Синтез моделей прогнозирования и диагностики профессиональных заболеваний на основе гибридной нечеткой технологии

Цель исследования – разработка метода синтеза моделей прогнозирования и диагностики профессиональных заболеваний на основе гибридной нечеткой технологии, обеспечивающих повышение качества принятия решений в профпатологии.

Методы. Установлено, что большинство задач, относящихся к исследуемой в работе теме (прогнозирование, ранняя диагностика, оценка степени тяжести и динамики развития профессиональных заболеваний), относятся к классу плохо формализуемых задач с нечеткой и неполной структурой данных, которые рекомендуется решать при использовании методологии синтеза гибридных нечетких решающих правил, опирающейся на взаимодействие естественного интеллекта врачей и инженера-когнитолога с искусственным гибридным интеллектом. С использованием выбранного математического аппарата предложен метод синтеза нечетких моделей прогнозирования и диагностики профессиональных заболеваний.

Результаты. В качестве конкретного примера решена задача прогнозирования и диагностики ишемической болезни сердца (ИБС) у машинистов электропоездов с выделением таких классов состояний, как: «здоров и появление ИБС не ожидается»; «здоров, но через прогнозируемое время ожидается появление ИБС»; «ранняя стадия ИБС»; «выявлено заболевание ИБС». В результате экспертного оценивания было показано, что уверенность в правильной классификации находится на уровне 0,9. Этот же результат был подтвержден результатами статистических испытаний на репрезентативных контрольных выборках по показателям диагностической чувствительности и специфичности.

Заключение. Предложенный метод синтеза гибридных нечетких моделей позволяет синтезировать гибридные решающие правила, обеспечивающие повышение качества прогнозирования и ранней диагностики исследуемого класса заболеваний как при наличии обучающих выборок, так и при их отсутствии путем компенсации недостатка статистического материала методами формализации клинического мышления. В качестве конкретного примера решена задача прогнозирования и диагностики ишемической болезни сердца у машинистов электропоездов. Показано, что уверенность в правильной классификации находится на уровне 0,9, что позволяет рекомендовать полученные результаты к практическому использованию в профпатологии.

1. Оценка и управление состояния здоровья обучающихся на основе гибридных интеллектуальных технологий: монография / Н. А. Кореневский, А. Н. Шуткин, С. А. Горбатенко, В. И. Серебровский. Старый Оскол: Тонкие наукоемкие технологии, 2016. 72 с.

2. Использование технологии мягких вычислений для прогнозирования и диагностики профессиональных заболеваний работников агропромышленного комплекса: монография / Н. А. Кореневский, В. И. Серебровский, Р. В. Степашов, Т. Н. Говорухина. Курск: Издательство Курской государственной сельскохозяйственной академии, 2016. 224 с.

3. Кореневский Н. А. Метод синтеза гетерогенных нечетких правил для анализа и управления состоянием биотехнических систем // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2013. № 2. С. 99–103.

4. Прогнозирование и ранняя диагностика профессиональных заболеваний в электроэнергетике на основе методологии синтеза гибридных нечетких решающих правил: монография / В. И. Серебровский, М. А. Мясоедова, В. В. Серебровский [и др.]. Курск: Издательство Курской государственной сельскохозяйственной академии, 2019. 285 с.

5. Кореневский Н. А., Башир А. С., Горбатенко С. А. Синтез гибридных нечетких правил для прогнозирования, оценки и управления состоянием здоровья в экологически неблагоприятных регионах // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2013. № 4. С. 69–73.

6. Кореневский Н. А., Родионова С. Н., Хрипина И. И. Методология синтеза гибридных нечетких решающих правил для медицинских интеллектуальных систем поддержки притяни решений. Старый Оскол: ТНТ, 2019. 472 с.

7. Кореневский Н. А., Разумова К. В. Синтез коллективов гибридных нечетких моделей оценки состояния сложных систем // Наукоемкие технологии. 2014. Т. 15, № 12. С. 31–40.

8. Сафронов Р. И., Стародубцева Л. В., Крикунова Е. В. Перспективы применения мягких вычислений и информационных технологий в профпатологии: монография. Курск: Издательство Курской государственной сельскохозяйственной академии, 2018. 232 с.

