Utilisation de modèles d'automates dans les systèmes d'aide à la décision clinique

Bonjour, Habr! Je suis étudiant diplômé à l'Université ITMO et je suis membre d'un groupe de recherche qui traite de l'utilisation de l'intelligence artificielle en médecine. Beaucoup sont engagés dans ce domaine, mais nous avons aussi notre propre astuce: l'utilisation de modèles automatiques en médecine. Je veux vous en dire un peu plus.



Les systèmes d'aide à la décision (DSS) gagnent en popularité dans la médecine moderne. Le but principal de ces systèmes informatiques est d'aider les personnes qui prennent des décisions dans des conditions difficiles pour une analyse complète et objective de l'activité objective.



Les DSS médicaux dans les articles sont appelés CDSS, ajoutant le mot «clinique» et recevant le système d'aide à la décision clinique - système d'aide à la décision clinique. Ces systèmes visent, tout d'abord, à aider à la nomination des procédures et des médicaments dans le traitement et la réadaptation des patients.



Dans les processus médicaux, une assez grande quantité d'action est strictement limitée par le protocole clinique. Comprendre et pardonnerc'est assez difficile non seulement pour une personne ordinaire, mais aussi pour un personnel médical peu expérimenté. Par conséquent, la tâche de structurer ce protocole pour simplifier l'interaction avec lui est très demandée.



La photo montre un fragment du protocole clinique du document officiel du ministère de la Santé de la Fédération de Russie "Directives cliniques: sclérose en plaques" avec le nom intéressant "Algorithme de prise en charge d'un patient présentant une exacerbation de la SEP."







Si quelqu'un comprend intuitivement ce qui doit être fait dans le cas où il y a un effet après avoir utilisé la plasmaphérèse, alors il sait certainement quelque chose sur cette vie et pas seulement. Autrement dit, le principal problème avec ces protocoles est que presque toutes les flèches ont une question «et sinon?». En raison de ce problème, il n'est pas possible d'utiliser les protocoles cliniques sous leur forme brute sans la participation directe d'un spécialiste hautement qualifié.



Il est clair qu'il est possible d'augmenter l'efficacité des processus médicaux si, dans un souci d'interprétation des processus strictement réglementés, vous n'avez pas à tirer sur le médecin à chaque fois et, par exemple, transférer la distribution de médicaments à des agents de santé juniors qui seront assistés par le DSS. Au cas où, j'expliquerai: dans de nombreux processus cliniques, même le choix des médicaments dépend strictement des résultats numériques des tests, et le médecin ne peut pas simplement prendre et prescrire autre chose, simplement parce qu'il le souhaite.



Maintenant, connaissant l'ampleur du problème, revenons aux modèles d'automates. Cet article est conçu pour montrer pourquoi l'utilisation de modèles d'automates dans le développement de DSS est en fait non seulement justifiée, mais aussi intuitivement logique.



Commençons par le plus simple: l'automate a de nombreux états et de nombreuses transitions, et le patient a aussi un état. Dans la phrase précédente, les mots «état» ne sont rien de plus que des homonymes. De plus, une personne ne peut pas être à la fois vivante et morte en même temps, ce qui signifie que, comme dans le cas d'un automate, une personne a exactement un état à la fois. Pourquoi ne pas essayer de les comparer les uns aux autres?



Puisque nous allons utiliser le modèle d'automate dans le DSS, et même pour la mise en œuvre du protocole clinique, il est logique d'utiliser des automates déterministes finis. Jetons un coup d'œil aux propriétés d'un tel modèle et assurez-vous qu'elles sont très similaires aux propriétés requises du système requis.



Il s'est avéré qu'il est impossible de simplement rechercher sur Google "les propriétés d'un automate fini déterministe", car personne ne les formule explicitement - peut-être parce que ces propriétés sont trop évidentes, peut-être pas intéressantes pour personne. Néanmoins, nous en soulignons deux qui sont assez utiles pour le sujet en discussion:



  1. Les conditions des transitions à partir de chaque état sont physiquement orthogonales.
  2. Les fonctions de disjonction logique décrivant de telles transitions sont identiquement égales à un.


Voyons ce que cela nous donne. Dans le cas de la première condition, le patient, par exemple, ne peut pas être simultanément à différents stades d'exacerbation. Ou il est impossible, par exemple, de donner un médicament au patient et de ne pas le donner en même temps. La deuxième propriété garantit que l'ensemble des actions proposées dans l'état actuel couvre l'ensemble de toutes les options complètement, ce qui aidera à éviter la situation décrite précédemment à propos de "après l'application de la plasmaphérèse il y a un effet", c'est-à-dire quelle que soit la séquence d'entrée de la machine / travailler avec le patient, nous nous saurons toujours le prochain état.



Eh bien, le dernier avantage évident de l'utilisation du modèle d'automate est, bien sûr, une grande variété d'outils de vérification, qui, à leur tour, lorsqu'ils sont utilisés correctement, garantissent que si le modèle d'automate est correctement composé, il fonctionnera toujours correctement après l'intégration dans le système.



En conclusion, je voudrais noter que, malgré les prérequis décrits, l'intégration d'un modèle d'automate n'est pas un processus aussi simple que nous le souhaiterions. Par exemple, les cas inhabituels de l'évolution de la maladie ne sont pas toujours décrits dans le protocole clinique et nécessitent une activité mentale de la part d'un spécialiste, cependant, toutes les choses «stupides» peuvent être laissées au DSS en toute conscience!



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