Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Медицинские науки
Социальная медицина

Диссертационная работа:

Юсупов Андрей Николаевич. Применение искусственных нейронных сетей в оценке риска развития клинических проявлений атеросклероза у работников, занятых во вредных условиях труда (на примере нефтеперерабатывающих производств): автореферат дис. ... кандидата биологических наук: 14.02.04 / Юсупов Андрей Николаевич;[Место защиты: Научно-исследовательский институт медицины труда].- Москва, 2012.- 23 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность исследования. Атеросклеротически обусловленная кардиоваскулярная патология является основной причиной смертности населения в мире. Так, в США на ее долю приходится более 30% от всех причин смерти, в Европе – свыше 50%. В России ежегодно от сердечнососудистых заболеваний умирает более 700 человек на каждые 100 тысяч населения (Константинов В.О., 2006; Информационный бюллетень ВОЗ, 2007; Christopher P., 2002; Conroy R.M et al., 2003; Lloyd-Jones D.M. et al., 2004; Fourth J.T. 2007). Факторы риска развития атеросклероза весьма многообразны и большинство из них достаточно хорошо изучено. Они включают нарушение липидного обмена, артериальную гипертензию, сахарный диабет II типа, хроническую почечную недостаточность, гипотиреоз, неблагоприятную наследственность, метаболический синдром, курение и некоторые другие. Вместе с тем, в отечественной научной литературе имеются данные о более высокой вероятности развития атеросклероза при воздействии тех или иных факторов труда и трудового процесса, что в ряде случаев позволяет рассматривать эту группу заболеваний в качестве профессионально обусловленных. В частности, в процессе многолетних исследований, выполненных под руководством профессора Бовтюшко В.Г., установлены факты более раннего развития сердечнососудистой патологии атерогенной природы у работников нефтеперерабатывающего производства. Авторы связывают это с воздействием на работников сложного комплекса вредных факторов рабочей среды и трудового процесса, включающего интенсивный производственный шум, повышенную напряженность труда вследствие взрывоопасности производства и высокой личной ответственности, а также широкий спектр вредных химических веществ, представленный, в основном углеводородами различных классов (Бовтюшко В.Г., 1996, Иванов А.А., 2007, Иванов А.А. и др., 2008).

Исследованиям, связанным с изучением закономерностей формирования болезней системы кровообращения как профессионально обусловленных заболеваний уделяется на современном этапе развития медицины труда особое внимание, поскольку, являясь «болезнями цивилизации», именно они определяют уровень заболеваемости, трудопотерь по болезни и смертности работающего населения в большинстве развитых и многих развивающихся странах (Измеров Н.Ф., 2005; Шаяхметов С.Ф., Дьякович М.П., 2007; Денисов Э.И., Чесалин П.В., 2007).

В условиях анализа и мониторинга здоровья в крупных трудовых коллективах одной из важнейших проблем становится оценка и прогноз индивидуального риска клинических проявлений атеросклероза, особенно таких серьезных как инфаркт миокарда и мозговой инсульт. Наиболее широко с этой целью в настоящее время используется таблица SCORE (Systemic Coronary Risk Evaluation), с помощью которой прогнозируется индивидуальный фатальный риск атеросклеротической патологии на ближайшие 10 лет (Christopher P., 2002 Thompson G. Et al., 2006). Величина индивидуального риска в диапазоне от 1% до 15% определяется с учетом пола, возраста, статуса курения, уровня систолического артериального давления и общего холестерина в плазме крови. Значения параметров рисков по шкале SCORE основаны на результатах 12 эпидемиологических исследований с участием более 205 тысяч человек. В настоящее время разработана аналогичная таблица для Российской Федерации с учетом данных национальной статистики и особенностей распространения факторов риска сердечнососудистой патологии в России. Тем не менее, установлено, что он может быть выше, чем рассчитанный с помощью SCORE, поскольку в ней не учитываются данные инструментальных и лабораторных исследований, объективно характеризующие состояние сердечнососудистой системы, липидного обмена, гематологические и биохимические показатели.

