Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.01) на тему:Теоретические и методические основы построения экспертной системы "Взаимодействие лекарств"

РГ6 од

На правах рукописи УДК 519.71 + 165.2/.3.015.2

ПРЕФЕРАНСКИЙ Николай Георгиевич

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ "ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЛЕКАРСТВ".

15.00.01 - технология лекарств и организация фармацевтического дела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора фармацевтических наук

Москва, 1996 г.

Работа выполнена в Московской медицинской академии им.И.М.Сеченова.

А.М.Сидорков

Научный консультант:

доктор фармацевтических наук, профессор Официальные оппоненты: доктор фармацевтических наук, профессор Л.В.Мошкова доктор фармацевтических наук, профессор С.Г.Сбоева доктор технических наук, профессор В.Э.Вольфенгаген

Ведущее учреждение: Пятигорская государственная фармацевтическая академия.

1996 г. в " ~ 'Ч

Защита состоится " ' & " ' 1996 г. в " "часов на заседании диссертационного Совета Д-074.05.06 в Московской медицинской академии им.И.М.Се-ченова (Москва, Суворовский бульвар, д. 13)

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке академии (Зубовский бульвар, 1).

Автореферат разосланГ- 1996 г.

/Г

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат фармацевтических наук,

доцент Н.П.Садчикова

Актуальность проблемы.

В ряде работ Узденникова А.Н., Парновского Б.Л., Мошковой Л.В., Проко-пишинаВ.И., Шашковой Г.В., Мартыненко В.Ф., и других ведущих специалистов по организации информационной деятельности в стране в области лекарственных средств, были определены основные подходы к построению информационной службы страны, сформулированы цели и виды деятельности её подразделений, разработан и внедрен ряд автоматизированных комплексов обработки фармацевтической информации. Дальнейшее совершенствование научно-информационной работы в области лекарствоведения направлено на создание и поддержание проблемно-ориентированных баз данных для обеспечения рационального использования лекарственных средств.

Однако все ранее проведенные исследования в области научной фармацевтической информации не позволили решить одной из центральных проблем информационного обеспечения процессов, связанных с лекарственным лечением больных - оперативного, доступного и высококвалифицированного консультирования по вопросам комбинированного применения лекарственных средств. Основным средством информации в этой проблемной области медицины остаются на сегодняшний день многочисленные статьи, руководства и монографии.

Этот вывод был подтвержден в результате проведенного нами анкетирования врачей всех клиник ММА им.И.М.Сеченова, с целью изучения их информационных потребностей. 82% респондентов высказались за необходимость первоочередного решения проблем автоматизированной обработки фармакотерапевти-ческой информации о комбинированном применении лекарственных средств с обязательным объяснением результатов (эффектов и механизмов) взаимодействия препаратов при их совместном назначении,

В связи с этим мы поставили перед собой проблему создания экспертной системы, обеспечивающей специалистов медицинской и фармацевтической служб информацией о результатах взаимодействия лекарственных средств с использованием персональной вычислительной техники и новых информационных технологий обработки фармакотерапевтической информации.

Экспертные системы - это новое направление использования вычислительных систем для задач в мало формализуемых областях знаний, решение которых точными математическими методами либо невозможно, либо требует слишком больших трудозатрат. Основной задачей таких систем является концентрация зна-

ний определенной проблемной области и использование этих знаний при консультировании системой врачей и провизоров.

Использование методологии экспертных систем при автоматизации обработки информации о взаимодействии лекарств и её практическое использование в деятельности медицинских учреждений обеспечит улучшение качества индивидуальной медицинской помощи за счет повышения качества принимаемых фармакоте-рапевтических решений.

Для фармацевтической науки и практики является актуальной проблемой разработка теоретических основ построения и методических принципов использования отсутствующего в настоящее время инструмента экспертной системы в конкретной проблемной области медицинских знаний: "взаимодействие лекарств" для решения широкого спектра научно-практических задач информационного обеспечения процессов выбора индивидуальной рациональной комбинированной фармакотерапии.

Актуальность создания экспертной системы по взаимодействию лекарственных средств диктуется: во-первых, ее ориентацией на решение широкого круга задач в малоформализованной области знаний, то есть на приложение, которое до недавнего времени считалось мало доступным для алгоритмического решения. Во-вторых, она предназначена для работы специалистов (провизоров, врачей, научных сотрудников), не имеющих специальных навыков программирования, что дает возможность резко расширить сферу использования персональной вычислительной техники. В-третьих, она предназначена для решения практических задач, имеющих недостаточность и неопределенность исходной информации и при этом позволяет получать результаты сравнимые, а иногда и превосходящие те, которые может получить традиционными способами специалист-эксперт.

Актуальность работы определяется возможностью последующего многоаспектного и целенаправленного использования знаний, накопленных в специально структурированном формате на машинных носителях, в выделенной предметной области, для получения оптимального интеллектуального совета или решения относительно конкретно поставленной ситуационной задачи.

Цели и задачи исследования.

Целью настоящего исследования является разработка теоретических основ построения и методических принципов использования экспертной системы по предметной области знаний "взаимодействие лекарственных средств" на основе создания проблемноориентированной базы знаний, обеспечивающей многофакторную

обработку научной фармакотерапевтической информации о лекарственных средствах.

Для достижения указанной цели были определены следующие задачи:

- изучить современные методологические подходы к созданию и использованию проблемноориентированных экспертных систем в стране и за рубежом,

- разработать теоретические и методические основы обработки фармакотерапевтической информации о лекарственных средствах на основе концептуальной модели экспертной системы по предметной области знаний "взаимодействие лекарственных средств",

- провести анализ и выбор программно-технологических средств для оптимального решения комплекса взаимосвязанных задач разработки экспертной системы по взаимодействию лекарственных средств и ее последующего промышленного использования,

- обосновать и разработать структуру базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств",

- отработать алгоритмы обработки фармакотерапевтической информации и прикладное программное обеспечение экспертной системы,

- провести изучение особенностей работы действующего прототипа экспертной системы и разработать методические рекомендации по ее практическому использованию в учреждениях здравоохранения,

- разработать методы оценки эффективности функционирования экспертной системы и результативности ее практического использования,

- определить перспективы дальнейшего развития и практического использования экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

Методологическая основа, объекты и методы исследования.

Методология исследования основана на методах диалектического материализма и искусственного интеллекта. В процессе исследования изучены традиционные методы представления знаний в заданной тематической области, технология накопления, хранения, поиска и объяснения найденных данных с использованием правил вывода. Проанализированы работы в области фармацевтической информации по созданию инструментальных средств, близких по своим технологическим характеристикам к экспертным системам. Проведен системный анализ отечественных и зарубежных источников информации о взаимодействии лекарственных средств. Проведен сравнительный анализ и описание программных средств для создания экспертных систем.

Основным объектом исследования являлась содержательная информация о взаимодействии лекарственных средств, концентрирующаяся в традиционных источниках икформациии в автоматизированных информационно-справочных системах,

К объекту исследования относились содержательная фармакотерапевтическая информация о 1500 основных лекарственных средствах, разрешенных к применению в стране, и их групповая классификация, послужившие основой для формирования базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

Объектом исследования являлась впервые разработанная база знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств", динамически развивающаяся и включавшая в себя, на конец 1995 г., 28844 правила первого уровня, 2975 правил второго уровня, 4843 правила третьего уровня, 677 правил четвертого уровня и 5 правил пятого уровня.

При проведении исследования использованы методы системного и структурно-логического анализа, аналитико-сиитеги ческой обработки источников информации, экспертных оценок, приобретения знаний и базовых понятий, имитационного и экспериментального моделирования, алгоритмического и логического программирования.

Научная новизна.

Впервые теоретически обоснованы и методически разработаны принципы построения экспертной системы по предметной области знаний "взаимодействие лекарственных средств" с учетом отечественных особенностей информационного обеспечения в области научной фармацевтической информации.

Предложен метод представления правил вывода и хранения продукций в форматах реляционной базы. На этой основе обеспечена возможность включения экспертной системы "Взаимодействие лекарств" в качестве инструментального модуля в создаваемые и действующие информационные системы, разработанные ранее в стране на базе IBM совместимых персональных компьютеров.

Впервые разработаны методы, алгоритмы и оригинальное программное обеспечение, поддерживающее функционирование экспертной системы в части: поиска содержательной информации о результатах взаимодействия заданной комбинации препаратов с учетом условий их комбинирования; реализации объяснительных алгоритмов и процедур вывода изменяющихся эффектов действия взаимодействующих препаратов; формирования и модификации базы

знаний о взаимодействии лекарственных средств, с использованием инструмента самоанализа системой содержательной полноты базы знаний.

