УДК 004.91:004.891 doi: 10.14529/ctcr220102 Нафиса Исламовна Юсупова, Майя Марсовна Гаянова, Марат Робертович Богданов
Аннотация. Использование информационных технологий в медицинской деятельности радикально меняет постановку, способы и средства решения большинства практических задач. Переход на современные информационные технологии обеспечивает новые возможности и улучшает качество сервиса, сокращает время обследования, увеличивает точность диагностики и т. д.
Цель исследования: извлечение информации об использовании информационных технологий для поддержки принятия решений в медицинской диагностике на основе анализа публикаций в этой области.
Материалы и методы. Для формального представления процесса структурно-семантического анализа информации об использовании ИТ в медицине построена функциональная модель в нотации IDEF0. При проведении исследований в конкретной предметной области требуется проведение анализа известных научных результатов и практических решений, для чего используются научные публикации, размещенные в различных источниках. Существуют платформы, где собрана информация о таких данных, позволяющие определить количественные показатели публикации, их специфические характеристики и т. д. Для выявления динамики появления публикаций, сравнительного анализа результативности различных ученых и исследовательских организаций, определения публикационной активности в журнальном секторе использованы инструменты семантического анализа. Для определения особенностей публикационной активности аналитиком, в качестве которого выступает специалист по семантическому анализу, проведен дополнительный анализ. Для обработки собранной информации использованы методы статистического анализа. На текущий момент собран небольшой объем данных, в применении специализированных инструментов анализа нет необходимости, для построения диаграмм использованы инструменты Excel.
Результаты. Выявлены ключевые характеристики публикаций по анализируемой тематике, динамика появления статей, наиболее активные авторы, научные школы и наиболее популярные журналы, в которых опубликованы результаты исследований; приведены результаты извлечения информации об исследованиях в области использования ИТ в кардиологии из наиболее востребованных публикаций активных авторов.
Заключение. Анализ публикаций на основе данных платформы elibrary.ru является предварительным этапом изучения научных текстов по выбранной тематике исследований, в дальнейшем необходимо разработать информационную систему для поддержи исследователей скомплексированными показателями и данными на основе анализа научных текстов.
Ключевые слова: извлечение информации, слабоструктурированная информация, семантический анализ, система поддержки принятия решений, медицинская диагностика.
Благодарности: Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках выполнения по Государственному заданию № FEUE-2020-0007, при поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-07-00780.
Для цитирования: Юсупова Н.И., Гаянова М.М., Богданов М.Р. Извлечение информации об использовании информационных технологий для поддержки принятия решений в медицинской диагностике // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». 2022. Т. 22, № 1. С. 14–27. doi: 10.14529/ctcr220102.
Развитие информационных технологий дает возможность получать, анализировать, обрабатывать и хранить огромные массивы разнородной информации. Использование этих технологий в медицинской деятельности радикально меняет постановку, способы и средства решения большинства практических задач; переход на современные информационные технологии (ИТ) обеспечивает ряд новых возможностей и интеграцию с системами цифровой диагностики [1], что улучшает качество сервиса, сокращает время обследования, увеличивает точность диагностики, позволяет проводить удаленные консультации и т. д.
Исследованиями в области медицинской диагностики с использованием ИТ для повышения эффективности активно занимаются ученые у нас в стране [2–13] и за рубежом [14–17]. В связи с высокой исследовательской активностью в рассматриваемой области возникает вопрос, как определить основные тренды научных исследований на основебольших объемов информации, которая является слабоструктурированной.
Данная статья посвящена методике извлечения информации об использовании информационных технологий для поддержки принятия решений в медицинской диагностике и результатам ее применения. Поскольку необходимость использования информационных технологий в медицине не вызывает сомнений, перед авторами стояла задача –выяснить, в каком состоянии находится этот вопрос.
Для получения информации на основании официальных данных об основных тенденциях исследований в области использования ИТ для поддержки принятия решений в медицинской диагностике необходимо решить следующие задачи:
Анализ известных научных результатов и практических решений, которые получены и используются в научных лабораториях разных организаций, является необходимым этапом при проведении исследований в конкретной предметной области.
Для проведения такого анализа можно использовать научные публикации, которые размещены в различных источниках. Речь идет о монографиях, статьях, отчетах и других материалах, которые публикуются на электронных ресурсах.
Специально организованные платформы, где собирается информация о таких данных, позволяют определить количественные показатели публикации, их специфические характеристики, которые дают внешнее представление о результатах семантического анализа публикации в конкретной предметной области [9].
