CASE DIAGRAMS FOR EVALUATING PATENTS FOR INTELLIGENT COMPUTER SYSTEMS IN SURGERY
CASE DIAGRAMS FOR EVALUATING PATENTS FOR INTELLIGENT COMPUTER SYSTEMS IN SURGERY
Abstract
Patents (methods and devices) for intelligent computer systems (ICS) for predicting the risk of surgical site infection (SSI) were identified by keyword information search and analysed using a case diagram formalism.
The article sets and solves the problem of developing the method of situational diagrams for evaluation of ICS patents in surgery in order to improve the known solutions. The target object is ICS as an additional means of SSI control.
The article proposes a general algorithm for outputs and tools for evaluating prototypes on ICS in surgery, a patent search with a transition from textual description to tabular description, presents an output on situation diagrams for evaluating patents with outputs on a compilation prototype of AI support in cardiac surgery, its critique and intended development.
1. Введение
Ситуационные диаграммы (СД) – известное средство наглядного графического представления динамичного изменения любой проблемной ситуации по ее составляющим
, как фрагмент метода ситуационного анализа, опыт успешного применения которого известен . Одна из значимых проблемных ситуаций связана с адаптацией и использованием интеллектуальных компьютерных систем (ИКС) в медицине, в частности, в кардиохирургии.Оценку по СД можно считать основой для выхода на новый уровень принятия решений в проблемных ситуациях. Однозначная информация по этой тематике представлена, прежде всего, патентами на устройства и способы в связи с ИКС. При этом структура патентного описания такова, что позволяет отследить развитие от первоначального прототипа к предложенному автором патента решению и сравнить его с известной логической цепочкой системного мышления: пожелания на улучшение – лозунги – проблематика – объект/субъект – глобальная цель – локальные цели – задачи – функции – параметры
. Отступления от этой цепочки создают первый концептуальный барьер, а качество знаний и данных о проблемной медицинской ситуации – второй барьер . Для их преодоления в первую очередь значимы онтологии базовых понятий.В статье поставлена и решена задача развития метода построения ситуационных диаграмм для оценки патентов на ИКС в хирургии с целью улучшения известных решений. Целевой объект – ИКС как дополнительное средство борьбы с инфекциями в области кардиохирургического вмешательства (ИОХВ).
2. Первичная онтология базовых понятий к термину «Выход на компилятивный прототип»
Рисунок 1 - Фрагмент выхода на компилятивный прототип базовых понятий:
0 - выход на компилятивный прототип; 1 - предмет патентования; 2 - состав документа; 3 - табличное представление пула патентных документов; 4 - графика приоритетной ситуации; 5 - результаты анализа; 1.1 - способы; 1.2 - устройства; 2.1 - формула изобретения; 2.2 - описание изобретения; 3.1 - частные таблицы; 3.2 - сводные таблицы; 4.1 - ситуационная диаграмма; 4.2 - временная диаграмма; 5.1 - исходная информация; 5.2 - кандидаты в протоколы; 5.3 - актуальный патент; 5.4 - компилятивный прототип; 1.1.1 - фиксация/оценивание/идентификация; 1.1.2 - диагностика; 1.1.3 - прогнозирование; 1.2.1 - медицинская информационная система - МИС; 1.2.2 - компьютерная система поддержки принятия решений - СППР; 1.2.3 - ИКС; 2.1.1 - однозвенная; 2.1.2 - многозвенная; 2.1.3 - до отличия; 2.1.4 - после отличия; 2.2.1 - тест; 2.2.2 - таблицы; 2.2.3 - графика; 2.2.4 - формулы; 4.1.1 - шаблон; 4.1.2 - наполнение; 4.2.1 - координаты; 4.2.2 - график; 5.1.1 - ссылки; 5.1.2 - тексты; 5.2.1 - правила и критерии 1 отбора; 5.2.2 - аналоги; 5.3.1 - критерии 2 отбора; 5.3.2 - прототипы; 5.4.1 - структура компилятивного прототипа; 5.4.2 - критика компилятивного прототипа и гипотезы о развитии
Рисунок 2 - Пример когнитивной карты с когнитивными маршрутами
и
Видно, что интерес в этом случае связан с зависимостями структуры ситуационных диаграмм (4.1 и 4.2) от описаний ИКС для кардиохирургии.