Впервые разработан и предложен метод двойной независимой экспертной оценки результатов взаимодействия лекарственных средств, основанный на одновременном представлении информации о результатах взаимодействия, полученной одновременно двумя независимыми друг от друга способами и относительно конкретного состояния больного.

Сформулированы методические подходы к конструированию обучающих комплексов на базе экспертных систем и проведено моделирование экспериментального обучающего комплекса "Взаимодействие лекарств".

Разработаны алгоритмы и универсальное программное обеспечения автономного комплекса "Библиография", включенного в качестве модуля в действующую экспертную системы "Взаимодействие лекарств".

Разработаны подходы к оценке уровня содержательной полноты базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств" и методический подход к оценке экономической эффективности при промышленном внедрении экспертной системы.

Предложены структура и методические основы построения модульного автоматизированного комплекса (МАК) "Фармакотерапия", с включением в него на модульном принципе экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

Практическая значимость и внедрение результатов исследования:

Разработаны учебные пособия по вопросам создания системы информационного поиска результатов взаимодействия лекарственных средств и предупреждения отпуска несовместимых лекарственных средств для практических занятий студентов на 5 курсе (цикл специализация) и внедрены в работу кафедры фармакологии фармацевтического факультета (Акт внедрения, декабрь 1977 г.). Разработана и внедрена в практику работы отделов и кабинетов фармацевтической информации "Методика составления и использования информационно-поисковой системы по фармакотерапии на перфокартах с краевой перфорацией, с включением в нее алгоритма, позволяющего решать вопросы индивидуального, эффективного и безопасного применения лекарственных средств" (Справка о внедрении N138-4 от 16 мая 1980 г.). Разработаны в внедрены в практическую деятельность учреждений медицинской и фармацевтической службы страны таблицы по взаимодействию лекарственных средств таблицы N1 и N2 (Акт внедрения N138-104 от 20 марта 1981 г.), а также таблица N3 (1985 г.). Разработан и внед-

рсн в работу отдела автоматизации лечебного процесса клиник ММА им. И.М. Сеченова автоматизированный комплекс обработки библиографической информации "Библиография", модульно подключаемый к экспертной системе "Взаимодействие лекарств" (Акт внедрения N 17/Н-5-74 от 23 ноября 1990 г.). Разработанные две версии системе: автоматизированный комплекс задач "Взаимодействие лекарственных средств" (с элементами экспертной системы) версия 1.0 и экспертная система "Взаимодействие лекарственных средств" версия 2.0 внедрены в клиниках ММА им. И.М. Сеченова (Акт внедрения N 30 от 9 июня 1992 г.). Разработаны программы по обучению специалистов фармацевтической службы навыкам практической работы на персональных компьютерах с изучением основ практического использования автоматизированных рабочих мест специалистов фармацевтического профиля и экспертной системы "Взаимодействие лекарств" (Одобрены учебно-методическим Советом ФУП ММА им. И.М.Сеченова и утверждены 3 декабря 1990 г.). Разработано техническое задание на создание компьютерной обучающей программы "Взаимодействие лекарств" (Техническое задание утверждено 1.04.92 г. РОСНИИ ИС). Разработанные "Методические рекомендации по практическому использованию экспертной системы "Взаимодействие лекарств" версия 3.0", рекомендованы Российским объединением "Фармимэкс" к использованию и внедрению в деятельность службы фармацевтической информации России и стран СНГ на базе республиканских, областных, краевых, городских центров фармацевтической информации, КФИ и лечебно-профилактических учреждений (Акт внедрения N 35 от 29 сентября 1992 г.).

Положения, выдвигаемые на защиту.

На защиту выносятся:

- теоретическое и методическое обоснование концепции построения экспертной системы "Взаимодействие лекарств" и структура базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств"; организационные подходы к технологии формирования и модульный принцип поддержания работоспособности экспертной системы; методы контроля качества работы специалистов-экспертов и оценки содержательного уровня базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств"; метод двойной независимой экспертной оценки содержания результатов взаимодействия лекарственных средств; проект структуры и методические основы функционирования автоматизированного рабочего места "Фармакотерапия".

Апробация работы.

Основные результаты исследования доложены и обсуждены на: 4-ом Всероссийском съезде фармацевтов (Воронеж, 1981), 5-ом Всероссийском съезде фармацевтов (Ярославль, 1987), Всесоюзной научной конференции "Информатика в здравоохранении" (М., 1990), Всесоюзной научной конференции "Актуальные проблемы лекарственной токсикологии" (М., 1990), Всесоюзной научно-методической конференции "Современные проблемы подготовки медицинских кадров" (М., 1990), Всесоюзном семинаре "Разработка автоматизированных систем обработки информации в аптечкой службе с использованием персональных компьютеров" (М.,1990), на заседании Московского общества испытателей природы - семинар "Биофизика и фармация" (М., 1990); автоматизированный комплекс задач "Взаимодействие лекарственных средств" с элементами экспертной системы версия 1.0 демонстрировался на международной выставке "Здравоохранение-90" в павильоне 4 выставочного комплекса "Сокольники" (М., 1990), втором Всесоюзном симпозиуме с международным участием "Медицинские микрокомпьютерные системы" (Ростов-на-Дону, 1991), научно-практической конференции ВНОФ "Резервы совершенствования лекарственного обеспечения населения РСФСР" (Владимир, ¡991), семинаре отдела Конструирования и маркетинга новых лекарственных средств ВНЦ по безопасности биологически активных соединений (Купавна, 1992), на Российских национальных конгрессах "Человек и лекарство" (М., 1992,1995,1996), Российской научной конференции "Создание лекарственных средств" (М., 1992), итоговой научно-методической конференции ММА им. И.М.Сеченова "Реформы в здравоохранении и задачи медицинского образования" (М., 1992), выставке-семинаре "Электронный учебник" (Пущино, 1992-93), Международных выставках "Аптека-94" и "Аптека-95" (М,, 1994,1995).

Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук.

Диссертационная работа выполнена в рамках основного направления исследований кафедры организации и экономики фармации факультета усовершенствования провизоров ММА им. И.М.Сеченова "Комплексная разработка путей совершенствования деятельности отдельных структурных подразделений аптечной системы" (номер госрегистрации 01860048866) и соответствует тематике научных исследований по проблеме "Фармация" - 10.06.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы.

Объем и структура диссертации.

Диссертационная работа изложена на 254 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Содержит 3 таблицы, 8 схем и 68 рисунков. Библиография включает 326 источников, в том числе 184 на иностранных языках.

В первой главе рассмотрены теоретические основы построения экспертных систем, соотношение понятий в проблемной области знаний "искусственный интеллект", языки логического программирования; основы построения, структура, возможности и способы работы экспертных систем, возможности технической базы практического использования экспертных систем. Рассмотрены примеры использование экспертных систем для решения медицинских (диагностических) задач, а также при решении вопросов фармакотерапии и взаимодействия лекарств.

Во второй главе сформулирована общая концепция построения и функционирования экспертной системы "Взаимодействие лекарств". Определены: назначение экспертной системы, общие требования к системе и ее частям, требования к работе системы в режиме "Поиск информации о взаимодействии лекарственных средств". Описаны разработанные подходы к формированию экспертной оценки результатов взаимодействия лекарственных средств относительно индивидуально протекающего заболевания у конкретного пациента.

В третьей главе изложены теоретические принципы и методические основы построения, а также особенности функционирования экспертной системы "Взаимодействие лекарств". Изложены технологические подходы и приемы, использованные при экспериментальном моделировании экспертной системы с использованием языка логического программирования. Изложена технология, обеспечивающая реализацию процедур представления знаний с использованием правил, реализации объяснительных способностей системы и приобретения знаний и правил. Приведены состав и функциональное назначение элементов базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств". Описаны разработанные: методика исчисления уникального кода взаимодействия двух лекарственных

ствия лекарственных средств; комплекс программного обеспечения по обработка библиографической информации и особенности его работы.

В четвертой главе изложена методика практического использования экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

Пятая глава посвящена обсуждение результатов исследования. В ней рассмотрены способы оценки полноты и достоверности базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств", параметры работы экспертной системы в промышленном режиме. Обсуждены эргономические требования к работе с системой. Рассмотрен методический подход к оценке экономической эффективности практического использования экспертной системы "Взаимодействие лекарств". Описана структура МАК "Фармакотерапия" с включением в нее, в виде функционального модуля, экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. Основы построения экспертных систем с примерами их использования в медицине и фармации.

Экспертные системы не являются чем-то новым впроцессе развития компьютерной революции. Они стали конструироваться одновременно с другими видами систем класса искусственного интеллекта.

