автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Алгоритмизация автоматизированной комплексной диагностики острой урологической патологии на основе ультрасонографии

^^ (Эа На правах рукописи

' СЕРОВА ЛИДИЯ ФЕДОРОВНА

N

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ КОМПЛЕКСНОЙ ДИАГНОСТИКИ ОСТРОЙ УРОЛОГИЧЕСКОЙ ПАТОЛОГИИ НА ОСНОВЕ УЛЬТРАСОНОГРАФИИ

Специальность 05.13.09 - Управление в биологических и

медицинских системах (включая применение вычислительной техники)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Воронеж-1998

Работа выполнена на межвузовской кафедре «Компьютеризация управления в медицинских системах» (г.Воронеж)

Научный руководитель:

член-корреспондент Академии

медико-технических наук.

доктор медицинских наук, профессор Фролов М.В.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук

профессор Кошелев П.И.

кандидат медицинских наук Дмитриенко Л.Б.

Ведущая организация: Воронежский областной клинический

лечебно-диагностический центр

Защита состоится 24 апреля 1998 года, в 14.00 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.04 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, г.Воронеж, Московский просп.,14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

1998 года.

Ученый секретарь диссертационного со

.Пасмурное С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последние годы резко увеличилось число острой урологической патологии (с 5-10 % в 50-е годы до 20-30 % в настоящее время) в структуре заболеваемости населения. Это объясняется увеличением продолжительности жизни людей, гиподинамией, повышенным потреблением белковых продуктов и алкоголя, неблагоприятной экологической обстановкой.

В настоящее время несмотря на широко развитую сеть специализированной урологической помощи, диагностика и лечение острой урологической патологии представляет проблему для самого широкого круга специалистов: урологов, хирургов, онкологов. В первую очередь это относится к состояниям, сопровождаемым почечной коликой, острой задержкой мочеиспускания, гематурией, лихорадкой и к случаям травм почек и мочевого пузыря. К острой урологической патологии (ОУП) относятся также острые воспалительные заболевания почек и забрюшинной клетчатки (острый пиелонефрит, карбункул или абсцесс почки, перинефрит, пионефроз, паранефрит).

Необходимо отметить, что именно излишняя продолжительность диагностики ОУП является причиной осложнений у данной категории больных, а также необоснованных финансовых затрат.

С учетом внедрения новых методов лучевой диагностики (ультразвуковое исследование (УЗИ), компьютерная томография (КТ), магнито-резонансная томография (МРТ)) в урологии пересмотрена роль традиционных методик обследования больного, включая рентгенологическое и эндоскопическое, которые при отдельных видах ОУП утратили приоритетную роль.

Актуальность данной работы заключается в разработке алгоритмов комплексной диагностики ОУП, а также создании

на этой основе автоматизированной системы диагностики и эффективного выбора тактики ведения больных с данной патологией наиболее оптимальной в той или иной клинической ситуации.

Л Работа выполнена в соответствии с одним из основных научных направлений Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н.Бурденко и Воронежского государственного технического университета «Биомед-кибернетика, компьютеризация в медицине».

Целью диссертации является разработка алгоритмов и моделей комплексной диагностики острой урологической патологии на основе ультрасонографии и апробация

результатов исследования в клинических условиях.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

провести анализ современных методов диагностики острой урологической патологии и обосновать приоритетную роль ультрасонографии в комплексной диагностике острой урологической патологии;

разработать методики, алгоритмы и модели комплексной диагностики и рационального выбора тактики терапии; *

реализовать компьютерный атлас ультрасонограмм верхних мочевых путей при острой урологической патологии;

разработать структуру, информационное и программное обеспечение автоматизированной системы и осуществить апробацию полученных результатов в клинических условиях.

Научная новизна полученных результатов

Выделены наиболее информативные диагностические критерии на основе экспертной информации для основных

видов заболеваний при острой урологической патологии, позволяющие формировать диагностический процесс при сокращении объема обследований.