3. Общий алгоритм выхода на результаты и инструменты анализа и оценки патентов
Рисунок 3 - Алгоритм предметно- ситуативного анализа патентной информации
Примечание: на языке блок-схем по ГОСТ 19.701
4. Примеры результатов патентного поиска
Выход на патенты зависит от ключевых слов запроса. Так, запрос: «Кардиохирургия, риски, патент» дал большой перечень патентов, в формуле изобретений которых – лекарственные препараты, антитела и так далее, что не соответствует рассматриваемой тематике. После увеличения длины запроса до «Кардиохирургия, риски, прогнозирование, патент» список ответов-патентов стал немного меньше, но в формулах изобретения опять были описаны химические элементы и препараты. Поэтому ключевые слова снова были увеличены до «Кардиохирургия, риски, прогнозирование с помощью систем, патент». Ответ намного уменьшился и помимо патентов, связанных с химией и медициной, выдан патент, связанный с компьютерными системами, т. е. был найден первый патент – аналог, кандидат в прототипы. Важно, что для эффективности поиска желателен запрос длиной не менее пяти слов, а знаки препинания, падежи и грамматика не влияют на результат.
В итоге патентный поиск дал ещё пять изобретений: способ оценки кардиохирургического лечения
, система идентификации, извлечения и прогнозирования клинических концепций , система для поддержки принятия решений хирургом , система и способ для рекомендации параметров для хирургических процедур и поддержка принятия клинических решений .В каждом выделили изобретательские решения до слова «отличающийся» и после него с заполнением таблицы 1.
Таблица 1 - Действия (до) и (после) в формуле патентов
Способ оценки кардиохирургического лечения | ||
№ п/п | Метка | Действия |
1 | До | Проведение полного мониторно-компьютерного контроля |
2 | Использование математической модели на основе полученных данных | |
3 | Выделение наиболее слабого звена до и после этапа лечения на основе составленной модели | |
4 | После | Оценка качества по моделям |
Система идентификации, извлечения и прогнозирования клинических концепций | ||
1 | До | Получение в процессоре медицинской карты |
2 | Создание электронной системы медицинских записей | |
3 | Выбор процессором релевантной модели | |
4 | Определение процессором первой концепции | |
5 | Получение процессором степени специфичности | |
6 | Идентификация одного, двух или более уровней предопределенного органа | |
7 | Нормализация второй концепции до третьей | |
8 | Предоставление третей концепции в качестве идентификатора | |
9 | Генерация структурированной записи из идентификатора | |
10 | Наличие ссылки на первую концепцию | |
11 | После | Введение понятий: первой, второй и третьей концепций |
Система для поддержки принятия решений хирургом | ||
1 | До | Получение видеозаписи хирургической операции |
2 | Доступ к одному фрагменту изображений | |
3 | Доступ к второму фрагменту | |
4 | Доступ к третьему фрагменту | |
5 | После | Определение наличия узла решений |
Система и способ для рекомендации параметров для хирургических процедур | ||
1 | До | Получение в качестве входных данных исторических данных хирургической процедуры |
2 |
| Генерация алгоритмов параметров хирургической процедуры на основе полученных исторических данных |
3 |
| Получение текущих данных хирургической процедуры для пациента |
4 | После | Применение сгенерированного алгоритма параметров хирургической процедуры |
Поддержка принятия клинических решений | ||
1 | До | Идентификация множества типов информации о пациенте |
2 |
| Обращения по меньшей мере к одному банку данных для проверки наличия элементов информации о пациенте |
3 |
| Определение полноты имеющейся информации, относящейся к конкретному пациенту |
4 | После | Указания количественной характеристики степени полноты имеющейся информации, относящейся к конкретному пациенту |
Примечание: по ист. [7], [8], [9], [10], [11]
5. Выход на ситуационные диаграммы
По формулам (1)-(2) рассчитали разрешенность и среднюю разрешенность ситуации:
где 𝒆𝒊 – разрешенность, 𝒆 – средняя разрешенность ситуации, 𝑴𝒊 – количество решенных на данный момент задач для 𝑖-го патента, 𝑵𝒊 – общее количество задач для нее, 𝜶𝒊 – весовые коэффициенты.
