Методика разработки медицинского наполнения АРМ врача и опыт её применения
Новиков И.Д., Ширковец Е.Н., Алексеевская М.А., Кириллова Р.Ю., Коган К.А.

Рассмотрен опыт работы группы инженерии знаний ВКНЦ АМН СССР по созданию автоматизированных рабочих мест врачей-специалистов по инструментальным методам исследований для медицинских диагностических центров. Описаны основные компоненты медицинского наполнения АРМ и технология взаимодействия с экспертом при их создании.

Описан опыт, накопленный группой инженерии знаний в процессе разработки АРМ врачей - специалистов по инструментальным методам исследований (АРМ-ВИ) для медицинских диагностических центров (МДЦ). Это - визуализи-рующие методы исследования: рентгенография, рентгеновская компьютерная томография, ультразвуковые исследования, эндоскопия.

В работе приняли участие врачи различных организаций - специалисты по соответствующим методам исследования [1 ].

Общие подходы к построению АРМ-ВИ изложены в статье [2 ]. Вся работа по созданию АРМ-ВИ разделяется на два взаимосвязанных фрагмента - разработка программной оболочки АРМтВИ (ПО АРМ-ВИ) и медицинского наполнения АРМ-ВИ (МН АРМ-ВИ).

В процессе работы сложилась методика разработки МН АРМ-ВИ, предназначенная для разработки определенного класса АРМ-ВИ. Существенными являются следующие свойства этого класса:

каждое АРМ-ВИ обеспечивает выполнение ряда методик исследования (МИ), реализующих один метод (например, в компьютерной томографии насчитывается более двух десятков методик исследования);

конечным продуктом каждого исследования является текст (ТЕКСТ), описы­вающий результаты исследования и их интерпретацию;

ТЕКСТ структурирован и содержит следующие части (некоторые из которых могут отсутствовать для отдельных МИ); описание методики проведения исследования (ТЕХНОЛОГИЯ), описание полученных результатов (ОПИСАНИЕ), диагностическое заключение, содержащее врачебную интерпретацию получен­ных результатов (ЗАКЛЮЧЕНИЕ), дальнейшие рекомендации (РЕКОМЕНДАЦИЮ);

отсутствуют методы полной оцифровки результатов, так что подключение компьютера оn-line к прибору не позволяет автоматически получить полное количественное описание, достаточное для дальнейшего анализа;

отсутствуют формальные методы получения результирующего ТЕКСТА по результатам исследования. Поэтому перед АРМ-ВИ не ставится ни задача авто­матического формирования описания результатов исследования, ни задача автоматического формирования заключения и/или рекомендаций по текстовому описанию.

Перечисленные особенности определяют основной принцип взаимодействия между АРМ-ВИ и врачом: для описываемого класса задач безусловный приоритет отдается врачу, который свободно формирует описание результатов исследования и свое заключение при помощи АРМ-ВИ. Роль АРМ-ВИ заключается в уменьшении трудоемкости и стандартизации процесса подготовки итогового текста.

К АРМ-ВИ предъявляются следующие требования (Т) [2 ].

Т1. Трудоемкость подготовки итогового текста при помощи АРМ-ВИ не дол­жна быть больше, чем при использовании пишущей машинки.

Т2. АРМ-ВИ не должна ограничивать свободу врача, т. е. должна быть воз­можность подготовить при помощи АРМ-ВИ любой непротиворечивый текст, который врач может подготовить на пишущей машинке.

ТЗ. АРМ-ВИ должна содержать систему контроля, запрещающую появление "невозможных" текстов и предупреждающую о появлении маловероятных текстов.

Т4. АРМ-ВИ не должна побуждать врача искажать описание результатов (например, за счет стремления к экономии времени путем использования правил умолчания).

Т5. Работа с АРМ-ВИ должна быть доступна и удобна специалистам различной квалификации, для чего в АРМ-ВИ должен быть развитый режим помощи (Ье1р).