Разработан алгоритм комплексной диагностики на основе визуализации информации, обеспечивающий наиболее целесообразный диагностический поиск.

Сформирована логическая модель обследования и диагностики при мочекаменной болезни, ориентирующая врача на рациональное решение и обеспечивающая простую машинную реализацию в рамках автоматизированной системы.

Составлен компьютерный атлас ультрасонограмм верхних мочевых путей (БМП) при острой урологической патологии, позволяющий машинным способом осуществлять визуальную трансформацию информации при диагностике заболеваний.

Сформирована структура, информационное и программное обеспечение автоматизированной системы, обеспечивающая более точную диагностику на основе комплексной диагностики и визуальной трансформации.

Практическая значимость и результаты внедрения

Разработана и внедрена в клиническую практику методика комплексной диагностики на основе логической модели для комплексной диагностики больных с острой урологической патологией в условиях многопрофильной больницы, созданы и внедрены алгоритмы диагностики при различных формах острой урологической патологии.

Результаты исследований в виде информационного и программного обеспечения автоматизированной системы комплексной диагностики внедрены в урологическом отделении и в отделении функциональной диагностики Воронежской городской клинической больницы «Электроника» и применяются в учебном процессе филиала межвузовской кафедры «Компьютеризация управления в медицинских

системах» при обучении студентов по специальности «Биотехнические и медицинские аппараты и системы».

Методы исследования. В работе используются методы математического и логического моделирования, априорного ранжирования и математической статистики.

Апробация. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

научно-технической конференции «Высокие технологии в практике учреждений здравоохранения г. Воронежа» (Воронеж, 1995);

областной научно-практической конференции

«Диагностика и новые технологии в здравоохранении» (Липецк,1997) ;

Всероссийском совещании-семинаре «Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине» (Воронеж, 1997);

научно-практической конференции «Актуальные вопросы обеспечения качества медицинской помощи. Аккредитация и лицензирование медицинской и фармакологической деятельности» (Воронеж, 1998).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 статей и тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит список литературы из 111 наименований, 48 рисунков и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель и задачи исследования, их научная новизна, практическая значимость полученных результатов, приведены сведения об апробации и внедрении работы.

В первой главе приводится характеристика существующих в настоящее время диагностических методик при острой урологической патологии, анализируются возможности и недостатки каждой из них. Показано, что ультрасонография является скрининговым ' методом диагностики острой урологической патологии и в ряде случаев становится приоритетной, а также удобна в применении в случае диагностического мониторинга, так как метод прост, необременителен для больного, может быть использован при любой тяжести состояния больного.

Определено, что основные пути повышения эффективности диагностики острой урологической патологии зависят от последовательности применения каждой из методик в процессе диагностического поиска при той или иной патологии. Обоснована необходимость алгоритмизации процедуры диагностического поиска, комплексной

диагностики, применения высоких компьютерных технологий.

Сформирована цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию методик комплексной диагностики с краткой характеристикой физических основ каждой из них, возможностей и недостатков применения.Сделан акцент на возможности применения современных (и пока ыалоиспользуемых) методик, как КТ и МРТ .

Отработана методика отбора диагностических критериев УЗИ применительно к отдельным видам заболеваний при ОУП,

что является основой для выработки алгоритмов диагностического поиска.

В процессе диагностического поиска клиницист вынужден анализировать большой объем информации, внимание начинающего сонолога может рассеиваться на множество диагностических признаков того или иного вида патологии, поэтому нами сформированы наиболее значимые диагностические критерии по трем группам ОУП: «конкремент», «объемное образование», «дилагация ВМП».

Выделены наиболее информативные диагностические критерии на основе экспертной информации, полученной путем выделения групп больных аналогичных по степени тяжести и нозологической принадлежности (табл.1).

Для выделения наиболее информативных критериев ультразвуковой диагностики заболеваний мочевыводящих путей с целью сокращения объема исследования, повышения уровня диагностики, уменьшения диагностических ошибок в условиях наличия качественных показателей использовался метод априорного ранжирования. Этот метод позволяет объективно оценить субъективные мнения специалистов (экспертов)и, в отличие от других методов отсеивающего эксперимента, не требует постановки опытов при диагностике на основе УЗИ.

