Лекционный комплекс по дисциплине

PERFEX

DIMPL

Лекция 18.

Тема: Системы для лабораторных исследований. Экспертные системы для диагностики, прогнозирования и мониторинга.

План

1. Системы для лабораторных исследований. Назначение системы.

2. Примеры систем, для лабораторных исследований, реализация.

3. Лабораторная информационная система TelePath- 2000.

4. Экспертные системы для диагностики, прогнозирования и мониторинга.

5. Примеры медицинских экспертных систем.

Ключевые слова

Информационные системы, медицина, лабораторные исследования, офисные системы, интерфейс, история болезни, клиническая лаборатория, графический формат, обработка информации, аппаратная платформа, медицинские системы, операционная система, открытая архитектура, эффективность, программный продукт, обработка изображений, отчет, диагностика, прогнозирование, мониторинг, экспертные системы, производительность, интерактивный режим.

Системы для лабораторных исследований.

Назначение данных систем- автоматизированный ввод и сохранение результатов лабораторных исследовании (клинические записи). Сюда относятся лабораторные системы микробиологии,радиологии рентгенографии, компьютерной томографии, ультразвукового исследования и др.

Как правило, подобные системы имеют различные интерфейсы с офисными системами, ведущими истории болезни. Кроме того, у них нет взаимодействия с базами данных, с диагностическими системами, и отсутствуют средства интерпретации результатов лабораторных исследований.

В настоящее время существует множество систем для лабораторных исследований.

Примеры систем для лабораторных исследований.

Система Ortho – Graphics. Назначение:

· Обеспечение поддержки различных аспектов деятельности клинических лабораторий: фиксирование результатов исследований в текстовой и графической формах;

· Обработка рентгенографических изображений; планирование организации рабочего места хирурга;

· Сбор рентгенографических данных для исследования.

Каждое приложение имеет возможность управлять единой историй болезни пациента.

Разработчик: DOME.

Назначение: DIMPL представляет собой программное обеспечение для обработки изображений, специально сделанное для интеграции с различными медицинскими системами, специализирующимися на анализе изображений. DIMPL представляет собой некоторый интерфейс, который обеспечивает следующие функции:

· Обработку специальных требований к изображению различных медицинских систем;

· Возможность реализации на разнообразных аппаратных платформах и операционных системах;

· Высокую эффективность при любой конфигурации системы;

· Гладкое соединение с различными графическими пользовательскими интерфейсами.

Открытая архитектура DIMPL обеспечивает гибкое наращивание возможностей системы. Это делает продукт достаточно универсальным средством для обработки практически любых медицинских данных в виде изображений. Однако подобная универсальность в большой степени является также и ограничивающим фактором. Очевидно, что в зависимости от типа клинического исследования может требоваться различная обработка полученного изображения, применяться специализированные алгоритмы и формы представления результатов. Кроме того, получение результата исследования всегда подразумевает его дальнейший анализ на наличие либо отсутствие тех или иных признаков. Эти вопросы не находят своего разрешения данным программным продуктом, предлагая пользователям перенести их рассмотрение на уровень медицинской информационной системы, с которой предполагается интегрировать DIMPL.

Лабораторная информационная система TelePath 200 0.

Разработчик: CDS (Clinical Data Systems) Group.

Назначение: в лабораторной информационной системе TelePath 2000 решения по автоматизации лабораторной диагностики сочетаются с отработкой административных задач. Техническими особенностями системы являются графический интерфейс пользователя (Windows, Windows 95, Windows NT), реализация технологии открытых систем управления базами данных и архитектура "клиент – сервер".

Функциональные возможности системы.

Планирование. Система включает планировщик задач, поддерживающий списки процессов. Во время работы пользователя могут определять правила, которые основаны на выполнении специфических условий, или наличии некоторых результатов.

Ввод результатов исследований. Результаты исследований вводятся несколькими способами: вручную, через рабочие листы или прямо через одно – и двунаправленные связи (с некоторыми приборами). Шаблоны входных данных определяются пользователем и могут включать различные дополнительные возможности типа проверки диапазона, закодированного входа и генерацию предупреждений.

Редактирование текстов. В TelePath 2000 интегрирован полнофункциональный текстовый редактор со стандартным интерфейсом Windows, обеспечивая возможность удобного форматирования текстов.

Обработка изображений. Графические образы лабораторных исследований могут быть сохранены как в базе данных непосредственно, так и в виде файла на некотором носителе. В базу данных при этом вводится запись, однозначно определяющее данное изображение: тип, расположение, размер и т.д.Аналогичный механизм реализован для обработки мультимедийных изображений.

