автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование, рациональное управление процессом диагностики и лечения хронических болезней органов пищеварения на основе моделирования и прогнозирования

На правах рукописи

ПРОСВЕТОВА Людмила Николаевна

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЦИОНАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ ХРОНИЧЕСКИХ БОЛЕЗНЕЙ ОРГАНОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Специальность 05. 13.01 - Системный анализ, управление

и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Воронеж -2004

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор медицинских наук, профессор

Дмитренко Людмила Борисовна

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Нехаенко Наталья Евгеньевна;

кандидат медицинских наук Лопатина Татьяна Ивановна

Ведущая организация Воронежская государственная

медицинская академия им. Н.Н. Бурденко

Защита состоится 26 ноября 2004 г. в 1600 в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.02 Воронежскою государственного технического университета по адресу: 394026 г. Воронеж, Московский просп, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан «26» октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Федорков Е.Д.

9301У9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее десятилетие отмечается неуклонный рост хронических болезней органов пищеварения (ХБОП) таких как: гастриты, панкреатиты, холециститы и ряд других заболеваний (МКБ-10). Считается, что ХБОП встречаются у 30-40 % населения в мире. По данным отчетов, поступивших в Минздрав, у каждого 10-го жителя встречается патология органов пищеварения. Диагностика данной группы болезней в клинической практике осуществляется на комплексной основе, включающей общеклинические, лабораторные и инструментальные методы исследования. При исследовании ХБОП обозначилась тенденция к использованию современных методов исследования: ультразвуковых, рентгенологических, компьютерной томографии, магниторезонансной томографии. Однако при использовании их на практике возможно возникновение трудностей, связанных с наличием альтернативных вариантов, отсутствием алгоритмов по оптимизации управления процесса диагностики и лечения ХБОП. Клиническая симптоматика при ряде хронических болезней органов пищеварения слабо выражена, малоспецифична и, вследствие этого, нередко остается нераспознанной. Своевременная диагностика ранних стадий развития отмеченных хронических патологий, правильная интегральная оценка общего состояния организма пациента на момент его обращения в амбулаторно-поликлиническое учреждение (АПУ) позволят избежать в ряде случаев развития декомпенсации систем организма и приведут к улучшению исхода заболевания в целом.

В последние годы при исследовании пациентов в АПУ наблюдается избыточная легкость постановки диагноза ХБОП. Самые разнообразные нарушения пищеварения, зачастую не связанные с поражением поджелудочной железы, диффузных поражений печени, нередко рассматриваются в качестве достаточного основания для диагностики ХБОП.

По данным медицинской статистики высокий уровень диагностических ошибок, который превышает 25 % из-за схожести симптоматики заболевания, расхождения клинического и патолого-анатомического диагнозов приводит к затягиванию процесса выздоровления и влечет за собой различные осложнения. Поэтому использование на практике новых инструментальных методов диагностики, информационных технологий для создания компьютерных медицинских систем по управлению процессом диагностики и выбору тактики лечения, объединяющих знания и опыт врачей- экспертов в области гастроэнтерологии, является важной проблемой.

Лекарственная терапия ХБОП, несмотря на появление эффективных средств с различными механизмами действия, имеет ряд ограничений и вызывает разногласия у клиницистов в отношении их целесообразности. В связи с этим все актуальней становится проблема поиска оптимальных медикаментозных средств и способов купирования обострений и лечения различных форм ХБОП.

При использовании традиционных методов лечения возникают проблемы, связанные с выбором терапии. Ряд •

при кратковременном применении снижает защитные функции организма, поэтому в последнее время наибольшее предпочтение отдается комплексным методам лечения: медикаментозной терапии; немедикаментозной: диета, массаж, фитотерапия, БДД и физиотерапевтические процедуры, которые позволяют в короткие сроки нормализовать состояние больных с ХБОП.

Применение математических методов, компьютерных диагностических систем на основе искусственной нейронной сети для распознавания патологических процессов, системы выбора оптимальной тактики лечения при наиболее часто встречающихся ХБОП и их осложнениях позволяет значительно улучшить диагностику, лечение, сделать процесс выздоровления реальным.

Таким образом, актуальность темы заключается в разработке алгоритмического обеспечения системы постановки диагноза и выбора оптимальной тактики лечения больных при наиболее часто встречающихся ХБОП и их осложнениях.

Работа выполнена в соответствии с региональной программой «Здоровье» и с отраслевой программой Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н.Бурденко «Современные технологии диагностики и лечения внутренних болезней» и с одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Биомедкибер-нетика, компьютеризация в медицине».

Целью диссертационного исследования является разработка методов, моделей и алгоритмов интеллектуальной и инструментальной поддержки эффективного управления процессом диагностики и выбора тактики лечения ХБОП на основе нейросетевого моделирования и прогнозирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи:

проанализировать и систематизировать комплекс методов диагностики на основе их информативности для определения наиболее достоверно-значимых при выборе вариантов терапевтического подхода к лечению больных с ХБ ОП;

провести статистическую оценку и анализ хронической заболеваемости ЖКТ в поликлиническом регионе, провести прогностические оценки уровня заболеваемости, информационной поддержки принятия управленческих решений по ресурсному и кадровому обеспечению;

выявить наиболее информативные признаки и механизмы оценки диагностических признаков с наиболее вероятным набором сведений и диагностические критерии с целью обоснования системы отбора признаков наиболее значимых для своевременной постановки диагноза больных с ХБОП;

