АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МЕТА-АНАЛИЗА СО СКОЛЬЗЯЩИМ ПРОТОКОЛОМ

Заявляемое техническое решение относится к области автоматизированных систем обработки информации.
Мета-анализ со скользящим протоколом - это статистический метод, позволяющий оценить вклад каждого отдельного исследования, объединяемого в мета-анализе, на его результат с помощью пошаговой процедуры, позволяющей проводить поочередное исключение из мета-анализа каждого исследования. Сопоставление результатов мета-анализа всех объединяемых исследований с результатами мета-анализов, получаемых на каждом шаге мата-анализа со скользящим протоколом, позволяет пользователю выявить исследования, существенно влияющие на результат полного мета-анализа. Дополнительное изучение особенностей (описаний и результатов) таких исследований необходимо для уточнения корректности (правомерности) их включения в мета-анализ.
В каждом объединяемом экспериментальном исследовании должна присутствовать экспериментальная (подвергаемая воздействию изучаемого фактора) и контрольная (не подвергаемая такому воздействию) группа. Изучаемым фактором может быть любой фактор физической, информационной и другой природы, а эффектом его воздействия - любой результат, который можно зарегистрировать экспериментально и связать с воздействием изучаемого фактора.
Из существующего уровня техники известна обработка информации, принимаемой дополнительным вычислительным устройством (патент на изобретение RU №2377635 опубл. 10.11.2006 г.), способ которой, реализуемый в вычислительной среде, имеющей основную компьютерную систему и программно-аппаратные средства дополнительного дисплея, которые связаны с основной компьютерной системой и выполнены с возможностью работать независимо от основной компьютерной системы, и содержащий этапы, на которых принимают первые данные в программно-аппаратных средствах дополнительного дисплея от основной компьютерной системы, причем прием первых данных осуществляется, когда на основную компьютерную систему подано питание, при этом на программно-аппаратные средства дополнительного дисплея питание подается даже тогда, когда подача питания на основную компьютерную систему отключена; отображают первые данные на вспомогательном дисплее таким образом, что управление отображением первых данных, в основном, осуществляется основной компьютерной системой, когда на основную компьютерную систему подано питание; сохраняют первые данные в кэше программно-аппаратных средств дополнительного дисплея; принимают вторые данные в программно-аппаратных средствах дополнительного дисплея от источника, отличающегося от основной компьютерной системы, когда подача питания на основную компьютерную систему отключена; обрабатывают вторые данные в программно-аппаратных средствах дополнительного дисплея для изменения первых данных, сохраненных в кэше, пока подача питания на основную компьютерную систему отключена; и отображают с помощью программно-аппаратных средств дополнительного дисплея измененные первые данные на дополнительном дисплее, пока подача питания на основную компьютерную систему отключена, так что управление отображением измененных первых данных осуществляется только программно-аппаратными средствами дополнительного дисплея.
Известной также является и автоматизированная система сбора, обработки и хранения данных для их последующего анализа (патент на полезную модель RU №122790, опубл. 10.12.2012 г.), содержащая по крайней мере один источник консолидированных данных, в состав которого входят по крайней мере одно автоматизированное рабочее место оператора сбора информации, через шину данных соединенное со входом модуля обработки данных, последовательно соединенного с устройством архивации, также содержащая расположенный на значительном расстоянии модуль обработки и хранения консолидированных данных, в состав которого входит устройство, разархивации выход которого соединен с входом модуля верификации, первый выход которого соединен с входом по крайней мере одного автоматизированного рабочего места оператора анализа консолидированных данных, выход которого соединен со вторым входом блока хранения консолидированных данных, а второй выход модуля верификации соединен с первым входом блока хранения консолидированных данных, при этом выход модуля архивации является выходом источника консолидированных данных, а вход модуля разархивации является входом модуля обработки и хранения консолидированных данных, причем консолидированные данные с выхода по крайней мере одного источника консолидированных данных поступают на вход модуля обработки и хранения консолидированных данных.
Известна система автоматизации выбора и статистического анализа данных (патент на полезную модель RU №123557, опубл. 27.12.2012 г.), содержащая подсистему выбора данных и построения пользовательских отчетов, предназначенную для обеспечения доступа к требуемым данным, организации преобразования данных; подсистему администрирования и индивидуальных настроек, предназначенную для хранения индивидуальных настроек пользователя, создания индивидуальной рабочей области пользователя, обеспечения сохранения результатов работы отдельных пользователей; подсистему межмодульного взаимодействия, предназначенную для организации экспорта и импорта данных для обеспечения последующей детальной обработки, при этом каждая из подсистем связана с блоком отображения и представления данных.
