Разработка программного обеспечения

Программа Chern

На кафедре прикладной математики Института кибернетики ТПУ с 2012 года ведутся работы по разработке программного обеспечения визуализации состояния биологических объектов на основе пиктографиков «Лица Чернова».

На первом этапе нами была разработана узкоспециализированна программа Chern, реализующая данный подход для отображения функционального состояния больных бронхиальной астмой. Однако, в нашем случае, для оценки состояния объекта «до» и «после» воздействия используется не две половины «лица», а два разных пиктографика.

Принцип работы программы Chern заключается в следующем: при сравнении параметров до и после лечения, если параметры после лечения больше, чем до лечения, на рисунке у прямых начинается отклонение вправо или вниз, а окружности вытягиваются влево и вправо (обратный принцип только у глаз и зрачков); если же меньше или равны, то изменения на рисунке наоборот. При плохом прослеживании отклонения можно воспользоваться просмотром координат точек, которые появляются при нажатии на интересующую часть рисунка (рисунок).

Диалоговое окно программы Chern

Ниже приведен пример, в котором для построения «лиц» используются 22 информативных физиологических показателя, характеризующих состояние больных бронхиальной астмой. Отношение параметров и элементов «лиц Чернова» в данном случае:

• — МОД — овал лица;
• — ЖЕЛ — рот;
• — ФЖЕЛ — 1 волос (все волосы считать слева направо);
• — ОФВ1₁ — 2 волос;
• — ОФВ1/ЖЕП -3 волос;
• — МВЛ — 4 волос;
• — ПОС- 5 волос;
• — МОС25 — 6 волос;
• — Cdyn-вертикальная линия носа;
• — Cstat — горизонтальная линия носа;
• — Rвд — левое ухо;
• — Rвыд — право ухо;
• — Wобщ-левый глаз;
• — Wуд — правый глаз;
• — Wн. эл — левый зрачок;
• — Wэл — правый зрачок;
• — W МОД10 — левая бровь;
• — W МВЛобщ — правая бровь;
• — WМВЛуд- 1 волос на бороде (все волосы считать слева на право);
• — ДепрБ- 2 волос на бороде;
• — ТрРТ- 3 волос на бороде;
• — ТрЛТ- 4 волос на бороде.

Рассмотрим полученные результаты (рисунок).

Отображение состояния больного BAPI до и после лечения в виде «лиц Чернова».

Рассматривая полученное «лицо», характеризующее состояние больного BAPI (рисунок) отметим: значительное отклонение горизонтальной линии носа, что говорит об увеличении показателя статической растяжимости легких (Cstat); увеличение показателя общей работы дыхания (Wобщ) и удельной работы дыхания (Wуд), обусловленное вытяжением окружностей — глаз вверх и вниз; а также положительное изменение параметров, связанных с элементами бороды, это WМВЛуд, ДепрБ, ТрРТ, ТрЛТ.

Отображение состояния больного BANP до и после лечения в виде «лиц Чернова».

Рассматривая «лицо», характеризующее состояние больного BANP (рисунок 6) отметим следующее: во-первых уменьшение всех параметров, связанных с элементами волос, в особенности параметра форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ) и максимальной объемной скорости выдоха на уровне 25% ФЖЕЛ (МОС25); во-вторых увеличение показателя статической растяжимости легких (Cstat) и незначительное уменьшение динамической растяжимости легких (Cdyn), выраженные отклонением горизонтальной линии носа вниз и вправо, а вертикальной линии — влево; ко всему прочему, невозможно не обратить внимание на вытяжение окружностей — ушей, что свидетельствует об увеличении бронхиального сопротивления на вдохе (Rвд) и на выдохе (Rвыд).

Таким образом, полученные результаты показали, что метод аудиовизуальной стимуляции мозга (АВС) эффективен для лечения больных с диагнозом психогенно-индуцированной бронхиальной астмы.

Программа «Chernoff Faces»

Основным недостатком программы Chern является то, что она предназначена для решения конкретной прикладной задачи — оценки динамики состояния больных бронхиальной астмой.

Поэтому развитием разработанного программного продукта явилось создание универсальной программы «Chernoff Faces». Данная программа предназначена для формирования графических образов, отображающих функциональное состояние человека, и, в частности, динамику изменения состояния пациентов в процессе лечения для любых заболеваний.

В программе реализовано 2 подхода:

• 1. Графическое отображение состояния биосистемы на основе интегральных критериев;
• 2. отображение состояния биосистемы с помощью пиктографиков «Лица Чернова».

Представление исходных данных

В данной программе исходные данные считываются из файла Excel. В данном файле хранятся значения m клинических показателей для группы из n пациентов (рисунок).

Исходные данные для программы «Chernoff Faces».

Рабочая область

Программа «Chernoff Faces» состоит из 4 рабочих областей:

• 1. Создание нового пациента;
• 2. импорт данных;
• 3. построение пиктографиков лиц Чернова;
• 4. построение графического отображения на основе интегральной оценки состояния биосистемы.

Первая рабочая область называется «Создание нового пациента». Она предназначена для ввода и вывода текстовой информации. Для работы с данной областью необходимо в программе нажать на соответствующую вкладку (рисунок).

Первая рабочая область в программе «Chernoff Faces».

Для работы в данной рабочей области необходимо использовать мышь, клавиатуру, а также кнопки расположенные на рабочей области:

«Создать» — данная кнопка предназначена для сохранения введенных данных в формате Excel, а также для пересохранения измененных данных;

«Открыть» — данная кнопка предназначена для загрузки данных уже имеющихся данных в файле Excel.

Вторая рабочая область называется «Получить данные». Она предназначена для вывода текстовой информации. Для работы с данной областью необходимо в программе нажать на соответствующую вкладку (рисунок).

Вторая рабочая область в программе «Chernoff Faces».

Для работы в данной рабочей области необходимо использовать мышь, а также кнопку расположенную на рабочей области:

«Взять данные» — данная кнопка предназначена для считывания данных в формате Excel для работы с ними в программе.

Фрагмент программы для работы с исходными данными приведен в приложении Б.

Третья рабочая область называется «Построить лица Чернова». Она предназначена для вывода графической информации. Для работы с данной областью необходимо в программе нажать на соответствующую вкладку (рисунок).

Третья рабочая область в программе «Chernoff Faces».

Для работы в данной рабочей области необходимо использовать мышь, а также кнопки расположенные на рабочей области:

«Построить лица» — данная кнопка предназначена для построения лиц Чернова и вывода их на экран;

«Очистить графику» — данная кнопка предназначена для удаления лиц с рабочей области.

Четвертая рабочая область называется «Получить интегральную оценку». Она предназначена для вывода графической информации. Для работы с данной областью необходимо в программе нажать на соответствующую вкладку (рисунок).

Четвертая рабочая область в программе «Chernoff Faces».

Для работы в данной рабочей области необходимо использовать мышь, а также кнопки расположенные на рабочей области:

«Построить график» — данная кнопка предназначена для построения интегральной оценки и вывода ее на экран в виде отдельных точек, соответствующих разным моментам времени (например, до лечения и после лечения);

«Очистить график» — данная кнопка предназначена для удаления графика.