Реализация экспертной системы связана с рядом особенностей, которые накладывает конкретно рассматриваемая предметная область. Медицина - область человеческой деятельности, в которой пока невысок уровень формализации накопленных знаний, поэтому рассматриваемые задачи не поддаются строгому математическому анализу и алгоритмическому решению, также сложным представляется разделений функций человека и ЭВМ при обработке подобных знаний. Кроме того, в медицине и, в частности, в фармакотерапии, имеет огромное значение личный опыт специалиста, от которого зависит успешность его воздействия на больного.

Анализ деятельности 220 фирм США, Европы и Японии, работающих на индустрию интеллектуальных систем, показывает, что почти 90% их продукции составляли разнообразные типы экспертных систем. Из 170 экспертных систем, созданных в США к 1985 г. 52 системы были ориентированы на решение различных (в основном диагностических) задач в медицине.

Трудоемкость создания промышленных и коммерческих экспертных систем довольно высока: по некоторым оценкам на конец 80-х годов время на создание экспертной системы продукционного типа колебалось от 19,4 чел./мес. до 77,7 чел./мес.

Классическим примером экспертной системы медицинского назначения является система MYCIN, помогающая врачам выбирать подходящую антимик-

робную терапию. Это одна из самых совершенных систем в области искусственного интеллекта, образующая основное звено в цепи исследований, проводимых в рамках проекта эвристического программирования.

Экспертные системы созданы по многим областям медицины: офтальмологии, гематологии, сердечно-сосудистым заболеваниям, заболеваниям нервной системы, легочным заболеваниям; для использования в отделениях интенсивной терапии: для диагностики загрудинных болей и другим. Однако, невозможность использования зарубежных разработок вынуждает проводить самостоятельные исследования и создавать как отечественные экспертные системы медицинского назначения,так и отечественные средства для создания экспертных систем.

В рамках общего медико-биологического направления исследований заслуживает внимания проблема создания отечественных экспертных систем распознавания биологической активности химических соединений. Отдельно в ней выделяется направление по выявлению канцерогенной и противоопухолевой активности веществ.

За рубежом существует целый ряд экспертных систем медицинского профиля, которые можно отнести к комплексным системам, объединяющим в себе два взаимосвязанных фрагмента: дифференциальную диагностику и выбор фармакотерапии.

В рамках работ по созданию автоматизированной информационно-поисковой системы (АИПС) "Лекарство", являющейся основой справочно-информационного обеспечения специалистов отрасли, проводится создание экспертной системы, которая позволит после установления диагноза заболевания получать рекомендации по выбору оптимального варианта фармакотерапии.

Решение вопросов взаимодействия лекарственных средств лечащим врачом является одной из важнейших проблем при выборе и назначении рациональной индивидуальной комбинированной фармакотерапии. Взаимодействие лекарственных веществ имеет реальное практическое значение также и для работников аптеки. По оценке специалистов число больных, обратившихся в аптеку, которым

ет около 12,8%, а с учетом проведения нескольких курсов лечения их число может достигать 23%.

В 1983 г. была разработана и доведена до уровня исследовательского прототипа экспертная система DRUG INTERACTION CRITIC. Она была создана для по-

мощи врачам в решении вопросов назначения лекарств на фоне приема других препаратов.

Однако, использованный в ней метод представление знаний в виде иерархической фреймовой структуры не дает реальной возможности для всестороннего отражения знаний о множестве лекарственных средств. Данная технология позволяет сделать подробное описание предметной области только в рамках одной группы препаратов. В свою очередь Пролог, являясь исключительно инструментом логического программирования, не обеспечивает поддержание больших информационных массивов базы знаний стандартными средствами.

Анализ отечественных разработок по созданию систем информационного поиска результатов взаимодействия лекарственных средств, определяемых как экспертные системы, показал, что принципы их работы и представляемые пользователю результаты информационного поиска характеризуют эти системы как типичные информационно-поисковые комплексы с сильно развитыми диалоговыми средствами.

В теоретическом плане делались некоторые предложения в отношении структуры экспертной информационной системы по фармакологии и взаимодействию лекарств. Однако, описанные в литературе примеры создания информационных систем, решающих, в той или иной мере, вопросы взаимодействия лекарственных средств, не позволяет сделать заключение о всесторонней теоретической проработке этой проблемы. В практическом плане фрагментарное решение данной проблемы в нашей стране не обеспечивает реального внедрения подобных систем и не дает простого и надежного способа их децентрализованного использования. Зарубежные образцы экспертных систем в большой части просто недоступны широкому кругу отечественных пользователей. Те же зарубежные системы, которые все-таки есть в стране, не обеспечивают полноценного решения данной проблемы, с одной стороны, из-за недостаточной полноты информационной базы и, с другой стороны, из-за специфики используемой в нашей стране, номенклатуры лекарственных средств.

2. Теоретические принципы и методические основы концептуальной модели экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

Экспертная система на пользовательском уровне предназначена для использования непрограммирующими пользователями ( врачами и провизорами ). Использование системы для окончательного решения вопросов о назначении из-

бранной комбинации лекарственных средств без участия врача не предусматривается.

Алгоритм поиска содержательной информации по базе знаний строится на принципе "от частного к общему".

Первым шагом, при отсутствии правил взаимодействия двух конкретных препаратов, проверяется содержательная информация о результатах комбинирования аналогичных одногрупповых препаратов, имеющих близкую химическую структуру, сходный механизм действия и характерный набор фармакологических реакций.

При отсутствии конкретных данных о результатах взаимодействия анализируемых фармакологических групп между собой, анализируются спектры химических и физических свойств, а также фармакологических реакций каждого из взаимодействующих препаратов, и они сопоставляются между собой, по общим правилам вывода результатов взаимодействия лекарственных средств, описанных в терминах "эффективности" и "безопасности".

Во всех случаях поиска, при отсутствии конкретной фактографической информация о результатах взаимодействия лекарственных средств, пользователю выдаётся соответствующее сообщение системы.

При наличии в базе данных сведений о коллективной экспертной оценке результатов взаимодействия лекарственных средств относительно конкретных заболеваний, пользователю может быть предоставлена возможность проведения поиска с использованием обратной цепочки получения результирующего вывода. Он предполагает выдачу такого же по формату выходного документа, но входной информацией при этом должна служить информация о конкретном состоянии больного и перечне тех результирующих фармакологических реакций, которые необходимо получить для достижения максимального эффективного и безопасного фармакотерапевтического эффекта.

Использование для представления знаний о взаимодействии лекарственных средств правил типа "Если-То" позволит обеспечить:

- модульность в работе со знаниями, т.е. каждое правило описывает небольшой, относительно независимый фрагмент знаний;

- возможность инкорпоративного наращивания базы знаний, т.е. добавление новых правил в базу знаний происходит относительно независимо от других правил;

- удобство модификации, когда старые правила можно изменять и заменять на новые относительно независимо от других правил .

Получаемая в результате поиска информация является ориентирующей, а принятие окончательного решения о возможности применении комбинации препаратов остается за абонентом системы - врачом.

При рассмотрении вопросов взаимодействия лекарственных средств важной оказывается проблема оценки влияния результатов взаимодействия препаратов на успешность фармакотерапии больного. Однако, для информационного решения этой проблемы необходимо абстрагироваться от индивидуальности больного и конкретного для него набора диагнозов, максимально детализировав и формализовав все существенные параметры модели взаимодействия препаратов как объекта исследований.

Для клинической оценки результатов взаимодействия лекарственных веществ главными факторами оказываются: фармакологическое (фармакодинамическое и фармакокинетическое) содержание результатов наложения спектров фармакологических реакций лекарственных веществ и, эмпирически полученные, экспертные оценки фармакотерапевтических последствий влияния результатов взаимодействия лекарственных веществ на процессы терапии конкретно диагностированного заболевания.

Для практической реализации процессов рациональной индивидуальной комбинированной фармакотерапии, после установления врачом достоверного диагноза и выбора им конкретно назначаемой комбинации лекарственных средств необходимо осуществить решение ряда следующих взаимосвязанных задач:

1. Уточнение показаний и противопоказаний избранных для назначения препаратов.

2. Уточнение схем дозирования, лекарственных форм и путей введения избранных препаратов в зависимости от выявленных заболеваний с уточнением периодов их полувыведения из организма и ряда других факторов.

3. Проведение экспертной оценки влияния возможных результатов и последствий взаимодействия избранных препаратов, при их совместном применении, на результативность проведения фармакотерапии выявленного заболевания у конкретного больного.

4. Уточнение клинического значения результатов и последствий взаимодействия избранных препаратов с целью последующего исключения нерацио-

нальных и опасных комбинаций препаратов, коррекции отрицательных результатов взаимодействия и оптимизации назначаемой комбинации препаратов.