Известна и справочно-аналитическая система (патент на полезную модель RU №18592, опубл. 27.06.2001 г.), включающая в себя вычислительный комплекс с базой данных и системой связанных с ним каналами связи блоков регистрации информации, исследований, диагностики, лечения, управления и обеспечения, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок селекции запросов, блок статистической обработки и обобщения данных, причем база данных связана со справочной базой данных и базами данных нижестоящих структур, а блок селекции связан с базой данных и терминалами блоков исследований, диагностики, лечения, управления и обеспечения.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является расширение арсенала автоматизированных систем, используемых для получения корректных результатов решения практических задач, характеризующихся малым объемом экспериментального материала, не позволяющим сделать статистически достоверные выводы о наличии/отсутствии проявлений эффекта воздействия изучаемого фактора в одном исследовании вследствие уникальности условий эксперимента, дороговизны или высокого риска его проведения и т.п., за счет автоматизированного статистического обобщения результатов нескольких независимых идентичных по сути экспериментальных исследований с помощью заявляемой автоматизированной системы мета-анализа со скользящим протоколом.
2
2
Решение технической задачи достигается тем, что автоматизированная система мета-анализа со скользящим протоколом включает блок ввода числа объединяемых исследований, выход которого соединен с входом блока ввода характеристик каждого объединяемого исследования, выход которого соединен с входом блока формирования списка кумуляции, выход которого соединен с входом блока инкременции, выход которого соединен с входом блока формирования обрабатываемого исследования, выход которого соединен с входами блока селекции и блока вычисления доли эффекта в группах, выход которого соединен с входом блока вычисления разности эффектов, выход которого соединен с входом блока вычисления доверительного интервала разности эффектов; один из выходов блока селекции соединен с входом блока расчета значимости, а другой - с входом блока расчета критерия, выход которого соединен с входом блока определения значимости гипотезы, выход которого, как и выход блока расчета значимости соединен с входом блока расчета Z-критерия, причем к блоку определения значимости гипотезы подключен блок хранения функции χ-распределения, а к блоку расчета Z-критерия подключен блок хранения функции нормального распределения, который, как и блок хранения функции χ-распределения выполнен по схеме, исключающей возможность изменения хранимой в них информации, а выходы блоков вычисления доверительного интервала разности эффектов и расчета Z-критерия соединены с входом блока формирования результатов, выход которого соединен с входом блока детекции окончания кумуляции, один из выходов которого соединен с входом блока инкременции, а другой - с входом блока интерпретации результатов, выход которого соединен с блоком интерфейса пользователя. Блок интерфейса пользователя может быть подключен к сети Интернет. Блок интерпретации результатов может быть объединен с блоком интерфейса пользователя. Блок ввода числа объединяемых исследований может быть объединен с блоком ввода характеристик каждого объединяемого исследования.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение автоматизированного математически корректного мета-анализа со скользящим протоколом за счет использования для его проведения автоматизированной системы с дружественным интерфейсом, обеспечивающим получение и выдачу результатов мета-анализа в виде заключения, содержащего полный перечень его информативных характеристик, автоматизировано формируемого на основании указания пользователем числа объединяемых независимых экспериментальных исследований и числа случаев проявления и непроявления изучаемого эффекта в экспериментальной и контрольной группах каждого из них.
Сущность разработанной автоматизированной системы мета-анализа со скользящим протоколом поясняется фигурой (фиг. - Схема автоматизированной системы мета-анализа со скользящим протоколом), на которой схематично представлено ее устройство, обозначены компоненты и их функциональные взаимосвязи:
1 - Блок ввода числа объединяемых исследований.
2 - Блок ввода характеристик каждого объединяемого исследования.
3 - Блок формирования объединенного исследования.
4 - Блок инкременции.
5 - Блок формирования обрабатываемого исследования.
6 - Блок вычисления доли эффекта в группах.
7 - Блок вычисления разности эффектов.
8 - Блок вычисления доверительного интервала разности эффектов.
9 - Блок селекции.
10 - Блок расчета значимости.
11 - Блок расчета критерия.
12 - Блок определения значимости гипотезы.
2
13 - Блок хранения функции χ-распределения.
14 - Блок расчета Z-критерия.
15 - Блок хранения функции нормального распределения.