провести анализ существующих методов диагностики, разработать и применить на практике новые методики обследования, позволяющие количественно оценить значимость и информативность лабораторных и инструментальных методов в управлении процессом диагностики ХБОП;

построить математическую модель процесса диагностики и лечения ХБОП, обеспечивающую достоверность постановки диагноза;

провести анализ механизмов действия лечебных мероприятий на регуляцию функционального состояния в целях восстановления нарушенных функций органов пищеварения;

выбрать и обосновать методы нейросетевого моделирования с целью интеллектуальной поддержки диагностики и лечения для обеспечения эффективного принятия управленческих решений в системе оказания медицинской помощи больным с ХБОП;

провести апробацию предложенных моделей и алгоритмов рационального выбора диагностики и тактики лечения ХБОП в поликлинических условиях;

Методы исследования. Для решения поставленных задач помимо клинических методов использовался системный подход с применением методов экспертной оценки, математического моделирования, математической статистики, основные положения теории управления медицинскими и биологическими системами, статистические методы оценки данных анализа, клинических, инструментальных и лабораторных исследований.

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

- методика анализа состояния заболеваемости больных с ХБОП, позволяющая оптимальным образом планировать диагностические и лечебные мероприятия с учетом прогнозирования развития заболеваний и оценки факторов риска;

- оценка информативности диагностических признаков обследования больных с ХБОП, позволяющая сформировать библиотеку дифференциально-диагностических признаков, обеспечивающих более точную постановку диагноза;

- способы формализованного описания принятия врачебных решений, обеспечивающие рациональное управление процессом диагностики и выбора тактики лечения больных с ХБОП на основе клинических, инструментальных и лабораторных исследований, а также адаптивного выбора и коррекции тактики лечения с использованием нейросетевого метода;

- методы интеллектуальной поддержки принимаемых решений при дифференцированной диагностике ХБОП с использованием нейросетевого метода, позволяющие производить статистическую оценку причин возникновения заболеваний;

- функциональная структура программного комплекса, основанная на интеграции информационного обеспечения компьютерной системы, медицинских стандартов, обеспечивающая индивидуальную визуальную оценку функционального состояния и позволяющая осуществлять выбор и коррекцию лечения ХБОП.

Практическая значимость работы. Научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, служат основой рационального управления процессом диагностики и лечения больных с ХБОП, а также

позволяют разработать конкретные положения по повышению эффективно сти и качества лечебно-диагностической деятельности.

Практическая значимость результатов работы определяется использо ванием результатов работы при создании диагностических и лечебных про грамм по своевременной диагностике заболевания, управлению процессог по оказанию медицинской помощи больным с ХБОП в поликлиническом ре гионе.

На основе прогностических моделей динамики развития заболеваемо сти ХБОП в поликлиническом регионе производится планирование и рас пределение трудовых и материальных ресурсов.

Внедрение комплексного подхода оказания медицинской помощи больным с ХБОП позволяет сократить время постановки диагноза, повысит точность диагностики ХБОП и сократить время выбора тактики эффективно го лечения.

Получены клинические результаты, показывающие значительное пс вышение прогностического и лечебного эффекта при использовании предло женных в работе алгоритмов по сравнению с классическими схемами диагностики и лечения.

Разработана система автоматизированной поддержки принятия врг чебного решения при диагностике и лечении ХБОП на основе количественного критерия и алгоритмов, которая апробирована в МУЗ «Городская попу клиника № 8», а также в дневном стационаре поликлиники № 4 г. Воронежа

Созданное методическое обеспечение процесса диагностики и лечения больных с ХБОП в поликлиническом учреждении, отличающееся приемами использования медицинских стандартов и методик комплексного лечебного воздействия на основе нейросетевого метода, позволяет более обос нованно назначать и осуществлять выбор и коррекцию лечебных процеду| повышать эффективность и качество выздоровления.

Интеграция компьютерных технологий, стандартов и методик лечени позволяет врачам выбирать наиболее рациональные схемы диагностики и л< чения ХБОП, обеспечивающие сокращение сроков и затрат на лечение бол1 ного.

Результаты исследования внедрены в клиническую практику амбула торно-поликлинических учреждений № 8, 4, 10 г. Воронежа и в учебный прс цесс лечебного факультета ВГМА им. Н.Н. Бурденко.

Апробация работы. Основные материалы и научные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещания и семинарах: «Современные сложные системы управления» (Воронеж, 2003 научно-тематических семинарах межвузовской кафедры «Системный анили-и управление в медицинских и педагогических системах» ВГТУ (Воронж 2003); 9-й Российской конференции «Гепатология сегодня» (Москва, 2004 11-м Российском научном конгрессе «Человек и лекарство» (Mocквa, 2004 ежегодной Всероссийской научной конференции «Интеллектуальные информационные системы» ( Воронеж, 2004 ); 1-й Национальной научно

практической конференции с международным участием «Теория и практика оздоровления населения России» (Москва,2004).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 8 научных работах. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложены: разработан алгоритм оздоровления пациентов с ХБОП на этапах медицинской реабилитации^]; обоснована целесообразность применения методов диагностики ХБОП в клинической практике для лечения ХБОП [2,3,7]; проведен анализ и оценка клинических признаков диагностики ХБОП [7,1]; проведена статистическая оценка данных в диагностике хронических болезней [1]; предложены алгоритмы функционирования системы управления диагностическим и лечебным процессом на основе нейросетей [4,5].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и рекомендаций, изложенных на 136 страницах, списка литературы, включающего 99 наименований, и пяти приложений; содержит 19 таблиц, 13 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе рассматриваются современное представление о ХБОП, их этиология, клиника, патогенез, определены критерии установления конкретного диагноза. Проанализированы ошибки и трудности дифференциальной диагностики и лечения ХБОП. Отмечено, что более ранняя диагностика подобных заболеваний позволяет своевременно начать лечение и улучшить прогноз заболевания.

