автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и разработка методов анализа и рационального управления процессом лечения кариеса с учетом терапевтических и минералогических факторов

На правах рукописи

КУЩЕВА Ольга Александровна

Исследование и разработка методов анализа и рационального управления процессом лечения кариеса с учетом терапевтических и минералогических факторов

Специальность 05.13.01- Системный анализ, управление и обработка информации

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2003

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель

канд. пед. наук, доц. Федоров Валерий Михайлович

Официальные оппоненты: д-р. техн. наук, проф.

Львович Игорь Яковлевич;

канд. тех. наук

Ципин Дмитрий Викторович

Ведущая организация

Курский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 14 ноября 2003 г. в 15зс часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.02 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, Воронеж, Московский просп., 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан « {3 » октября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Е.Д. Федорков

2©©3-А|

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ и обобщение результатов большого числа исследований в области стоматологии показывают, что до настоящего периода данные результаты не имели системного обобщения, отсутствовала их научно-практическая оценка с учетом иерархии организации и оказания стоматологической помощи на индивидуальном, групповом и популяционном (государственном) уровнях.

Существующие в настоящее время условия деятельности стоматологии как самостоятельной научной отрасли медицины и как большого раздела практического здравоохранения, включающего решения социально-экономических, законодательно-правовых, организационных и многих других проблем, поставили необходимость обобщения знаний на новом уровне их оценки. И именно внедрение в стоматологию новых форм социально-экономического развития общества и возрастание их роли, вызывает интерес к системным исследованиям. В этой связи следует считать, что включение знаний из области теории систем, конкретно таких ее разделов как системный подход и системный анализ, является новым этапом в развитии методологии стоматологической науки, практической стоматологии и организации стоматологической службы в наступившем XXI столетии.

Современное распространение информационных технологий, методов системного анализа, теории управления оказывают существенное влияние на развитие и применение новых медицинских технологий, в частности, в стоматологии. Для осуществления более эффективной и рациональной диагностики и лечения стоматологических заболеваний, учитывая индивидуальные особенности организма пациента, необходимо применять, наряду с традиционными, современные методы диагностики и рационального управления процессом лечения. Эти методы являются более информативными и наглядными, позволяют получить более точную и объективную диагностику, оптимизировать выбор тактики лечения и обеспечить прогнозирование развития процесса заболевания, используя методы теории управления, статистической обработки информации, а также методы графической визуализации полученных результатов диагностики и лечения.

Стоматологические заболевания носят вероятностный характер, большинство диагностических признаков выражаются качественными показателями. Недостаток априорной информации приводит к тому, что принятие решений врачом на всех этапах лечения осуществляется в условиях ряда неопределенностей, а характеристики больного являются индивидуальными.

Поэтому для повышения эффективности лечения в настоящее время в стоматологической практике все больше используются высокие медицинские технологии, в том числе новые технологии лечения, компьютерные технологии и математические методы выбора тактики лечения.

Современные подходы к пониманию основных процессов развития стоматологических заболеваний, и в частности этиологии и патогенеза кариеса, в значительной степени стали доступными л"""- <• внрлпяннем п гематологию важнейших научных методологий таких, как ¡истемного

подхода и теории вероятности.

Диагностика и лечение кариеса зуба представляют одну из актуальных проблем современной терапевтической стоматологии. Не только медицинский, но и социальный ее аспект определяется повсеместно высокой распространенностью и интенсивностью кариозного процесса практически среди всех возрастных групп населения, различающихся по экономико-географическим, этническим, профессиональным, экологическим и другим специфическим особенностям. В то же время различная степень предрасположенности каждого организма к такому многофакторному заболеванию, каким является кариес, обуславливает необходимость разработок методов как достаточно быстрой и точной диагностики, учитывающей индивидуальную форму обслуживания пациентов, так и методик прогнозирования и выбора лечебной тактики.

В современной стоматологии для профилактики и лечения кариеса, в качестве лечебных средств, стали широко применять минералогические лечебные воздействия. В настоящее время используется ряд препаратов и продуктов питания, в состав которых входят ионы кальция, фтора и других элементов, обуславливающие реминерализацию.

Из многочисленных элементов, поступающих в организм человека с пищевыми продуктами и питьевой водой, выраженным противокариозным действием обладает фтор. Поступление оптимального количества фтора очень важно для стоматологического здоровья детей, поскольку от этого зависит резистентность эмали зубов к кариозному поражению и правильное развитие зубов. Самым распространенным методом профилактики кариеса, в настоящее время, является искусственное фторирование продуктов питания, а также назначение препаратов группы фторидов.

Однако необходимо отметить, что, несмотря на видимые успехи в профилактике и лечении кариеса, применяемые обычно методики фторотерапии являются стандартными для всех пациентов и не учитывают их индивидуальных особенностей пациентов.

Другим направлением современной стоматологии является повышение качества и эффективности лечения кариеса на основе применения современных пломбировочных материалов.

Но, до настоящего времени, не исследованы механизмы противокариозного действия фторидов и современных пломбировочных материалов на течение кариозного процесса с точки зрения совокупности методов статистического анализа, математического моделирования и теории управления.

Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости разработки методов анализа и управления лечением кариеса при различных лечебных воздействиях на основе интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений.

Работа выполнена в соответствии с научными направлениями Воронежского государственного технического университета «Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине» и «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка алгоритмов и моделей процессов профилактики и лечения кариеса с применением минералогических и терапевтических лечебных воздействий.

Для'"Достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: *

провести анализ современного состояния профилактики и лечения стоматологических заболеваний;

разработать алгоритмы и модели процесса профилактики и лечения кариеса с применением фторидов и различных пломбировочных материалов;

оценить эффективность лечения кариеса у детей на фоне приема фторированного молока;

получить оценку влияния различных пломбировочных материалов на кариозный процесс;

разработать систему автоматизированного выбора лечения неосложненного кариеса.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе были использованы методы математической статистики, априорного ранжирования, теории управления, математического моделирования и прогнозирования.

Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

математические модели процесса лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии, позволяющие получать количественные оценки влияния реминерализирующего фактора и реализовать имитационный эксперимент для прогнозирования исхода лечения;

алгоритмы анализа и оценки влияния фторидов и пломбировочных материалов на эффективность профилактики и лечения кариозного процесса, позволяющие объективным образом планировать реабилитационные мероприятия для реминерализации и нормализации минералогического состава как интактных, так и кариозных зубов;

методы интеллектуальной поддержки решений врача при выборе тактики лечения, позволяющие повысить эффективность лечебного процесса за счет его индивидуализации и уменьшения времени лечения начальных форм кариеса;

компьютерная автоматизированная система диагностики и лечения, обеспечивающая обработку данных в числовой и графической интерпретации, сокращение сроков принятия решений и лечения начального кариеса, а также повышение производительности труда врачей-стоматологов.

Практическая значимость и результаты внедрения Разработанные методы профилактики и лечения кариеса используются в стоматологической практике для прогнозирования исхода лечения, а также для осуществления интеллектуальной поддержки принимаемых при выборе рациональной тактики лечебно-профилактических мероприятий при фторотерапии и пломбировании. Результаты исследований в виде информационного и программного обеспечения автоматизированных подсистем диагностики и выбора лечения неосложненного кариеса внедрены на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им.Н.Н.Бурденко, в терапевтическом отделении студенческой стоматологической поликлиники ВГМА, а также в учебный процесс ВГТУ по дисциплинам «Моделирование биологических процессов и систем», «Управление в биологических и медицинских системах».

Медицинская эффективность работы заключается в возможности осуществления рационального выбора параметров фторотерапии на основе повышения качества диагностического процесса с учетом индивидуального подхода к пациенту.

Предполагаемая экономическая и социальная эффективность состоит как в сокращении сроков лечения, так и в предотвращении возможных повторных обращений к стоматологу.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2001, 2002, 2003); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2002, 2003); научно-практической конференции «Актуальные проблемы восстановительной медицины в клинике и санаторно-курортных учреждениях» (Воронеж, 2002), научно-методических семинарах кафедры системного анализа и управления в медицинских системах ВГТУ и кафедры стоматологии ВГМА им.Н.Н.Бурденко (Воронеж, 2002-2003).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ.

