовательский институт машиностроения”,
141070, Московская область, г. Королев, ул. Пионерская, д.4

Защита состоится "17"октября 2007 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета К 002.111.02 при Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН), г. Москва, Хорошевское ш., д. 76а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ - Института медико-биологических проблем РАН

Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор биологических наук Н.М.Назаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы: Проблемы обеспечения безопасности и сохранения высокого уровня работоспособности человека в условиях длительного пребывания в изоляции присущи ряду видов деятельности. Наиболее остро данная проблема проявляется при решении задач создания и эксплуатации космических средств нового поколения. В частности, в проектах полета человека на Марс, наземного эксперимента Марс-500 и эксперимента “Лунная база”.

Современная практика свидетельствует, что постоянное увеличение объемов обрабатываемой в ходе полетов медицинской информации значительно затрудняет принятие медицинских решений бортовым врачом. В связи с этим, во многих случаях решения принимаются на Земле и передаются космонавтам специалистами медицинской группы Центра управления полетами (ЦУП). При неизбежном увеличении продолжительности космических полетов и удалении космического пилотируемого корабля от ЦУП’а применение сложившейся практики, а именно телеметрической передачи данных на землю с целью получения поддержки в принятии решений по купированию чрезвычайных ситуаций на борту, представляется затруднительной, а в некоторых случаях – невозможной. В этих условиях в названных выше Проектах основной упор делается на создание бортовой автоматизированной системы, обеспечивающей оценку состояния человека на основе обработки совокупности показателей, которые могут быть измерены в процессе полета и/или получены из баз данных информационно-вычислительного комплекса.

К настоящему времени накоплены значительные результаты, которые могут быть положены в основу создания такого рода бортовой системы. В первую очередь, сформулированная А.И. Григорьевым и А.Д. Егоровым (1999г.) концептуальная модель медицинского контроля в длительных космических полетах, в основе которой лежит принцип снижения времени проведения лечебно-диагностических и профилактических мероприятий.

Кроме того, к настоящему времени разработан комплекс медицинских приборов для сбора широкого спектра медицинских данных непосредственно на борту космических аппаратов. При этом для аппаратуры, которая аккумулирует данные физических процессов, протекающих аналогично на Земле и в условиях микрогравитации, достигнуто оптимальное сочетание качества, точности и воспроизводимости результатов исследований. Для процессов, которые в космическом полете протекают по совершенно иным, на данный момент плохо изученным законам, создается обширная база знаний, помогающая врачам на Земле и на борту оценивать характер влияния невесомости на организм человека и постепенно формировать представления о “космических нормах”. В связи с этим, наряду с разработкой приборов, стали создаваться информационно-поисковые системы, служащие для накопления и обработки данных, собранных в различных полетных экспериментах, начиная с самых первых полетов. Подобные системы, аккумулирующие медицинские показатели различных систем организма, помогли специалистам ГНЦ РФ – Института медико-биологических проблем РАН собрать воедино медицинский опыт космических полетов и сделать определенные выводы о характере влияния микрогравитации на общее состояние космонавтов. При этом ведется анализ получаемой информации с целью определения, носят ли изменения показателей частный характер или являются закономерными для космических полетов.

В то же время, следует отметить, что, несмотря на значительность полученных результатов в области аппаратного и медико-биологического обеспечения медицинского контроля человека в условиях космических полетов, их использование в интересах создания бортовой автоматизированной системы оценки состояния здоровья человека в условиях длительной изоляции, явно недостаточно. В связи с этим решаемая в предлагаемой работе задача, направленная на создание автоматизированной системы поддержки принятия решений, помогающей врачу в ведении постоянного медицинского контроля членов экипажа, является актуальной.

Цель исследования: Целью исследования является создание и экспериментальное обоснование автоматизированной методики оценки состояния здоровья человека для обеспечения безопасности пребывания в условиях длительной изоляции на основе системы поддержки принятия решений.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи.

Задачи исследования:

• Анализ структуры и методов медико-биологических исследований в условиях длительной изоляции в космических объектах.