В рамках этой системы проводится анализ состояния хронической заболеваемости органов пищеварения в поликлиническом регионе и обосновывается необходимость прогнозирования развития заболеваемости, которая дает возможность на базе компьютерной техники своевременно принимать решения по ресурсному обеспечению поликлинического учреждения, что позволит повысить эффективность выздоровления.

Проводится анализ и рассматривается информативность методов диагностики ХБОП. качественных и количественных информационных параметров, получаемых в процессе инструментальных и лабораторных методов диагностики, их сравнительная характеристика и оценка; определены основные требования к информационной базе, прогнозирования исхода и выбора тактики лечения, исследуется сущность и возможность применения искусственных нейронных сетей.

На основании проведенного анализа определяются цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена анализу динамики развития хронической заболеваемости органов пищеварения в Воронеже и поликлиническом регионе с 1999 по 2003 годы.

Отмечается устойчивая тенденция роста заболеваемости ХБОП, динамика которого отражена на рис. 1.

Заболевания органов пищеварения

2500

О ---,-г----1-,

1999 2000 2001 2002 2003 Годы

Рис. 1. Динамика заболеваемости органов пищеварения

Анализ гистограммы, представленной на рис. 2, показал, что наибольший удельный вес среди заболеваний органов пищеварения приходится на заболевания: хронический гастрит (42 %), хронический панкреатит (22,4 %) и хронический холецистит (16 %).

Проведенный статистический анализ данных заболеваемости ХБОП в зоне обслуживания поликлиники, представленный в табл. 2, выявил ряд врачебных участков с «неблагополучной ситуацией» относительно среднего уровня по заболеваемости - № 12, 16, 22.

Болезни органов пищеварения

Таблица 1

Год Всего по полмили нике В том числе по участкам

1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

1999 593 26 25 24 25 24 26 26 27 28 26 22 28 25 23 27 27 28 24 28 28 27 25 23,

2000 593 56 55 54 55 54 56 56 57 58 56 52 58 55 53 57 57 58 54 58 58 57 55 5

2001 2166 96 95 94 95 94 96 96 97 98 96 92 98 95 93 97 97 98 94 • 9 8 98 97 95 93

2002 2172 96 95 94 95 94 96 96 97 99 96 92 99 95 93 97 98 99 94 99 99 97 95 93

2003 2248 98 97 96 97 96 98 98 99 100 9Б 95 100 97 95 99 99 100 96 100 100 99 97 9

53

95

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Н1999 Q2000 [32001 В2002 D2003

I

Рис. 2. Гистограмма распределения гастроэнтерологических заболеваний по нозологиям:

1 - гастроэзофагеальный рефлюкс с эзофагитом; 2 - хронический гастрит; 3 -язвенная болезнь желудка; 4 - язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки; 5 - дивертикуляриая болезнь толстой кишки; 6 - язвенный колит; 7 - синдром раздраженного кишечника; 8- хронический вирусный гепатит; 9 - постхоле-цистэктомический синдром; 10-хронический панкреатит, 11 -желчнокаменная болезнь; 12 - острый холецистит; 13 - хронический холецистит

Рассматривается распределение заболеваний наиболее часто встречающихся нозологий. Изучение видов заболеваний по нозологиям позволило выявить наиболее значимые патологии: хронический гастрит, хронический панкреатит, хронический холецистит.

Интерпретация полученных результатов должна проводиться с учетом экономических, экологических и социальных факторов, что потребовало проведение корреляционного и регрессионного анализа с целью выявления наиболее значимых взаимозависимостей между показателями и факторами, позволяющих получить прогнозные оценки.

Даны краткосрочпыс прогюзы уровня заболеваемости ХБОП по поликлиническому региону. На диаграммах по данным прогнозирования проиллюстрирована устойчивая тенденция роста заболеваемости ХБОП по 23 участкам и по городу. Прогнозы верифицированы. Выделены «неблагополучные территориальные» единицы, в данном случае врачебные участки, в зоне обслуживания поликлиники.

Прогнозные оценки уровня заболеваемости населения, построенные методами адаптивного краткосрочного прогнозирования, используется как дополнительная информационная поддержка процесса принятия управленческих решений по нормализации медицинских ресурсов, планировании лечебно-профилактических и организационных мероприятий. Проведенный анализ общих диагностических признаков ХБОП, позволил провести

оценку их информативности и выделить основные инструментальные и лабораторные методы диагностики (патологических изменений периферической крови в виде лейкоцитоза, сдвига в формуле влево, увеличения СОЭ, при биохимическом исследовании крови - умеренное повышение уровня аминотрансфераз, ГГТ, умеренная диспротеинемия, увеличение общей активности ЛДГ и ее третьей фракции, копрологическое исследование, определение амилазы в крови и моче, определение эластазы (Е1) в кале, эндоскопическая ретроградная панкреатохолангиография, рентгенографическое исследование желудка и двенадцатиперстной кишки, компьютерная томография органов брюшной полости, ультразвуковое исследование гепатопанкреато-дуоденальной зоне, эзофагогастродуоденоскопия)