Настраиваемые отчеты. Система имеет обширную библиотеку отчетов, которые могут быть настроены пользователем в соответствии с потребностями. Встроенный в систему интерактивный дизайнер предоставляет возможность вносить изменения в выбранные отчеты.

Поддержка механизмов защиты данных. Конфиденциальность хранения данных о пациенте и лабораторной диагностики обеспечивается за счет использования системы паролей и многоуровневой системы контроля доступа. При входе в систему пользователь должен ввести допускаемое имя и пароль. Исходя из этой информации, определяются доступные уровни привилегий: возможность просмотра данных, управление, доступ к меню, программам и информации относительно индивидуального пользователя.

Система поддерживает стандарт Open Database Connectivity (ODBC), который обеспечивает независимость системы от конкретной СУБД. Подготовленный пользователь может самостоятельно формировать запросы к базе данных, используя структурированный язык запросов (SQL).

Система является масштабируемой- она может быть использована в лабораторном отделении из трех человек, так и в большом лабораторном центре.

Для обеспечения интеграции с госпитальными (больничными, поликлиническими) информационными системами TelePath 2000 имеет интерфейсы, которые позволяют передавать информацию, накопленную в данной системе, в интегрированную информационную систему учреждения.

DICOMview

Разработчик: Heartlab Inc.

Назначение: система предоставляет собой программное обеспечение кардиологических комплексов для проведения диагностических исследований на медицинских приборах, реализующих стандарт DICOM (Digital Image Communication in Medicine).

Функциональные возможности системы.

DICOMview представляет собой высокоэффективный программный продукт, предназначенный для организации среды проведения кардиологических исследовании. Реализован на платформе Macintosh и Windows 95/Windows NT 4.0.

DICOMview позволяет делать обзор ангиографических изображений непосредственно из среды взаимодействия DICOM. Результаты анализа могут быть сохранены локально, позволяя врачу создать персональный каталог клинических случаев. Встроенная поддержка сетевых протоколов разрешает пользователям формировать небольшие рабочие группы, которые могут разделять информацию. Разработчик системы Heartlab в настоящее время работает с медицинскими системами фирм Ge и Lockheed Martin в плане совершенствования сетевой версии DICOM, которая ориентирована на соединение глобальных централизованных хранилищ информации с DICOM. CD-R версия разрешит пользователям стандарта записывать и обмениваться своими DICOM средами.

Экспертные системы для диагностики, прогнозирования и мониторинга

Экспертные системы, или "системы, основанные на знаниях", представляют собой программное обеспечение, анализирующее некоторую информацию на основе специальных механизмов представления знаний о предметной области и логического вывода.

Медицина относится к числу областей, где применение экспертных систем может дать огромный эффект. Диагностические и лечебные возможности экспертных систем связаны с тем, что их базы могут аккумулировать знания большого числа высококвалифицированных специалистов. Это информация о диагностических признаках того или иного заболевания, видах его проявления и ходе протекания, способная учитывать особенности конкретных пациентов, пополняться взаимосвязями из смежных областей и т.д. В итоге экспертные системы способны накапливать колоссальные объемы информации о заболеваниях и их формах, превышающие знания одного человека (или одной школы).

В указанных системах понятие о рабочем месте пользователя (врача) информационной системе с различной специализацией. В них для представления информации широко применяются средства мультимедиа, интерактивной графики. Использование этих возможностей повышает производительность труда медицинского персонала.

Примеры экспертных систем

SETH

Разработчик: Poison Control Center (Франция), 1992-94 гг.

Специализация: SETH [3]- экспертная система, специализирующаяся на клинической токсикологии. Цель SETH состоит в том, чтобы оказать квалифицированную помощь при назначении пациенту лекарственного средства и выполнении текущего контроля хода заболевания. Следовательно, SETH относится к классу систем оказания срочной медицинской помощи.

Разработчик: Georgia Tech., США, 1992-1997 гг.

Специализация: PERFEX является экспертной системой для автоматической интерпретации кардиологических спектральных данных. Эта система определяет длительность и серьезность заболеваний коронарной артерии из анализа распределений перфузии. Система относится к классу лабораторных экспертных систем, использующих алгоритмы распознавания образов.

Особенности системы. Основное назначение системы состоит в том, чтобы помочь в обнаружении ошибок при диагностики заболеваний коронарной артерии. Применяются методы обработки и отображения трехмерной визуальной информации в символических представлениях, которые впоследствии используются, чтобы вывести структуру (анатомию) и функциональности (физиологии), а также интерпретировать некоторые эффекты перераспределения перфузии, и оценить длительность и серьезность сердечно- сосудистой болезни количественно и качественно.