5. Уточнение вероятности возникновения возможных отрицательных видов действия назначаемых препаратов с целью информирования о них пациента.

6. Уточнение допустимых и исключение из рациона пациента нерациональных для комбинирования с назначаемыми препаратами продуктов питания.

Выделенные, необходимые и достаточные для проведения индивидуальной рациональной комбинированной фармакотерапии, содержательные аспекты, являясь основными элементами системы научной фармакотерапевтической информации, могут быть представлены в виде отдельных множеств конкретных фармакотерапевтических фактов с одноаспектным содержанием.

Присутствие в составе модели системы элемента, описывающего результаты и механизмы интеракции при сочетанном применении лекарственных средств, определяет роль и место тематической области знаний о взаимодействии лекарств в общей проблемной области - лечение больных с использованием лекарственных средств (фармакотерапия), а также конкретизирует условия, необходимые для реализации партнерской функции экспертной системы при решении вопросов о взаимодействии лекарственных средств.

Разработанная ранее (Н.Г.Преферанский,1981 г.) множественная информационно-логическая модель системы фармакотерапевтической информации в настоящем исследовании была положена нами в основу формирования семантической структуры базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

Общая структура экспертной системы "Взаимодействие лекарств", а также пути функционального взаимодействия пользователя и эксперта с системой представлены на схеме 1.

Создание экспертной системы "Взаимодействие лекарств" преследовало следующие практические цели:

- повышение эффективности и безопасности проведения комбинированной фармакотерапии;

- создание специализированных средств для накопления, хранения и последующей многоаспектной обработки уникальной клинической информации о результатах комбинированного применения лекарственных веществ;

- оптимизация базы знаний экспертной системы заинтересованными специалистами-экспертами;

- ознакомление заинтересованных специалистов с особенностями совместного применения новых лекарственных средств с другими лекарственными средствами, использующимися в клинической практике,

Схема 1.

СХЕМА ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ "Взаимодействие лекарств"

- обеспечение самооценки специалистами их уровня знаний по вопросам комбинированного применения лекарственных средств.

При работе в промышленном режиме функции программного обеспечения позволяют полностью исключить участие инженера по знаниям в процессах формирования базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств", оставив ему равнозначные, наряду со специалистом-экспертом, полномочия по вмешательству в деятельность системы лишь на этапах создания, отладки и совершенствования экспертной системы.

3. Теоретические и методические основы построения базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

Под "знаниями" в экспертной системе по взаимодействию лекарственных средств мы понимаем знание содержательной химической, физической, фармакотерапевтической информации о лекарственных средствах, знание фактических результатов и закономерностей их взаимодействия, которые постоянно хранятся в системе в виде специально структурированных (формализованных) правил (продукций, эвристик).

Вопрос представления знаний о взаимодействии лекарственных средств в экспертной системе разделяется на две части: вопрос определения состава знаний и собственно вопрос способа представления знаний. Чтобы представить знания о взаимодействии лекарственных средств были последовательно решены две задачи: формализованы знания о лекарственных средствах и результатах их взаимодействия и представлены (знания) в выбранном формализме.

Модель представления знаний в экспертной системе по взаимодействию лекарственных средств сочетает в себе декларативную и процедурную формы представления знаний, различие между которыми можно определить как различие между понятиями "знать что" и "знать как".

В нашем случае модель представления знаний, используя исчисления предикатов первого порядка, функционирует как система дедуктивного типа, т.е. в ней используется модель получения вывода из заданной системы посылок с помощью фиксированного количества правил. Эвристическая модель представления правил дает преимущество перед формальной моделью за счет более эффективного использования правил вывода и адекватного представления тематической области знаний.

В зависимости от объема и степени обобщения представляемой содержательной информации все правила, описывающие результаты взаимодействия, подразделены нами на пять уровней: ! - препарат + препарат

2 - препарат + группа препаратов_

3 - группа препаратов + группа препаратов

4 - свойство (механизм) + свойство (механизм)

5 - метаправила вывода конечного спектра меняющихся эффектов действия каждого из взаимодействующих препаратов.

Правила выражаются в виде утверждения типа "ЕСЛИ-ТО". Правила также могут иметь вид "ЕСЛИ-И-ТО-И". При этом возможно различное количество составных элементов "И", которые в некоторых конкретных случаях представления правил могут сочетаться с логическим элементом "ИЛИ", как показано на следующем примере правила вывода: ЕСЛИ препарат А применяется с препаратом В И прием препаратов происходит одновременно И прием происходит по одному пути введения ИЛИ прием происходит по разным путям введения, ТО следует ожидать: увеличение эффекта действия препарата А И увеличение эффекта действия препарата В.

Процесс сопоставления частей запроса с фрагментами "ЕСЛИ" правил порождает так называемую цепочку выводов, которая показывает, как система, используя правила, приходит к конкретному заключению. Цепочка вывода может быть представлена пользователю для объяснения полученных результатов поиска.

Результатом работы по формированию базы знаний о взаимодействии лекарственных средств с использованием правил явлась возможность получения сведений о взаимодействия двух конкретных препаратов друг с другом, на основании анализа экспертной системой фактов и правил, максимально соответствующих анализируемой ситуации. Отсутствие правил вывода нижнего уровня о результатах взаимодействия конкретно запрашиваемых препаратов компенсируется обращением к соответствующим правилам вывода верхнего уровня. Наличие в системе правил разного уровня позволяет получать и сопоставлять максимально конкретные знания о результатах взаимодействия лекарственных средств, полученные из нескольких литературных первоисточников и из базы правил, сформированной специалистами-экспертами.

Первичное моделирование структуры базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств" проводилось с использованием языка логического программирования Пролог в интерактивной среде TurboProlog 2.0.

Проведенная экспериментальная разработка информационного и программного обеспечения на персональных IBM PC с использованием языка логического программирования позволила, в достаточно короткий промежуток времени окончательно сформулировать и протестировать подходы и алгоритмы обработки базы знаний по проблемной области "взаимодействие лекарственных средств". Одна-

ко, отсутствие стандартных средств поддержания работы системы управления базой данных не позволило нам завершить разработку в этой языковой среде.

Реально разработанная экспертная система "Взаимодействие лекарств", с использованием СУБД CLIPPER, в своей базе знаний содержит два типа файлов (словарей): текстовые и кодовые. В текстовых словарях находятся соответствующие группы терминов и их коды. В кодовых - установлено соответствие между кодами двух и более текстовых словарей.

Создание некоторых унифицированных элементов структуры экспертной системы, а также выработка единого подхода к формированию внутренних структур системы позволило унифицировать процессы пополнения базы знаний, обеспечить совместимость информационных массивов и взаимообмен информацией между пользователями.

Важной проблемой при формировании любой автоматизированной информационной базы является проведение автоматизированного кодирования отдельных, входящих в нее, типов данных.

В разработанную базу знаний о взаимодействии лекарств можно включить до 10000 основных (международных) наименований лекарственных веществ. При этом число возможных сочетаний (С) веществ друг с другом для одного условия комбинирования, вычисляется по формуле: C=(N*N-N):2.

Если N - общее число препаратов, равное 9999, то количество возможных бинарных комбинаций достигает в этом случае величины 49985001.

В задачу кодирования факта взаимодействия двух веществ входило определение и присвоение номера произвольной комбинации, взятого из упорядоченной последовательности кодов их бинарных сочетаний препаратов. Вычисление номера бинарной комбинации препаратов проводилось по предложенной нами формуле:

С = (« - В):2 - (В - А - 1);

где: С - номер комбинации веществ, А - номер первого вещества, В - номер второго вещества.

Для снижения трудоемкости работ по вычислению номеров бинарных комбинаций веществ (препаратов) при формировании базы знаний нами было разработано соответствующее программное обеспечение. При реализации процедуры поиска информации о взаимодействии препаратов в массиве правил, осуществляется автоматическое вычисление значения искомого кода взаимодействия, а затем,

по нему происходит поиск правил, соответствующих условию комбинирования, взаимодействующих препаратов, содержащих искомую информацию о результатах взаимодействия лекарственных средств.

Использование данного метода автоматизированного кодирования информации о взаимодействии лекарственных средств резко снижает трудоемкость ведения информационных массивов базы правил, исключая процедуры предмашинного кодирования информации; снимает ряд ограничений, связанных с необходимостью контроля за последовательностью ввода наименований взаимодействующих препаратов, как при формировании базы, так и при непосредственном поиске информации.