В результате проведенного экспертного оценивания, для трех групп нозологии больных ХБОП, из основных показателей были выдетены в пределах 10-ти для каждой нозологии

По мнению экспертов, принимавших участие в ранжировании, а также врачей-гастроэнтеротогов выбранные классификационные признаки наиболее полно отражают картину заболевания пациента и позволяют с достаточной долей уверенности поставить эмпирический диагноз соответствующему больному

Рис 3 Прогноз заболеваемости органов пищеварения Анализ имеющейся стагистической выборки, содержащей значения признаков, применяемых для оценки состояния пациента в клинической практике, проводится с помощью программного комплекса

В третьей главе при разработке системы автоматизированной диагностики в качестве исходной информации были выделены классификационные признаки проявления заболеваний хронический панкреатит, хронический холецистит, хронический гастрит, которые сгруппированы в четыре группы

Для количественной оценки уровня влияния факторов, влияющих на эффективность диагностики и лечения, использовался метод группового ранжирования Для практической реализации и обработки экспертной информации был использован программный продукт, реализованный в среде Итогом работы является построение результирующего ранжирования факторов по уровню значимости

Наиболее информативные признаки представлены в виде описания симптомов и присвоения им ранга.

Фрагмент результирующего ранжирования диагностических признаков по заданной матрице рангов представлен в табл. 2.

Таблица 2

Результирующее ранжирование диагностических признаков по заданной матрице рангов

Номер Хронический панкреатит (тяжелая форма) j

признака 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 11 12 13 14

Ранг 1 2 1 3 5 4 7 9 9 11 10 12 9

Продолжение табл. 2

Номер Хронический панкреатит (тяжелая ф орма)

признака 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 | 28

Ранг 11 14 1 1 2 1 2 6 9 8 6 7 3 5

Продолжение табл. 2

Номер Хронический панкреатит (тяжелая форма)

признака 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

Ранг 3 4 5 3 8 9 10 11 7 13 12 14 15 16

На первом этапе разработана и обоснована классификация наиболее информативных признаков ХБОП, представленных в виде таблицы, где сведены воедино лекции экспертов, принимавших участие в ранжировании. Информационные признаки наиболее полно отражают картину заболевания и позволяют с достаточной долей уверенности поставить диагноз.

Таблица 3

Наиболее информативные признаки заболеваний ХБ ОП (на примере хрони-_ __ческого панкреатита). _______

Нозология Ранг

ХП тяжелой формы

Боли в эпигастрии 1

Боли в правом подреберье 1

Иррадиация в спину 2

Боли в левом подреберье 1

Опоясывающий характер боли 2

Неровность контуров 1

Увеличение размеров 1

Увеличение плотности ткани ПЖ 2

ХП средней степени тяжести

Боли в области эпигастрии | 1

Продолжение табл. 3

Боли в левом подреберье 1

Боли в околопупковой области 1

Распирание в эпигастральной области 2

Вздутие живота (метеоризм) 2

Урчание в животе 2

Увеличение размеров ПЖ 1

Нечеткие контуры 2

Уплотнение железы 1

Увеличение амилазы 1

Стеаторея 2

Креаторея 2

Проводится анализ возможностей и преимуществ методов диагностического и лечебного процесса ХБОП. Рассматриваются организация алгоритмов диагностики и лечения ХБОП, а также процедуры построения моделей и алгоритмов на основе нейросетевого метода, который предполагает повышение качества и быстроты диагностики и последующего выбора тактики лечения.

В третьей главе обосновано и реализовано нейросетевое моделирование на основе принятия решений по рационализации управления, диагностики и лечения ХБОП. Использовано наиболее ценное нейронных сетей - способность обучаться на множестве примеров в тех случаях, когда неизвестны закономерности развигия и какие бы то ни было зависимости между входными и выходными данными.

В основе нейросетей положено информационное и программное обеспечение, позволяющее реализацию диагностического процесса в рамках автоматизированной системы поликлинического учреждения.

Четвертая глава посвящена рассмотрению характеристик клинических наблюдений. Приводится описание исследуемых групп больных и набор выделенных диагностических признаков (показателей). В соответствии с этим была выбрана контрольная группа на основе ретроспективных данных, причем распределение больных по возрасту и полу в этой группе соответствует распределению в обычной группе. Проведена апробация разработанной модели нейронной сети на контрольной группе больных.

Показывается практическое применение различных методик диагностики ХБОП, эффективность их использования по критерию информативности диагностического метода обследования (морфологические и функциональные изменения).

Предложена функциональная структура информационного и программного комплекса дифференциальной диагностики и лечения ХБОП, приводится анализ практической реализации разработанных алгоритмов по управлению процессом диагностики и комплексного лечения больных с ХБОП.

Рис. 4. Функциональная структура АСД ХБОП

В четвертой главе на основе языка программирования представлена автоматизированная система диагностики и определения тактики лечения ХБОП. Также была разработана программа для формирования банка данных по хранению результатов клинических, лабораторных и инструментальных исследований, а также анамнестических и паспортных данных пациента.

В работе предложен алгоритм (логическая модель) процесса диагностики и выбора тактики лечения больных с ХБОП для функционирования автоматизированной системы диагностики ХБОП. Алгоритм функционирования АСД ХБ ОП представлен на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм процесса диагностики и выбора тактики лечения ХБОП

Нейронная сеть выбиралась с тремя скрытыми слоями по 6 нейронов в слое как дающая при обучении минимальные ошибки. Нейросетевое моделирование оказалось наиболее результативным при распознавании введенных признаков заболевания и выборе схемы постановки диагноза и в дальнейшем выборе схемы лечения ХБОП. В работе проведена проверка доверительности

полученных результатов при автоматизированной диагностики заболеваний, которая выразилась величиной корректной с = 87 % + 5,2 %.