Основной недостаток систем, подобных SETH и PERFEX, - узкая специализация. База знаний ориентирована на терминологию конкретной предметной области, что делает невозможным повторное использование системы.

Другим негативным фактором является отсутствие интерактивного режима работы с медицинским оборудованием, отсутствие интерфейсов с лабораторными и офисными системами и между самими экспертными системами. Вследствие такой замкнутой архитектуры медицинскии персонал зачастую вынужден проделывать массу нерентабельной рутинной работы, связанной с вводом- выводом информации и документированием результатов.

Очевидно, поток медицинских данных имеет большое значение. Огромный объем рутинной работы может выполняться без особых усилий при условии соединения компьютерной системы лаборатории с персональным компьютером (PC), на котором установлены экспертная система. Разработчики системы не рекомендуют интеграцию медицинского оборудования с базой знаний непосредственно. Предпочтительна интеграция базы знаний системы с потоком медицинских данных компьютерной системы медицинской организации.

Экспертная система может быть соединена с компьютерной системой лаборатории подобно анализатору. В случае необходимости получения данных анамнеза автоматизированный ввод имеет огромные преимущества. Для этого дежурному врачу достаточно заполнить специальную форму запроса. Далее происходит обращение к базе данных информационной системы медицинского учреждения и делается некоторая выборка в соответствии с условиями запроса. Результаты запроса передаются в экспертную систему в той же форме, как если бы они были введены вручную.

Контрольные вопросы и задания

1. Для чего предназначены системы для лабораторных исследовании?

2. Приведите примеры систем для лабораторных исследовании.

3. Что представляет собой система DIMPL?

4. На какой платформе реализован программный продукт системы DICOMview?

5. В какой информационной системе решения по автоматизации лабораторной диагностики сочетается с обработкой административных задач?

6. Какая система представляет собой программное обеспечение для проведения диагностических исследований кардиологического профиля?

7. Укажите назначение экспертных систем в медицине.

8. Какая экспертная система специализируется на клинической токсикологии?

9. Определите особенности системы SETH и его недостатки.

10. Какая ЭС определяет заболевания коронарной артерии и использует алгоритм распознавания образов?

Литература 1, 5, 13, 14.

Заключение

В XXI веке человечество вступило в новую стадию своего развития – стадию построения информационного общества: Информационные ресурсы становятся национальным богатством, в значительной степени определяющим экономическую мощь любой страны. Именно поэтому во всех странах ускоренными темпами развиваются индустрия средств обработки информации – компьютеров, компьютерных систем и сетей. Прогресс вычислительной техники в значительной степени определяется успехами в области создания прикладных информационных систем (ПИС).

Наиболее перспективные, создаваемые на основе ПК, территориально распределенные информационно-вычислительные сети ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: информационно-справочные системы, системы телеконференций и др. Уже сегодня пользователям корпоративной сети стала доступной практически любая находящаяся в хранилищах знаний информация. Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио – и видеосредств ввода и вывода информации, позволяет общаться с компьютером естественным для человека образом. Мультимедиа нельзя трактовать узко, только как мультимедиа на ПК.

Этому уже сейчас способствуют:

· технология медиа – серверов, способных собирать и хранить огромнейшие объёмы информации и выдавать её в реальном времени по множеству одновременно приходящих запросов;

· системы сверхскоростных широкополостых информационных магистралей, связывающие воедино все потребительские системы.

Системы автоматизированного обучения: при наличии обратной видеосвязи ученик будет общаться с персональным виртуальным наставником, учитывающим психологию, подготовленность, восприимчивость подопеченного.

В области разработки систем реального времени предложен класс ортокоординатных ассоциативных параллельных процессоров, ориентированный на широкий спектр методов и алгоритмов реляционной алгебры, который может быть использован в разработке новых перспективных проектов создания машин баз данных и знаний, а также в других приложениях, при решении задач распознавания образов и обработки изображений. Создание многопроцессорных систем реального времени позволит получить предельно высокое быстродействие и даст возможность плавно наращивать производительность вычислительных установок.

Литература.

1. Избачков Ю., Петров В. Информационные системы. Учебник для вузов. 2-издание. СПб.: Питер. 2005. - 656 с.

2. Норенков И.П., Зимин А.М. Информационные технологии в образовании. Учебное пособие. М.: Изд. МГТУ им.Н.Баумана. 2004. -352 с.

3. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. Учебное пособие. М.: Изд. МГТУ им.Н.Баумана. 2002. - 336 с.

4. Константайн Л., Локвуд Л. Разработка программного обеспечения. СПб.: Питер, 2004.

5. Петров В.Н. Информационные системы. Учебное пособие. СПб.: Питер, 2002. - 688 с.