Объяснительные способности системы обеспечиваются, с одной стороны, программным фиксированием пути, по которому прошла система для достижения результирующего вывода или до конкретного шага в вычислениях, на котором ей необходима дополнительная, ранее неопределенная информация. С другой стороны, объяснительные способности системы определяются информацией, фактически собранной в процессе вычислений из различных информационных массивов базы знаний.

Объяснения могут касаться как вопросов уточнения ситуации взаимодействия, так и причин, по которым получен именно этот результат взаимодействия. Для детализации решения вопросов взаимодействия лекарственных средств друг с другом учитывается целый ряд дополнительных условий их сочетания и используется некоторая вспомогательная информация о самих лекарственных средствах.

В процессе вычислений экспертная система "Взаимодействие лекарств" может задавать пользователю дополнительные уточняющие вопросы. В этих случаях он имеет возможность получать ответы, объясняющие ее действия, на два вопроса: "ПОЧЕМУ?" она в данных момент задала ему именно этот вопрос и "КАК?" изменятся ее дальнейшие действия в зависимости от варианта ответа, избранного пользователем.

В зависимости от конкретно избранных путей введения препаратов в организм больного находятся конечные перечни механизмов, участвующие во взаимодействии и, соответственно, правила вывода, которые используются, в качестве основа для получения результирующего заключения. Программно реализуемые правила вывода по найденной информации, учитывая условия комбинирования препаратов, задаваемые на входе системы, проводят ее интегрирование и представление пользователю.

На входе системы, при формировании запроса, мы всегда имеем дело с конкретными препаратами и конкретно указанным условием их комбинирования. В результате информационного поиска, кроме объяснений по фактически найденным условиям комбинирования препаратов, пользователь может получить объяснения, связанные с конкретизацией ситуации взаимодействия по: дозированию, эффекту взаимодействия, механизму взаимодействия, ссылкам на литературные первоисточники формирования найденной информации, а также по корректировке нежелательных последствий взаимодействия.

Если объяснения по дозированию, корректировке, механизму взаимодействия и ссылкам на литературу формируются из соответствующих массивов базы данных, то объяснения по найденным эффектам взаимодействия препаратов, также как и по условиям комбинирования, формируются на основе знаний о взаимодействии лекарственных веществ, представленных в виде правил в базе правил и алгоритмизированных правил в тексте программного обеспечения, которые составляют совместно с массивами базы данных базу знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

В зависимости от результатов итогового поиска объяснения, по найденному эффекту взаимодействия препаратов, могут представляться в одной из четырех модификаций, в зависимости от фактически выбранных правил вывода, которые срабатывают в зависимости от уровня используемых правил. При анализе свойств препарата и его механизмов действия проводится поиск по правилами четвертого уровня и найденные результаты взаимодействия объясняются через правила о результатах взаимодействия их свойств и механизмов действия.

Вспомогательной объяснительной функцией следует также считать возможность просмотра списка взаимодействующих препаратов, введенного как запрос к системе, в котором для большей наглядности одним цветом выделяются наименования лекарственных средств, назначаемых по одному пути введения.

Реализованные объяснительные способности экспертной системы "Взаимодействие лекарств" обеспечивают: полноценное понимание процессов решения задачи поиска информации и фармакотерапевтического содержания найденных результатов взаимодействия лекарственных средств, сокращение трудоемкости и повышение качества решения задачи, обучение методам решения конкретных задач о взаимодействии лекарственных средств, обнаружение недостающих знаний, отладку управляющего механизма, анализ и модификацию экспертной системы.

Приобретение базовых понятий и правил в экспертной системе "Взаимодействие лекарств" осуществляется двумя путям, выбор которых определяется, с одной стороны, потребностями практического использования системы, а, с другой стороны, инструментом самоанализа экспертной системы.

Авторский режим работы предоставляет пользователям возможность пополнять и изменять (корректировать) массивы данных, относящиеся к базовым понятиям области экспертизы, а также пополнять и корректировать правила вывода.

Непосредственно в процессе поиска результатов взаимодействия лекарственных средств экспертная система проводит самоанализ достаточности содержащейся в базе знаний информации для получения результирующего вывода. В тех случаях, когда системе недостаточно сведений для формирования промежуточного или результирующего вывода, она задает пользователю соответствующие уточняющие вопросы, а также "обращается с просьбами" о введении дополнительных знаний или дополнительных сведений для поиска. Эти знания могут касаться как базовых понятий, используемых для описания лекарственных веществ, так и правил, с помощью которых в системе представляются знания.

Реализация функции приобретения новых знаний экспертной системой "Взаимодействие лекарств" непосредственно в процессе решения конкретной практической задачи является элементом самообучения системы, который характерен исключительно для экспертных систем, моделирующих интеллектуальную деятельность специалистов-экспертов.

Оценка конкретного результата взаимодействия двух лекарственных веществ может быть проведена одновременно в двух независимы плоскостях и по двум направлениям.

Первое направление - собственно сам результат взаимодействия, его фактическое значение и содержание. С одной стороны он может быть получен на основе анализа фактических знаний о результатах конкретного взаимодействия препаратов и групп лекарственных средств, полученных от конкретных экспертов или из литературных первоисточников. С другой стороны, он может быть получен, параллельно и независимо, путем обработки правил вывода четвертого уровня, описывающих знания о результатах взаимодействия химических и физиче-гких свойств и фармакологических механизмов действия взаимодействующих препаратов.

Сопоставление содержания этих двух результирующих сведений, получаемых одновременно и независимо друг от друга, является основой первого направления независимой экспертизы результатов взаимодействия лекарственных средств.

Второе направление реализуется при решении практических задач индивидуальной комбинированной фармакотерапии и получении экспертной оценки последствий взаимодействия лекарственных средств относительно конкретного состояния больного.

Логическая схема использования метода двойной независимой экспертной оценки результатов взаимодействия лекарственных средств представлена на схеме 2.

Одновременное независимое использование двух указанных способов экспертной оценки результатов взаимодействия лекарственных средств в разрабатываемой экспертной системе "Взаимодействие лекарств" явилось основой для практической реализации и апробации данного метода.

Схема 2.

ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА ДВОЙНОЙ НЕЗАВИСИМОЙ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ.

В проведенной работе нам удалось создать инструмент автоматического представления правил вывода по эффектам взаимодействия и по оценкам эффекта взаимодействия относительно конкретно указанных диагнозов больного. Однако, если в первом случае обеспечивается вся процедура логического вывода, начиная от ввода правила, сопоставления его содержания с имеющимся массивом правил на непротиворечивость и дублирование, хранения и последующим ситуационным использованием, то во втором случае обеспечена лишь логическая связка между диагнозом конкретного больного и правилом фиксирующим эффект взаимо-

действия. Причем сама экспертная оценка вводится самостоятельно, как отдельный массив данных, либо непосредственно экспертом, либо как результат опроса ряда экспертов.

Наши исследования показали исключительно высокую трудоемкость решения данной задачи, а размерность файла, хранящего экспертные оценки, является зесьма значительной (до 40 Мб).

По результатам информационного поиска в экспертной системе "Взаимодействие лекарств" можно получить объяснения по любой найденной информа-дии, в том числе и по ссылкам на первоисточники, которые явились юридическим основанием для занесения конкретной информации в базу знаний.

Информация библиографического характера представляется пользователю во ¡сех случаях, когда сведения полученные в результате поиска взяты из конкрет-шх литературных источников.

Библиографическая компонента экспертной системы по взаимодействию лекарственных средств является универсальным модульным программным продуктом, соторый может найти свое применение в качестве элемента комплексных мно-офункциональных АРМ специалистов медицинской и фармацевтической служ-¡ы. В автономном режиме работы он может стать самостоятельным инстру-1ентом библиографического поиска для любого специалиста в зависимости от го конкретных информационных потребностей.

I. Методика практического использования экспертной системы "Взаимодействие 1екарств".

Комплекс программ экспертной системы "Взаимодействие лекарств" осу-цествляет диалог с пользователем на естественном языке путем непосредственно-о набора текста на клавиатуре или путем выбора из "меню" с экрана. Главное меню" экспертной системы включает в себя следующие режимы работы:

1 .Режим "Формирование списка препаратов, принимаемых больным в настоя-дес время" позволяет внести в список лекарства, которые больной принимает -пределенное время до момента коррекции фармакотерапии. При дальнейших ычислениях эти вещества интерпретируются как фоновые, по отношению к ем, которые будут дополнительно внесены в список.