Использование разработанного методического комплекса по диагностике и лечению больных с ХБОП позволило значительно повысить качество диагностики и эффективность лечения за счет реализации наиболее достоверных данных о степени заболевания.

В заключительной части главы рассмотрены оценки эффективности и качества диагностики и комплексного лечения больных с ХБОП.

В приложениях приведены результаты исследования и акты внедрения, листинги отдельных программных модулей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Сформирована структура медицинских данных больных с ХБОП по поликлиническому региону (23 участкам) с 1999-2003 годы и проведен анализ статистических данных заболеваемости ХБОП, факторизация ее по нозологиям, этиологии, патогенезу.

2. Метод группового ранжирования и аппарат экспертного оценивания позволяют адекватно минимизировать перечень диагностических признаков, что особенно актуально в случае дифференциальной диагностики больных с ХБОП по наиболее информативным признакам.,

3. Анализ методов клинической, инструментальной лабораторной диагностики позволил выделить группу наиболее достоверно значимых методов, отличающихся высокой оценкой достоверности диагноза и последующей эффективностью лечебных воздействий.

4. На основе многофакторного анализа уровней заболеваемости ХБОП, ее динамики качественных основных показателей за многолетний период получены прогностические оценки уровня заболеваемости в поликлиническом регионе с целью планирования и принятия решений по ресурсному и кадровому обеспечению.

5. Примененные методы нейросетевого моделирования позволили сократить время на постановку диагноза, повысить его достоверность и высокую точность.

6. Предложена функциональная структура программного обеспечения автоматизированного комплекса диагностики и выбора тактики лечения больных с ХБОП.

7. Разработана человеко-машинная процедура принятия решений при выборе протокола диагностики и лечения пациента с ХБОП, обеспечивающая сочетание клинического опыта врачей-гастроэнтерологов, научных знаний, экспертной оценки с возможностями современной вычислительной техники, предназначенной для обработки информации, диагностики и выбора тактики лечения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н., Васильченко Ж.В. Прогнозирование заболеваний органов пищеварения в амбулаторно-поликлиническом учреждении // Современные сложные системы управления: Сб. науч. тр. Меж-дунар. конф. Воронеж, 2003. Т. 3. С. 42-43.

2. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н. Заместительная терапия ферментами при лечении хронических болезней органов пищеварения // Человек и лекарство: Тез. докл. XI Российского национального конгресса. М., 2004.

С. 144-145.

3. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н., Жарких Т.И. Консервативное лечение гепатита «С» с помощью амиксина и триады антиоксидантов // Гепато-логия сегодня: Материалы IX Российской конференции. М., 2004. С. 10.

4. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н. Применение метода искусственной нейронной сети в диагностике и лечении болезней органов пищеварения // Интеллектуальные информационные системы: Тез. докл. ежегодной Всерос. науч. конф. Воронеж, 2004. С. 134-145.

5. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н. Анализ возможностей вычислительных методов диагностического и лечебного процесса // Интеллектуальные информационные системы: Тез. докл. ежегодной Всерос. науч. конф. Воронеж, 2004. С. 152-153.

6. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н. Алгоритм оздоровления пациентов с хроническим панкреатитом на этапах медицинской реабилитации // Теория и практика оздоровления населения России: Материалы первой научгпракт. конф. М, 2004. С. 81-82.

7. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н. Опыт применения препарата Аль-магель-Нео у больных с хроническими заболеваниями органов пищеварения в амбулаторно-поликлинических условиях // Актуальные вопросы гастроэнтерологии в терапии и хирургии: Сб. науч. тр. Рязань-Москва, 2004. С. 140145.

8. Дмитренко Л.Б., Просветова Л.Н., Васильченко Ж.В. Заместительная терапия ферментами в клинической практике // Управление процессами диагностики и лечения: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2003. С. 107-

110.

Подписано в печать 25.10.04. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 85 экз. Заказ №¿2

1,0. Тираж 85 экз. Заказ

Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14

РНБ Русский фонд

2005-4 22659

Введение.

1.Современные подходы к диагностики и лечению хронических болезней органов пищеварения и пути повышения их эффективности.

1.1 .Клиническая картина, этиология и патогенез хронических болезней органов пищеварения.

1.2.Оценка информативности лабораторных иинструментальных методов диагностики.

1.3. Цель и задачи исследования.

2.Статистическая оценка и анализ состояния хронической заболеваемости органов пищеварения в поликлиническом регионе.

2.1.Исследование динамики развития хронических болезней органов пищеварения.

2.2.Анализ и прогнозирование состояния здоровья пациентов с хроническими болезнями органов пищеварения в поликлиническом регионе.

2.3.Анализ возможностей и преимуществ вычислительных методов диагностического и лечебного процесса.

Выводы второй главы.

3.Алгоритмизация управления процессом диагностики и лечения хронических болезней органов пищеварения.

3.1.Оценка общих методов диагностики и лечения хронических болезней органов пищеварения методом ранжирования.

3.2.Разработка моделей и алгоритмов по управлению процессом диагностики и лечения хронических болезней органов пищеварения на основе метода искусственной нейронной сети.

Выводы третьей главы.

4.Реализация моделей и алгоритмов процессом управления диагностики и лечения хронических болезней органов пищеварения.

4.1 .Характеристика клинических наблюдений обследованных больных.