Т6. АРМ-ВИ предназначено для помощи врачу во всех исследованиях, выполняемых на одном рабочем месте. Поэтому описание различных МИ должно быть максимально унифицировано в рамках одного АРМ-ВИ.

Для выполнения перечисленных требований приняты следующие принципиальные решения (Р).

Р1. Программное обеспечение АРМ-ВИ является единым для всех разрабатываемых АРМ-ВИ.

Р2. Медицинское наполнение АРМ-ВИ содержит всю необходимую информацию как для организации диалога, так и для всех остальных этапов работы.

РЗ. Диалог с пользователем и генерация ТЕКСТА оформляются в виде отдельных программных блоков. Диалог с врачом в АРМ-ВИ ведется на его узко­профессиональном языке с возможным использованием сокращений, необщепринятых выражений и т. д. Итоговый ТЕКСТ формируется по результатам диалога на общемедицинском языке с соблюдением всех требований, предъявляемых к нему в существующей практике.

В работе в целом и на каждом этапе мы придерживались стратегии "движения от цели". Основные усилия затрачивались на точное определение цели каждого этапа работы и на контроль достигнутого взаимопонимания. Существенно, чтобы формулировка цели давалась в терминах, естественных для эксперта, без привлечения математической и компьютерной терминологии, поскольку наши эксперты практически совершенно не были знакомы с ЭВМ.

Вся информация, сообщаемая экспертом, должна быть проверена аналитиком на внутреннюю непротиворечивость, полноту и соответствие с реальной врачебной практикой. Для этого используются копии реальных ТЕКСТОВ, с удаленными фамилиями пациентов, датами и номерами историй болезни, но с сохра­ненными фамилиями врачей (вариант метода "мусорной корзины" [3 ]).

Формирование контрольного массива проводит эксперт по МИ либо целе­направленно, подбирая максимально разнообразный набор исследований, либо включая в него все исследования за определенный период. При последнем спосо­бе по накопленному массиву можно судить и о частоте различных патологий (но только в базовом учреждении). С другой стороны, целенаправленный подбор позволяет обойтись меньшим числом документов.

Другие способы проверки связаны с внешним рецензированием и с использованием "игрового" интервью, когда аналитик задает вопросы типа "А что, если...?".

В большинстве случаев одно АРМ-ВИ должно обеспечить поддержку врача при выполнении множества МИ. Например, для рентгеновской компьютерной томографии их более 20. Поэтому особую роль в создании АРМ-ВИ играет стар­ший эксперт. В качестве СЭ должен выступать специалист по методу исследования в целом, имеющий большой и "свежий" опыт практической работы по многим МИ. В задачи СЭ входит определение перечня МИ, включаемых в АРМ-ВИ, и очередности их разработки.

Другая задача СЭ - подбор экспертов по отдельным МИ (ЭМ). Эти эксперты должны иметь большой практический опыт применения соответствующей мето­дики, принадлежать той же медицинской школе, что и СЭ, использовать в своей постоянной работе ту же схему описания результатов, что и СЭ. Привлечение ЭМ объясняется тем, что многие МИ, незаменимые в определенной ситуации, используются довольно редко, и только узкий специалист может построить описание, учитывающее разнообразные варианты получаемой картины.

Как специалист по методу СЭ разрабатывает общую схему формируемого ТЕКСТА для всех МИ, включенных в соответствующее АРМ-ВИ, укрупненную схему диалога, перечень обязательно отмечаемых показателей.

Особая роль СЭ в стандартизации ДИАЛОГОВ и ТЕКСТОВ для соответствующего АРМ-ВИ. В случае привлечения группы экспертов СЭ проводит с ними предварительный инструктаж. После разработки МН каждой методики СЭ вы­ступает рецензентом подготовленных материалов.