В работах опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: в [1,2,7,8-10,12-14,16,17] постановка задачи, методика интеллектуальной поддержки врача при лечении кариеса, процедура рационального управления при профилактике и лечении начальных форм кариеса; в [3,4-6,18,19] статистический анализ влияния терапевтических и минералогических факторов на изменение химического состава твердых тканей зубов; в [11,15] структура автоматизированной компьютерной системы диагностики и лечения кариеса.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 96 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 110 страницах, содержит 34 рисунка и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проводится анализ основных современных направлений профилактики и лечения стоматологических заболеваний, а также путей повышения эффективности лечения кариеса с учетом минералогических и терапевтических факторов. Отмечается, что, несмотря на значительные достижения современной кариесологии, существуют определенные трудности в выборе оптимальной для данного конкретного пациента схемы лечения кариеса.

Одним из важнейших направлений лечения и профилактики кариеса в современной стоматологии является применение реминерализующих соединений в различного рода гигиенических средствах по уходу за полостью рта (зубных пастах, гелях, эликсирах и т.д.), а также употребление фторированной воды, продуктов питания (молока, соли, муки и т.д.) или препаратов группы фторидов. Однако, при лечении кариеса с помощью реминерализирующих веществ, не учитывается, что активность развития кариеса у каждого конкретного человека при использовании одного и того же лечебного препарата с оптимальной дозой

складывается неоднозначно, отражая уровень устойчивости к кариесу данного пациента. Поэтому возникает проблема индивидуального подбора дозы лечебного воздействия в зависимости от уровня кариесрезистентности зубов.

По этой причине возникает необходимость в разработке методов количественной оценки влияния реминерализующих факторов на химический состав зубов, позволяющих дифференцировано определять дозу лечебного воздействия для каждого конкретного пациента и осуществлять прогнозирование исхода лечения. Следовательно, проблема повышения эффективности лечения и профилактики стоматологических заболеваний на основе реминерализирующих факторов, остается актуальной.

В настоящее время разработаны методы исследования обмена веществ в эмали зубов при использовании различных пломбировочных материалов (на основе использования метода растровой электронной микроскопии (РЭМ) и рентгеноспектрального микроанализа (РМА)). Однако, для определения эффективности лечения различными современными пломбировочными материалами необходимо разработать методы количественной оценки их влияния на минералогический состав зубов, определяющие закономерности процесса лечения, позволяющие формировать объективное представление о ходе лечебного процесса и дающие врачу (или студентам во время обучения) возможность более точно прогнозировать исход и определять тактику дальнейшего лечения с целью обеспечения необходимых реабилитационных мероприятий, направленных на нормализацию минералогического состава зубов после пломбирования.

Кариозный процесс как объект управления имеет ряд особенностей. Большинство клинических показателей относятся к качественным факторам и не имеют количественных оценок (характер поверхности эмали, болевые ощущения и т.д.). Кроме того, эти показатели являются неравноценными, т.е. характеризуют кариозный процесс в разной степени. Отсутствуют математические модели и алгоритмы управления процессом лечения кариеса с применением минералогических и терапевтических факторов.

Обосновывается актуальность применения современных

автоматизированных компьютерных технологий выбора терапевтических мероприятий, основанных на математических методах решения диагностики, выбора тактики лечения, прогноза, а также визуализации результатов обработки медицинской информации для повышения качества диагностики и лечения стоматологических заболеваний.

Отмечается, что для осуществления более эффективной и рациональной диагностики, лечения стоматологических заболеваний, учитывая индивидуальные особенности организма пациента, в современной стоматологии применяются, наряду с традиционными клиническими, современные методы рациональной диагностики и управления процессом лечения на основе компьютерных и новых медицинских технологий.

На основании проведенного анализа определяются цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке моделей и процедур прогнозирования лечения начального кариеса на основе фторидотерапии.

Для упрощения задачи моделирования процесса лечения на первом этапе выделяются наиболее информативные независимые выходные переменные (показатели эффективности лечения) уь у2,..., ут И по каждой из них определяется

набор наиболее существенных входных переменных (параметров, факторов) X), хь ....,х„, между которыми формализуется связь:

yj=fi(x1(x2,...,x„), j=i7^T (1)

Для реализации этой процедуры используются методы экспертного оценивания. Выделены два основных информативных выходных показателя: уг содержание Са в биоптате (мкг/мг) эмали зубов, у2-содержание Р в биоптате эмали зубов (мкг/мг).

Процесс реминерализации, на основе минералогического лечебного воздействия, можно рассматривать как процесс управления, в котором объектом управления является процесс лечения кариеса, функции управляющей подсистемы осуществляет лечащий врач (JIB), в качестве управляющих воздействий используется назначение той или иной схемы лечения, а в качестве управляемых параметров могут выступать yj и/или у2.

Проверяется гипотеза о нормальном распределении случайных выходных переменных (yi, у2), оценивающих эффективность лечения, с помощью X2- критерия Пирсона Так как для обеих выборок Х2рмч<1)=3,85<уДр=7,815 и х2рас,(2'=5,31<х2ч,=7,815 для заданного уровня значимости q=5% и числе степеней свободы f=3, то, следовательно, выборочный материал не противоречит гипотезе о нормальном распределении вероятностей генеральных совокупностей. -

Для построения математических моделей процесса лечения начального кариеса с использованием минералогического лечебного воздействия используется регрессионный анализ. На основе экспертной информации определены наиболее существенные входные показатели (факторы): х/^-начальное содержание Са в биоптате эмали зубов (мкг/мг), х/2' -начальное содержание Р в биоптате эмали зубов (мкг/мг), х2-продолжительность употребления фторида натрия (месяцы), х3- месячная доза фторида натрия (мг). Xi(1), х/2' дифференциально определяют степень тяжести начальной стадии кариеса.

Построение математического описания лечения начальных форм кариеса на основе минералогического воздействия по у! и у2 осуществлялось на основе пассивного эксперимента с использованием накопленной в результате лечения статистической информации, используя пакет прикладных программ статистической обработки информации StatGraphics Plus 2.1.

Для выходной переменной у, получена следующая линейная математическая модель:

у,=155,93+0,14хг1,7х2+0,28х3. (2)

Статистическую значимость полученных оценок коэффициентов уравнения регрессии проводим с помощью t-критерия Стьюдента: toplC4=4,47, tipac4=2,8, ^^=-6,77, t3fMC4=3,209, ^.=2,013 (при £=45, q=5%). Поскольку I tp»CT I > t^ для всех оценок коэффициентов уравнения регрессии, данные оценки являются статистически значимыми.

Для проверки адекватности модели данным эксперимента воспользуемся F-критерием Фишера: Fpac4=326,99> ¥^.=2,2% при q=5% и fj=3, f2=41, что говорит об адекватности линейной модели данным эксперимента.

Для выходной переменной у2 линейная математическая модель выглядит следующим образом:

у2=104,79-0,1 хг0,75х2-0,23х3. (3)

Так как |tpac4 | > tKp (topaC4 =7,98, tipac4=-2,81, t2paC4 =-3,4, t3pac4=-2,98, tKp.=2,013 при f=45, q=5%) для всех оценок коэффициентов уравнения регрессии, то данные оценки являются статистически значимыми.

Поскольку Fpac4.=54,4>FKp.=2,28 при q=5%, ^=3, f2=41, то линейная модель адекватно описывает результаты эксперимента.

Коэффициенты множественной корреляции для моделей (2) и (3) равны, соответственно, 0,94 и 0,96, что говорит о высокой работоспособности полученных уравнений.

В третьей главе проводится статистическая оценка эффективности лечения кариеса у детей на фоне приема фторированного молока, оценка эффективности лечения кариеса с использованием различных пломбировочных материалов, а также рассматриваются методы интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений при лечении кариеса с учетом вышеперечисленных лечебных факторов.

Результаты статистического анализа достоверно доказали положительное влияние употребления фторированного молока на минералогический состав эмали интактных зубов. Для кариозных зубов достоверно установлено положительное влияние фторидов на химический состав эмали зубов при поверхностной стадии кариеса. Однако для средней и глубокой стадии кариеса нельзя достоверно сказать о значительном положительном влиянии приема фторированного молока на минералогический состав зубов.

Для количественной оценки влияния во времени различных материалов пломбирования на химический состав эмали зубов удобно использовать математические модели процесса лечения, так как с их помощью можно прогнозировать исход и определять динамику лечебного процесса, что в свою очередь позволяет планировать реабилитационные мероприятия, направленные на реминерализацию эмали зубов.

Экспертным путем были выделены два входных независимых параметра: X]-скорость растворимости эмали по Са до лечения (мкМоль/мин), х2- промежуток времени после пломбирования (нед.). В качестве выходной переменной у выбрана скорость растворимости эмали по Са после пломбирования (мкМоль/мин).