4.2.Структура и апробация программного комплекса по управлению процессом диагностики и лечения хронических болезней органов пищеварения в поликлиническом учреждении.

4.3.Результаты апробации в клинической практики.

Выводы четвертой главы.

Актуальность темы. В последнее десятилетие отмечается неуклонный рост хронических болезней органов пищеварения (ХБОП) таких как: гастриты, панкреатиты, холециститы и ряд других заболеваний (МКБ-10). Это является одной из важных проблем здравоохранения. Считается, что ХБОП встречаются у 30-40% населения в мире. По данным отчетов, поступивших в Минздрав, у каждого 10-го жителя встречается патология органов пищеварения. Диагностика данной группы болезней в клинической практики осуществляется на комплексной основе включающей общеклинические, лабораторные и инструментальные методы исследования. При исследовании ХБОП обозначилась тенденция к использованию современных методов исследования: ультразвуковых, рентгенологических, компьютерной томографии, маг-ниторезонансной томографии. Однако, при использовании их на практике возможно возникновения трудностей, связанных с наличием альтернативных вариантов, отсутствием алгоритмов по оптимизации управления процесса диагностики и лечения ХБОП. Клиническая симптоматика при ряде хронических болезней органов пищеварения слабо выражена, малоспецифична и, вследствие этого, нередко остается нераспознанной Своевременная диагностика ранних стадий развития, отмеченных хронических патологий, правильная интегральная оценка общего состояния организма пациента на момент его обращения в амбулаторно-поликлиническое учреждение (АПУ) позволит избежать в ряде случаев развития декомпенсации систем организма, а значит, приведет к улучшению исхода заболевания в целом.

В последние годы при исследовании пациентов АПУ наблюдается избыточная легкость постановки диагноза ХБОП. Самые разнообразные нарушения пищеварения, зачастую несвязанные с поражением поджелудочной железы, диффузных поражений печени нередко рассматривается в качестве достаточного основания для диагностики ХБОП [9].

По данным медицинской статистики высокий уровень диагностических ошибок, который превышает 25% из-за схожести симптоматики заболевания [32], [41], [75], расхождения клинического и патологоанатомического диагнозов [9] приводит к затягиванию процесса выздоровления и влечет за собой различные осложнения. [80]. Поэтому использование на практике новых инструментальных методов диагностики, информационных технологий для создания компьютерных медицинских систем по управлению процессом диагностики и выбором тактики лечения объединяющих знания и опыт врачей- экспертов в области гастроэнтерологии является важной проблемой.

Лекарственная терапия ХБОП, несмотря на, появление эффективных средств с различными механизмами действия, имеет ряд ограничений и вызывает разногласия у клиницистов в отношении их целесообразности. В связи с этим весь актуальной становится проблема поиска оптимальных медикаментозных средств и способов купирования обострений и лечения различных форм ХБОП.

При использовании традиционных методов лечения возникают проблемы, связанные с выбором терапии. Так как ряд лекарственных препаратов даже при кратко временном применении снижают защитные функции организма. Поэтому в последние время наибольшее предпочтение отдается комплексным методам лечения: медикаментозной терапии и не медикаментозной: диета, массаж, фитотерапия, БАД и физиотерапевтические процедуры, которые позволяют в короткие сроки нормализовать состояние больных с ХБОП. N

Применение математических методов, компьютерных диагностических систем на основе искусственной нейронной сети для распознавания патологических процессов, системы выбора оптимальной тактики лечения при наиболее, часто, встречающихся ХБОП и их ^осложнениях позволяет -значительно улучшить диагностику, лечение, сделать процесс выздоровления реальным.

Таким образом, актуальность темы заключается в разработке алгоритмического обеспечения системы постановки диагноза и выбора оптимальной тактики лечения, больных при наиболее часто встречающихся ХБОП и их осложнениях.

Работа выполнена в соответствии с региональной программой «Здоровье» и с отраслевой программой Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко «Современные технологии диагностики и лечения внутренних болезней» и с одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Биомедкибер-нетика, компьютеризация в медицине».

Цель и задачи исследования.

Целью работы является разработка методов, моделей и алгоритмов интеллектуальной и инструментальной поддержки по оказанию амбулатор-но-поликлинической помощи, управления процессом диагностики и выбора тактики лечения ХБОП на основе нейросетевого моделирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: выявить наиболее информативные признаки и диагностические критерии для дифференциальной диагностики ХБОП и провести статистическую оценку диагностических признаков ХБОП на основе метода ранжирования -метода непосредственной оценки; применить на практике новые методики обследования, позволяющие количественно оценить значимость и информативность лабораторных и инструментальных методов в управлении процессом диагностики ХБОП; провести на основе анализа статистических данных хронической заболеваемости ЖКТ в поликлиническом регионе прогностические оценки уровня заболеваемости с целью выявления „основных тенденций рационального управления процессом диагностики и лечения ХБОП; проанализировать и систематизировать комплекс методов диагностики на основе их информативности для определений наиболее достоверно-значимых при выборе вариантов терапевтического подхода к лечению больных с ХБОП; построить математическую модель процесса диагностики и лечения ХБОП, обеспечивающей достоверность постановки диагноза. провести анализ механизмов действия лечебных мероприятий на регуляцию функционального состояния в целях восстановления нарушенных функций органов пищеварения; выбрать и обосновать методы нейросетевого моделирования с целью интеллектуальной поддержки диагностики и лечения для обеспечения эффективного принятия управленческих решений в системе оказания медицинской помощи больным с ХБОП; провести апробацию предложенных моделей и алгоритмов рационального выбора диагностики и тактики лечения ХБОП в поликлинических условиях;

Методы исследования. Для решения поставленных задач помимо клинических методов использовался системный подход с применением методов экспертной оценки, математического моделирования, математической статистики, основные положения теории управления медицинскими и биологическими системами, статистические методы оценки данных анализа, клинических, инструментальных и лабораторных исследований.

