Пристрій для моделювання індивідуальної програми лікування і медичної реабілітації хворих та інвалідів

Винахід відноситься до медицини, конкретно - до лікування та реабілітації хворих та інвалідів. Реабілітація дозволяє відновити або покращити рівень здоров'я хворих та інвалідів, відновити або підвищити життєві стандарти цих категорій громадян, зняти або зменшити економічний та моральний тягарі держави та суспільства, підвищити їхні репродукційні потенціали. На цей час відомі два основних напрямки відновлення здоров'я: проведення оздоровчих і/або реабілітаційних заходів та діагностики і лікування. Недоліки відомих пристроїв, створених для реалізації цих напрямків, полягають у тому, що вони не дають оптимальних і об'єктивних результатів та використовують можливості ЕОМ не в повній мірі, тобто: - як технічний елемент медичної (діагностичної та лікувальної) апаратури, - для зберігання, пошуку та відображення даних про етіологію і патогенез хворих, анамнези хвороб пацієнтів, - для видачі рекомендацій на основі відомих знань про лікування хвороб, і при цьому не поновлюють оперативно знання та досвід, що з'являються в процесі лікувальної та реабілітаційної діяльності медичного закладу, не визначають оптимальних відповідно до економічних та медичних можливостей людини або держави конкретних лікувальних призначень та реабілітаційних заходів. Так, відома система /1/ для вибору санаторно-курортних, реабілітаційних та оздоровчих закладів, які здійснюють відповідні лікувальні, оздоровчі та реабілітаційні заходи. В ній присутні блоки пам'яті для збереження даних, блоки вводу, пошуку, вибору, формування і відображення спеціалізованої інформації. Цьому пристрою присутні вищенаведені недоліки , а також наявність тільки довідкових можливостей, відсутність інтелектуальності та неможливість оптимізації оздоровчих і реабілітаційних заходів. Найбільш близьким аналогом пристрою є система діагностики і лікування хворих та інвалідів за винаходом /2/, яка включає блок бази даних про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування, блок діагностики, блок аналізу та розробки індивідуального плану лікування, блок контролю результатів лікування, при цьому вихід блоку бази даних діагностики з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з входом блоку діагностики, а вихід блоку діагностики з'єднаний з входом блоку аналізу і розробки індивідуального плану лікування, вихід блоку аналізу та розробки індивідуального плану лікування з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з входом блоку контролю результатів лікування та входом блоку бази даних про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування. До його недоліків слід віднести наступне: - індивідуальні програми лікування розробляються лікарем, а ЕОМ використовується лише як довідник, - програми лікування не залежать від фінансових можливостей пацієнтів; велика доля суб'єктивності при розробці програм лікування; - не беруться до уваги знання медичного закладу, набуті та ті, що постійно набуваються, за рахунок досвіду лікарів; - не приймають до уваги психічного стану пацієнтів, їхніх психологічних можливостей; - індивідуальні програми неоптимальні за фінансами, часом та можливостями апаратури та медичних препаратів, тренажерів та інших засобів лікування. В основу винаходу поставлена задача розробки пристрою для моделювання індивідуальної програми лікування і медичної реабілітації хворих та інвалідів, який дозволяє автоматизовано, швидко і об'єктивно визначати програми лікування та реабілітації хворих, оптимізувати їх відповідно до фінансових та психологічних можливостей пацієнтів та держави. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для моделювання індивідуальної програми лікування і медичної реабілітації хворих та інвалідів, який включає блок бази даних про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування, блок діагностики, блок аналізу та розробки індивідуального плану лікування, блок контролю результатів лікування, при цьому вихід блоку бази даних діагностики з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з входом блоку діагностики, а вихід блоку діагностики з'єднаний з входом блоку аналізу і розробки індивідуального плану лікування, вихід блоку аналізу та розробки індивідуального плану лікування з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з входом блоку контролю результатів лікування та входом блоку бази даних про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування, в нього додатково введені блок вводу даних, блок виводу результатів діагностики та медичних призначень, а блок