В соответствии с общим принципом движения от цели разработку АРМ-ВИ для отдельной МИ мы начинаем с ЗАКЛЮЧЕНИЯ - главной части ТЕКСТА, представляющей основной интерес для врача, направившего больного на исследование. Эксперту предлагается составить список всех заболеваний и состояний, выявляемых при помощи данной МИ.

Составленный список должен быть проверен на полноту (содержит все прак­тически важные состояния), неизбыточность (не содержит состояния, которые не могут быть определены данной МИ) и корректность терминологии (используемые выражения соответствуют практике работы базового учреждения).

Проверку полноты и избыточности списка, а также терминологии проводит аналитик, формально сравнивая фразы из него с реальными ЗАКЛЮЧЕНИЯ­МИ. Аналитик выписывает фразы из реальных ЗАКЛЮЧЕНИЙ, не вошедшие в список возможных заключений (предположительное нарушение полноты), и фразы из списка, не встретившиеся в реальных заключениях (нарушение неизбыточности) и предъявляет эксперту.

При оценке фразы из реального ЗАКЛЮЧЕНИЯ возможны следующие ситуации:

эксперт объявляет фразу некорректной и отказывается включить ее в список. При этом целесообразно не сообщать эксперту заранее, кто автор соответствую­щего заключения. В некоторых случаях, например, узнав что автор - он сам, эксперт пересматривает свое мнение;

эксперт утверждает, что это же заключение (несколько в другой формулировке) присутствует в списке. Тем самым устанавливается наличие синонимов;

эксперт включает фразу в список. Если фраза из списка не встретилась среди реальных ЗАКЛЮЧЕНИЙ, то эксперт может признать ее слишком редкой и исключить из списка либо оставить в списке. Однако мы стремились на этом этапе ничего не исключать.

На следующем этапе эксперт описывает, каким результатам исследования соответствует каждая фраза из списка заключений. Аналитик, сравнивая описания для разных фраз, обнаруживает фразы с совпадающими описаниями и предъявляет их эксперту. В результате эксперт либо пополняет описания, указывая отличия, либо говорит, что различия выявляются при других исследованиях, либо меняет формулировку фраз, объединяя неразличимые при данном исследовании состояния.

Кроме того, полученные описания являются основой для разработки диалога и системы контроля.

Разработка диалога для ввода ОПИСАНИЯ, ЗАКЛЮЧЕНИЯ и РЕКОМЕНДАЦИЙ

Стремление к полноте приводит к использованию многих десятков и даже со­тен вопросов, из которых для каждого случая должны быть использованы только необходимые, число которых в несколько раз меньше. Для этого мы использова­ли представление диалога в виде "дерева". Такое представление достаточно для большинства ситуаций.

Важно, чтобы эксперт мог оценить естественность и корректность диалога. С этой целью мы применяем специальное графическое оформление диалога. Пункты диалога располагаются так, что последовательно задаваемые вопросы одного уровня расположены по вертикали, а подчиненные - справа от того вопроса, к которому относятся.

В примере, приведенном на рисунке, звездочки изображают тексты или чис­ловые значения пунктов диалога, выводимые на экран дисплея. Пункт "а" имеет три подчиненных варианта ответа: а.1, а.2, а.З. Пункт а.1 имеет два подчинен­ных - а.1.1 и а.1.2, из которых только у второго есть подчиненные а.1.2.1 и а. 1.2.2.

Опыт показывает, что использование описанного представления логики диа­лога естественно для врача, позволяет ему самостоятельно и полно проанализировать диалог (стандартное представление по работе [5 ] оказалось для этих целей практически непригодным).

Разработка системы контроля

Использование формализованного диалога резко повышает вероятность появления труднообнаруживаемых ошибок. Для их обнаружения в АРМ-ВИ предусмотрена система контроля и предупреждения, основанная на информации, получаемой от эксперта. В соответствии с общим принципом максимальной свободы, при обнаружении большинства ошибок система контроля выдает предупреждение, но врач может подтвердить правильность информации, и она будет введена в систему, но с отметкой о несоответствии критериям контроля.