Инструменты семантического анализа позволяют провести исследование научных текстов с целью:
В качестве информационной базы будем использовать научные тексты популярной научной электронной библиотеки elibrary.ru, хотя в ней сосредоточена информация только о русскоязычных текстах. Инструменты данной библиотеки выдают некоторые количественные показатели в виде распределения числа публикаций по выбранной теме в зависимости от разных параметров. Дополнительный анализ, проведенный аналитиком, в качестве которого выступает специалист по семантическому анализу, с помощью других средств позволяет определить особенности публикационной активности.
Для обработки информации можно использовать статистический анализ. Для малого объема данных достаточно использовать инструменты Excel для построения диаграмм, но для дальнейших исследований требуется разработка информационной системы для поддержи исследователей на основе анализа научных текстов.


На рис. 2 представлен первый уровень декомпозиции функциональной модели процесса структурно-сематического анализа информации об использовании ИТ в медицине.
Укрупненно представлены основные этапы анализа, ограничения и инструменты его реализации. Последующие уровни декомпозиции позволят детально раскрыть перечень задач и перейти к проектированию архитектуры ИС сбора и анализа слабоструктурированной информации конкретной предметной области.
Многие ученые в разных странах занимаются вопросами использования информационных технологий в медицине. Только за последние 15 лет на платформе elibrary.ru зафиксировано более 1,5 тысячи публикаций. Обработка этой информации, если не использовать специальные инструменты, является трудоемкой и требует много времени. Возникает вопрос, какие результаты можно получить, если использовать средства обработки слабоструктурированной информации.
В области медицины существует много направлений, где информационные технологии усиленно используются.
Для определенности решения задачи поиска и извлечения информации выберем область диагностики заболеваний (ДЗ). В качестве возможных ключевых конструкций выберем три: системы поддержки принятия решения при диагностике заболеваний (СППР при ДЗ), информационные технологии при диагностике заболеваний (ИТ при ДЗ), обработка данных при диагностике заболеваний (ОД при ДЗ).
Это позволит сравнить предпочтения исследователей в области терминологии.
Наиболее важные характеристики публикаций за последние 15 лет по указанным тематикам на основе данных из elibrary.ru приведены в табл. 1 [18].
Таблица 1
Характеристики публикаций (за последние 15 лет)
Table 1
Characteristics of publications (for the last 15 years)
Количественные характеристики | СППР при ДЗ | ИТ при ДЗ | ОД при ДЗ |
Всего публикаций | 44 | 42 | 637 |
Статьи в журналах | 33 | 30 | 469 |
Статьи в журналах, входящих | 2 | 7 | 212 |
Статьи в журналах, входящих в ядро РИНЦ | 6 | 12 | 196 |
Статьи в журналах, входящих в RSCI | 5 | 11 | 163 |
Взвешенный импакт-фактор журналов, | 0,341 | 0,4 | 0,419 |
Общее число авторов | 111 | 148 | 2277 |
Среднее число публикаций в расчете | 0,4 | 0,28 | 0,28 |
Суммарное число цитирований | 98 | 73 | 891 |
Среднее число цитирований в расчете | 2,23 | 1,74 | 1,4 |
Число статей, процитированных | 19 | 16 | 241 |
Число самоцитирований | 5 | 0 | 14 |
Индекс Хирша | 5 | 4 | 11 |
Исследовательские темы |
Нетрудно заметить, что авторы публикаций чаще всего используют конструкцию слов «Обработка данных при диагностике заболеваний». Число статей по данному запросу на порядок выше по сравнению с количеством статей, посвященных СППР при диагностике медицинских заболеваний или ИТ при диагностике заболеваний. Нетрудно также заметить, что если речь идет об исследованиях в области ИТ, то наукометрические показатели публикаций (статьи в журналах, входящих в Web of Science или Scopus, в ядро РИНЦ или в RSCI) в этой области в несколько раз выше, чем у публикаций с использованным конструктором «СППР при диагностике заболеваний».
Данные, извлеченные из elibrary.ru, позволяют построить графики, отражающие динамику появления статей за последние 9 лет (с 2012 по 2020 год), которая представлена на рис. 3.

Исследования в области обработки данных при диагностике заболеваний становятся все более активными, что связано с активным развитием современных средств обработки данных. Общие вопросы разработки СППР и использования ИТ в ДЗ стабильно являются предметом исследований в течении последних 15 лет.
Первый вопрос, который возникает при анализе научной активности, кто из ученых наиболее активно работает в интересующих нас областях исследований. С целью анализа результативности проведенных исследований рассмотрим показатели публикационной активности десяти ведущих авторов в каждой из трех тематик. На рис. 4–6 представлены данные о наиболее активных исследователях в каждой тематике. Число публикаций отдельных авторов за последние 15 лет колеблется от одной до пяти.



Множества наиболее активных авторов по сравниваемым тематикам различны. Только два исследователя имеют публикации в двух тематиках: «СППР при ДЗ» и «Обработка данных при ДЗ» – А.В. Проскуряков из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Л.А. Коробова из Воронежского государственного университета инженерных технологий.