2.Режим "Формирование нового списка препаратов" позволяет сформировать овый список назначений. При запуске этого режима представляется экран ввода екарственных средств, на котором, ввод списка взаимодействующих препара-

тов, стандартным путем. По клавише F2 может быть просмотрен формируемый список препаратов. Препараты, назначаемые по одному пути введения, подсвечиваются одним, циклически выбираемым, цветом. Одиночные препараты, назначенные по разным путям введения, остаются окрашенными в фоновый желтый цвет. Завершение работы с программой происходит при нажатии клавиши Esc. При внесении препарата в список по любому из условий комбинирования осуществляется контроль синонимов, недопускающий внесения в список препаратов с синонимичными наименованиями. Контролируются пути введения препаратов и полнота базы знаний.

3.Режим "Эффекты взаимодействия препаратов" позволяет проанализировать введенный список препаратов и выдать результаты анализа в виде перечня эффектов взаимодействия бинарных комбинаций лекарственных средств, механизмов взаимодействия, лежащие в основе каждого эффекта взаимодействия, объяснений по эффектам взаимодействия, дозированию, возможной корректировке, фактически найденным условиям комбинирования, правилам вывода, литературные первоисточники.

В процессе вычислений, в зависимости от необходимой и достаточной полноты информации, указанной при формировании списка препаратов, складываются конкретные ситуации в анализе базы знаний. При этом система может задавать вопросы, связанные, в частности, с уточнением путей введения и интервалов доз комбинируемых препаратов.

После проведения всестороннего анализа информации с использованием базы знаний пользователю представляется "Экран эффектов взаимодействия", в верхней строке которого высвечивается сообщение, по какому условию комбиниро-ваиия производилась обработка списка препаратов.

Для всех функциональных клавиш, задействованных для объяснения действий системы, никакого различия в представлении результирующей информации нет, за исключением клавиши F8. Она обеспечивает объяснение способа получения результирующего эффекта взаимодействия. Установив курсор на интересующий эффект взаимодействия необходимо, для дальнейшего просмотра, нажать клавишу Enter - активизация меню, которое может быть просмотрено при помощи клавиши F1 -HELP.

4. Работа в режиме "Корректировка списка препаратов" позволяет удалять препараты из списка и добавлять препараты в список. При вызове программы появляется меню, содержащее указанные режимы работы.

5. Работа в режиме "Печать" позволяет вывести в текстовый файл или на печатающее устройство результаты взаимодействия лекарственных средств. Сохранение результатов информационного поиска в текстовом файле позволяет экономить расходные материалы, а также длительно хранить найденную информацию. Это создает дополнительные сервисные условия для возможных в дальнейшем вариантов работы с найденной информацией. Особенностью программы является то, что прежде чем запустить программу печати результатов взаимодействия, необходимо выполнить режим "Эффекты взаимодействия препаратов".

Практическая работа с экспертной системой "Взаимодействие лекарств" рассчитана на непрограммирующего пользователя, однако, общение с системой требует от врача и провизора определенных знаний о принципах работы персональных компьютеров, о структуре и возможных вариантах использования экспертной системы. Целостность системы от несанкционированного доступа к содержательной информации в базе знаний обеспечивается специальными программными средствами.

5. Обсуждение результатов исследования.

В результате работы специалистов-экспертов с информационными массивами экспертной системы "Взаимодействие лекарств" происходит актуализация и расширение объема ее базы знаний. Помимо встроенного в программное обеспечение экспертной системы инструмента пополнения базы знаний в процессе практической работы с системой нами разработан автономный комплекс программного обеспечения для авторского пополнения базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств", названный "Аи1ог\'уосГ. С его помощью любой непрограммирующий специалист-эксперт, используя соответствующие инструкции, самостоятельно может провести авторское пополнение и редактирование файлов базы данных и базы правил с последующей автоматической переиндексацией информационных массивов, необходимой для приведения базы знаний в рабочее состояние.

Пополнение базы знаний экспертной системы возможно, как минимум, в двух вариантах: 1) централизованное формирование базы знаний с последующим использованием только пользовательских процедур, без какого-либо изменения и модификации базы знаний и 2) децентрализованное формирование массивов базы знаний.

На отдельных этапах эксплуатации экспертной системы с практической точки зрения важной проблемой оказывается вопрос оценки объемов накопленной ин-

формации для проведения сравнительного анализа динамики изменения обрабатываемых массивов содержательной фармакотерапевтической информации путем непосредственного измерения ее количества по отдельным параметрам.

Для решения этой проблемы нами был разработан автономный комплекс программ для интерактивной обработки информационных массивов базы знаний и получения с его помощью необходимых сведений о текущем состоянии информационных массивов. В автономный комплекс интерактивной обработки базы знаний, названной нами "Test", вошли следующие программы по видам анализа: определение количества правил вывода каждого уровня, описывающих знания о результатах взаимодействия лекарственных средств; определение содержания правил каждого уровня, описывающих знания о результатах взаимодействия лекарственных средств; подсчет и выделение дублированных записей в базе правил в пределах одного источника информации; комплектование базы знаний содержательной информацией в соответствии с устанавливаемым конечным списком взаимодействующих препаратов.

Основными параметрами в работе экспертной системы "Взаимодействие лекарств" являются показатели скорости получения итоговой информации о результатах взаимодействия лекарств и объемы информации, определяющие размеры базы знаний на диске, как необходимое свободное пространство для установки системы.

Анализ данных тестирования показывает, что на время ответа системы оказывает влияние исключительно количество препаратов в списке, но не размерность информационных файлов. Так увеличение размерности файла базы правил в 4.5 раза не оказало влияния на время получения результирующего ответа системы.

Время, затрачиваемое на формирование списка препаратов, зависит исключительно от навыков работы специалиста с персональным компьютером. В общем виде для внесения первого препарата в список необходимо от 5 до 15 сек., внесение в список последующих препаратов занимает от 2 до 5 сек. Таким образом возможно сформировать список из 15-ти взаимодействующих препаратов в пределах от 33 до 85 секунд.

Необходимое дисковое пространство для установки системы определяется суммой фактических размеров файлов данных, индексных файлов и объектных модулей, то есть объемами обрабатываемой содержательной информации о взаимодействии лекарственных средств и необходимым программным обеспечением. Промышленно эксплуатируемая вторая версия экспертной системы "Взаимо-

действие лекарств" в настоящее время реально занимает 7.5 Мб дисковой памяти. Ее эксплуатация в течение календарного года дала прирост объема па 700 Кб (с 6.8 Мб до 7.5 Мб).

Третья версия системы, работающая в настоящее время в экспериментальном режиме, требует около 10 Мб дисковой памяти, а при ее промышленном внедрении потребуется, очевидно, около 14 Мб дисковой памяти.

Проведение расчетов по определению затрат на внедрение и функционирование осуществлялось с использованием документа: "Методика определения экономической эффективности автоматизированных систем управления городским хозяйством", утвержденной Государственным комитетом по науке и технике 20.04.82 г., а также на основании данных эксперимента, полученных в результате хронометрических замеров.

В соответствии с этой методикой сравнивались два варианта организации работ: базовый вариант, в соответствии с которым обработка информации производилась вручную, и оцениваемый вариант, при котором весь комплекс информационного обеспечения решения вопросов взаимодействия лекарственных средств осуществляется в автоматизированном режиме.

По нашим наблюдениям 1/25 своего рабочего времени провизор-информатор ежедневно тратит на сбор, обработку и систематизацию сведений о взаимодействии лекарственных средств. При поступлении конкретного вопроса затрачивается около 0.34 часа рабочего времени для поиска информации и формировании ответа о результатах взаимодействия лекарственных средств. В среднем в день, при отсутствии специально организованных потоков информации з режиме "запрос-ответ", поступает один запрос о возможности комбинирована конкретных препаратов. Исходя из этого при проведении расчетов ко-тичество запросов было приравнено к количеству рабочих дней в году.

При автоматизации поисковых процессов и исключении времени на поиск, об-тботку и хранение новой информации время выдачи ответа, по нашим данным, юкращается в 4 раза. Однако при сохранении традиционно сложившейся ин-

)дному.

В этих условиях очевидной необходимостью является поиск оптимального ко-шчества запросов к системе в год для того, чтобы ее эксплуатация была рента-ильной.

Наш расчет (в ценах 1992 г.) показывает, что нулевая экономия от снижения стоимости поиска по одному запросу (приведение стоимости автоматизированного поиска к стоимости ручного поиска) возникает при увеличении потока запросов к рабочему месту, оборудованному экспертной системой, в 4.5 раза. Сравнительный анализ (к уровню цен в 1996 г.) показал, что удешевление вычислительной техники и программных продуктов, снизило в 12 раз стоимость одного информационного поиска и увеличило на 0.88 экономическую эффективность от внедрения автоматизированных систем в практику работы фармацевтических предприятий. Для увеличения эффективности эксплуатации экспертной системы целесообразно её включение в качестве модуля в комплексные автоматизированные рабочие места специалистов различного профиля.