Для определения статистической связи между входными и выходными переменными рассчитаны коэффициенты парной корреляции (RKpitT=0,24 при f=58). Так как Rxiy<RKpitT для всех пломбировочных материалов, то гипотеза о корреляционной связи между Xj и у не принимается и X! исключается из уравнений регрессии.

Построение математических моделей осуществлялось на основе пассивного эксперимента по накопленному статистическому материалу с помощью пакета прикладных программ Excel 7.0.

Перед проведением регрессионного анализа была проведена проверка гипотезы о нормальном распределении выходной величины для каждого материала по 7_2-критерию Пирсона. Так как для всех выборок х2расч <%2кр для заданного уровня значимости q=5% и числе степеней свободы f=3, то, следовательно,

выборочный материал не противоречит гипотезе о нормальном распределении вероятностей генеральной совокупности.

Аналогичным образом построены адекватные математические модели изменения во времени химического состава эмали зубов (локального процентного содержания основных компонентов эмали Са и Р по массе) после пломбирования различными материалами. Экспертным путем были выделены два входных независимых параметра: Х[-скорость растворимости эмали по Са до лечения (мкМоль/мин), х2- промежуток времени после пломбирования (нед.). В качестве выходных переменных регрессионных уравнений у] и у2 выбрано локальное процентное содержание основных компонентов эмали Са и Р по массе (%). Корреляционные связи между X! и уь Х[ и у2 для всех материалов статистически незначимы (Ях1у1<Ккрит, Ях^^крит. Е-криг =0,24 при £=58), поэтому X] исключаем из уравнений регрессии.

Построенные математические модели процесса лечения кариеса приведены в табл. 1.

Поскольку 11расч | > ^ для всех оценок коэффициентов уравнениий регрессии, то данные оценки является статистически значимыми.

Так как для всех уравнений Ррасч.>Ркр, следовательно, гипотезы об адекватности математических моделей данным экспериментов принимаются.

Таблица 1

Математические модели процесса лечения кариеса с использованием различных материалов пломбирования

Пломбиро- Математическая ^критерий Р-критерий

вочный модель Стыодента Фишера

материал

1 2 3 4 5

1. "Стион-РХ":

у=30,2-2,56х2 1 ^расч 1 ^ ^кр) 10расч=50,92, 11расч="13,08, ^.=2,0003 при Ррасч-=171,1> >Ркр.=3,8 при я=0,05, Г,=1 и ^=58

у,=20,016+3,2х2-0,45х22 £=60

1 ^расч 1 ^ ^кр I ^Орасч =30,97, Ррасч-=30,28>

>Ркр.=1,97

^1расч —6,52, прия= 0,05,

^2расч —5,57, {,=2 и Г2=57

у2= 10,33+0,ЗЗх2-0,14х22 ^.=2,0003 при

Г=60 1 ^расч I ^ ^Орасч "25,2, ^1расч —2,98, ^2расч =~2,78, ^.=2,0003 при £=60 Ррасч.=4>72> >Ркр.=1,97 при 0,05, ^=2 и ^=57

1 2 3 4 5

2. "Charisma F": y=28,33-2,94X2 1 ^расч 1 -> tjcp > topaC4 =43,43, tlpac4 ="13,65, tKp.=2,0003 при Fpac4=186,34> ^=3,8 при q= 0,05, f,=l и f2=58

y,=21,3+4,53x2-0,685x22 f=60

1 ^расч 1 ^ tKp , topacH ""34,7, Fpac4.=50,71>

>F4,.=1,97

при q= 0,05,

*2расч~-8,98, f,=2 и f2=57

^.=2,0003 при

f=60

3. "Solitaire": y=23,6-2,34x2 1 tpac4 1 ^кр-> topacK =43,58, t.pacH =-13,065, ^=2,0003 при Fpac4=170,69> >Fkp=3,8 при q= 0,05, f,=l и f2=58

y,=17,99+5,27x2-0,74x22 f=60

1 ^расч 1 ticp-j topacM -27,27, tlpacM-10,48, ^2расч =~8,9, ^.=2,0003 при Ррасч-=77,5> >F„,=1,97 при q= 0,05, f,=2 и f2=57

y2=7,3+2,76x2-0,38x22 f=60

1 ^расч 1 ^ ^кр>, topac4=15,14, FpaCT.=42,49»

F„,=l,97

^1расч—7,5, при q= 0,05,

^2расч =~6,34, f,=2 и f2=57

^.=2,0003 при

Ê=60.

4. "Evicrol y,=23,13-0,98x2. ! ^расч 1 ^ Fpac4=35,81>

original": topacH =42,25, *1расч=-5,98, ^.=2,0003 при 5=60 >FKp=3,8 при q= 0,05, fi=l и f2=58

y2=l l,25-0,527x2. 1 ^расч 1 ^кр-» topac4=36,5, tlpsc4= "5,66, ^.=2,0003 при f=60 Fpac4=32,13> >FKP=3,8 при q= 0,05, f,=l и f2=58

Для реализации адаптивного подхода при выборе рациональной тактики лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии с помощью экспертной информации были определены основные показатели, позволяющие оценить процесс реминерализации зубной эмали на протяжении лечения, в качестве которых приняты: уг содержание Са в биоптате эмали зубов (мкг/мг), у2-содержание Р в биоптате эмали зубов (мкг/мг). В ходе лечения кариеса с применением минералогических факторов лечащий врач (JIB) принимает решения,

исходя из требований приблизить один или оба основных показателя эффективности лечения у; к некоторому желаемому значению у,ж(7), ¡=1,2. В данном случае врач стремится добиться наибольшего снижения растворимости эмали, при которой, в случае поверхностного кариеса, возможно значительное уменьшение кариозного пятна вплоть до его полного исчезновения. В формализованном виде это означает необходимость выполнения следующего условия:

^=(У-Уж)2=тш. (4)

Для обеспечения необходимой скорости изменения показателя эффективности лечения применяется критерий, противоречащий (4):

Г2=(ук"1-Ужк)2=т!п. (5)

Критерии (4) и (5) характеризуют соответственно макро- и микродинамику лечебного процесса, поэтому, варьируя значениями вероятностей привлечения критериев ^ и {2, можно управлять целями лечебного процесса.

Таким образом, задача выбора текущей цели лечения сводится к нахождению компромисса между (4) и (5) путем сворачивания их в следующий критерий:

Р[к]=Р,Чк+Р2Чк, (6)

где РД Р2к-величины вероятностей привлечения соответственно критериев (4) и (5), к - шаг лечения.

Для формализации суждений врача о текущей цели лечения можно использовать следующий подход:

суждение ЛВ «волнует медленное изменение показателя эффективности лечения у в сторону желаемого значения уж (либо отсутствие такового)» в виде

АЧ,

суждение ЛВ «волнует быстрое изменение показателя эффективности лечения у от шага к шагу» в виде Ак- -1.

Из-за отсутствия информации на нулевом шаге Р1°=Р2о=0,5.

Далее настройка вероятностей РД Р2к и определение оптимальной величины лечебного воздействия ик от сеанса к сеансу фторидотерапии проводились с помощью двухуровневых адаптивных алгоритмов.

Эффективность дозировки лекарства и1 зависит от ряда факторов. При лечении начальных форм кариеса применяются курсы терапии, рассчитанные на длительный срок (не менее 60 дней). Дозировка препарата должна быть индивидуальной и подбираться от курса к курсу.

В ходе выбора тактики лечения проводилось прогнозирование исхода лечения по адекватным математическим моделям, полученным во второй главе.

На рис. 2, 3 представлены изменения показателей эффективности лечения, полученные с помощью адаптивных методов для пациента Л. (содержания Са в биоптате У1(0)= 182,3 мкг/мг и содержанием Р в биоптате у2(0)= 85,4 мкг/мг), а также, для сравнения у больного Г. с аналогичной формой кариеса, такого же возраста, примерно таким же исходным значением содержания Са в биоптате У|(0>= 181,9 мкг/мг и содержанием Р в биоптате у2(0)= 85,1 мкг/мг без

1 2 3 4 5 6 7

Шаг лечения

ПРяд1 ШРЯД2

Рис. 2 - Динамика изменения содержания Са в биоптате эмали зубов (мкг/мг) при лечении начального кариеса I у больных Л. и Г. с применением фторсодержащих

лечебных препаратов ряд 1-е применением адаптивных алгоритмов; ряд 2 -без применения адаптивных алгоритмов.