Эти и другие характеристики сведены в таблицы 2 и 3.
Таблица 2 - Обозначения фиксируемых характеристик
№ п/п | Характеристика | Обозначение | |
до | После | ||
1 | Общее количество задач | N | |
2 | Количество решенных задач | M (до) | M (после) |
3 | Количество задач в процессе решения* | K | |
4 | Относительная решенность задач | e (до) | e (после) |
5 | Необходимость решения задач | f (до) | f (после) |
6 | Активность решения задач | a (до) | a (после) |
7 | Вклад автора патента в следующее решение | ∆e | |
Примечание: * - задачи, соответствующие планируемым целям возможных следующих изобретателей в части развития интеллектуальности компьютерных систем в хирургии
Таблица 3 - Значения характеристик по патентам
Номер патента | N | M(до) | M(после) | K | e (до) | e (после) | f (до) | f (после) | a (до) | a (после) | ∆e |
1 | 5 | 3 | 4 | 1 | 3/5 | 4/5 | 2/5 | 1/5 | 1/2 | 1 | 1/5 |
2 | 12 | 10 | 11 | 1 | 5/6 | 11/12 | 1/6 | 1/12 | 1/2 | 1 | 1/12 |
3 | 6 | 4 | 5 | 1 | 2/3 | 5/6 | 1/3 | 1/6 | 1/2 | 1 | 1/6 |
4 | 5 | 3 | 4 | 1 | 3/5 | 4/5 | 2/5 | 1/5 | 1/2 | 1 | 1/5 |
5 | 5 | 3 | 4 | 1 | 3/5 | 4/5 | 2/5 | 1/5 | 1/2 | 1 | 1/5 |
Таким образом, представлены данные, достаточные, для построения ситуационных диаграмм.
Рисунок 4 - Ситуационные диаграммы для патентов 1-5
6. Пример выхода на компилятивный прототип ИКС, его критику и развитие
Рисунок 5 - Системно-структурная модель ИКС:
1 - подсистемы пользовательского интерфейса; 2 - базы знаний; 3 - решателя; 4 - редактора знаний; 5 - объяснений; 6 - наполнения знаний; 7, 9 - интерфейсы; 8 - новая
Примечание: по ист. [12]
Рисунок 6 - Системно-структурная модель:
1 - подсистемы диалогов; 2 - объяснений; 3 - приобретателя знаний; 4 - решателя; 5 - базы знаний; 6, 8 - интерфейсы; 7 - новая
Примечание: по ист. [13]
Рисунок 7 - Системно-структурная модель:
1 - подсистемы интеллектуального интерфейса; 2 - базы знаний; 3 - исполнительной системы; 4, 6 - интерфейсы; 5 - новая
Примечание: по ист. [14]
Возможный компилятивный прототип должен включать в себя все подсистемы рис. 5-7 и может быть развит за счет учета специфики решаемой хирургической задачи, в частности учета ИОХВ
. Тогда можно сформировать список актуальны задачи: развития интеллектуальной компьютерной системы для поддержки принятия решений кардиохирургом; прогнозирования возможных осложнений и инфекций; введения в контуры управления процессами дополнительных устройств (ДУ) и т.п.
Рисунок 8 - Диаграмма Венна
7. Заключение
Результаты: предложен общий алгоритм выхода на результаты и инструменты оценки прототипов на ИКС в хирургии, проведен патентный поиск с переходом от текстового описания к табличному.
Представлен выход на ситуационные диаграммы для оценки патентов с выходом на компилятивный прототип ИИ поддержки в кардиохирургии, его критика и предполагаемое развитие
Вывод: ситуационные диаграммы в предложенном варианте могут служить надежным инструментом оценивания патентов на ИКС в хирургии.