Эти условия, как правило, практически создаются за счет того, что на одном компьютере не используется одна задача в течение всего рабочего дня. Оценка общей эффективности использования персональной техники не является предметом нашего исследования, хотя понятно, что она функционально зависит от степени задачной загруженности машины. При этом оперативность решения каждой конкретной задачи и их относительная эффективность использования должны быть оценены отдельно по каждой программе, а затем суммированы.

Весь комплекс вопросов автоматизации процессов фармакотерапии мы обозначили как процедуры, связанные с созданием набора средств программного и информационного обеспечения модульного автоматизированного комплекса (МАК) "Фармакотерапия". В содержательном плане экспертная система "Взаимодействие лекарств" в рамках МАК "Фармакотерапия" занимает центральное место, соответствующее ее положению в системе научной фармакотерапевтической информации о лекарственных средствах.

Структура модульного автоматизированного комплекса "Фармакотерапия", представленная на схеме 3, включает весь набор автоматизированных комплексов задач, необходимых и достаточных для оптимального программного и информационного обеспечения процессов проведения рациональной комбинированной фармакотерапии.

Учитывая ориентацию службы фармацевтической информации на создание региональных центров научной фармацевтической информации, исключительно возрастает роль провизоров-информаторов этих подразделений в централизованном формировании соответствующих разделов и фрагментов базы знаний с лекарственных средствах. Это также предопределено для провизора-информаторг

геобходимостью реализации его основной производственной функции - источ-шка научной фармакотерапевтической информации для врача.

Провизор оказывается, наряду с врачом, специалистом-экспертом, ответствен-1ым за содержательное пополнение базы знаний экспертной системы "Взаимо-[ействие лекарств". При этом за ним, естественно, сохраняется функция поль-¡ователя (абонента) экспертной системы.

Схема 3.

СХЕМА ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МОДУЛЬНОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА" Фармакотерапия"

ВРАЧ

--А|

аь Пополнение базы знаний ^ ж

У .----г-М

ПРОВИЗОР

I

Практическое использование

]

МАК "Фармакотерапия"

1 ----у----

Выбор назначений ♦

I

Наличие лекарств

Схемы дозирования

Взаимодействие лекарств

1

Отрицательные виды действия

Выписка назначенией

. ФАРМАКОТЕРАПИЯ

I

БОЛЬНОЙ

ЛЕКАРСТВЕННОЕ | ч ОБЕСПЕЧЕНИЕ '

Таким образом, в тех случаях, когда речь идет о реализации процесса рациональной индивидуальной комбинированной фармакотерапии следует иметь ввиду необходимость создания на модульной основе и использования в качестве технического и информационного обеспечения этого процесса комплекса программ

в виде автоматизированного рабочего места "Фармакотерапия", одним из ключевых элементов которого является экспертная система "Взаимодействие лекарств".

ВЫВОДЫ.

1. Проведенный анализ литературы и исследование тематической области знаний, описывающей лекарственные средства методами аналитико-синтетичес-кой обработки материалов с использованием системного подхода и структурно-логического анализа исходных данных, выявило отсутствие теоретически обоснованной концепции обработки информации о лекарственных средствах с использованием инструмента экспертной системы, основанной на предметно ориентированной базе знаний.

2. Теоретически обоснована и методически отработана концептуальная модель экспертной системы "Взаимодействие лекарств", базирующаяся на формально-логической модели системы научной фармакотерапевтической информации. На ее основе, с использованием метода продукционного представления знаний, проведено моделирование базы знаний по исследуемой предметной области знаний, сформулированы алгоритмы принятия логических решений о результатах взаимодействия лекарственных средств и разработано прикладное программное обеспечение экспертной системы "Взаимодействие лекарств".

3. Первичное экспериментальное конструирование базы знаний и написание прикладного программного обеспечения в среде "Turbo Prolog" и последующее поэтапное создание трех версий экспертной системы "Взаимодействие лекарств" в среде СУБД "Clipper" на базе компьютера IBM PC (386, RAM 4 Mb, HDD 40 Mb, 33 Mhz, VGA) обеспечило в результате опытной эксплуатации промышленных образцов системы допустимые временные параметры работы экспертной системы и достаточные технические возможности для выполнения процедур поддержания базы знаний в активном работоспособном состоянии.

4. Теоретически обоснована, методически и экспериментально отработана структура базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств" представляемая как объединение базы данных и базы правил обработки данных исследуемой предметной области знаний. База данных включает в себя текстовые словари, кодовые словари, резервные массивы и библиографический информационно-поисковый модуль. База правил включает в себя продукционные правила вывода, программные процедуры и метаправила.

5. Впервые разработана для отечественной медицинской и фармацевтической служб экспертная система "Взаимодействие лекарств", основанная на базе знаний по фармакотерапевтической информации о . лекарственных средствах с продукционной формой представления знаний о результатах их взаимодействия в зависимости от условий комбинирования. Экспертная система "Взаимодействие лекарств", моделируя логику принятия решений в вопросах рационального и эффективного использования лекарств и прогнозируя возможные результаты взаимодействия лекарственных веществ, назначенных пациенту к одновременному приему, предназначена для информационно-консультативного обеспечения специалистов, разрабатывающих новые лекарственные средства и осуществляющих процессы фармакотерапии.

6. Экспериментальная проверка действующего прототипа экспертной системы "Взаимодействие лекарств" подтвердила работоспособность прикладного программного обеспечения, адекватность реализованных алгоритмов поиска информации и порядка проведения диалогов с пользователями. Установлено, что на скорость реакции системы оказывают влияние только тип используемого персонального компьютера и количество лекарственных средств, включенных в список для определения результатов их взаимодействия.

7. Анализ работоспособности экспертной системы "Взаимодействие лекарств" с использованием предложенного нами метода двойной независимой экспертной оценки результатов взаимодействия лекарственных средств доказал, что при 100 % результативности информационного поиска достоверность информации, получаемой на основании правил вывода, является настраи-заемым параметром и достигает 97%.

8. Отработана методика практического использования экспертной системы 'Взаимодействие лекарств" в условиях учреждений здравоохранения для зазличных групп пользователей. Расчет экономической эффективности ис-гользования экспертной системы "Взаимодействие лекарств" выявил оптимальный режим эксплуатации системы (в ценах 1992 г.). Сравнительный анализ (к 'ропню цен-и 1996 г.)- показал,- что удешевление-вычислительной техники и про-раммных продуктов, снизило в 12 раз стоимость одного информационного поис-:а и увеличило на 0.88 экономическую эффективность от внедрения автоматизи-юванных систем в практику работы фармацевтических предприятий. Для увели-1ения эффективности эксплуатации экспертной системы целесообразно её вклю-

чение в качестве модуля в комплексные автоматизированные рабочие места специалистов различного профиля.

9. Разработаны и апробированы в экспериментальной и промышленной эксплуатации автономные комплексы программного обеспечения: -"AutorVVod" позволяющий непрограммирующим специалистам-экспертам в режиме диалога проводить авторское пополнение и редактирование всех файлов базы знаний "Взаимодействие лекарств"; - "Test", позволяющий в пакетном режиме проводить сравнительный анализ полноты и достоверности информационных массивов базы знаний "Взаимодействие лекарств". !

10. Разработана документографическая информационно-поисковая система "Библиография", осуществляющая обработку и фиксирование ссылок на литературные первоисточники при формировании информационных массивов правил базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств". Система "Библиография" используется как самостоятельный автоматизированный комплекс задач и подключается в виде модуля к другим автоматизированным информационным системам, требующим обработки библиографической информации.

11. Разработана компьютерная обучающая программа "Взаимодействие лекарств", принятая Российским НИИ информационных систем Комитета по Высшей школе РФ, как законченный курс по программе "Электронный учебник". Экспертная система "Взаимодействие лекарств" включена в обучающую программу в виде модуля-тренажера, функционирующего совместно с модулями "учебник", "обучение" и "тестовый контроль знаний".

12. Для программно-информационного обеспечения процессов лекарственного лечения определены принципы построения и функциональная структур;: автоматизированного рабочего места "Фармакотерапия", как интегрированного комплекса, включающего в себя на модульном принципе систему "Рецептура' (с экспертной системой подбора индивидуальной фармакотерапии), экспертную систему "Взаимодействие лекарств", информационно-поисковые системь "Лекарства" (автоматизированный справочник для просмотра текстовой ин формации по лекарственным средствам) и "Библиография".