16 - Блок формирования результатов.
17 - Блок детекции окончания кумуляции.
18 - Блок интерпретации результатов.
19 - Блок интерфейса пользователя.
2
2
Автоматизированная система мета-анализа со скользящим протоколом (см. фиг.) включает блок ввода числа объединяемых исследований (1), выход которого соединен с входом блока ввода характеристик каждого объединяемого исследования (2), выход которого соединен с входом блока формирования списка кумуляции (3), выход которого соединен с входом блока инкременции (4), выход которого соединен с входом блока формирования обрабатываемого исследования (5), выход которого соединен с входами блока селекции (9) и блока вычисления доли эффекта в группах (6), выход которого соединен с входом блока вычисления разности эффектов (7), выход которого соединен с входом блока вычисления доверительного интервала разности эффектов (8); один из выходов блока селекции (9) соединен с входом блока расчета значимости (10), а другой - с входом блока расчета критерия (11), выход которого соединен с входом блока определения значимости гипотезы (12), выход которого, как и выход блока расчета значимости (10) соединен с входом блока расчета Z-критерия (14), причем к блоку определения значимости гипотезы (12) подключен блок хранения функции χ-распределения (13), а к блоку расчета Z-критерия (14) подключен блок хранения функции нормального распределения (15), который, как и блок хранения функции χ-распределения (13) выполнен по схеме, исключающей возможность изменения хранимой в них информации, а выходы блоков вычисления доверительного интервала разности эффектов (8) и расчета Z-критерия (14) соединены с входом блока формирования результатов (16), выход которого соединен с входом блока детекции окончания кумуляции (17), один из выходов которого соединен с входом блока инкременции (4), а другой - с входом блока интерпретации результатов (18), выход которого соединен с блоком интерфейса пользователя (19). Блоки ввода числа объединяемых исследований (1) ввода характеристик каждого объединяемого исследования (2) могут быть подключены к сети Интернет. Блок интерфейса пользователя (19) может быть подключен к сети Интернет. Блок интерпретации результатов (18) может быть объединен с блоком интерфейса пользователя (19). Блок ввода числа объединяемых исследований (1) может быть объединен с блоком ввода характеристик каждого объединяемого исследования (2).
Функционирование разработанной автоматизированной системы мета-анализа со скользящим протоколом заключается в следующем.
1) С помощью блока ввода числа объединяемых независимых экспериментальных исследований задают число таких исследований - k.
a
i
i
i
i
2) Далее с помощью блока ввода характеристик каждого объединяемого исследования, организуя цикл от 1 до k, для каждого объединяемого исследования вводят: число случаев проявления эффекта в экспериментальной группе (), число случаев с отсутствием проявления эффекта в экспериментальной группе (b), число случаев проявления эффекта в контрольной группе (c), число случаев с отсутствием проявления эффекта в контрольной группе (d).
3) Затем в блоке формирования объединенного исследования формируют характеристики объединенного, (k+1)-го, исследования, суммируя аналогичные характеристики объединяемых независимых исследований:
4) Блок инкременции предназначен для счета циклов мета-анализа (l, l∈[1…k]): в начале работы счетчик устанавливают равным нулю (т.е. нулевой шаг обеспечивает мета-анализ всех указанных пользоватеелм независимых экспериментальных исследований), по сигналу с блока детекции окончания цикла его значение увеличивают на единицу.
5) Затем с помощью блока формирования количественных характеристик анализируемого исследования формируют характеристики исследования, обрабатываемого на текущем, l-м, шаге мета-анализа со скользящим протоколом, по правилу:
a
a
a
m
k+1
l
m
k+1
l
m
k+1
l
m
k+1
l
=-, b=b-b, c=c-c, d=d-d,
a
a
m
m
m
m
0
0
0
0
где m - условное универсальное обозначение индекса текущего шага (переменные , b, c, d - вспомогательные), =b=c=d=0.
1l
2l
6) В блоке вычисления оценок доли проявления эффекта в экспериментальной (PE) и контрольной (PE) группе анализируемого исследования рассчитывают отношения числа случаев, в которых эффект наблюдался, к объему групп (число экспериментов в группах):
1l
m
m
m
2l
m
m
m
a
a
PE=/(+b)100%, PE=c/(c+d)100%.
l
7) Далее в блоке вычисления разности эффектов в экспериментальной и контрольной группе для анализируемого исследования рассчитывают разность эффектов (ΔPE):
l
1l
2l
ΔΡΕ=ΡΕ-ΡΕ.