аналізу та розробки індивідуального плану лікування утворений блоком психологічного, патопсихологічного та психопатологічного дослідження, блоком бази даних пацієнтів, який утримує дані діагностики, результати психологічних, патопсихологічних та психопатологічних досліджень, плани лікування та їх результати, блоком бази знань з рекомендаціями про вид, прийоми лікування, кількість, інтенсивність, періодичність, результативність лікувальних та реабілітаційних засобів, блоком бази даних про лікувальні характеристики лікувальних та реабілітаційних засобів, блоком бази даних про допустимі інтервали професійних характеристик та границі доходів за професіями, блоком визначення критеріїв оптимізації, блоком визначення професії, блоком визначення моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого, блоком моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого, блоком оптимізації індивідуального плану лікування, блоком прийняття рішень, а інформаційні виходи блоку вводу даних з'єднані з першими входами блоку діагностики, блоку психологічного, патопсихологічного та психопатологічного дослідження, блоку бази даних пацієнтів, блоку бази знань, блоку бази даних про лікувальні характеристики лікувальних засобів, блоку бази даних про допустимі інтервали професійних характеристик та границі доходів за професіями, блоку визначення критеріїв оптимізації, блоку визначення професії, блоку визначення моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого, блоку бази даних про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування, блоку контролю результатів лікування, блоку прийняття рішень, при цьому блок діагностики з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом блоку бази даних пацієнтів, другий вихід блоку діагностики з'єднаний з другим входом блоку бази даних пацієнтів, блок психологічного, патопсихологічного та психопатологічного дослідження з'єднаний з третім входом бази даних пацієнтів, блок бази даних про етіологію та патогенез захворювань з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з першим входом блоку оптимізації, блок контролю результатів лікування першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з четвертим входом блоку бази даних пацієнтів, а другим виходом з'єднаний з другим входом блоку бази знань, блок визначення моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з п'ятим входом блоку бази даних пацієнтів, а другим виходом з'єднаний з входом блоку моделей, блок бази даних пацієнтів з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом блоку оптимізації, блок моделей з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з третім входом блоку оптимізації, блок бази знань першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з четвертим входом блоку оптимізації, а другим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом блоку бази даних про лікувальні характеристики лікувальних засобів, блок бази даних про лікувальні характеристики лікувальних засобів з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом блоку бази даних про допустимі інтервали професійних характеристик та границі доходів за професіями, блок бази даних про допустимі інтервали професійних характеристик та границі доходів за професіями першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з п'ятим входом блоку оптимізації, другим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом блоку визначення професії, третім виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом блоку визначення критеріїв оптимізації, блок визначення критеріїв оптимізації першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з сьомим входом блоку оптимізації, блок визначення професії першим виходом з'єднаний з шостим входом блоку оптимізації, блок оптимізації з'єднаний з другим входом блоку прийняття рішень, а блок прийняття рішень першим виходом з'єднаний з блоком контролю результатів лікування і з блоком бази даних пацієнтів, а другим виходом з'єднаний з блоком виводу діагностики та медичних призначень. Для спрощення рішення технічної задачі в пристрої блок визначення критерію оптимізації, блок визначення професії, блок визначення моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого, блок моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого, блок оптимізації лікувальних засобів та блок прийняття рішень реалізовані нейронною мережею, перший вихід якої з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з блоком бази даних пацієнтів, другий вихід з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з блоком бази даних про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування, третій