84,1

й в

ИРяд1 ПРяд2

Рис. 3 - Динамика изменения содержания Р в биоптате эмали зубов (мкг/мг) при лечении начального кариеса I у больных Л. и Г. с применением фторсодержащих

лечебных препаратов ряд 1-е применением адаптивных алгоритмов; ряд 2 -без применения адаптивных алгоритмов.

применения адагггивных алгоритмов. Один шаг лечения равен двум месяцам (60 дням).

На рис. 4 показаны суммарные дозы фторида натрия на очередной шаг лечения для больных Л. и Г., рассчитанные с помощью и без помощи адаптивных алгоритмов.

1» го « 76

74

7?

Я&1 70 -

*3р х иГ 68 66 64-

И 6?-

X 60-1

"7335"

-»-73,-76

75

ЮЛ''

-66-

-66—

66

_66_56_

66

3 4

Шаг лечения

—•—Ряд1

-Рад2

Рис. 4. - Суммарные дозы фторида натрия на очередной шаг лечения для больных

Л. и Г.

ряд I- с применением адагггивных алгоритмов; ряд 2- без применения адаптивных алгоритмов.

Полученные результаты объективно доказывают положительное влияние использования методов адаптивного управления и имитационного экспе римента на эффективность лечения неосложненного кариеса на основе минералогического лечебного фактора вплоть до уменьшения сроков достижения желаемого результата.

В четвертой главе рассматривается структура автоматизированной компьютерной системы диагностики и выбора рационального лечения кариеса, а также результаты ее внедрения в клиническую практику.

Для реализации интеллектуальной поддержки выбора тактики лечения заболеваний формируется структура автоматизированной системы, позволяющей в автоматизированном режиме осуществлять диагностику заболеваний, прогнозирование исхода лечения и выбор рациональной тактики лечения рис. 5.

Система состоит из отдельных модулей, организованных и связанных между собой управляющей подсистемой. Применение принципа модульности построения обеспечивает возможность поэтапного функционирования системы, ее совершенствования и усложнения одновременно с эксплуатацией. Каждый из модулей представляет собой функциональный узел, предназначенный для многократного применения и имеющий упорядоченные значения параметров с единым унифицированным интерфейсом.

Схема взаимосвязи потоков данных, обеспечивающих информационную поддержку системы автоматизированного выбора тактики лечения, представлена на рис.5. В соответствии с построенной структурой,, автоматизированная система принятия решений включает в себя следующие укрупненные структурные единицы: подсистему клинических и лабораторных обследований (2), историй болезни (4), диагностики и выбора схем лечения на основе логических моделей (5), моделирования и прогнозирования исхода лечения (6), типовых схем лечения (7), автоматизированного выбора тактики лечения (8), информационно-справочную (9).

Рис. 5. - Структурная схема автоматизированной системы лечения неосложненного кариеса с учетом терапевтических и минералогических факторов

В подсистему клинических и лабораторных обследований (2) входят обследования с помощью КБЭ и PMA, а также РН-метрическое исследование. Подсистема автоматизированного выбора терапии (8) включает процедуру выбора оптимальной схемы лечения, а также процедуру визуализации результатов. В подсистеме моделирования (5) осуществляется прогнозирование исхода лечения с

помощью адекватных регрессионных математических моделей на шаг и на весь период лечения.

В автоматизированной системе лицом, принимающим решение является лечащий врач (JIB) (3), который взаимодействует с пациентом (1) при анамнестических исследованиях, с подсистемой моделирования (6), обращается к библиотеке историй болезней (4), определяет схему клинических исследований (2), анализирует их результаты и устанавливает диагноз на основе анамнестических и клинических данных, вводит априорные данные в подсистему выбора лечебных воздействий (8), оценивает результаты выбора и лечения. При большом объеме работы автоматизированная система избавляет JIB от рутинной работы и позволяет наиболее эффективно осуществлять коррекцию физиологических параметров.

Источником информации в автоматизированной системе выбора реабилитационных мероприятий является пациент (1) , лечащий врач (3), подсистемы (4), (9). Подсистемы (2),(4),(5),(6),(7),(8),(9) образуют подсистему управления процессом лечения. Связь между подсистемами осуществляется с помощью информационных потоков данных рис.5.

Программные средства управляющей подсистемы обеспечивают связь между элементами автоматизированной системы. В процессе ввода и обработки информации управляющая подсистема выполняет следующие функции: синтаксический контроль- обеспечивает контроль каждого сообщения, вводимого пользователем; справочный компонент- облегчает пользователю работу с данной системой при помощи справок, сопровождающих каждое его действие; доступ к базе данных; доступ к подсистеме моделирования и прогнозирования, обеспечивающей корректное использование созданных математических моделей; доступ к картотеке, которая выполняет функции регистрации пациентов и просмотра уже имеющегося списка пациентов и их карточек, удаление информации, поиск и вывод на печать; доступ к системе визуального контроля, обеспечивающей контроль за результатами диагностических исследований; доступ к подсистеме автоматического выбора терапии.

Подсистемы 5, 6, 8 образуют автоматизированную систему. Источником информации при этом служит подсистема истории болезни.

Разработанная автоматизированная система помогает врачу оптимизировать процесс лечения начального кариеса с использованием реминерализующих факторов, а также позволяет прогнозировать качество и эффективность лечебных мероприятий при лечении среднего и глубокого кариеса различными пломбировочными материалами по адекватным математическим моделям.

Проведена апробация компьютерной программы автоматизированной диагностики и выбора рациональной схемы лечения кариеса по данным 60 пациентов студенческой стоматологической поликлиники ВГМА.

Результаты исследования объективно показывают, что наиболее эффективной процедурой лечения кариеса является процедура совместного использования традиционных методов лечения и методов интеллектуальной поддержки врача в виде автоматизированной компьютерной системы диагностики и выбора рациональной схемы лечения кариеса на основе минералогических и терапевтических факторов.

Полученные положительные результаты в ходе пробной эксплуатации компьютерной программы автоматизированного выбора рационального лечения

кариеса позволяют использовать ее в практике терапевтической стоматологии, а также при обучении студентов-стоматологов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Построены адекватные математические модели процесса лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии по наиболее информативным показателям эффективности лечения. Полученные модели используются в ходе проведения имитационного эксперимента для прогнозирования исхода лечения при управлении лечебным процессом в условиях ограничений на постановку активного эксперимента.

2. Достоверно доказано положительное влияние фторидидов на минералогический состав интактных зубов. Кроме того, анализ данных достоверно показал, что употребление фторированного молока способствует процессу реминерализации на стадии поверхностного кариеса вплоть до исчезновения кариозного пятна.

3. Для количественной оценки влияния различных материалов пломбирования на основные показатели эффективности лечения кариозного процесса построены адекватные математические модели процесса лечения кариеса с использованием различных пломбировочных материалов, которые используются для прогнозирования исхода лечения, определения динамики физиологических показателей эффективности лечения, а также адекватного планирования реабилитационных мероприятий для нормализации химического состава зубов.

4. Применение методов интеллектуальной поддержки решений врача при выборе тактики лечения и дозы лечебного воздействия позволяет повысить эффективность лечебного процесса за счет его индивидуализации, уменьшения сроков (примерно на 17 %) достижения желаемого уровня показателя эффективности лечения начальных форм кариеса, что ведет к снижению экономических издержек.

5. Разработанная компьютерная автоматизированная диагностическая система обладает рядом достоинств и преимуществ перед традиционными методами диагностики. Эффективность ее внедрения в стоматологические клиники, учебный процесс, использование в научных исследованиях складывается из качественных и количественных факторов. К числу первых относятся: предоставление врачу-стоматологу возможности оперативного визуального анализа результатов обработки данных первичного осмотра и обследования пациента в числовой и графической интерпретациях для наглядного обоснования выводов по выбору методов лечения; расширение знаний врача по анализу получаемой диагностической информации и ее клинической интерпретации; интеллектуальная поддержка выбора тактики лечения кариеса с учетом минералогических факторов; предоставление тестовых и обучающих средств для самостоятельной работы студентов, врачей-исследователей с высоким методическим уровнем; возможность осуществления обследования больного с помощью автоматизированного компьютерного ведения по амбулаторным картам с записью на магнитном носителе и при необходимости быстрой их распечатки на бумаге. Количественные факторы влияния складываются из следующих эффектов:

сокращение сроков лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии на 17 %; снижение повторной обращаемости на 65 %; снижение количества случаев осложненного кариеса на 92 %; повышение производительности труда врачей-стоматологов около 20 %.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Применение методов интеллектуальной поддержки выбора тактики лечения стоматологических заболеваний / О.Ю. Базюра, H.A. Визир, A.A. Кунин, O.A. Кущева // Интеллектуальные информационные системы: Тр. Всерос. конф. Воронеж: ВГТУ, 2001. Ч. 1. С. 37-38.

