Э.К.Амирова, И.Е.Галинская, Д.В.Журавлев

Центральный НИИ протезирования и протезостроения, Москва, Россия

Интеллектуальный программный комплекс (ИПК) предназначен для использования в качестве учебного пособия, консультирующей и экзаменующей системы в клиниках и стационарах медицинских отделов протезно-ортопедических предприятий и кабинетов протезирования нижних конечностей, специальных учебных заведениях по подготовке врачей-протезистов и других работников протезных служб, центрах по подготовке, переподготовке и повышению квалификации кадров отрасли, связанных непосредственно с протезированием нижних конечностей. Он представляет собой мультимедийную систему, которая позволяет решать следующие задачи:

- контроль проведения обследования пациента;

- назначение типа протезно-ортопедического изделия (ПОИ) и его модификации;

- осуществление контроля качества функционирования системы “человек- протез”.

Основу мультимедийного комплекса составляет система поддержки принятия решений, которая может быть использована как для обеспечения профессиональной деятельности специалистов, так и для целей обучения (начального, повышения квалификации и т.п.).

Особенности построения ИПК определяются совокупностью взаимосвязанных последовательных этапов процесса протезирования инвалида, начиная непосредственно от клинического осмотра пациента до выдачи ему готового протезно-ортопедического изделия, обеспечивается возможность прохождения всех этапов назначения протеза и выявления дефектов протезирования. Отражение существующей технологии протезирования в компьютерной системе нуждается в мощной интеллектуально-информационной поддержке, что особенно четко проявляется при обследовании пациента, когда врачу (или другому лицу) необходимо формализовать наблюдаемые у пациента параметры, а также на этапе интерпретации и обоснования полученных результатов, когда возникает ряд проблем, вызванных недостаточно высоким уровнем подготовки кадров.

Достоинствами разработанной системы являются полная интеллектуальная поддержка деятельности врачей на всех этапах протезирования; возможность получения текстовой, графической и видеоинформации по проблемам протезирования; помощь в процессе обучения и подготовки кадров; оперативное распространение среди предприятий отрасли новейших методических разработок в области протезирования нижних конечностей; повышение квалификации протезистов за счет оперативного проведения консультаций.

Разработанный комплекс состоит из функциональных подсистем: проведение обследования пациента, назначение ПОИ, примерка и подгонка ПОИ. Все подсистемы ИПК информационно связаны между собой. Так, назначение производится на основе анализа данных, введенных в медицинскую карту, а промежуточные результаты, рекомендации системы и принятые специалистом решения хранятся в базе данных “История протеза”.

При разработке сценариев для обучения выявлению дефектов протезирования были учтены следующие особенности. Выявление дефектов протезирования (оценка качества протезирования) происходит на основе анализа семантических данных, вводимых врачом в систему по результатам визуальной оценки ходьбы на протезе, осмотра культи и опроса пациента. Результатом работы системы является формирование списка возможных дефектов протезирования с выдачей рекомендаций по их устранению (на основе анализа данных из библиотеки обучающих выборок для определения дефектов протезирования и типовых жалоб пациента). При интерпретации возможных дефектов по наблюдаемым признакам учитываются индивидуальные особенности пациента и используются субъективные оценки (врача и пациента). Система позволяет определять наличие и степень выраженности дефектов протезирования по нечетко задаваемым признакам (по заданному набору признаков определяются наиболее достоверный дефект или группа дефектов).

Структурная схема ИПК представляет собой трехуровневую информационную модель комплекса. Отличительной чертой данной модели является наличие среднего звена - уровня мультимедийных "условных" баз данных (БД) или так называемого мультимедийного ядра ИПК. Их условность в данном случае подразумевает отсутствие каких-либо простых или сложноподчиненных связей между информационными составляющими этих БД. Графические изображения, схемы, тексты описаний, видеоклипы сформированы в БД по принципу элементарных наборов данных, на которые ссылаются данные из первого и третьего уровней структурной схемы ИПК. При этом сами ссылки не хранятся в БД второго уровня.

Первый уровень структурной схемы представляет собой две базы данных информационного плана. БД "Карта обследования пациента" заполняется пользователем ИПК в процессе эксплуатации комплекса. БД "Информационно-поисковая система по подбору полуфабрикатов протезно-ортопедических изделий (ПОИ)" поставляется заполненной с возможностью добавления, исправления и удаления информации. Эти БД не связаны между собой прямыми связями, но имеют косвенную взаимосвязь через БД второго уровня.