вихід з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з блоком бази даних про допустимі інтервали професійних характеристик та границі доходів за професіями, четвертий вихід з'єднаний з блоком контролю результатів лікування, п'ятий вихід з'єднаний з блоком виводу результатів діагностики та медичних призначень. Суть винаходу продемонстрована на кресленнях. На фіг. 1 зображено структурну схему пристрою для моделювання індивідуальної програми лікування і медичної реабілітації хворих та інвалідів, на фіг. 2 - зображено структурну схему пристрою для одного окремого випадку, а на фіг. 3 - графіки зміни стану хворого до і після використання пристрою. Пристрій включає (див. фіг. 1): - блок бази даних про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування (ББДЕП) 1, - блок діагностики (БД) 2, - блок аналізу та розробки індивідуального плану лікування (БАРПТ) 3, - блок контролю результатів лікування (БКРЛ) 4, при цьому в нього додатково введені: - блок вводу даних (БВД) 5, - блок виводу результатів діагностики та медичних призначень (БВР) 6, а БАРШ 4 утворений: - блоком психологічного, патопсихологічного та психопатологічного дослідження (БПППД) 7, - блоком бази даних пацієнтів (ББДП) 8, який утримує дані діагностик, результати психологічних тестувань, плани лікувань та їх результати, - блоком бази знань (ББЗ) 9 з рекомендаціями про вид, прийоми лікування, кількість, інтенсивність, періодичність, результативність лікувальних та реабілітаційних засобів, - блоком бази даних про лікувальні характеристики лікувальних та реабілітаційних засобів (ББДЛЗ) 10, - блоком бази даних про допустимі інтервали професійних характеристик та границі доходів за професіями (ББДП) 11, - блоком визначення критеріїв оптимізації (БВК) 12, - блоком визначення професії (БВП) 13, - блоком визначення моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого (БВМ) 14, - блоком моделей впливу лікувальних засобів на стан хворого (БМ) 15, - блоком оптимізації індивідуального плану лікування (БО) 16, - блоком прийняття рішень (БП) 17. Інформаційні виходи БВД 5 з'єднані з першими входами БД 2, БПППД 7, ББДП 8, ББЗ 9, ББДЛЗ 10, БДП 11, БВК 12, БВП 13, БВМ 14, ББДЕП 1, БКРЛ 4, БП 17, при цьому: - БД 2 з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом ББДП 8, другий вихід БД 2 з'єднаний з другим входом ББДП 8, - БПППД 7 з'єднаний з третім входом бази даних пацієнтів, - ББДЕП 1 з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з першим входом БО 10, - БКРЛ 4 першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з четвертим входом ББДП 8, а другим виходом з'єднаний з другим входом ББЗ 9, - БВМ 14 першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з п'ятим входом ББДП 8, а другим виходом з'єднаний з входом БМ 15, - ББДП 8 з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом БО 16, - БМ 15 з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з третім входом БО 16, - ББЗ 9 першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з четвертим входом БО 16, а другим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом ББДЛЗ 10, - ББДЛЗ 10 з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом блоку БДП 11, - БДП 11 першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з п'ятим входом БО 16, другим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом БВП 13, третім виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з другим входом БВК 12, - БВК 12 першим виходом з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з сьомим входом БО 16, - БВП 13 першим виходом з'єднаний з шостим входом БО 16, - БО 16 з'єднаний з другим входом БП 17, - БП 17 першим виходом з'єднаний з БКРЛ 4 і з ББДП 8, а другим виходом з'єднаний з БВР 6. Усі блоки, які входять в БАРШ 3 (БПППД 7, ББДП 8, ББЗ 9, ББДЛЗ 10, БДП 11, БВК 12, БВП 13, БВМ 14, БМ 15, БО 16), БВД 5 та БВР 6 реалізовуються переважно на базі електронних блоків ЕОМ. Блоки ББДЕП 1, БД 2, БКРЛ 4 реалізовані в найближчому аналогові /1/. Побудова баз даних ББДП 8, ББДЛЗ 10, БДП 11 та ББЗ 9, БВР 6 може бути реалізована аналогічно відомим медичним експертним системам /2/, MYCIN 151. А блоки визначення моделей БВМ 14, моделей БМ 15, визначення критеріїв БВК 12, професій БВП 13 - аналогічно засобам систем EXCEL /6/, MATLAB та подібними. Блок оптимізації БО 16 може бути реалізованим також аналогічно відомим програмним засобам того ж EXCEL /6/ (опція - "Пошук рішення" або Solver), або генетичного пошуку відомих пакетів таких, як NeuroGenetic Optimizer 131. Ряд блоків пристрою можна замінити навченою нейронною мережею /З/. Так, на