2. Рациональный выбор тактики лечения стоматологических заболеваний на основе компьютерных технологий/ А. А. Кунин, О.И. Олейник, А.А Цапина, О.Ю. Базюра, H.A. Визир, И. Ю. Загарина, O.A. Кущева// Компьютеризация в медицине: Сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2001. С. 116-120.

3. Оценка эффективности управления лечением кариеса у дегей на фоне приема фторированного молока / О. Ю. Базюра, H.A. Визир, A.A. Кунин, O.A. Кущева, В.Н. Фролов /ГУправление в социальных и экономических системах: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 21-26.

4. Исследование влияния фторированного молока на минералогический состав тканей зубов/ О. Ю. Базюра, Н. А. Визир, А. А. Кунин, О. А. Кущева // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Тр. Всеросс.конф., Воронеж: ВГТУ, 2002, С. 36-38.

5. Оптимальное лечение начальных форм кариеса на основе минералогического лечебного воздействия/ О.Ю. Базюра, Н. А. Визир, А. А. Кунин, О. А. Кущева // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Тр. Всерос.конф. Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 28-30.

6. Базюра О.Ю., Кунин A.A., Кущева O.A. Оценка эффективности лечения кариеса у детей на фоне фторированного молока. // Интеллектуальные информационные системы. Тр.Всерос.конф. Воронеж: ВГТУ, 2002. 4.1. С. 41-43.

7. Адаптивный подход рационального выбора лазеротерапии начальных стадий кариеса / H.A. Визир, И.Ю. Загарина, А. А. Кунин, O.A. Кущева, О.И. Олейник, В. Н. Фролов// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. М., 2002. Т. 1. № 2. С. 163-165.

8. Корреляционный анализ и математическое описание процессов лечения неосложненного кариеса с применением лазерной терапии/ Н. А. Визир, И.Ю. Загарина, A.A. Кунин, О. А. Кущева, О. И. Олейник, В. Н. Фролов// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. М., 2002. Т. 1. № 2. С. 167-169.

9. Оценка эффективности управления лечением кариеса у детей на фоне приема фторированного молока/ Н. А. Визир, И.Ю. Загарина, A.A. Кунин, О. А. Кущева, О.И. Олейник, В. Н. Фролов// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. М., 2002. Т. 1. № 2. С.210-212.

10. Система поддержки выбора тактики лечения стоматологических заболеваний/ H.A. Визир, А. А. Кунин, O.A. Кущева, О. И. Олейник //Актуальные проблемы восстановительной медицины в клинике и санаторно-курортных учреждениях: Матер, юбил. науч.-практ. конф. Воронеж: ВГУ, 2002, С. 40-41.

11. Интеллектуальная компьютерная система диагностики и лечения неосложненного кариеса/ Н. А. Визир, А. А. Кунин, И. Ю. Загарина, О. А. Кущева, О.И. Олейник, Б. Р. Шумилович // Интеллектуальные информационные системы: Тр.всерос.конф. Воронеж: ВГТУ, 2002. 4.1. С. 44-47.

12. Имитационное моделирование выбора тактики лечения стоматологических заболеваний на цифро-аналоговом вычислительном комплексе/ Н. А. Визир, К. А. Разинкин, О. И. Олейник, О. А. Кущева// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. М., 2002. Т. 1. N° 2. С.157-160

13. Системный анализ состояния стоматологических заболеваний на основе ГИС-технологий/ H.A. Визир, И. Ю. Загарина, А. А. Кунин, О. А. Кущева, О. И. Олейник, В. Н. Фролов // Управление в социальных и экономических системах: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2002. С. 33-40.

14. Системный анализ состояния стоматологических заболеваний на основе ГИС-технологий/ Н. А. Визир, И. Ю. Загарина, А. А. Кунин, О. А. Кущева, О. И. Олейник, В. Н. Фролов // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. М., 2002. Т. 1. № 2. С. 160-163.

15. Автоматизированная компьютерная система диагностики и лечения неосложненного кариеса/ H.A. Визир, И.Ю. Загарина, О. А. Кущева, О. И. Олейник, Б. Р. Шумилович// Системный анализ и управление в биомедицинских системах. М., 2002. Т. 1. № 2. С. 165-167.

16. Интегрированный интеллектуальный подход при выборе рациональной тактики лечения стоматологических заболеваний/ А. А. Кунин, Н. А. Визир, О. А. Кущева, О. И. Олейник, О. Ю. Базюра, И. Ю. Загарина // Новые физико-математические и информационные технологии: Межрег. сб. науч. тр. Рязань: РГМУ, 2002. С.31-35.

17. Совершенствование деятельности стоматологической поликлиники на основе экспертной оценки в баллах/ А. А. Кунин, В. Г. Донцов, Ю. А. Ипполитов, И. В. Зайцев, П. В. Чернов, О. А. Кущева // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. М., 2002. Т. 1. № 2. С. 135-138.

18. Оценка эффективности лечения кариеса при использовании различных материалов пломбирования/ И.Ю. Загарина, А. А. Кунин, О. А. Кущева, А. В. Сущенко // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Тр.Всерос.конф. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 218-221.

19. Оценка эффективности управления лечением различных форм кариеса у детей на фоне приема фторированного молока/ И.Ю. Загарина, А. А. Кунин, О. А. Кущева, А. В. Сущенко // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: Тр. Всерос.конф. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 132-134. hutMi&b/!

JIP № 066815 от 25.08.99. Подписано в печать 9.10.2003.

Объем 1,0 усл. печ. л. Тираж 75 экз. Заказ № tfÄD Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж,'Московский просп., 14

2оо? -Д р 1 б 3 9 ?

Введение

1. Основные направления и пути повышения эффективности лечения стоматологических заболеваний

1.1.Современное состояние профилактики и лечения стоматологических заболеваний

1.2. Высокие медицинские технологии в стоматологии

1.3. Цель и задачи исследования

2. Алгоритмизация и моделирование процесса профилактики и лечения кариеса с применением фторсодержащих продуктов питания

2.1. Влияние фторидов на минералогический состав зубов

2.2. Технология применения фторированных продуктов питания

2.3. Математическое моделирование процесса лечения кариеса с применением минералогических лечебных воздействий

Выводы второй главы

3. Статистический анализ и методы рационального управления при профилактике и лечении кариеса

3.1. Оценка эффективности лечения кариеса у детей на фоне приема фторированного молока

3.2. Оценка эффективности лечения кариеса при использовании различных пломбировочных материалов

3.3. Методы интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений при лечении кариеса

Выводы третьей главы

4. Система автоматизированного выбора рационального лечения кариеса и результаты апробации и внедрения в стоматологическую клинику

4.1. Автоматизированная компьютерная система диагностики и лечения неосложненного кариеса

4.2. Апробация и внедрение результатов работы 98 Заключение 109 Список литературы 111 Приложение

Анализ и обобщение результатов большого числа исследований в области стоматологии показывают, что до настоящего периода данные результаты не имели системного обобщения, отсутствовала их научно-практическая оценка с учетом иерархии организации и оказания стоматологической помощи на индивидуальном, групповом и популяционном (государственном) уровнях.

Существующие в настоящее время условия деятельности стоматологии как самостоятельной научной отрасли медицины и как большого раздела практического здравоохранения, включающего решения социально-экономических, законодательно-правовых, организационных и многих других проблем, поставили необходимость обобщения знаний на новом уровне их оценки. И именно внедрение в стоматологию новых форм социально-экономического развития общества и возрастание их роли вызывает интерес к системным исследованиям. В этой связи следует считать, что включение знаний из области теории систем, конкретно таких ее разделов как системный подход и системный анализ, является новым этапом в развитии методологии стоматологической науки, практической стоматологии и организации стоматологической службы в наступившем XXI столетии.