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

- информационный мониторинг состояния заболеваемости больных с ХБ ОП, позволяющий оптимальным образом планировать диагностические и лечебные мероприятия с учетом прогнозирования развития заболеваний и оценки факторов риска; оценка информативности диагностических признаков обследования больных с ХБОП, позволяющая сформировать библиотеку дифференциально-диагностических признаков, обеспечивающих более точную постановку диагноза;

- способы формализованного описания принятия врачебных решений, обеспечивающие рациональное управление процессом диагностики и выбора тактики лечения больных с ХБОП на основе клинических, инструментальных и лабораторных исследований, а также адаптивного выбора и коррекции тактики лечения с использованием нейросетевого метода;

- методика дифференцированной диагностики ХБОП с использованием нейросетевого метода, позволяющего производить статистическую оценку причин возникновения заболеваний;

- функциональная структура программного комплекса, основанная на интеграции информационного обеспечения компьютерной системы, медицинских стандартов, обеспечивающая индивидуальную оценку функционального состояния и позволяющая осуществлять выбор и коррекцию лечения ХБОП.

Практическая значимость, реализация и внедрение результатов работы.

Практическая значимость результатов работы определяется использованием результатов работы при создании диагностических и лечебных программ по своевременной диагностики заболевания, управлению процессом по оказанию медицинской помощи больным с ХБОП в поликлиническом регионе.

На основе прогностических моделей динамики развития заболеваемости ХБОП в поликлиническом регионе, производится планирование распределение трудовых и материальных ресурсов.

Внедрение комплексного подхода оказания медицинской помощи больным с ХБОП, позволяет: сократить время постановки диагноза; повысить точность диагностики ХБОП и сократить время выбора тактики эффективного лечения.

Получены клинические результаты, показывающие значительное повышение прогностического и лечебного эффекта при использовании, предложенных в работе алгоритмов по сравнению с классическими схемами диагностики и лечения.

Разработана система автоматизированной поддержки принятия врачебного решения при диагностике и лечении ХБОП на основе количественного критерия и алгоритмов, которая апробирована в МУЗ «Городская поликлиника №8», а также в дневном стационаре поликлиники №4 г. Воронежа

Созданное методическое обеспечение процесса диагностики и лечения больных с ХБОП в поликлиническом учреждении, отличающееся приемами использования медицинских стандартов и методик комплексной информативности лечебных воздействий, на основе нейросетевого метода позволяющее более обоснованно назначать и осуществлять выбор и коррекцию лечебных процедур, повышать эффективность и качество выздоровления.

Интеграция компьютерных технологий, стандартов и методик лечения позволяет врачам выбирать наиболее рациональные схемы диагностики и лечения ХБОП, обеспечивающие сокращение сроков и затрат на лечение больного.

Результаты исследования внедрены в клиническую практику амбула-торно-поликлинических учреждений №8, №4 и №10 г. Воронежа и в учебный процесс лечебного факультета ВГМА им. Н.Н. Бурденко.

Апробация работы. Основные материалы и научные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах:

Современные сложные системы управления» /Воронеж, 2003 г./; научно-тематических семинарах межвузовской кафедры «Системный анализ и управление в медицинских и педагогических системах» ВГТУ /Воронеж, 2003г./;

9-ой Российской конференции «Гепатология сегодня» /Москва 2004г./;

11-ом Российском научном конгрессе «Человек и лекарство» /Москва 2004г./; ежегодной Всероссийской научной конференции «Интеллектуальные информационные системы» / Воронеж 2004 г./;

1-ой Национальной научно-практической конференции с международным участием «Теория и практика оздоровления населения России» /Москва 2004г/.

Публикации. Основные результаты исследований диссертационной работы опубликованы в 9 научных печатных работах. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателем предложены: разработан алгоритм оздоровления пациентов с ХБОП на этапах медицинской реабилитации[6], обоснована целесообразность применения методов диагностики ХБОП в клинической практике для лечения ХБОП [2,3,7], проведен анализ и оценка клинических признаков диагностики ХБОП [7,1],проведена статистическая оценка данных в диагностике хронических болезней [1],предложены алгоритмы функционирования системы управления диагностическим и лечебным процессом на основе нейросетей [4,5].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 99 наименований и 4 приложения. Основная часть работы изложена на 138страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 13 рисунка.

Выводы четвертой главы

1. Выполнена клиническая апробация логической модели процесса дифференциальной диагностики пациентов с ХБОП в амбулаторно-поликлиническом учреждении, которая показала полное соответствие диагнозам больных полученных по экспертной информации.

2. На основе метода группового ранжирования выделены наиболее информативные показатели эффективности лечения из всей совокупности представленных признаков заболеваний подверженных экспертной оценке. Проведена оценка согласованности и значимости мнений экспертов.

3. Разработан алгоритм постановки диагноза по наиболее информативным признакам, на основе использования нейронной сети.

4. Разработана программа обучения ИНС по принципу «обучения с учителем», программа тестирования разработанной ИНС, а также рабочая программа, осуществляющая обработку данных.