Основное содержание диссертации отражено в публикациях:

1. Зайддер Я.И., Преферанский Н.Г., Галатенко Н.А. Предупреждение отпуска несовместимых лекарственных средств / Под ред. проф.Кудрина А.Н. //Уч.пособ. к практ. занятиям для студ.5 курса(специализация) -М.:1ММИ им.И.М.Сеченова -1978. -С.22.

2. Давыдова О.Н., Зайдлер Я.И., Преферанский Н.Г. Оптимальное соотношение приема лекарств и пиши / Под ред. проф. Кудрина А.Н, //Уч.посо6.к практлакяг. для студ.5 курса (специализация). -М.:1ММИ им.И.М.Сеченова-1978. -С.34.

3. Преферанский Н.Г. Системный подход к комбинированной фармакотерапии -М. :ВНИИМИ, flN-2317 -1979. -С.5.

4. Преферанский Н.Г., Кудрин А.Н. Информационно-поисковая система для аптек и кабинетов фармацевтической информации о рациональном использовании лекарственных средств (/"Фармация" -1979. -N 5. -С.21-26.

5. Преферанский Н.Г. Методика составления и использования информациоино-гтоисковой системы по фармакотерапии на перфокартах с краевой перфорацией, с включением в нее алгоритма, позволяющего решать вопросы индивидуального, эффективного и без опасного применения лекарственных средств. //"Методические рекомендации и указания по организации, учету и планированию аптечного дела". -М.:ВИБГАПУ МЗ СССР-1979. -N б.-С.42.

6. Преферанский Н.Г. Таблица N i-"Взаимодействие лекарственных препаратов" /издание официальное/. /Под ред. проф. Кудрина А.Н. -М.-.ВИБ ГАПУ МЗ СССР -1981.

7. Преферанский Н.Г. Таблица Ы2-"Взаимодействие отдельных препаратов при одновременны назначении" /издание официальное/. /Нов. ред. проф. Кудрина А.Н. -М.:ВИБ ГАПУ МЗ ГССР -1981.

8. Кудрин А.Н., Преферанский Н.Г. Взаимодействие лекарственных средств //"Фармацевтичный куриал"-1981. -N 5.-С. 23-30.

9. Преферанский Н.Г., Кудрин А.Н. К вопросу о централизации обработки фармакотерапев-•ической информации -Воронеж //тез.докл. "Материалы 4 Всероссийского съезда фармацевтов" -981. -С.56-57.

10. Ляховецкая ЭЛ., Гитис Я.Е., Кудрин А.Н., Преферанский Н.Г. Автоматизированный :онтроль несовместимости лекарственных средств //"Фармация" -1982. -N 2. -С.21-25.

11. Преферанский Н.Г. Таблица ^-''Взаимодействие отдельных препаратов при ояновремен-юм назначении"/Под ред. проф. Кудрина А.Н. -М.: ВИБ ГАПУ МЗ СССР-1985.

12. Преферанский Н.Г., Фарбер М.Ф. Концептуальная модель формирования автоматизиро-анного банка данных по взаимодействию лекарственных средств. //Тез.докл. Материалы 5-го всероссийского съезда фармацевтов". -Ярославль. -1987. -С.5 6-57.

13. Преферанский Н.Г., Кудрин А.Н., Фарбер М.Ф., Сидорков A.M. и др. Биофизическое юделирование взаимодействия лекарственных средств.// Доклад на заседании МОИП семинар Биофизика и фармация" к 225 летию 1 ММИ им.И.М.Сеченова. -М. 22.05.1990.

14. Зеликсон Ю.И., Давыдова О.Н., Преферанский Н.Г. "Взаимодействие лекарственных редсгв". Сообщение 3 //"Медицинская сестра"-1990. -N 9. -С.45-51.

15. Преферанский Н.Г., Сидорков A.M., Кудрин А.Н. и др. Метод двойной независимой экс пертной оценки результатов взаимодействия лекарственных средств //Тез. докл. Всесоюзной на учн. конф. "Актуальные проблемы лекарственной токсикологии"-М. -1990. -4.2. -С.234-235.

16. Добровольский В.И., Фарбер М.Ф., Преферанский Н.Г. Итоги и основные налравле ния автоматизации в лечебной работе 1 ММИ им.И.М.Сеченова //Тез. нгуч.-мет. Kowf "Современные проблемы подготовки медицинских кадров":В Зч. -М. -1990. -4.2. -С.151- 152.

П.Добровольский В.И., Колчин А.Н., Фарбер М.Ф., Преферанский Н.Г. Проблемы компью теризации лечебной работы -М. //Материалы Всесоюзной научной конф. "Информатика i здравоохранении" -М. -1990. -4.2.-С.34-35.

18. Преферанский Н.Г., Сидорков A.M., Битержова A.M. и др. Автоматизированный комплекс задач "Взаимодействие лекарственных средств", как элемент многофункциональны^ автоматизированных рабочих мест специалистов //Материалы Всесоюзной научной конф "Информатика в здравоохранении"-М. -1990. -4.1. -С.87-8Й.

19. Преферанский Н.Г., Сидорков A.M., Фарбер М.Ф. и др. Вопросы разработки автома тизированного комплекса задач "Взаимодействие лекарственных средств" с элементами экс пертной системы. //Сборник докладов "Разработка автоматизи рованных систем обработки ин формации в аптечной службе с использованием персональных компьютеров". М.:ВНИИМИ МЗ СССР N Д-20713 от 6.12.90 -1990. -С. 121 -124.

20. Преферанский Н.Г., Сидорков A.M., Михалченко Ю.А., Элецбоген М.И. Эвристическа; модель представления знаний в экспертной системе "Взаимодействие лекарственны} средств". //Тез. докладов научно-практической конф. "Резервы совершенствования лекар ственного обеспечения населения РСФСР". -Владимир. Секция 1. -1991. -С.74-75.

21. Преферанский if.Г. Автоматизированное кодирование при обработке информации < взаимодействии лекарственных средств. //Фармация -1991. -N 5. -С.62-63.

22. Преферанский Н.Г., Качалова Е.В., Фарбер М.Ф. Библиографическая компонента экс пертной системы по взаимодействию лекарственных средств. //Тез. докл. 2-й Всесоюзный симпо зиум "Медицинские микрокомпьютерные системы". -Ростов-на-Дону-1991. -С .31-32.

23. Префсранекий Н.Г. Составные элементы экспертной системы "Взаимодействие ле карств". //Тез. Первого российского национального конгресса "Человек и лекарство". -М. -199; -С.524.

24. Преферанский Н.Г. Представление знаний с использованием правил в экспертной систем "Взаимодействие лекарственных средств". //Фармация -1992. -N 3. -С.8-12.

25. Преферанский Н.Г. От информационно-поисковой к экспертной системе по взаимодей ствию лекарственных средств. //Фармация -1992. -N4.-С.9-14.

26. Преферанский Н.Г. Прогностические возможности экспертной системы "Взаимодействи лекарств". //Российская научная конф. "Создание лекарственных средств". -М. -1992. -С.39-4(

27. Фарбер М.Ф., Преферанский Н.Г., Карп В.П., Дмитриева Н.В. Математическая м< дель прогнозирования действия лекарств. //Российская научная конф. "Создание лекарственны средств"-М. -1992. -С.45-46.

28. Преферанский Н.Г. Некоторые аспекты профессионально ориентированного об; чения провизоров при переходе аптечной службы к работе в условиях рынка. //Реформы здравоохранении и задачи медицинского образования. -М.:ММА. -1992. -С.45-47.

29. Методические рекомендации по практическому использованию экспертной системы Взаимодействие лекарств" Еерсия 3.0. -М.:Фармиюкс. /Составитель: Преферанский Н.Г. Служебное письмо N 4507/13-92 от 8.07.1992. -С. 110.

30.Преферанский Н.Г. Объяснительные способности экспертной системы "Взаимодействие екарств". //Фармация-1992. -N6.-0.10-15.

31. Методические основы практического использования экспертной системы "Взаимодействие екарста. //Учебно-методическое пособие. -М..ММА.-1992. с.79.

32.Преферанский Н.Г., Качалова Е.В., Фарбер М.Ф., Давыдова О.Н., Преферанская Н.Г. [роблемы оценки эффективности работы экспертной системы (ЭС) "Взаимодействие ле-арств". -М.:РЦ "Фарммединфо" //тез.докладов II Российский национальный конгресс Человек и лекарство"-1995. -С.67-68.

33. Преферанский И.Г., Качалова Е.В., Фарбер М.Ф., Кудрин А.Н., Преферанская Н.Г., .авыдова О.Н. Объяснительная компонента в работе экспертной сисетмы "Взаимодействие гкарств". -М.:РЦ "Фармединфо" //тезисы докладов Ш Российского национального ко нгресса íeлoвeк и лекарство"-1996. -С.318.