Современное распространение информационных технологий, методов системного анализа, теории управления оказывают существенное влияние на развитие и применение новых медицинских технологий, в частности, в стоматологии. Для осуществления более эффективной и рациональной диагностики и лечения стоматологических заболеваний, учитывая индивидуальные особенности организма пациента, необходимо применять, наряду с традиционными, современные методы диагностики и рационального управления процессом лечения. Эти методы являются более информативными и наглядными, позволяют получить более точную и объективную диагностику, оптимизировать выбор тактики лечения и обеспечить прогнозирование развития процесса заболевания, используя методы теории управления, статистической обработки информации, а также методы графической визуализации полученных результатов.

Стоматологические заболевания носят вероятностный характер, большинство диагностических признаков выражаются качественными показателями. Недостаток априорной информации приводит к тому, что принятие решений врачом на всех этапах лечения осуществляется в условиях ряда неопределенностей, а характеристики больного являются индивидуальными.

Поэтому для повышения эффективности лечения в стоматологической практике в настоящее время все больше используются высокие медицинские технологии, в том числе новые технологии лечения, компьютерные технологии и математические методы выбора тактики лечения.

Современные подходы к пониманию основных процессов развития стоматологических заболеваний, и в частности этиологии и патогенеза кариеса, в значительной степени стали доступными лишь с внедрением в стоматологию важнейших научных методологий таких, как знания по теории систем, системного подхода и теории вероятности.

Диагностика и лечение кариеса зуба представляют одну из актуальных проблем современной терапевтической стоматологии. Не только медицинский, но и социальный ее аспект определяется повсеместной высокой распространенностью и интенсивностью кариозного процесса практически среди всех возрастных групп населения, различающихся по экономико-географическим, этническим, профессиональным, экологическим и другим специфическим особенностям. В то же время различная степень предрасположенности каждого организма к такому многофакторному заболеванию, каким является кариес, обуславливает необходимость разработок методов как достаточно быстрой и точной диагностики, учитывающей индивидуальную форму обслуживания пациентов, так и методик прогнозирования и выбора лечебной тактики.

В современной стоматологии для профилактики и лечения кариеса, в качестве лечебных средств, стали широко применять минералогические лечебные воздействия. В настоящее время используется ряд препаратов и продуктов питания, в состав которых входят ионы кальция, фтора и других элементов, обуславливающие реминерализацию.

Из многочисленных элементов, поступающих в организм человека с пищевыми продуктами и питьевой водой, выраженным противокариозным действием обладает фтор. Поступление оптимального количества фторида очень важно для стоматологического здоровья, поскольку от этого зависит резистентность эмали зубов к кариозному поражению и способствует правильному развитию зуба. Самым распространенным методом профилактики кариеса, в настоящее время, является искусственное фторирование продуктов питания, а также назначение препаратов фторида натрия.

Однако необходимо отметить, что, несмотря на видимые успехи в профилактике и лечении кариеса, применяемые обычно методики фторотерапии являются стандартными для всех пациентов и не учитывают их индивидуальных особенностей.

Другим направлением современной стоматологии является повышение качества и эффективности лечения кариеса на основе применения современных пломбировочных материалов.

Но, до настоящего времени, не исследованы механизмы противокариозного действия фторидов и современных пломбировочных материалов на течение кариозного процесса с точки зрения совокупности методов статистического анализа, математического моделирования и теории управления.

Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости разработки методов анализа и управления лечением кариеса при различных лечебных воздействиях на основе интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений.

Работа выполнена в соответствии с научными направлениями Воронежского государственного технического университета

Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине» и «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка алгоритмов и моделей процессов профилактики и лечения кариеса с применением минералогических и терапевтических лечебных воздействий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ современного состояния профилактики и лечения стоматологических заболеваний; разработать алгоритмы и модели процесса профилактики и лечения кариеса с применением фторидов и различных пломбировочных материалов; оценить эффективность лечения кариеса у детей на фоне приема фторированного молока; получить оценку влияния различных пломбировочных материалов на кариозный процесс; разработать систему автоматизированного выбора лечения неосложненного кариеса.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе были использованы методы математической статистики, априорного ранжирования, теории управления, математического моделирования и прогнозирования.

Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: математические модели процесса лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии, позволяющие получать количественные оценки влияния реминерализирующего фактора и реализовать имитационный эксперимент для прогнозирования исхода лечения; алгоритмы анализа и оценки влияния фторидов и пломбировочных материалов на эффективность профилактики и лечения кариозного процесса, позволяющие объективным образом планировать реабилитационные мероприятия для реминерализации и нормализации минералогического состава как интактных, так и кариозных зубов; методы интеллектуальной поддержки решений врача при выборе тактики лечения, позволяющие повысить эффективность лечебного процесса за счет его индивидуализации и уменьшения времени лечения начальных форм кариеса; компьютерная автоматизированная система диагностически и лечения, обеспечивающая обработку данных в числовой и графической интерпретации, сокращение сроков принятия решений и лечения начального кариеса, а также повышение производительности труда врачей-стоматологов.

Практическая значимость и результаты внедрения. Разработанные методы лечения кариеса используются в стоматологической практике для прогнозирования исхода лечения, а также для осуществления интеллектуальной поддержки принимаемых при выборе рациональной тактики лечебно-профилактических мероприятий при фторотерапии и пломбировании. Результаты исследований в виде информационного и программного обеспечения автоматизированных подсистем диагностики и выбора лечения неосложненного кариеса внедрены на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им.Н.Н.Бурденко, в терапевтическом отделении студенческой стоматологической поликлиники ВГМА, а также в учебном процессе ВГТУ по дисциплинам «Моделирование биологических процессов и систем», «Управление в биологических и медицинских системах».

Медицинская эффективность работы заключается в возможности осуществления рационального выбора параметров фторотерапии на основе повышения качества диагностического процесса с учетом индивидуального подхода к пациенту.

Предполагаемая экономическая и социальная эффективность состоит как в сокращении сроков лечения, так и в предотвращении возможных повторных обращений к стоматологу.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2001, 2002, 2003); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2002, 2003); научно-практической конференции «Актуальные проблемы восстановительной медицины в клинике и санаторно-курортных учреждениях» (Воронеж, 2002), научно-методических семинарах кафедры системного анализа и управления в медицинских системах ВГТУ и кафедры стоматологии ВГМА им.Н.Н.Бурденко (Воронеж, 2002-2003).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ.

В работах опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: в [1,2,7,8-10,12-14,16,17] постановка задачи, методика интеллектуальной поддержки врача при лечении кариеса, процедура рационального управления при профилактике и лечении начальных форм кариеса; в [3,4-6,18,19] статистический анализ влияния терапевтических и минералогических факторов на изменение химического состава твердых тканей зубов; в [11,15] структура автоматизированной компьютерной системы диагностики и лечения кариеса.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 96 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 110 страницах, содержит 34 рисунка и 8 таблиц.

Результаты исследования объективно показывают, что наиболее эффективной процедурой лечения кариеса является процедура совместного использования традиционных методов лечения и методов интеллектуальной поддержки врача в виде автоматизированной компьютерной системы диагностики и выбора рациональной схемы лечения кариеса на основе минералогических и терапевтических факторов.

Эффективность внедрения результатов исследований заключается в предоставлении возможности на практике не только прогнозировать, но и корректировать качество и эффективность лечебно-профилактических мероприятии при лечении кариозного процесса.

Возможности применения современных компьютерных технологий, математических методов решения диагностики, прогноза, выбора тактики лечения, а также визуализации результатов обработки медицинской информации позволяют повысить качество диагностики и лечения начальных форм кариеса, предоставляет возможность осуществления рационального выбора лечебных мероприятий с учетом индивидуального подхода к пациенту.

Сюда входят создание математических моделей классификации и терапии начальных форм кариеса, отличающихся возможностью детализации стадии и прогнозирования исхода лечения посредством управления параметрами лечебного воздействия, формирование структуры и разработка информационного обеспечения автоматизированных подсистем диагностики и выбора терапии, обеспечивающие быструю и точную диагностику и эффективное лечение.

Разработанная компьютерная автоматизированная диагностическая система обладает рядом достоинств и преимуществ перед традиционными методами диагностики. Эффективность ее внедрения в стоматологические клиники, учебный процесс, использование в научных исследованиях складывается из качественных и количественных факторов. К числу первых относятся:

1. предоставление врачу-стоматологу возможности оперативного визуального анализа результатов обработки данных первичного осмотра и обследования пациента в числовой и графической интерпретациях для наглядного обоснования выводов по выбору методов лечения с учетом минералогических факторов;

2. расширение знаний врача по анализу получаемой диагностической информации и ее клинической интерпретации;

3. интеллектуальная поддержка выбора тактики лечения кариеса;

4. предоставление тестовых и обучающих средств для самостоятельной работы студентов, врачей-исследователей с высоким методическим уровнем;

5. возможность осуществления обследования больного с помощью автоматизированного компьютерного ведения по амбулаторным картам с записью на магнитном носителе и при необходимости быстрой их распечатки на бумаге.