5. Разработана функциональная схема и алгоритм функционирования автоматизированной системы диагностики хронических заболеваний органов пищеварения.

6. Апробированный в клинической практике метод искусственной нейронной сети позволяет диагностировать хронические болезни органов пищеварения в 87%±5,2% случаев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы получены следующие основные результаты:

1. Сформирована структура медицинских данных больных с ХБОП по поликлиническому региону (23 участкам) с 1999-2003 и проведен анализ статистических данных заболеваемости ХБОП, факторизация ее по нозологиям, этиологии, патогенезу.

2. Метод группового ранжирования и аппарат экспертного оценивания позволяют адекватно минимизировать перечень диагностических признаков, что особенно актуально в случае дифференциальной диагностики больных с ХБОП по наиболее информативным признакам.

3. Анализ методов диагностики, включающих клинические, инструментальные и лабораторные, позволили выделить группу наиболее достоверно значимых методов, отличающихся высокой оценкой достоверности диагноза и последующей эффективности лечебных воздействий.

4. На основе многофакторного анализа уровней заболеваемости ХБОП, ее динамики качественных основных показателей за многолетний период получены прогностические оценки уровня заболеваемости в поликлиническом регионе с целью планирования и принятия решений по ресурсному и кадровому обеспечению.

5. Примененные методы нейросетевого моделирования позволили сократить время на постановку диагноза, повысить его достоверность и высокую точность.

6. Предложена функциональная структура программного обеспечения автоматизированного комплекса диагностики и выбора тактики лечения больных с ХБОП.

7. Разработана человеко-машинная процедура принятия решений при выборе протокола диагностики и лечения пациента с ХБОП, обеспечивающая сочетание клинического опыта врачей-гастроэнтерологов, научных знаний, экспертной оценки с возможностями современной вычислительной техники, предназначенной для обработки информации, диагностики и выбора тактики лечения.

1. Алиев С.А., Ашрафов А.А., Зайцев С.М. Хирургическое лечение острого панкреатита в сочетании с конкрементами желчевыводящих путей // Хирургия,-1996-№2.-С. 12-16.

2. А.А. Купцов, http://www.vsma.ac.ru/koi8/publ/priam/index.html. К вопросу об оценки тяжести общего состояния.

3. Агаев Б.А. Диагностика заболеваний органов пищеварения, -М: Знание, 1989.-c.259.

4. Актуальные вопросы гастроэнтерологии: Сборник научных трудов. М., 1991 -2003 гг.

5. Анил К. Джейн. Введение в искусственные нейронные сети / Моиуд-дин // Открытые системы. 1997. №4. с. 16-24.

6. Андреева С. В. Моделирование заболеваний. М.: Медицина. 1973 -с. 236.

7. Аруин Л.И, Капуллер Л.Л., Исаков В.А. Морфологическая диагностика болезней желудка и кишечника. Москва, Триада-Х, 1998 г.

8. Барвитенко Н. Т., Куролап С. А., Клепиков О. В. Информационное обеспечение системы регионального медико-экологического мониторинга // Вопр. регион, экологии. Тамбов, 1995.

9. Бацков С.С. Болезни желчного пузыря и поджелудочной железы. СПб; 1996.

10. Бацков С. С. Ультразвуковой метод исследования в гастроэнтерологии. СПБ., НПФ «РУМП», 1995 г. - 182 с.

11. Беленков Ю. Н., Терновой С. К., Беличенко О. И. Клиническое применение МРТ с контрастным усилением. М.: Видар, 1996.

12. Белобородова Е.И. Избранные главы гастроэнтерологии, М:Медицина, 1986-С.389.

13. Беллман Р. Математические методы в медицине. — М.: Мир 1987 г. -с. 200.

14. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Экспертные оценки. М.:Медицина, 1980.

15. Биохимические анализы в клинике: Справочник/Под ред. Лифшица В.М., Сидельникова В.И.: Воронеж, гос. ун-т.-Воронеж, 1995.-c.226.

16. Бондарь З.А. Клинические лекции по гастроэнтерологии. -М: Знание, 1983, -96с.

17. Борисов 10. Нейросетевые методы обработки информации и средства их программно аппаратной поддержки // Открытые системы. 1997. №4. -с.38-40.

18. Выбор оптимальной тактики лечения хронических заболеваний имитационным методом решений / Г.И. Бурцева, Я.Е. Львович, С.Л. Петросян, В.А. Моисеев, М.В. Фролов // Компьютеризация в медицине. Сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ 1991г.

19. Габуния Р. И., Колесникова Е. К. Компьютерная томография в клинической диагностики.: Руководства. М.: Медицина, 1995. с. 234.

20. Галкин В.А. Хронический калькулезный холецистит. М: Медицина, 1986.-c.205.

21. Гастроэнтерология: Справочник /, Под ред. В.Т.Ивашкин, -М: Медицина, 1987.-c.425.

22. Горбань Ф. Обучение нейронных сетей. М.: Изд. СССр-США СП «Paragraph», 1990.-с. 160.

23. Гофман В., Хомоненко A., Delphi 6. -Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2002.-е. 1152.

24. Гребенев А.Л. Хронические панкреатиты, В кн.: Руководство по гастроэнтерологии. М. Медицина, 1996; т. 3 : - с.81-1 13.

25. Григорьев П.Я., Яковенко Э.П. Диагностика и лечение болезней ор

26. Результаты апробации в клинической практики.

27. После обучения программы проведена ее апробация, использованы данные обследования больных с верифицированными диагнозами (таблица 4.9).