Существует еще несколько методик оценки риска развития атеросклероза, в частности FHS (Framingham heart study) и PROCAM, также основанных на статистическом прогнозировании, которые уделяют чрезмерную роль календарному возрасту. По этой причине, подавляющее большинство лиц в возрасте 25 - 50 лет попадает в категорию низкого, реже, умеренного риска. Из этого следует, что работники молодого и среднего возраста традиционно исключаются из сферы действия известных методов стратификации риска. В то же время, по данным Росстата, за период с 1990 по 2005 год смертность среди лиц в возрасте от 25 до 35 лет от сердечнососудистых заболеваний выросла более чем в три раза.

В 1996 году В.Г. Бовтюшко в своей докторской диссертации продемонстрировал эффективность практического применения медицинской статусметрии (Разоренов Г.И., Поддубский Г.А., 1985) при решении задачи диагностики доклинических стадий заболеваний сердечнососудистой системы атерогенной природы у работников нефтеперерабатывающих производств. Установленные в последующем зависимости взаимосвязей биохимических и гемодинамических показателей при развитии атеросклероза позволили расширить состав диагностических показателей, традиционно используемых при оценке риска развития атеросклероза, что повысило информативность и устойчивость полученных результатов, по сравнению с наиболее распространенными экспертными методами. Опыт использования системы диагностики доклинического атеросклероза подтвердил эффективность применения медицинской статусметрии в целях своевременной профилактики сердечнососудистых заболеваний атерогенной природы. Однако одновременно был выявлен и ряд серьезных недостатков используемой системы, проявляющихся в значимом искажении оценки риска для лиц, показатели которых имели значения, далеко отстоящие от основной массы наблюдений.

Повысить эффективность практического применения метода индивидуальной оценки риска может позволить математический аппарат искусственных нейронных сетей (ИНС), которые способны обобщать эмпирические данные, выявлять и воспроизводить скрытые в этих данных закономерности, что дает возможность рассматривать нейросетевой подход как наиболее приемлемую альтернативу применяемым ранее классическим статистическим методам.

Таким образом, актуальность настоящего исследования определяется высокой распространенностью среди работающего населения атерогенных поражений системы кровообращения, являющихся одной из основных причин ранней утраты трудоспособности и смертности в трудоспособном возрасте, необходимостью оценки индивидуального риска развития атеросклероза в условиях мониторинга здоровья трудовых коллективов и потребностью повышения эффективности методов оценки риска за счет использования математического аппарата ИНС.

Целью настоящей работы является совершенствование системы оценки индивидуального риска развития клинических проявлений атеросклероза, у работников занятых во вредных условиях труда, путем использования математического аппарата искусственных нейронных сетей.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

  1. Исследовать современные подходы к анализу данных медицинских обследований и выявить основные причины недостаточной информативности и устойчивости оценки риска развития клинических проявлений атеросклероза при применении линейного дискриминантного анализа по данным отечественной и зарубежной литературы.

  2. Теоретически обосновать возможность применения и разработать математический аппарат нейросетевой оценки риска развития клинических проявлений атеросклероза.

  3. Разработать алгоритм автоматизированного синтеза нейросетевой системы оценки риска.

  4. Оценить эффективность нейросетевого метода оценки риска развития клинических проявлений атеросклероза на основе сравнительного анализа результатов многолетнего мониторинга состояния здоровья работников нефтеперерабатывающих производств.

  5. Оценить распространенность заболеваний системы кровообращения в современных производствах нефтепереработки с учетом характера и условий труда работников.

Научная новизна исследования состоит в том, что представленный в работе подход к оценке риска развития клинических проявлений атеросклероза у работников нефтехимических производств не имеет опубликованных аналогов. Впервые ИНС рассматривается в качестве математического аппарата, воспроизводящего условную функцию частоты на основании альтернативных обучающих выборок. Установлено, что высокая чувствительность нейросетевого метода к изменению взаимосвязей показателей функциональных систем организма позволяет отследить систематический рост величины риска, спрогнозировать развитие патологии, принять своевременные профилактические и лечебные мероприятия; последующий анализ динамики риска позволяет также оценить эффективность принятых мер, и, при необходимости, скорректировать профилактику и лечение доклинического атеросклероза.