9. Экспертная система контроля состояния пациентов, контактирующих с промышленными ядохимикатами / С. А. Филист, Р. И. Сафронов, Л. В. Шульга, Г. В. Сипливый, Е. В. Крикунова, Н. А. Милостная // Медицинская техника. 2021. № 4. С. 30–32.

10. Экспертная система прогнозирования и диагностики профессиональных заболеваний работников электроэнергетики / Н. А. Кореневский, Р. И. Сафронов, Л. В. Шульга, Г. В. Сипливый, Е. В. Крикунова // Медицинская техника. 2021. № 6. С. 48–51.

11. Нечеткие модели оценки уровня эргономики технических систем и ее влияние на состояние здоровья человека оператора с учетом функциональных резервов / Н. А. Кореневский, С. Н. Родионова, Т. Н. Говорухина, М. А. Мясоедова // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2019. Т. 7, № 1 (24). С. 39–53.

12. Assessment of Ergonomics of Biotechnical Systems Using Shortliffe Fuzzy Models / N. A. Korenevsky, V. N. Gadalov, E. N. Korovin, V. I. Serebrovskiy // Biomedical Engineering November. 2013. Vol. 47, is. 4. P. 173–176.

13. Method of ergonomics assessment of technical systems and its influence on operators heath on basis of hybrid fuzzy models / R. T. Al-Kasasbeh, M. S. Alshamasin, N. Korenevskiy, I. Maksim // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2018. N 590. P. 581–592.

14. Fuzzy model evaluation of vehicles ergonomics and its influence on occupational diseases / R. T. Al-Kasasbeh, M. S. Alshamasin, N. Korenevskiy, S. Korenevskya, E. T. AlKasasbeh, I. Maksim // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019. N 792. P. 143– 154.

15. Контроль динамики развития ишемических процессов в сердце по энергетическому разбалансу меридианных структур организма / Н. А. Кореневский, И. Ю. Григоров, К. В. Разумова, В. А. Горбунов, В. В. Дмитриева, С. В. Дегтярев // Медицинская техника. 2020. № 1 (319). С. 47–49.

16. Синтез коллективов нечетких решающих правил для медицинских экспертных систем / Н. А. Кореневский, И. И. Хрипина, А. Н. Шуткин, К. В. Разумова // Научная сессия НИЯУ МИФИ – 2015: тезисы доклада. М.: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2015. С. 64.

17. Метод синтеза математических моделей прогнозирования и ранней диагностики нарушений когнитивных функций / Н. А. Кореневский, С. Н. Родионова, А. В. Поляков, Т. Н. Говорухина // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2019 Т. 18, № 4. С. 85–92.

18. Метод синтеза математических моделей прогнозирования и диагностики профессиональных заболеваний работников предприятий электроэнергетики / Н. А. Кореневский, М. А. Мясоедова, К. В. Разумова, А. В. Серебровский // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2019. Т. 9, № 2 (31). С. 127–143.

19. Использование методологии синтеза коллективов гибридных нечетких моделей для решения задач оценки состояния и управления сложными биотехническими системам / Н. А. Кореневский, Р. В. Степашов, А. Н. Шуткин, Е. В. Цимбыл, С. Н. Родионова, Д. С. Родионов // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2018. Т. 14, № 3. С. 593.

20. Гибридные нечеткие модели оценки функционального состояния и состояния здоровья человека-оператора информационно насыщенных систем / Н. А. Кореневский, С. Н. Родионова, И. И. Хрипина, М. А. Мясоедова // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2019. Т. 18, № 2. С. 105–109.

21. Оценка функционального состояния здоровья человека с использованием теории измерения латентных переменных на основе моделей Г. Раша / А. Н. Шуткин, Е. А. Бойцова, С. Н. Кореневская, В. Я. Провоторов // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2014. Т. 13, № 4. С. 927–932.

22. Сафронов Р. И. Роль адаптационных механизмов в защите организма от производственных факторов риска // Биотехнология и биомедицинская инженерия: сборник научных трудов по материалам ХII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 87-летию Курского государственного медицинского университета (27 октября 2022 г.). Курск: Издательство Курского государственного медицинского университета Минздрава России, 2022. С. 183–186.