К числу наиболее активных исследователей относятся также: А.П. Самойленко из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону), С.З. Савина из Тихоокеанского государственного университета (Хабаровск), О.В. Рубальского из Астраханского государственного медицинского университета и т. д.
Анализ результатов публикационной активности исследовательских организаций и научных школ позволяет выделить десять наиболее активных среди них (рис. 7–9).



Основной вклад в исследования по тематике «Информационные технологии в медицине» внесли медицинские организации, некоторые государственные университеты, чья деятельность не связана напрямую с медициной: Юго-Западный, Южный федеральный, Воронежский университет инженерных технологий, ИТМО, Новгородский университет им. Ярослава Мудрого, Азербайджанский университет нефти и промышленности, Астраханский университет, Белгородский национальный исследовательский университет, Пензенский университет, а также научные центры: Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» РАН.
Анализ журналов, в которых представлены основные результаты исследований, показал, что публикаций, затрагивающих тему применения информационных технологий в медицине, не так уж и много. Для каждой из ключевых тематик выделены десять основных изданий, которые представлены в табл. 2.
Таблица 2
Основные результаты исследований в областях «СППР при ДЗ» и «ИТ при ДЗ»
Table 2
The main results of research in the areas of “DSS in diagnosis of diseases and “IT in diagnosis of diseases”
Основные результаты исследований | Основные результаты исследований |
|
безопасность
РАМН. Сердечно-сосудистые заболевания
в биомедицинских системах
|
Топ 10 журналов, в которых опубликованы результаты исследований в области «ОД при ДЗ», представлен на рис. 10.

Основные результаты исследований представлены в журналах медицинского профиля (журналы «Кардиология», «Наука и Здравоохранение» и т. д.).
Анализ журнальной активности позволил выделить несколько журналов, в которых представлены результаты исследований по тематике «Информационные технологии в медицине»: «Нейрокомпьютеры: разработка, применение» (в журнале освещаются вопросы разработки и применения перспективных интеллектуальных систем и технологий), «Системный анализ и управление в биомедицинских системах» (включает тематическую рубрику «Алгоритмизация, моделирование и управление процессами диагностики и лечения. Информационные технологии в биомедицине»), «Интеллектуальные системы в производстве», «Современные наукоемкие технологии» (в журнале представлены публикации, в том числе проблемы в области информатики, вычислительной техники и управления).
Если сформулировать более узкий запрос, касающийся конкретного диагноза в медицине, например, кардиозаболеваний, то выясняется, что на платформе elibrary.ru статей, удовлетворяющих данному запросу, нет. Если же сформулировать более мягкий запрос, например, «Обработка данных кардио», то платформа выдает немного статей (17), удовлетворяющих данному запросу. Часть из них носит сугубо медицинский характер и опубликованы в медицинских журналах типа «Кардиология», «Диагностическая и интервенционная радиология», «Кардиологический вестник» и т. д.
На основании предварительной обработки информации на первом этапе были найдены наиболее востребованные публикации активных авторов. Анализ их содержания позволяет выделить несколько статей, касающихся компьютерного моделирования, применения информационных технологий в медицине, калькуляторов прогноза, регистрации и обработки сигналов, передачи информации и обработки данных и т. д. Все статьи можно разделить на три группы. Первая группа – это статьи, опубликованные в IT-журналах, вторая группа – публикации в медицинских журналах, третья группа – публикации в спортивных журналах.
Ученые из Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН и МФТИ [10] рассмотрели бесконтактный метод анализа сердечной активности человека, основанный на регистрации и обработке баллистокардиографичекого сигнала, который является более экономичным с точки зрения необходимых вычислительных ресурсов, чем сравнимые по точности методы, основанные на машинном обучении, и может быть реализован на граничном (промежуточном) вы-
числительном узле, к которому подключены несколько датчиков. Результаты в 2018 г. опубликованы в трудах Института системного программирования РАН.
Коллективом ученых из Пензенского государственного университета [11] построена компьютерная модель торса и сердца пациента в компьютерной диагностической системе «Кардиовид» на основании индивидуальных данных пациента: данных флюорографического обследования, обработанного электрокардиосигнала, а также антропометрических данных пациента. Предложена компьютерная модель торса пациента, учитывающая индивидуальные антропометрические особенности пациента и наглядно отображающая размер и положение сердца пациента в грудной клетке; компьютерная модель сердца пациента с визуализацией внутренних полостей, позволяющая наглядно представлять кардиографическую информацию о состоянии здоровья пациента. Результаты в 2005 г. опубликованы в журнале «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика».