Количественные факторы влияния складываются из следующих эффектов: 1) сокращение сроков лечения начального кариеса на основе фторидотерапии на 17%, 2) снижение повторной обращаемости на 65%, 3) снижение количества случаев осложненного кариеса на 92% 4) повышение производительности труда врачей-стоматологов приблизительно на 20%.

Программное обеспечение автоматизированной системы реализовано в объектно-ориентированной среде программирования Delphi 6.0, функционирующей в операционной системе Windows 9х/2000/ХР.

Возможность получения дополнительной информации о степени кариозного поражения в графической интерпретации с детализацией стадий и рекомендациями о выборе схемы терапевтических мероприятий: консервативных на основе фторидотерапии или иных физиотерапевтических воздействий, оперативно-восстановительных с применением различных пломбировочных материалов, повлияла на изменение лечебной тактики в 21,1% случаях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Построены адекватные математические модели процесса лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии по наиболее информативным показателям эффективности лечения. Полученные модели используются в ходе проведения имитационного эксперимента для прогнозирования исхода лечения при управлении лечебным процессом в условиях ограничений на постановку активного эксперимента. Их также можно применять для сочетания модельных и экспертных оценок при принятии решений в условиях неполной априорной информации и ряда неопределенностей для интеллектуальной поддержки принимаемых лечащим врачом решений. Математические модели процесса лечения кариеса позволяют дать количественные оценки влияния реминерализирующего фактора, а имитационный эксперимент дает возможность оценить динамику различных схем лечения. Использование имитационных моделей в процессе принятия решений обеспечивает воспроизведение эффекта различных схем лечебного воздействия и является одним из методов интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений. Таким образом, имитационное моделирование позволяет повысить качество и эффективность решений при выборе параметров фторотерапии.

2. Достоверно доказано положительное влияние фторида натрия на минералогический состав интактных зубов. Кроме того, анализ данных достоверно показал, что употребление фторированного молока способствует процессу реминерализации на стадии поверхностного кариеса вплоть до исчезновения кариозного пятна.

3. Для количественной оценки влияния различных материалов пломбирования на основные показатели эффективности лечения кариозного процесса (значение скорости кислотной растворимости эмали по Са, а также локальное процентное содержание основных компонентов эмали Са и Р по массе) построены адекватные математические модели процесса лечения кариеса с использованием различных пломбировочных материалов, которые используются для прогнозирования исхода лечения, определения динамики физиологических показателей эффективности лечения, а также адекватного планирования реабилитационных мероприятий для нормализации химического состава зубов.

4. Применение методов интеллектуальной поддержки решений врача при выборе тактики лечения и дозы лечебного воздействия позволяет повысить эффективность лечебного процесса за счет его индивидуализации, уменьшения сроков (примерно на 17 %) достижения желаемого уровня показателя эффективности лечения начальных форм кариеса, что ведет к снижению экономических издержек.

5. Разработанная компьютерная автоматизированная диагностическая система обладает рядом достоинств и преимуществ перед традиционными методами диагностики. Эффективность ее внедрения в стоматологические клиники, учебный процесс, использование в научных исследованиях складывается из качественных и количественных факторов. К числу первых относятся: предоставление врачу-стоматологу возможности оперативного визуального анализа результатов обработки данных первичного осмотра и обследования пациента в числовой и графической интерпретациях для наглядного обоснования выводов по выбору методов лечения; расширение знаний врача по анализу получаемой диагностической информации и ее клинической интерпретации; интеллектуальная поддержка выбора тактики лечения кариеса с учетом минералогических факторов; предоставление тестовых и обучающих средств для самостоятельной работы студентов, врачей-исследователей с высоким методическим уровнем; возможность осуществления обследования больного с помощью автоматизированного компьютерного ведения по амбулаторным картам с записью на магнитном носителе и при необходимости быстрой их распечатки на бумаге. Количественные факторы влияния складываются из следующих эффектов: сокращение сроков лечения начального кариеса на основе фторотерапии на 17 %; снижение повторной обращаемости на 65 %; снижение количества случаев осложненного кариеса на 92 %; повышение производительности труда врачей-стоматологов около 20 %.

6. Программное обеспечение автоматизированной системы реализовано в объективно-ориентированной среде программирования Delphi 6.0, функционирующей в операционной среде Windows 9х/2000/ХР.

7. Возможность получения дополнительной информации о степени кариозного поражения в графической интерпретации с детализацией стадий и рекомендациями о выборе схемы терапевтических мероприятий (консервативных на основе фторотерапии или иных физиотерапевтических воздействий; оперативно-восстановительных с применением различных пломбировочных материалов) повлияла на изменение лечебной тактики в 21,1 % случаях.

1. Антомонов Ю.Г. Моделирование биологических систем. Справочник. Киев. Наукова думка. 1977, -260 с.

2. Базюра О.Ю., Визир H.A., Кунин A.A., Кущева O.A. Применение методов интеллектуальной поддержки выбора тактики лечения стоматологических заболеваний // Интеллектуальные информационные системы: Тр. всеросс. конф. 4.1. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2001, С. 37-38

3. Базюра О.Ю., Кунин A.A., Кущева O.A. Оценка эффективности лечения кариеса у детей на фоне фторированного молока. // Интеллектуальные информационные системы. Тр.всерос.конф. 4.1. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2002, С. 41-43

4. Батаронов И.Л., Дежин В.В., Жуковская З.Д. Организация эксперимента. 4.2. Построение статистических зависимостей: Учеб. пособие. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1999,- 97 с.

5. Бахур А.Б. Системные идеи в современной инженерной практике. М.: Пров-пресс, 2000, -321 с.

6. Борисенко A.B. Некоторые свойства и особенности применения современных адгезивных систем композиционных пломбировочных материалов.//Дентальные технологии, №3, 2001, С.8-11.

7. Ю.Боровский Е.В., Волков Е.А., Дубинчук В.Г. Изучение процессов деминерализации и реминерализации на естественных и искусственных кариозных поражениях эмали// Стоматология, № 6, 1982, С. 51-55.

8. Буянов Б. Б., Легович Ю. С., Лубков Н. В., Поляк Г.Л. Построение систем подготовки управляющих решений с использованием имитационного моделирования // Приборы и системы управления, №12, 1996, С. 36 40.

9. Вялков А.И., Леонтьев В.К., Перспективы развития стоматологии в России// Вестник стоматологии, № 3, 1999, С. 31-37

10. Кодола Н.А, Коваленко Л.И. Кариес зубов и содержание фтора в питьевой воде// Стоматология, № 3, 1977, С. 65-70

11. Кузьмина Э.М. и др. Профилактика стоматологических заболеваний. Учебное пособие.М.: ММСИ, 1997, -136 с.

12. Кунин A.A. Кариес: Учебное пособие, Воронеж, 1995, -48с.

13. Кунин A.A., М. Зойбельман, С.Н. Панкова, Т.А. Попова, О.И. Олейник, И.А. Беленова, С.Г. Шелковникова, Б.Р. Шумилович, И.В. Корецкая. Новая философия пломбирования зубов. //Вестник стоматологии, № 5, 2002,С. 23-26

14. Кунин A.A., Некрылов В.А., Ерина C.B., Олейник О.И. Информационное обеспечение автоматизированной процедуры диагностики неосложненных форм кариеса// Материалы II съезда Стоматологической Ассоциации (Общероссийской). Екатеринбург, 1995, С. 103-106.

15. Кунин A.A., Панкова С.Н., Степанов H.H. с соавт. Физиотерапия стоматологических заболеваний. Воронеж, 1996, -с. 31

16. Леонтьев B.K. Вопросы профилактики и лечения кариеса зубов и проблема реминерализации// Стоматология, № 2, 1977, С. 89-92.

17. Леонтьев В.К., Шестаков В.Т., Воронин В.Ф. Оценка основных направлений развития стоматологии. М.: ММСИ, 2002. -456 с.

18. Леонтьев В.К. О состоянии стоматологии в России и перспективах ее развития. //Стоматология, 1,2002, С. 75-83.

19. Лукиных М.Н. Лечение и профилактика кариеса зубов. Н. Новгород: Изд-во НГМА, 1998, -168 с.