При этом исследовались три группы заболеваний, наиболее часто встречающиеся в диагностической практике: I - УЗИ критериев синдрома «камень»; II- УЗИ критериев новообразования почек; III - УЗИ диагностики дилатации верхних мочевых путей.

На основе гистограмм ранжирования (рис.1,2,3), учитывая их характер, были выделены наиболее существенные критерии (показатели):

а) группа I: все критерии равнозначны по информативности;

б) группа XI: наличие объемного образования (1) ;

в) группа III: наличие анэхогенных округлых структур (3); визуализация расширения ЧЛС (1).

Таблица 1

Группа критериев (показателей) Номер критериев Наименование критериев

I конкремент 1 Гиперэхогенное включение

2 Однородность структуры включения

3 Наличие акустической тени

4 Уточнение локализации образования с применением лазикса.

II объемное образование 1 Наличие объемного образования

2 Оценка контура образования

3 Изменение структуры паренхимы

4 Изменение структуры ЧЛС

5 Оценка эхогенности образования на фоне нормальной структуры почки

6 Наличие неоднородности объемного образования.

III дилатация ВМП .1 Визуализация ЧЛС

2 Наличие истончения паренхимы

3 Наличие анэхогенных округлых структур

4 Оценка контура почки

20

10__

NN критериев

Рис.1. Гистограмма ранжирования УЗИ - критериев синдрома «камень»

2 а^ 50 Ю за 20, 10 -

I Ь 2 Ь 3 4

МЫ критериев

Рис.2. Гистограмма ранжирования УЗИ-критериев новообразований почек

£ а

10

NN критериев

Рис.3.. Гистограмма ранжирования УЗИ - диагностики дилатации верхних мочевых путей

Третья глава посвящена разработке моделей и алгоритмов распознавания верификации острых

урологических состояний. Предлагается логическое моделирование для диагностики и выбора тактики ведения больных с острой урологической патологией. Разработан алгоритм комплексной диагностики на основе визуализации информации и Еыбора наиболее рациональной тактики ведения больных с объемными образованиями почек (рис.4). Разработана логическая модель обследования больного при подозрении на МКБ (рис.5).

Предложена визуализация диагностической информации с составлением компьютерного атласа ультрасонограмм.

В_четвертой главе рассматривается автоматизированная

система диагностики (рис.6) и результаты ее внедрения в Воронежской городской клинической больнице «Электроника» с апробацией в клинических условиях. Применение комплексной диагностики с использованием разработанного алгоритма на основе визуализации информации и выбора

наиболее рациональной тактики ведения больных с объемными образованиями почек проиллюстрированы клиническими примерами, которые показывают трудности дифференциальной' диагностики новообразований и кист почек, затруднения в определении- органной принадлежности, а также эффективность разработанных алгоритмов. В качестве иллюстрации приведено три клинических примера.

Для сравнения эффективности алгоритмического подхода в диагностике и традиционных диагностических приемов, из числа больных с ОУП была сделана выборка 20 историй болезни и проведена верификация диагнозов по экспертной информации и алгоритму комплексной диагностики на основе визуализации информации и выбора наиболее рациональной тактики ведения больных с объемными образованиями почек.

Анализ полученных результатов показал, что комплексный подход позволяет сократить время постановки диагноза и оптимизировать процесс диагностического поиска.

Предложено УЗИ по разработанным алгоритму и логической модели проводить в первую очередь, в 1-2 сутки пребывания больного в стационаре, а решение о проведении других методик лучевой диагностики определяется данными УЗИ.

В результате внедрения в клиническую практику автоматизированной системы ОУП сокращается время постановки диагноза, более активной становится тактика ведения данной категории больных, что, в свою очередь, сокращает время пребывания пациента на койке в среднем до 15 %.