Для пунктов диалога, требующих количественного ответа, предусмотрен кон­троль по диапазону, причем в качестве границ выбираются значения (субъек­тивно), соответствующие 1 и 99 % квантилям.

Кроме независимой проверки ответов на отдельные пункты, предусмотрен контроль допустимости сочетания ответов на некоторые пары вопросов.

Главным элементом системы контроля в АРМ-ВИ является контроль соответствия ЗАКЛЮЧЕНИЯ и ОПИСАНИЯ. Как уже говорилось, мы принципиально отказываемся от автоматической генерации ЗАКЛЮЧЕНИЙ. Однако мы счита­ем необходимым и реальным контроль грубых ошибок пользователя, вызванный сбоем клавиатуры, опечаткой и т. п. Предусматривается контроль ошибок двух типов. Во-первых, в ОПИСАНИИ могут быть указаны признаки, сочетание ко­торых практически наверняка достаточно для справедливости определенной фразы из ЗАКЛЮЧЕНИЯ, но врач не указал этой фразы. Во-вторых, в ЗАКЛЮЧЕНИИ может быть выбран пункт, но в ОПИСАНИИ не указан ни один из при­знаков, наличие которых необходимо для этого заключения. При отсутствии нужного заключения система выдает запрос типа "При наличии признаков а, Ь, с ... необходимо учитывать возможность заключения: ********", а при отсутствии необходимых признаков - запрос типа "В описании отсутствуют комбинации признаков 1)................ 2)............,

без одной из которых заключение ****************** обычно не встречается".

Для разработки системы контроля мы используем вариант техники таблиц решений работы [З]. Поскольку множество заключений слишком велико, мы рассматриваем не одну общую таблицу, а набор подтаблиц для групп заключений со сходной картиной. Объединение нескольких заключений заставляет эксперта анализировать различия между близкими заключениями. Важность такого анализа подтверждается практикой применений репертуарных решеток [6 ].

Анализ действий эксперта показывает, что обычно он указывает только признаки, значения которых при данном заключении отклоняются от нормы. Ос­тальные признаки можно поделить на две группы. Значения первых должны быть в пределах нормы либо не принимать выделенных значений. Другие при­знаки могут иметь любые значения.

Полученные правила контроля проверяются на контрольном массиве реальных заключений. Естественно, что если квалифицированный врач перечислил признаки, достаточные для постановки определенного заключения, то он укажет нужное заключение. Опыт показывает, что это так, и в подавляющем числе случаев врач не указывает заключения, не приводя хотя бы некоторых оснований, так что выполняются и "необходимые" условия.

Особо следует сказать о соответствиях между заключениями и рекомендация­ми. В отличие от ОПИСАНИЯ и ЗАКЛЮЧЕНИЯ, РЕКОМЕНДАЦИИ во многих случаях директивно привязаны к заключениям. Поэтому допустима передача инициативы системе: если сделано определенное заключение, то система сама может предложить врачу нужные рекомендации.

Одной из основных причин, вызывающих необходимость развитой системы помощи, является хорошо известный по работе [7 ] факт, состоящий в том, что терминология, используемая врачами для описания результатов исследования, не полностью стандартизована - одни и те же термины могут использоваться в разных смыслах, и наоборот - разные термины могут обозначать одну ситуацию.

Частично выяснению расхождений помогает анализ контрольного массива, час­тично - внешнее рецензирование. Можно указать несколько общих правил, ког­да НЕЬР необходима:

• описание количественного признака качественными градациями;
• использование сокращений в диалоге;
• наличие синонимов;
• неоднозначность толкования терминов.