20. Максимовский Ю.Б. Кариес зубов (конспект врача). // Изд-во: Наука, М.,№9, 2001, С. 25-34

21. Николаев А И., Цепов Л. М. Практическая терапевтическая стоматология .Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский институт стоматологии, 2001,-390с

22. Новосельцев В.Н. Математическое моделирование в век компьютеров. Институт проблем управления РАН, Москва, 1999,- 289с.

23. Переслегина И.Г., Кузьмина Э.М., Олесник А.Г. Мониторинг поступления фторида в организм детей, длительное время получающих фторированное молоко, и динамика кариеса их постоянных зубов.// Стоматология, 2, 2002, С. 55-58

24. Полетаев И.А. О математических моделях элементарных процессов в биогеоценозах // Проблемы кибернетики, № 16, 1966, С.76-90.

25. Попова Т.Д. Влияние пломбировочных материалов при лечении кариеса на химический состав и структуру эмали зубов. Автореферат.дисс. канд. мед. наук. Воронеж, 2000, 24 с.

26. Прохончуков.А.А. Итоги и перспективы применения математических методов и вычислительной техники в стоматологии. //Стоматология , № 4, 1999, С. 67-70.

27. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. М., Наука, 1997,- 466 с.

28. Томенко Э.К. Стоматологический ликбез пермская модель этиологии, этиотропного лечения и профилактики кариеса зубов. Пермь, 2000,127 с.

29. Трахтенгерц Э. А. Компьютерная поддержка решений. М.: Изд-во: СИНТЕГ, 1998,- 287с.

30. Трухачева Н.Н. Особенности минерального обмена твердых тканей зуба под влиянием фтора молока в условиях развития кариеса. Автореферат дисс. канд. мед. наук. Воронеж, 2003, -26с.

31. Фролов В.Н. Выбор методов управления процессов с неоднородными характеристиками//Адаптация в сложных системах управления/ Под ред. Чл.-корр. АН СССРЯ.З. Цыпкина: Сб.-Тр. Воронеж: ВПИД978, -125с.

32. Фролов В.Н. Выбор тактики лечения с применением математических методов, Воронеж: Изд-во ВГУ, 1997, -117с.

33. Фролов В.Н. Моделирование и оптимизация сложных систем (избранные главы). ВГТУ. Воронеж, 1997, -151 с.

34. Фролов В.Н. Управление в биологических и медицинских системах: Учеб. Пособие. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2001, -327 с.

35. Чертыковцев В.Н. Концепция построения автоматизированных диагностических комплексов для стоматологии. //Материалы международной конференции "Достижения и перспективы стоматологии", Москва, 1999, -178с.

36. Шумаков В.И., Новосельцев В.Н., Сахаров М.П., Штенгольд Е.Ш. Моделирование физиологических систем организма. М.: Изд-во "Медицина", 1971,-231 с.

37. Яковлева В.И., Трофимова Е.К., Давидович Т.П., Просверяк Т.П. Диагностика, лечение и профилактика стоматологических заболеваний. Минск, 1994, с. 392

38. Atkinson Н., Parker D. Bioelectric Properties of the Tooth//J. Dent. Res. -1969. -Vol. 48, N 5, P. 583-594.

39. Barkvoll P, Rolla G, Svendsch K. Interaction between chlorhexidine digluconate and sodium laur-yl sulphate in vivo. J Clin Periodontol 1989; 16; P. 593595.

40. De Almeida RMC, Moss de Oliveira S and Penna TLP 1998. Theoretical approach to biological aging. Physica A 253: (1-4), P. 366-378.

41. De Oliveira PMS, Moss de Oliveira S and Stauffer D 1997. Searching for Eve through Monte Carlo simulation of biological ageing. Theory in Biosciences 116: (1), P. 3-10.

42. Dippery K.D. 1997. Life, the Universe and Matlab, -p. 546

43. Duckworth P.M., Jones Y, Nicholsop J, Jacobson A.P., Chestnuu l.G. Studies on plaque fluoride after use ofP containing dentifrices. Adv Dent Rs 1994; 8; P. 202-207.

44. Duck-worth R.M. The science behind caries prevention. Int DentJ 1993; 43; P. 529-539.

45. Edgar W.M., Jenkins G.N. Inorganic pyrophosphare in human parotid saliva and dental plaque. Arch Oral Biol 1972; 17; P. 219-223.

46. Feagin F., Sierra 0., Thiradilok S., et al; Effects offluoride in remineralized Human surface enamel on dissolution resistance. J. Dent. Res. 1980 , P.-521-534.

47. Gustafson G. Oral Pathology for Students. -Stockholm, 1975, -p. 255

48. Herlofson B.B., Barkvoll P. The effect of two toothpaste detergents on the frequency of recurrent aphtheous ulcers. Acta Odont Seand 1996; 54; P. 150-153.

49. Jenkins J.M. Current Concepts concerning the development of dental caries//Jntdent. 1972.-Vol. 22, -p. 380.

50. Kirstils V, Lenander-Lumikari M, Tenovuo J, Effects of lactopcroxidase system-containing toothpaste on plaque whole saliva in vivo. Acta Odontol Scand 1994; 52; P. 346-353.

51. Marthaler T. Caries Research and Caries Prevention// Quintessence International. 1994. - Vol. 5, N 8, P 61-85.

52. Maynard Smith J .1966. Theories of aging. In: Krohn PL (Ed.) Topics in the biology of aging. Wiley Interscience, New York , -p. 89

53. Modelling and Control in biomedical systems. 2000. IF AC Symposium , Karlsburg/Greifswald, Germany. Carson E. and Saltzsieder E. Eds., Preprints. London, P. 45-56

54. Moran J, Addy M. The antibacterial properies of some commercially available toothpastes in vitro. Br DentJ 1984; 156; P. 175-178.

55. Novoseltsev VN, J.A. Novoseltseva, Boyko S.I. and Yashin A.I. 2000 . Homeostasis and Aging. Slow-Fast Dynamics of Senescence and Death. In: E.Carson and E.Salzsieder (Eds.) Modelling and Control in Biomedical Systems 2000.

56. Transactions of IF AC Symposium, Karlsburg/Greifswald, Germany, 30 March 1 April 2000; P. 71-76

57. Penna TJP and Stauffer D. 1995. Efficient Monte-Carlo simulation of biological aging. International Journal of Modern Physics C Physics and Computers. 6: (2), P. 233-239

58. Pletcher SD and Neuhauser C. 2000. Biological aging Criteria for modeling and a new mechanistic model. Intern Journ of Modern Physics - C. 11: (3); P. 525-546.

59. Silverstone L.M.: Remineralization and enamel caries: newconcepts. Dent Update 1983; P.261-273.

60. Sintes J.I., Escalante C, Steward B, McCoolJ.J., Garelal, VolpeA.R., TriolC. Enhanced anticaries efficacy of 0,243% sodium fluoride/10% xylitol/silica dentifrice 3 year clinical results. AmJ Dent 1995; 8; P. 231-235.

61. Stephen K.W. Dentifrices recent clinical findings and implications for use, Int Dent J 1993; 43; P. 549-553.

62. Tieche J.M., Leonora J„ Steinman R Isolation and Partial Characterization of a Porcine Parotid Hormone that stimulates Dentinal Fluid Transport// Endocrinology 1980. -Vol. 106, N 6,-P. 45-52.

63. Trahan I. Xylitol a review of its action on mu-tans streptococci and dental plaque its clinical significance. Int DentJ 1995; 45; P. 77-92.

64. V.N. Novoseltsev, J. Carey, P. Liedo, J.A. Novoseltseva, A.I. Yashin. 2000. The reversal of aging in virgin female fruit flies: an anticipation of oxidative damage hypothesis. Experimental Gerontology 35; P. 971-987.

65. Yankell S.I., Emling K.C., Perez B. Six-month evaluoation of Parodontax dentifrice compared to a placebo dentifrice. J Clin Dent 1993; 4; P.26-30.

66. Yiu CKY, Wei SF1Y, Clinical efficacy of dentifrices in the control of calculus, plaque, and gingivitis. Quintessenge Int 1993; 24; P. 181-188.

67. Zappa U. Selfapplied treatments in the management of dentine hypersensitivity. Archs Oral Biol 1994; 39; S107-S112. Collacrt B, Fischer G, Dentine hypersensitivity: a review. Ended Dem Traumatol 1991; 7; P. 145-152.