фіг.2 показаний розвиток пристрою з фіг. 1 у цьому напрямку: БВК 12, БВП 13, БВМ 14, БМ 15, БО 16 та БП 17 реалізовані нейронною мережею (НМ) 18. Відповідно перший вихід НМ 18 з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з ББДП 8, другий вихід з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з ББДЕП 1, третій вихід з'єднаний з можливістю зворотного зв'язку з БДП 11, четвертий вихід з'єднаний з БКРЛ 4, п'ятий вихід з'єднаний з БВР 6. НМ може бути реалізована у вигляді штучної мережі (так званої ШНМ), так і на базі електронного пристрою або нейроакселератора до ПЕОМ. НМ є інтерполятором - екстраполятором знань, які отримані під час її навчання. Приведемо приклад роботи пристрою. Пацієнта діагностують і проводять додатково його психологічне, патопсихологічне та психопатологічне дослідження. Із виявлених соматичних та психологічних параметрів стану хворого (ПСХ) формують вектор { ® } параметрів F 0 = F1, F2,...FN . На фіг. 3 за номером 3 показаний графік зміни параметрів Fі від його номеру у відносних величинах. ® Розробляють моделі впливу (MB) лікувальних засобів на стан здоров'я хворих, тобто на ПСХ F . Ці моделі могуть мати різний математичний вигляд, наприклад: - розклад в ряд Тейлора F i = åå Dkj + k j å å åD D T j k n m p l k l T (1), k ,l ,k ¹l j ,n , j ¹n m де j Dk - доза к-го лікувального засобу, m Tk - час вживання к-го лікувального засобу, j, m, p, n - ступені величин, k, l - індекси лікувальних засобів; - прогнозуючі фільтри типу "авторегресії - ковзаючого середнього" Fi ( s + 1) = å å å å Fi(s - v )Dkj (s - h) v h k ( 2 ), j де s - номер дискрета часу, v, h - число дискрет часу, - правила бази знань ЯКЩО _ Fі , i = 1 N _ TO _ Dk - G, T = TG ( 3), , і - номер параметру стану хворого, G - конкретне значення дози, - інші моделі. Головне, щоб MB зв'язували між собою ПСХ Fі, дози, інтенсивність застосування лікувальних засобів D та час Т. Структура та параметри моделей визначаються за допомогою відомих статистичних методів і відповідних їм реалізацій /4/. Визначають перелік професій Пw , w = 1, W , дозволених для зайняття хворим. Для цього переліку визначають ® q ®q дозволені діапазони значень ПСХ f q = {F , F }, ® q ®q де F ,F відповідно вектори нижніх та верхніх границь ® F для професії за номером q. Так, на фіг. 3 зображені графіки границь цих діапазонів для двох професій: для однієї - нижньої 2 і верхньої 3, для другої - відповідно 4, 5. Для цього переліку професій визначають також : ® - мінімальні рівні середніх доходів (границі доходів) представників даної професії, тобто вектор S = {Sq }, де q = 1, Q - індекс професії в переліку професій, - фінансові кошти, які виділяють на лікування та реабілітацію хворого, скажімо C0, - потрібний термін його реабілітації Т0. Визначають критерій ефективності проведення медичних заходів, наприклад: i ® S = max S ( F (k, Dk , Tk )) ( 4 ), a, k , Dk , Tk за умови С£С0 (5), де С - витрати коштів на реалізацію програми лікування Ρ={k,Dk,Tk}. Тобто визначають таку програму лікування (ПЛ) Ρ={k,Dk,Tk}, щоб знайшлася така професія за номером а, для якої досягнуті в результаті цих ® заходів ПСХ F попадали цілком в дозволений діапазон f a, а мінімальний середній доход S був найбільшим за усі можливі. Після чого з використанням моделей впливу оптимізують за цим критерієм в границях фінансових коштів та потрібного терміну реабілітації дані, які характеризують програму лікувальних та реабілітаційних заходів. На фіг. 3 процес оптимізації показаний стрілками 6, в результаті якого лінія ПСХ 1 піднялась до рівня 7. Рівню 7 відповідає дозволений діапазон ПСХ 4, 5 другої професії. При оптимізації визначається (прогнозується за MB) оптимальна програма лікування та реабілітаційних заходів ПЛ, реалізації якої відповідають витрати фінансових коштів С. Вочевидь, що витрати на ПЛ мають бути в рівновазі з фінансовими можливостями відповідно до (5). Тому вірно було б реабілітаційний потенціал визначати відповідно до фінансових можливостей відповідно до фінансових можливостей C0. Реабілітаційний потенціал (РП) визначають за цим рівнем, наприклад: якщо параметри стану хворого менше мінімальних професійних вимог для всього переліку професій, то визначають низький реабілітаційний потенціал, якщо визначена границя доходів менше виділених фінансових коштів, то визначають середній реабілітаційний потенціал, якщо більше їх, то визначають високий реабілітаційний потенціал. Після чого, виходячи із визначеного реабілітаційного потенціалу та оптимального плану лікування приймають рішення про проведення лікувальних і реабілітаційних заходів. Таке рішення потребує