автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Разработка методики обработки и агрегирования данных массовых медицинских обследований населения на основе синтеза методов математической статистики и теории нечетких множеств

Белорусский институт радиационной безопасности ч<Бе.":рад» у;ж 614.2,614.1 ^ //¿¿$<3 6)39

бс: С:

ЧЕ1 ЕРОВА Татьяна Ивановна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ И АГРЕГИРОВАНИЯ ДАННЫХ МАССОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЙ

НАСЕЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ СИНТЕЗА МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ И ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ

05.26.02.- Безопасность, :;ашчта, спасение к жппеобесиеченле населения в чрезвычайных ситуациях

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание степени каш'.идата тсмтческих наук

Минск - 199у

Работа выполнена в Белорусском НИИ экологической и профессиональной патологии

доктор технических наук Севастьянов П.В.

доктор медииьнских наук профессор Остапенко В.А.

дсстор техпулоских наук профессор Благодарный Ь.М

кандидат физико-математических наук. Малько М.В.

Оиксяируюкия организация: янститу? р&джшодогеч^г ких проблем

HAIí Беларуси

Зашитя состоится 16 ик-ня 1999 г. в 10 чассь на заседании специализированного совета Д 29,01.01 а Белорусском икстатуге раданионной безопасности по адресу: 220002 г. Мчнсх, ул.В.Хоружея 31а, тел. 2" 4-04-21

С лиссертаци:й можно ознакомиться в Ьелоруссуом институте радиационной безопасности

Автореферат разослан ^ /-/О >7__1999 г.

Научный руководитель:

Научил": консультант:

Оффрцч;и::»;ше оппоненты:

У'тег.ый секретарь

социализированною совета , ¡ -

по защите диссертаций к.т.н. tyU"Л- Б.В. Леонова

// ÍI

PH/t)zc>r 2<// О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований.. Авария на ЧАЭС еше долгие годы будет требовать значительных совместных усилий ученых практически всех специальностей, направленных на преодоление ее негативных последствий. Совершенно очевидно, что в сложившейся ситуации проведение массовых медицинских профилактических обследований населения и разработка методов обработки полученных данных, ориентированных на выработку оптимальных управленческих решений, является одним из важнейших направлений деятельности научных организаций и отдельных ученых, прямо или косвенно связанных с решением радиационных и экологических проблем. Одной из важнейших задач при этом является необходимость интегрирования получаемых с помощью различных методов данных в некоторые обобщенные оценки, позволяющие в количественной форме оценивать полученные результаты в целом, прогнозировать развитие радиоэкологической ситуации и ее влияние на здоровье населения, создавать научно обоснованную базу для принятия адекватных управленческих мер органами власти для решения отмеченных проблем.

Актуальность настоящей работы заключается в том, что в ней впервые разработаны базовые методики интегрирования получаемых в ходе многочисленных исследований количественных и качественных данных в обобщенные количественные показатели, позволяющие оценивать как состояние здоровья обследуемого, так и целых групп населения, а также эффективность применяемых медицинских препаратов и методик лечения. Разработанные базовые методики и реализующее их программное обеспечение позволили при их соответствующей адаптации решить ряд конкретных проблем, имеющих важное практическое значение.

Связь с крупными научными программами. Работа была выполнена в рамках Комплексной целевой программы Беларуси по преодолению медицинских последствий катастрофы на ЧАЭС раздела 7.1. Государственной программы на 1993 г «Разработать долгосрочный прогноз состояния здоровья населения и медицинские мероприятия по его сохранению» по теме НИР «Оценить биохимические механизмы нарушения гомеостаза и функционального состояния важнейших систем организма у лиц, подвергшихся внешнему и внутреннему облучению»; Комплексной целевой программы «Охрана материнства и детства в условиях воздействия последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС» на 1996-2000 годы по теме НИР «Комплексная оценка состояния эритропоэза у детей в условиях хронического низкодозового радиационного воздействия и оптимизация подходов к коррекции выявляемых нарушений».

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка на основе синтеза методов математической статистики, теорий нечетких множеств и многокритериального принятия решений методики, позволяющей проводить оценки состояния здоровья индивидуума и

популяции, решать задачи диагностики н оценки эффективности медицинских препаратов по совокупности частных показателей. В задачи исследований входило:

1. Разработать базовую методику количественной оценки состояния здоровья обследуемых по совокупности частных критериев, характеризующих качество здоровья.