• Исследование методологического и алгоритмического обеспечения существующих диагностических медицинских экспертных систем.

• Формирование методики оценки состояния здоровья членов экипажа в условиях длительной изоляции.

• Построение базы знаний клинически значимых ситуаций, возможных при пребывании людей в условиях длительной изоляции.

• Создание системы поддержки принятия решений медицинского характера в изолированных объектах.

• Экспериментальная апробация системы, построенной на основе методики оценки состояния организма членов экипажей.

• Оценка информативности, практической значимости и прогностической надежности созданной системы, а также перспектив ее развития и внедрения в медицинские учреждения.

Методы исследования: При решении поставленных в работе задач использовались:

• концептуализация и формализация задачи;

• анализ и систематизация данных наземного эксперимента;

• опрос медицинских экспертов посредством опросного листа;

• статистическая обработка и комплексный анализ полученных данных;

• математическое моделирование с использованием устоявшихся медицинских закономерностей, а также алгоритмов “data mining”;

• написание алгоритмов и программного кода.

Научная новизна: Научная новизна работы состоит в том, что в ней предложена методика автоматизации оценки состояния здоровья человека, которая комплексно использует

• данные постоянного и событийного медицинского мониторинга человека;

• историю комплексного обследования организма человека;

• корреляцию параметров различных органов и систем организма друг с другом, и на основе сочетания технологий “опросных” и “статистических” экспертных систем позволяет в совокупности учесть условия, характерные для длительных космических полетов и принятия медицинских решений в чрезвычайных ситуациях.

Теоретическое и практическое значение:

1. Сформирована автоматизированная методика оценки медицинского состояния человека.

2. Определена прогностическая значимость различных медицинских показателей и построена база знаний клинически значимых ситуаций, возможных на борту изолированного объекта.

3. Сформированные методика и алгоритмы базы знаний могут быть использованы для построения автоматизированных средств обеспечения безопасности человека в условиях длительной изоляции.

Реализация и внедрение результатов исследований: Созданная на основе разработанной методики система была успешно внедрена в Главном военно-клиническом госпитале ВВ Министерства внутренних дел России, г. Реутов, Московская область.

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная методика оценки состояния здоровья человека в условиях длительной изоляции обеспечивает адекватную поддержку принятия решений медицинского характера врачам экипажей;

2. Использование сочетания технологий “опросных” и “статистических” экспертных систем для построения базы знаний повышает точность оценки состояния здоровья членов экипажей и учитывает фактор автономности длительной экспедиции;

3. Результаты экспериментальной апробации методики оценки состояния здоровья человека показывают достоверность рекомендаций, предложенных системой поддержки принятия решений, созданной на основе предложенной методики.

Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и расчетных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку автоматизированной методики оценки состояния организма человека, создании на основе этой методики системы поддержки принятия решений “Медицинские параметры человека в условиях длительной изоляции”, ее экспериментальной апробации и оформлении результатов в виде публикаций и научных докладов.

Апробация работы: Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на:

• ESA's European Student Outreach Activities at the 52,54-th IAF Congress (2001, 2003);

• Международной космической конференции “Космос без оружия – арена мирного сотрудничества в XXI веке” (Москва, 2001);

• 7-й и 8-й Международных конференциях “Системный анализ и управление космическими комплексами” (Евпатория, 2002, 2003);

• Научно-образовательный семинар академика В.М. Матросова (Москва, 2005);

• 5-я Международная конференция “Авиация и космонавтика” (Москва, 2006).

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов. Главы диссертации содержат постановку задачи исследования, описание теоретических и экспериментальных исследований, заключения и приложения, включающие материалы экспериментальных исследований, проводившихся при помощи разработанных математических и экспериментальных методов, а также библиографии, содержащей 118 наименований (74 отечественных, 44 зарубежных). Материалы изложены на 132 страницах машинописного текста, иллюстрированы 62 рисунками и 47 таблицами.

Полный текст автореферата (в формате MS Word, 389 КБ)