Method and algorithms for localizing clusters of adaptive potential in biotechnical systems of rehabilitation type for people with disabilities
Authors: Бутусов А.В. , Киселев А.В. , Алавcи Х.А.Х. , Петрунина Е.В. , Сафронов Р.И. , Шульга Л.В. 
Published: July 2024

Для повышения эффективности результатов реабилитации лиц с ограниченными возможностями здоровья необходим индивидуальный подход, учитывающий особенности организма каждого конкретного пациента, с целью оптимизации выбора средств для реабилитационных мероприятий или лечения. Для реабилитации лиц с ограниченными возможностями здоровья предлагается метод классификации адаптационного потенциала, предназначенного для контроля и управления их функциональным состоянием в процессе терапии или сеанса реабилитационной процедуры. Разработан метод локализации кластеров в пространстве суррогатных маркеров, включающий четыре этапа, отличающийся тем, что первый этап выявляет релевантные маркеры, характеризующие изменение адаптационного потенциала живой системы при воздействии экзогенного фактора; на втором этапе осуществляется доказательство надежности кластеризации уровней адаптационного потенциала; на третьем этапе анализируются результаты классификации на динамических обучающих выборках, а на четвертом этапе осуществляется анализ статистической неоднородности и / или гетерогенности выделяемых кластеров. Разработан гибридный классификатор адаптационного потенциала, включающий пять «слабых» классификаторов, построенных на основе нечеткой логики принятия решений, и полносвязную нейронную сеть прямого распространения сигнала в качестве агрегатора. Апробация гибридного классификатора осуществлена на экспериментальной группе постинфарктных больных. Оценка эффективности проводилась с помощью ROC-анализа. Показатели качества классификации синтезированного гибридного классификатора позволяют рекомендовать его для биотехнических систем реабилитационного типа, осуществляющих лечебно-восстановительные процедуры для постинфарктных больных.

To improve the rehabilitation effectiveness for people with disabilities, an individual approach is required while taking into account the constitutional peculiarities of each patient with a view to optimizing the choice of means for rehabilitation measures or treatment. For the rehabilitation of people with disabilities, a method for classifying the adaptive potential is proposed to control and manage their functional state during therapy or a session of a rehabilitation procedure. A method for localizing clusters in the space of surrogate markers has been developed, which includes four stages differing in that the first stage reveals relevant markers that characterize the change in the adaptive potential of a living system under the influence of an exogenous factor; at the second stage, the proof of the reliability of adaptive potential level clustering is carried out; at the third stage, the classification results are analyzed on dynamic training samples, and at the fourth stage, the statistical heterogeneity and / or heterogeneity of the identified clusters is analyzed. A hybrid adaptive potential classifier has been developed, which includes five "weak" classifiers built on the basis of fuzzy decision-making logic, and a fully connected neural network of direct signal propagation as an aggregator. Testing of the hybrid classifier was carried out on the experimental group of postinfarction patients. Efficiency was evaluated using ROC analysis. The quality indicators of the synthesized hybrid classifier classification make it possible to recommend it for biotechnical systems of a rehabilitation type which carry out medical and restorative procedures for post-infarction patients.