23. Сафронов Р. И., Крикунова Е. В. Оценка влияния условий труда на состояние здоровья человека по его адаптационным резервам и функциональному состоянию // Биотехнология и биомедицинская инженерия: сборник научных трудов по материалам ХII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 87-летию Курского государственного медицинского университета (27 октября 2022 г.). Курск: Издательство Курского государственного медицинского университета Минздрава России, 2022. С. 123–126.

24. Метод комплексной оценки уровня информативности классификационных признаков в условиях нечеткой структуры данных / Н. А. Кореневский, В. В. Аксенов, С. Н. Родионова, С. Н. Гонтарев, Л. П. Лазурина, Р. И. Сафронов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2022. № 3. С. 80–96.

25. Количественная оценка защитных механизмов организма по его оксидантному статусу / Н. А. Кореневский, С. Н. Родионова, Е. В. Крикунова, Л. В. Стародубцева, М. В. Скиданчук // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2021. Т. 11, № 4. С. 146–162.

26. Метод определения уровня защиты организма по его оксидантному статусу в задачах оценки влияния производственных факторов риска на состояние здоровья / Н. А. Кореневский, С. Н. Родионова, Л. В. Стародубцева, Н. А. Милостная, Е. Н. Кореневская // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2022. Т. 21, № 3. С. 75–89.

27. Кореневский Н. А., Крупчатников Р. А. Информационно-интеллектуальные системы для врачей рефлексотерапевтов: монография. Старый Оскол: ТНТ, 2013. 424 с.

28. Методы количественной оценки защитных механизмов организма на различных его уровнях на основе гибридных нечетких моделей и их использование в задачах прогнозирования и медицинской диагностики / Н. А. Кореневский, С. Н. Родионова, Е. В. Крикунова, Р. И. Сафронов, В. А. Белозеров // Медицинская техника. 2022. № 3 (333). С. 24–27.

29. Кореневский Н. А., Крупчатников Р. А., Аль-Касасбех Р. Т. Теоретические основы биофизики акупунктуры с приложениями в медицине, психологии и экологии на основе нечетких сетевых моделей: монография. Старый Оскол: ТНТ, 2020. 528 с.

30. Bioengineering system for prediction and early prenosological diagnostics of stomach diseases based on energy characteristics of bioactive points with fuzzy logic / R. T. AlKasasbeh, N. Korenevskiy, M. Alshamasin, D. Klionskiy // Biosensors and Bioelectronics. 2015. Vol. 6, N 4. P. 1–9.

31. Numerical software algorithms for monitoring control processes and correcting health by synthesis of hybrid fuzzy rules of decision-making on the basis of changes in energetic characteristics of biologically active points / R. T. Al-Kasasbeh, N. Korenevskiy, M. S. Alshamasin, D. Klionskiy, F. Ionescu // International Journal of Modelling, Identification and Control. 2016. Vol. 25, N 2. P. 119–137.

32. Application of fuzzy analysis with the energy condition of bioactive points to the prediction and diagnosis of gastrointestinal tract diseases / R. T. Al-Kasasbeh, N. A. Korenevskiy, F. Ionescu, M. Alshamasin, A. P. Smith, A. Alwadie, S. Aljbour // International Journal of Biomedical Engineering and Technology. 2013. Vol. 11, N 2. P. 136–154.

33. A biotech measurement software system using controlled features for determining the level of psycho-emotional tension on man-machine system operators by bio-active points based on fuzzy logic measures / R. T. Al-Kasasbeh, M. A. A. Zaubi, N. Korenevskiy, F. AlShawawreh, M. S. Alshamasin, F. Ionescu // International Journal of Modelling, Identification and Control. 2014. Vol. 22, N 4. P. 375–395.

34. Bioengineering system for prediction and early prenosological diagnostics of stomach diseases based on energy characteristics of bioactive points with fuzzy logic / R. T. AlKasasbeh, N. Korenevskiy, M. Alshamasin, D. Klionskiy // Biosensors and Bioelectronics. 2015. Vol. 6, N 4. P. 1–9. https://doi.org/10.4172/2155-6210.1000182.

35. Метод синтеза нечетких моделей и ранней диагностики профессиональных заболеваний работников гальванических производств / Н. А. Кореневский, И. Ю. Григоров, Т. Н. Говорухина, Р. А. Крупчатников // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2019. Т. 18, № 3. С. 163–169.