重大疾病诊疗时变多目标决策与控制方法研究

The project intends to expand research on the control theory of medical decision making for major diseases with time-varying multi-objective, and develop scientific clinical decision support methods. Under the guidance of the new medical ideas and models, considering the factors concerning the medical decision-making process in clinical practice, establish decision support models for diagnosis and treatment of major diseases with time-varying multi-objective. The model should make appropriate description of the physical characteristics, medical history of the patient's records, the status of the patient and treatment decisions etc.. Then, make use of mathematical and simulation methods to abstract the state of the patient's condition as well as the emergeing, developing, and curing mechanisms of the disease. Combining the method of data analysis and experimental analysis, simulate unknown processes. On this basis above, establish a mathematical model to simulate the control of medical decision making process. Usually because of the coupling relationship between multiple objectives of the diagnosis and treatment of major diseases, we need to optimize the coordination mechanism of time varying multi-objective. Develop method to forecast objections varying with time. Describe the control strategy for a particular case. For the problem of large-scale models with full consideration of the structural characteristics and complex constraints of the problem, design an effective heuristic agorithm. Finally, conduct clinical trials and validation testing, and develop medical decision support systems.

本项目拟对重大疾病诊疗时变多目标决策与控制方法展开研究，发展科学的临床医疗决策支持方法和决策支持系统。基于新型诊疗模式，通过临床调研研究重大疾病诊疗时变多目标的耦合机理。由于重大疾病诊疗过程的多重目标之间通常具有耦合关系，因此需要对时变多目标决策优化的协调机制进行研究，对时变多目标加以确定。在此基础上建立重大疾病时变多目标的诊疗决策支持模型，利用数学和仿真的方法对病人病情状态以及疾病的产生、发展以及治疗等机理建立模型，并利用数学模型或控制模型对时变多目标决策与控制过程进行描述。在上述研究的基础上，设计优化控制策略，针对特定的案例，分析问题的结构特性，对于约束复杂并大规模的问题设计算法以求解。最后，进行临床实验与验证，开发医疗决策支持系统。

近年来我国重大疾病（如癌症）的发病率呈逐步上升趋势，居民的生命健康与生活质量受到癌症等重大疾病的影响，国家也面临着越来越大的医疗负担和挑战。然而，医工结合与多学科交叉的发展为改善重大疾病诊疗技术提供了新的思路。本项目综合利用医药学、运筹学、计算机科学、控制科学等学科领域知识与方法，对癌症和肾病两大疾病治疗决策问题进行了探索性研究，包括癌症诊疗决策与控制方法和肾移植术后抗排异药物治疗中患者的状态转移，为制定科学有效的诊疗方案提供了理论基础。.首先，本项目通过分析癌症化疗过程中肿瘤的生长与发展及其影响因素、化疗药物的作用机制，考虑了药物的细胞周期特异性、抗药性、系统时变特性等因素，建立了癌症化疗过程模型。项目选取了临床常用化疗方案，利用化疗过程模型进行仿真实验，仿真实验结果与临床经验相符，验证了所建立的模型的合理性。.在此基础上，针对联合用药、抗药性等因素建立了考虑抗药性的联合化疗方案优化模型，针对化疗中存在相互冲突的多目标问题以及病人个体差异性等因素建立了化疗方案随机多目标优化模型。项目研究了考虑骨髓抑制半机理模型的化疗最优控制策略以及基于模型预测控制的个体化疗方案策略，设计了针对上述优化与控制模型的求解方法，对化疗方案实施优化控制，为医生做决策提供支持。项目结合化疗过程模型和优化控制模型以及求解算法，开发了癌症诊疗决策支持原型系统，项目成果在相关医院得到初步应用验证。.同时，项目在肾移植术后抗排异药物治疗患者的状态转移研究中，建立了患者肾移植术后状态转移模型及状态转移概率估算模型与求解方法，并对药物的经济有效性进行了分析与评估。