6. Попов Э.В. Экспертные системы. М.: Наука, 2000. – 212 с.

7. Бройдо В.Л., Ильина Д.П. Архитектура ЭВМ и систем. СПб. «Питер», 2006. – 718 с.

8. Джексон П. Введение в экспертные системы. М., Спб., Киев; «Вильямс», 2001.

9. Попов С.Н. Аппаратные средства мультимедиа. Видеосистема РС. –Спб.: БХВ – Петербург, 2000. - 400 с

10. Таненбаум Э., Вудхалл А. Операционные системы: Разработка и реализация ОС реального времени СПбю: Питер, 2006 – 576 с.

11. Липаев В.В. Обеспечение качества программных средств. М.: Синтег, 2001. – 217 с.

12. Позин Б.А. Современные средства программной инженерии для создания открытых прикладных информационных систем. РосНИИ ИТ [email protected]. 2006. -12 c.

13. Бройдо В.Л. Офисные пакеты Word 2000 и Excel 2000. СПбю: ГИЭУ, 2001. – 232 с.

14. Эммануэль В. Информационные технологии в медико-биологических исследованиях. М.: СПБ.: Питер, 2003. – 578 с.

15. Леонтьев В. Новейшая энциклопедия персонального компьютера. М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2005. – 880 с.

16. Шмакин А.П. Архитектура ЭВМ. СПб., БХВ–Петербург. 2006.– 316с.

17. Калянов Г.Н. CASE – технологии. М.: Горячая линия телеком, 2003 -213 с.

18. Козлов Д.Д. Информационно-поисковые системы в Internet: текущее состояние и пути развития М.: МГУ. 2000 – 30с.

19. Грузман Н.С. и др. Цифровая обработка изображений в информационных системах. Учебное пособие. Новосибирск; НГТУ, 2000 -168 с.

20. Айфичер Э. Цифровая обработка сигналов. Практический подход Спб.: Питер, 2004 – 224 с.

«Промысловая геофизика»

(компонент по выбору)

Лекция 1

Введение. Петрофизические основы ГИС. Классификация геофизических методов, их сущность и области применения.

Понятие о геофизических исследованиях в скважинах – ГИС – как о совокупности физических методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах.

Традиционно относящиеся к ГИС методы изучения технического состояния скважин, опробование пластов и отбор проб из стенок скважин, перфорация и торпедирование. Понятие о промысловой геофизике.

Понятие о скважинной геофизике.

Параметры физических полей и связанные с ними физические свойства горных пород.

Прямая задача ГИС.

Обратная задача ГИС.

Интегральный характер поля в скважине.

Взаимное компенсирование влияния зон. Важнейший источник дополнительной информации – данные, полученные с помощью других геофизических методов, основанных на изучении различных по своей природе физических полей.

Изучение скважин с помощью кернового материала, который и сейчас остается важным источником информации. Однако, методы изучения керна неэффективны, что объясняется неполным выносом керна, трудностью привязки керна по глубине, малым радиусом исследования, изменением характеристик г.п. в зоне бурения и при подъеме на поверхность, значительными затратами времени и средств.

В отличие от методов изучения керна ГИС дают сплошную сравнительно точно привязанную по глубине информацию с существенно большим радиусом исследования. Важно, что удается получить информацию о горных породах в их естественном залегании.

Скважина как объект геофизических. Для геофизических исследований скважин решающее значение имеет технология проводки скважины.

Скважина позволяет проводить измерения во внутренних точках среды. Вместе с тем, скважина усложняет структуру изучаемых физических полей, так как она нарушает условия залегания г.пород, изменяет геостатическое давление и температуру.

Взаимодействие породоразрушающего инструмента усугубляет этот процесс, способствуя образованию микротрещиноватости в прочных породах и разрушению с образованием каверн в рыхлых и трещиноватых породах. В результате проникновения фильтрата ПЖ в проницаемые пласты в них образуются зоны проникновения с диаметром от десятков до сотен сантиметров. Физико-химические свойства пород в зоне проникновения меняются за счет оттеснения первоначального флюида или возникновения сложного многофазного насыщения, окислительно-восстановительных процессов, закупорки пор. Наиболее измененную часть зоны проникновения называют промытой зоной. Обычно в геофизике под зоной проникновения понимают цилиндрическую область, в пределах которой величина измеряемого параметра отличается от значения данного параметра в неизмененной части пласта более чем на двойную погрешность измерения. Границы зоны проникновения для разных методов различны. После завершения бурения и проведения ГИС в открытом стволе скважину обсаживают.

Лекция 2

Дата добавления: 2014-01-11