При использовании визуализирующих методов особое значение имеет графи­ческую НЕ1-Р, представляющую собой рисунки с коментариями.
Оптимизация диалога приводит к тому, что тривиальный алгоритм построе­ния выходного текста путем конкатенации вопроса и ответа не порождает связ­ного русского текста. Для обеспечения обозримости множества ответов вопрос всегда ставится так, чтобы выяснить значение только одного параметра, но не комбинации параметров. В выходном ТЕКСТЕ такой вопрос соответствует, как правило, не фразе, а фрагменту фразы. Объединение таких фрагментов в грамматически правильную конструкцию усложняется особенностями орфографии и пунктуации русского языка, требующего согласования в роде, числе и падеже, поэтому возникает необходимость в отдельной подсистеме генерации ТЕКСТА. Основная трудность состоит в том, что запись алгоритма на любом стандартном языке программирования (Паскале, Бейсике) недоступна эксперту» Для преодоления этой трудности мы вновь, как и при отладке логики диалога, использовали возможности графического оформления текста в виде двумерного массива. Дви­жение слева направо означает порядок появления фрагментов во фразе, а движение сверху вниз внутри группы фрагментов, заключенных в квадратные скобки, - порядок просмотра вариантов фрагмента для включения во фразу. Такое представление "текстовых заготовок" подсказано самими экспертами. Оно естественно для них и позволяет отлаживать процедуру порождения текстов "на бумаге". В таком режиме легко анализировать отдельные фрагменты и таким образом просматривать больше вариантов, чем при имитации диалога на компьютере.
В ходе разработки МН АРМ-ВИ создана программа, поддерживающая практически все этапы совместной работы аналитика и эксперта и порождающая файл, содержащий представление МН, используемое по АРМ-ВИ. Эта програм­ма позволяет когнитологу вводить всю информацию о каждом отдельном пункте диалога - текст самого пункта, синонимы, комментарии, список допустимых комбинаций. Предусмотрена специальная форма хранения информации в памяти компьютера, позволяющая располагать данные в виде иерархического дерева, при этом объем вводимой информации ограничивается только емкостью ОЗУ.

В любой момент можно просмотреть диалог, состоящий из уже занесенных пунктов. Эту возможность необходимо использовать, так как она позволяет эксперту увидеть диалог в том виде, в котором он предстанет перед пользователем АРМ-ВИ. Кроме того, взгляд на проделанную работу с новой точки зрения обычно позволяет выявить не замеченные ранее ошибки. Программа снабжена развернутой системой контекстно-ориентированной помощи.

ЛИТЕРАТУРА

1. А ш м а р и н И. Ю. Диагностические центры в системе советского здравоохранения. Тера­певтический архив, 1989, N 4, С. 3-6.

2.Меркудинов И. В., Новиков И. Д. Основные принципы построения автоматизирован­ной системы поддержки функционирования медицинских диагностических центров и требования к нему. - Терапевтический Архив, 1989, N 4.

3. Программирование таблиц решений: Пер. с англ. - М., Мир, 1976.

4. А в е р к и н А. Н., Б л и ш у и А. Ф., Гаврилова Т.А.,Осипов Г. С. Приобретение и формализация знаний. В справочнике "Искусственный интеллект, к. 2 Модели и методы". Под ред. Поспелова Д. А. - М., Радио и связь, 1990, с. 65-75.

5. Алексеевская М.А.,Переверзев-0 р л о в В. С. Проблема двух врачей в распозна­вании образов // Описание и распознавание объектов в системах искусственного интеллекта. -М., Наука, 1980, с. 765-84.

6.Франселла Ф., Б а н н и с т е р Д. "Новый метод исследования личности". Пер. с англ. - М., Прогресс, 1987. - 234 с.

_________________________________________________
Новиков И.Д. - кандидат физико-математических наук
Ширковец Е.Н.
Алексеевская М.А. - кандидат технических наук
Кириллова Р.Ю.
Коган К.А.

---

&copy Информационное общество, 1991, вып. 1, с. 35-40.