зміни професійної орієнтації людини відповідно до найкращої за фінансовим критерієм професії. Іншим критерієм може бути не S, а термін реабілітації Т. Щодо способу оптимізації, то їх зараз відомо багато, наприклад генетичний пошук /3/. Конкретно, пристрій працює таким чином. Через блок вводу даних БВД 5 вводять інформацію: - в ББДЕП 1 про етіологію та патогенез захворювань, засоби і прийоми їх лікування, - в БД 2 - про діагностичні дані з зовнішніх до пристрою носіїв інформації та ініціалізують процес діагностики, - в БКРЛ 4 - про контроля та додаткові дані про результати лікування і реабілітації, - в БПППД 7 - про ініціалізацію процесу тестування та дані, які не циркулюють в пристрої, - в ББДП 8 - заповнюють базу даних пацієнта на основі анамнезу та епікрізу хворого - в ББЗ 9 - первісну, а потім - нову інформацію про з рекомендаціями про вид, прийоми лікування, кількість, інтенсивність, періодичність, результативність лікувальних та реабілітаційних засобів виду (3), - в ББДЛЗ 10 про характеристики лікувальних та реабілітаційних засобів Dk, - в БДП 11 про допустимі інтервали професійних характеристик f та границі доходів за професіями S, - в БВК 12 - формула визначення критерію, наприклад С або Т, - в БВП 13 - ініціалізують початковий номер професії, - в БВМ 14 - вводять початковий набір MB та їхні можливі зміни, - в БП 17 - вибір плану лікування та реабілітації хворого. Після вводу первісних даних проводять діагностику пацієнтів і запитання - відповідь даних в ББДЕП 1, відповідно аналогу /1/. Ініціюють БПППД 7 і проводять психологічне, патопсихологічне та психопатологічне дослідження пацієнтів. Через БВД 5 вводять нові записи на нових пацієнтів в ББДП 8, туди ж в режимі пацієнтів і запитання - відповідь вводять дані діагностики і тестування відповідно від БД 2 і БПППД 7. Із БВД 5 вводять початковий номер або ідентифікатор професії в БВП 13 та фінансові кошти, які виділяють на лікування та реабілітацію хворого, С0 і потрібний термін його реабілітації Т0. БВП 13 передає всі ці дані в БО 16 і ініціює процес оптимізації і виконує послідовний перебор професій із Пw , w = 1, W . БО 16 виконує такі дії: q q ®q ® - запрошує із БДП 11 допустимі інтервали професійних характеристик f = { F , F } та границі доходів за ® професіями S = {Sq }, - визначає значення ПЛ Ρ={k,Dk,Tk}, - звертається БВМ 14 та ББЗ 9, передає в них ПЛ Ρ={k,Dk,Tk}, вони повертають в БО 16 прогнозовані оцінки ® ПСХ F і витрат фінансових коштів С, - звертається до БВК 12 і визначає значення критерія, наприклад С. БВК 12 запрошує в БДП 11 допустимі границі/і повертає в БО 16 значення критерія. Якщо виконуються умови (4), (5), то БО 16 передає варіанти ПЛ в БП 17. БП 17 передає інформацію в БВР 6. Медик вибирає один ПЛ (приймає рішення щодо ПЛ: прийняти або допрацювати, або повторити цикл оптимізації, або провести додаткове тестування та діагностику). БП 17 передає для реєстрації ПЛ та вибір медика в БКРЛ 4 і ББДП 8. БРКЛ 4 накопичує дані, на їх основі поповнює знання в ББЗ 9. ББЗ 9 запрошує параметричні дані Dk в ББДЛЗ 10. Аналогічно потребує ці дані БДП 11 і ставить їх у відповідність до професії. Коли в ББДП 8 накопичується статистичний матеріал або в БМ 15 чи ББЗ 9 відсутні MB, цей блок запускає БВМ 14, який, в свою чергу, уточнює або генерує моделі впливу. Після генерації моделей БВМ 14 передає їх в БМ 15. Таким чином, розроблений пристрій для моделювання індивідуальної програми лікування і медичної реабілітації хворих та інвалідів дозволяє автоматизовано, швидко і об'єктивно визначати програми лікування та реабілітації хворих, оптимізувати їх відповідно до фінансових та психологічних можливостей пацієнтів та держави. Джерела інформації: 1. 22570 U1 7 G 06 F 17/60, A 61 В 1/ 00. Система выбора санаторне - курортного учреждения и/или реабилитационного учреждения, и/или оздоровительного комплекса, блок формирования данных о выбранном учреждении и блок формирования данных об указанных учреждениях/УБюллетень изобретений и полезных моделей РФ. - №10. - 10 апреля 2002. - С. 302-303. 2. 23106 U1. 7 G 01 N 33/50. Система диагностики и лечения болезней опорно - двигательного аппарата//Бюллетень изобретений и полезных моделей РФ. - №14. - 20 мая 2002. - С. 330-331. 3. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. - М. Горячая линия Телеком, 2002. - 382 с. 4. Львовский Ε.Η. Статистические методы построения эмпирических формул. - М.: Высш. шк.., 1988 г. - 239 с. 5. Джексон П. Введение в экспертные системы. - М., СПб, К.: Вільямс, 2001. - 624 с. 6. Уокенбах Дж. Библия пользователя Excel 97. - К.: Диалектика, 1997. - 624 с.