Теоретическая значимость исследования состоит в аналитическом обосновании алгоритма самоорганизации ИНС, обеспечивающего нейросетевую реализацию условной функции частоты заболеваемости на множестве значений показателей, которые могут иметь произвольную природу.

В работе показана универсальность предлагаемого подхода к обработке многомерных статистических данных. Эти свойства разработанного алгоритма позволяют использовать его для решения широкого круга медицинских и биологических задач, в том числе для выявления производственных факторов, вызывающих раннее развитие атеросклероза, до начала фактического роста производственно-обусловленной сердечнососудистой заболеваемости.

Практическая значимость исследования заключается в разработке унифицированного комплекса программных и вычислительных средств, реализующих нейросетевой алгоритм оценки риска развития клинических проявлений атеросклероза, и внедрении нейросетевой оценки риска в систему мониторинга здоровья персонала нефтеперерабатывающего производства «Киришинефтеоргсинтез». Благодаря высокой информативной емкости искусственной нейронной сети и ее обобщающим способностям, разработанный метод оценки риска развития атеросклероза в значительной степени повышает эффективность мониторинга состояния здоровья работников нефтеперерабатывающих предприятий и позволяет решить главную задачу профилактики атеросклероза, а, именно, не «пропустить» лиц молодого возраста с высокой активностью атеросклеротических процессов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Использовавшийся ранее в расчете риска линейный дискриминантный анализ Фишера дает недостаточно информативные и недостаточно устойчивые результаты, что происходит вследствие неполного соответствия данных лабораторных и врачебных исследований его требованиям.

2. Математический аппарат искусственных нейронных сетей – наиболее приемлемая альтернатива модели Фишера для оценки риска развития атеросклероза по данным врачебных, инструментальных и лабораторных исследований.

3. Предложенный метод обучения искусственных нейронных сетей повышает эффективность мониторинга состояния здоровья работников, занятых во вредных условиях труда, и позволяет решить главную задачу профилактики атеросклероза, а, именно, не «пропустить» лиц молодого возраста с высокой активностью атеросклеротических процессов.

Апробация и внедрение результатов исследования. Цели и материалы исследования докладывались на ежегодной Школе кардиологов Ленинградской области, г. Кириши, 26-27 октября 2006 г.; на второй Всероссийской научно-практической конференции «Терапевтические проблемы пожилого человека» (к 50-летию возрождения Российского научного медицинского общества терапевтов), Санкт-Петербург, 23-25 октября 2008 г.; на научно-практической конференции «Современные подходы к диагностике сердечнососудистых заболеваний» (к 70-летию кафедры ВМГТ ВМедА), Санкт-Петербург, 29-30 апреля 2010 г.; а также на совещаниях научно-исследовательской лаборатории лекарственной и экологической токсикологии НИЦ ВМедА.

Полученные научные данные используются при организации медицинского обеспечения работников предприятия «Киришинефтеоргсинтез», а также в учебном процессе Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» имени им. Д.Ф. Устинова.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 - в журналах, рекомендуемых ВАК; получен 1 патент на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 141 странице машинописного текста. Она содержит: введение; обзор литературы; описание материалов и методов исследования; главы, описывающие собственные результаты исследований; обсуждение полученных результатов; заключительные разделы, содержащие выводы, и список использованной литературы, включающий 123 источника, в том числе 76 отечественных и 47 иностранных авторов. Работа содержит 39 рисунков и 14 таблиц.

Личный вклад автора. Автором осуществлено планирование, организация и проведение статистических исследований, сформулированы цель и задачи, определены объем и методы исследований, проведены теоретическое обоснование и разработка алгоритма нейросетевой оценки риска. В составе авторского коллектива диссертант принимал участие в подготовке публикаций.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net