В результате внедрения данной методики сокращается время диагностики в условиях стационара, появляется возможность наиболее рационального ведения больного при необходимости с применением методов щадящей хирургической коррекции, уменьшается время пребывания больного в стационаре, повышается уровень реабилитации.

Рис.4. Алгоритм комплексной диагностики на основе

визуализации информации и выбора наиболее рациональной тактик]'! ведения больных с объемными образованиями почек

Рис.5. Логическая -модель обследования больного при подозрении на МКБ

|Принятие решений о выборе тактики ведения больных

Рис.6. Структурная схема автоматизированной

Системы комплексной диагностики острой урологической патологии

Основные результаты работы

1.Обоснованы методы и подходы, направленные на повышение эффективности диагностического процесса при острой урологической патологии.

2.Проанализированы качественные критерии комплексных исследований и выделены наиболее информативные из них, существенно влияющие на процедуру диагностики.

3.Разработаны технологии комплексного подхода к диагностической тактике в структуре ОУП с выбором наиболее рациональной тактики обследования больного, что позволяет существенно повысить точность диагностики.

4.Создан компьютерный атлас ультрасонограмм при ОУП для интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений в процессе формирования диагноза, а также для обучения начинающих сонологовьи урологов.

5.Разработана методика комплексной диагностики острой урологической патологии на основе визуальной трансформации и компьютерного атласа ультрасонограмм верхних мочевых путей.

6.Разработан алгоритм комплексной диагностики на основе визуализации информации и выбора наиболее рациональной тактики ведения больных с объемными образованиями почек. Разработана логическая модель обследования больного при подозрении на МКБ, предполагающая проведение многоступенчатой дифференциальной диагностики по четырем диагностическим ветвям.

7.Разработана структура, информационное и программное обеспечение автоматизированной системы диагностического поиска на основе комплексного подхода.

8.Апробация алгоритма и модели в клинической практике показало, что их применение в диагностике ОУП значительно повышает эффективность диагностики, а также приводит к снижению затрат связанных с курацией больных данной патологии.

Слисок работ, опубликованных по теме диссертации

1.Бухоноза О.В., Серова Л.Ф., Фролов М.В. Алгоритмизация комплексной лучевой диагностики при острой урологической патологии //Высокие технологии в технике, медицине и образовании. Ч.З. - Воронеж: ВГТУ, 1997. С.139-143.

2.Бухонова О.В., Серова Л.Ф., Фролов М.В. Основные подходы к алгоритмизации комплексной лучевой диагностики при острой урологической патологии //Актуальные вопросы обеспечения качества медицинской помощи. Аккредитация и лицензирование медицинской и фармакологической деятельности - Воронеж. 1998.

3. Горлунов A.B., Кузнецов В.А., Серова Л.Ф. Удаление забрюшиннорасположенной дермоидной кисты больших размеров. Видеолапароскопическая операция //Эндоскопическая хирургия - М., 1997. № 1. С.55.

4.Серова Л.Ф., Назаренко Е.А., Бухонова О.В. Основные подходы к моделированию процессов комплексной диагностики урологической патологии // Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всерос. совещания -семинара 4.1 - Воронеж: ВГТУ, 1997. С.139

5. Серова Л.Ф., Фролов М.В. Анализ возможностей ультразвуковых исследований при прогнозировании динамики патологического процесса // Высокие технологии в

практике учреждений здравоохранения г.Воронежа: Тез. докл. научно - практ. конф.- Воронеж, 1995.С.127.

6-Ультрасонография в комплексной диагностике острой урологической патологии в условиях многопрофильного стационара/ Л.Ф.Серова, В.А.Назаренко, Е.А.Уваров, О.В.Бухонова // Диагностика и новые технологии в здра воохранении: Тез. докл. Областной науч.-практ. конф.

Липецк, 1997. С.45

ЛР № 020419 от 12.02.92. Подписано в печать 20.03.98. Усл.леч.л. 1,0. Тираж 8 5 экз. Заказ № 00 .

Издательство Воронежского государственного технического университета 394026, Воронеж, Московский просп., 14