Третий уровень структурной схемы представляет собой три базы знаний (БЗ) экспертной части ИПК. БЗ "Типы ПОИ", БЗ "Схемы сборки" и БЗ "Дефекты протезирования" так же, как и БД первого уровня, не связаны между собой прямыми связями, но имеют косвенную взаимосвязь через БД второго уровня.

Таким образом, наглядно просматривается информационная нагрузка, ложащаяся на второй уровень БД: мультимедийное ядро является связующим звеном, посредством которого отдельно функционирующие прикладные программы связываются в единый программный комплекс с единой информационной базой.

Принцип построения программного комплекса - создание компактных модулей - инструментов для обработки необходимых документов и решения практических и научных задач. Благодаря данной технологии пользователю больше не нужно заботиться о проблемах импортирования файлов и обмена данными.

Для создания экспертной системы (ЭС) назначения протезов нижних конечностей были созданы программные модули машины логического вывода и интерактивного интерфейса “пользователь - ЭС ИПК”, а также произведено информационное наполнение модулей баз знаний (БЗ).

При программировании машины логического вывода за основу был взят алгоритм машины логического вывода экспертной системы “Даша”, разработанной в ЦНИИПП ранее, с изменениями, касающимися использования технологий OLE, мультимедиа, а также программирования элементов обработки матриц причинно-следственных зависимостей и экспертных оценок для формирования БЗ ЭС ИПК. При этом ИПК помогает пользователю правильно описать ситуацию, занести данные в компьютер, принять правильное решение по какой-либо проблеме, обосновать это решение, а также предоставить пользователю дополнительную поясняющую информацию в виде текстового материала, фотослайда, звукового фрагмента, видеоклипа.

Этот принцип отражает саму концепцию построения интерактивной мультимедиа-системы, каковой является ИПК. Запрограммированные файлы с описаниями БЗ ЭС ИПК, в отличие от “традиционных”, содержат в себе не только описания объектов, ссылки, правила продукций и функциональные характеристики, но и связи объектов, описанных в базе, с внешними по отношению к БЗ описаниями этих объектов в виде текста, графики, видеофрагмента. По завершении процесса принятия решения эти связи могут быть распознаны и отображены в соответствующем виде с использованием интерфейсов мультимедиа-устройств (CD-ROM, звуковая карта, видеоплеер). Так, например, если экспертная система рекомендует несколько функциональных узлов в порядке убывания их весовых коэффициентов, то возможно подключение в данный момент таблицы базы данных информационно-поисковой системы по подбору полуфабрикатов нижних конечностей, в которой отражены технические характеристики рекомендуемых узлов и их изображение.

При программировании элементов обработки готовых матриц причинно-следственных зависимостей и экспертных оценок для формирования БЗ ЭС ИПК был произведен перевод алгоритмов выбора типа необходимой матрицы, доставки данных из этой матрицы в контейнер обработки данных, их расчета по запрограммированной формуле Байеса-Шортлифа.

Использование реляционных методов позволило манипулировать большими выборками информации и легко проводить групповые операции. Навигационные методы дали разработанной БД преимущества быстрого доступа к отдельным полям и записям таблиц баз данных.

Следующим этапом формирования оболочки программного комплекса стала детальная проработка древовидной системы меню и подменю.

Было принято решение о вынесении каждой из подсистем в корневую часть единого меню. Ветви подменю представляют собой функциональные элементы этих подсистем. Система глобального гипертекста и мультимедийная поддержка доступны как путем прямого вызова по меню, так и из любого приложения. Это стало возможным благодаря проработке системы отслеживания прерываний от функциональных клавиш, за которыми закреплены подсистемы интеллектуальной справочно-информационной поддержки. Система команд функциональной части клавиатуры также запрограммирована в программной оболочке.

В заключение хотелось бы отметить, что в результате исследований создана компьютерная система, позволяющая осуществлять обучение работников протезно-ортопедических предприятий принятой в ЦНИИПП технологии протезирования, а также поддерживающая принятие решений при обследовании инвалида, назначении ему ПОИ и выявлении дефектов протезирования. Создана универсальная модель, построенная по модульному принципу с открытой архитектурой, в рамках которой можно рассматривать более углубленно вопросы создания обучающих комплексов не только задач протезирования, но и для всего спектра смежных предметных областей.

Кроме того, разработана максимально возможно унифицированная технология построения мультимедийных обучающих программных комплексов.