8) Затем в блоке вычисления доверительного интервала разности эффектов вычисляют ее стандартное отклонение:
,
l
по величине которого рассчитывают границы 95%-го доверительного интервала (CI):
l
l
l
CI=ΔPE±1,96 SD,
где «-» соответствует левой (нижней), а «+») правой (верхней) границам доверительного интервала. Результаты передают в блок формирования результатов.
9) В блоке селекции для анализируемого исследования осуществляют проверку истинности предиката
а
a
a
a
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
Ρ(,b,с,d)=(+b+c+d)<20∨(20<(+b+c+d)<40∧min{,b,c,d}≤5),
где «∨» - знак объединения по «И», «∧» - знак объединения по «ИЛИ». Если значение предиката «истина», то для дальнейших расчетов выбирают выход блока селекции, связанный с блоком расчета уровня значимости, а если значение предиката «ложь» - то выбирают выход блока селекции, связанный с блоком расчета критерия.
10) В блоке расчета уровня значимости для анализируемого исследования рассчитывают уровень значимости нулевой гипотезы
.
2
11) В блоке расчета критерия для анализируемого исследования вычисляют значение критерия χ:
,
и передают рассчитанное значение в блок определения значимости.
2
2
2
m
12) В блоке определения значимости по полученному значению критерия χ при числе степеней свободы df=1 с помощью таблиц χ-распределения определяют уровень значимости нулевой гипотезы - p, для чего к нему подключен блок хранения функции χ-распределения.
2
2
2
m
13) Блок хранения функции χ-распределения выполнен по схеме, исключающей возможность изменения хранимой в нем информации и содержит таблицу функции χ-распределения (распределения Пирсона), задающую однозначное соответствие между величиной критерия χ и уровнем значимости нулевой гипотезы - p.
m
m
14) В блоке расчета Z-критерия для анализируемого исследования по поступившей на вход величине уровня значимости нулевой гипотезы p осуществляют определение величины Z-критерия (Z), для чего к нему подключен блок хранения таблицы нормального распределения.
m
m
15) Блок хранения функции нормального распределения выполнен по схеме, исключающей возможность изменения хранимой в нем информации, и содержит таблицу значений функции нормального распределения, ставящей в соответствие каждой величине p величину Z-критерия (Z).
16) В блоке формирования заключения осуществляют объединение результатов, полученных из других блоков, формируя информацию, необходимую для интерпретации результатов мета-анализа на его текущем (l-м) шаге.
17) После этого в блоке детекции окончания цикла величину l, используемую на текущем шаге анализа, сравнивают с величиной k, указанной в блоке ввода числа объединяемых исследований: если l<k, то в блок инкременции выдают сигнал об увеличении значения l на единицу и начале очередного цикла мета-анализа, начиная с этапа 5.
18) В блоке интерпретации результатов с учетом специфики объединяемых экспериментальных исследований, изучаемого фактора и математических особенностей задачи (требуемых граничных величин выраженности эффекта, уровней значимости гипотез, допустимых объемов ложной выборки, эффективного размера выборки и т.п.) формируют интерпретацию результатов.
19) В блоке интерфейса пользователя результаты интерпретации представляют в виде, удобном конечному пользователю (таблицы, графики, диаграммы, текст и т.п.) и выдают на устройство отображения (вывода) информации: экран монитора, принтер и т.п.
Таким образом, описанные элементы заявляемой автоматизированной системы мета-анализа со скользящим протоколом функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве, а совокупность ее существенных признаков неизвестна из уровня техники. Поэтому, по мнению заявителей, заявляемая автоматизированная система мета-анализа со скользящим протоколом представляет собой новое техническое решение, относящееся к классу устройств цифровых вычислений или обработки данных, специально предназначенных для обработки статистических данных.
На основе описанного технического решения разработаны автоматизированные системы мета-анализа со скользящим протоколом результатов независимых экспериментальных медико-биологических исследований, связанных с исследованием влияния на организм человека экстремальных факторов условий профессиональной деятельности и результатов клинических исследований эффективности лекарственных средств, проводимых исследователями разных городов России и разных стран мира.
Заявляемая автоматизированная система мета-анализа со скользящим протоколом является промышленно применимой, поскольку может быть реализована при промышленном производстве широкого класса информационно-измерительных, вычислительных, информационных систем и программно-аппаратных комплексов, функционирование которых связано с автоматизированной обработкой информации.