Группа ученых из Астраханского государственного медицинского университета [12] провели амплитудно-частотный анализ доплерограмм при изучении микроциркуляции у больных стенокардией напряжения III и IV функциональных классов. Результаты в 2007 г. опубликованы в журнале «Успехи современного естествознания».
ООО «АИТ Кардио Про» [13] разработана программа для ЭВМ «Программное обеспечение системы персонального мониторинга электрокардиограммы с перемещаемым грудным электродом», которая является встраиваемым программным обеспечением компьютерного электрокардиографа «АИТ Кардио Про», регистрирующего ЭКГ одновременно в семи отведениях. ПО обеспечивает работу цифровой части устройства: аналого-цифровое преобразование биоэлектрических сигналов ЭКГ отведений (двух отведений от конечностей и одного из грудных), сжатие и передачу данных персональному компьютеру по интерфейсу USB. Программа включает конфигурирование портов и периферийных устройств ARM-микроконтроллера STM32Fxx, ответственного за оцифровку аналоговых кардиосигналов, сжатие, упаковку и передачу данных, работу светодиодной индикации прибора, обработку кодов команд от управляющего приложения высокого уровня. Программа обеспечивает функционирование устройства в составе программноаппаратной системы персонального мониторинга ЭКГ с перемещаемым грудным электродом. Имеется свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ (2019 г.).
Группа ученых из Новосибирского медицинского университета, городской клинической больницы № 1 и государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) [14] разработали калькулятор годичного прогноза риска развития неблагоприятных кардиоваскулярных событий у пациентов после перенесенного острого инфаркта миокарда с подъёмом сегмента ST. Следующим этапом работы стало создание регрессионной модели и авторского калькулятора риска развития неблагоприятного прогноза у пациентов с ОИМпST в течение 1 года с ПКФР. Результаты в 2020 г. опубликованы в журнале «Фундаментальная и клиническая медицина».
Исследованиями вегетативной регуляции кровообращения во время длительной изоляции на основе анализа вариабельности сердечного ритма занимаются ученые [15] из государственного научного центра РФ «Институт медико-биологических проблем». Для оценки адаптационных реакций организма использовали метод математического анализа ритма сердца. Анализировались суточные массивы кардиоинтервалов, полученные в результате обработки данных с помощью непрерывной регистрации электрокардиограммы в течение суток (Холтеровское мониторирование). Результаты опубликованы в журнале «Авиакосмическая и экологическая медицина».
Ученые из Казанского ФУ [16] изобрели концепцию системы управления интеллектуальным велосипедом (смарт-велосипед), разработанную для того, чтобы помочь физически нетренированным велосипедистам, а также людям, нуждающимся в кардиореабилитации, при езде на велосипеде получать именно такой уровень нагрузок, который необходим. Для управления велосипедом в реальном времени предлагается использовать набор датчиков, средство передачи информации и программу обработки данных. Результаты в 2017 г. опубликованы в Электронном научнообразовательном Вестнике «Здоровье и образование в XXI веке».
Ряд ученых из научного центра здоровья детей РАМН [17] предложили математические подходы оценки адаптации кардиогемодинамики в зависимости от активности клеточных дегидрогеназ лимфоцитов крови у юных спортсменов. Целью исследования являлось изучение взаимосвязи ферментной активности лимфоцитов крови с показателями деятельности сердечнососудистой системы юных спортсменов при физических нагрузках. При обработке данных использовали универсальный метод построения устойчивых нелинейных уравнений регрессии, основанных на применении нейронных сетей. Результаты в 2009 г. опубликованы в журнале «Лечебная физкультура и спортивная медицина».
Анализ публикаций на основе данных платформы elibrary.ru является предварительным этапом изучения научных текстов по выбранной тематике исследований. При работе с данными elibrary.ru происходит автоматическая подборка статей по ключевым словам, без учета вида и специфики научных исследований. Для выделения из подборки нужного материала приходится прибегать к эксперту по знаниям предметной области. Анализ информации «вручную» – достаточно трудоемкая процедура, которая требует значительных временных затрат.
Результаты извлечения информации об исследованиях в области использования ИТ в кардиологии показали, что все статьи можно условно поделить на три группы: статьи, опубликованные в IT, медицинских и спортивных журналах.
Что касается использования IT в медицине, большая часть работ связана с обработкой данных при диагностике, системные вопросы ППР при диагностике рассматриваются достаточно редко; в областях диагностики кардиозаболеваний публикаций довольно мало.
Статьи в медицинских журналах в основном касаются разработок, в частности, прогнозирующих риск развития неблагоприятных событий (калькулятор) или определяющих уровень физической нагрузки нетренированным пациентам (смарт-велосипед).
Статьи в спортивных журналах большей частью отражают взаимосвязи показателей здоровья спортсменов при физических нагрузках.