2. Разработать базовую методику оценки состояния здоровья населения на основе данных скрининга.

3. Разработать и применить методику оценки состояния здоровья детей и подростков по данным скрининга периферической крови.

4. Разработать методику оценки состояния щитовидной железы (ЩЖ) на основе данных ультразвукового исследования.

5. Применить разработанные методики для обработки данных состояния системы гемостаза, гемореологии и гемодинамики пациентов с различными формами ишемической болезни мозга (ИБМ).

6. Разработать и внедрить методики определения эффективности лекарственных препаратов.

Научная новизна полученных результатов.

• Разработана методика многокритериальной количественной оценки степени здоровья обследуемого на основе синтеза теории нечетких множеств, математической статистики и элементов теории принятия оптимальных решений.

• Разработана методика количественной оценки степени здоровья популяции и эффективности влияния на нее медико-профилактических мероприятий.

• Разработана методика многокритериальной оценки эффективности действия медицинских препаратов на состояние здоровья пациентов.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов. На основе полученных результатов разработаны методические рекомендации «Методика определения и региональные нормативы объема щитовидной железы у детей и подростков Беларуси».

Проведенные исследования по оценке медико-профилактических мероприятий послужили основой для разработки методических рекомендаций «Терапия пациентов с различными формами ишемической болезни головного мозга».

Основные положения, выносимые на защиту:

• Методика построения обобщенного показателя здоровья обследуемого по совокупности частных критериев, заданных как в количественной форме, так и на качественном уровне.

• Методика оценки качества здоровья популяции по совокупности частных критериев.

• Методика многокритериальной оценки эффективности медицинских препаратов

• Результаты использования разработанных методик для анализа данных скрининга периферической крови и объемов ЩЖ у детей и подростков, проживающих в районах пострадавших от катастрофы на ЧАЭС; многокритериальная оценка эффективности лечения больных с ИБМ.

Личный вклад соискателя. Лично автором разработано алгоритмическое и программное обеспечение, реализующие базовую методику, позволяющую проводить оценки состояния здоровья индивидуума и популяции, решать задачи диагностики и оценки эффективности медицинских препаратов на основе синтеза методов математической статистики, теорий нечетких множеств и многокритериального принятия решений. Также лично автором разработано алгоритмическое программное обеспечение для методических рекомендаций «Методика определения и региональные нормативы объема щитовидной железы у детей и подростков Беларуси» и «Терапия пациентов с различными формами ишемической болезни мозга». Автором осуществлялась статистическая обработка данных скрининга периферической крови и щитовидной железы и результатов исследования эффективности медицинских препаратов «Нимотоп» и «Белосорб-П».

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, включенные в диссертацию, были доложены на научно-практической конференции «Совершенствование трансфузиологического обеспечения в Республике Беларусь. Разработка, экспериментальное изучение и клиническое применение перпарата Неорондекс» (Могилев, 1994), на международном научном конгрессе. "Молодые ученые в решении проблемы ликвидации медицинских последствий Чернобыльской катастрофы сегодня и в будущем" (Гомель, 1994), на 4-ой республиканской конференции "Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС" (Могилев, 1994), на Пятом республиканском съезде, специалистов клинической лабораторной диагностики Беларуси (Минск, 1997), на международном симпозиуме. "Ишемия мозга" (клинико-инструментальные подходы к решению проблемы) (С-Петербург, 1997)

Публикация результатов. По материалам диссертации опубликованы 4 статьи в научных журналах; 7 статей в сборниках материалов; 3 тезиса докладов; изданы одни методические рекомендации. Общее количество опубликованных материалов составляет 59 страниц.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 145 страницах и состоит из введения, общей характеристики работы, обзора литературы, главы, содержащей основные теоретические и методические результаты работы и четырех глав, в которых представлены результаты исследований и практического использования базовых методик, заключения и списка литературы, включающего 204 использованных источников. В работе 38 рисунков (25 страниц), 30 таблиц (15 страниц).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Разработка базовой методики оценки состояния здоровья населения на основе обработки данных скрининга

В основу разработанной методики положено предположение о существовании достаточно широкой области между гарантированной нормой и патологией при оценке параметров составляющих исследуемых медико-биологических систем. Это предположение не является в какой-либо мере новой идеей, поскольку в практической медицине (как, впрочем, и в большинстве других областей человеческой деятельности) неопределенные, нечеткие ситуации имеют место значительно чаще чем случаи полной определенности (уверенности). До недавнего времени на методологическом уровне любая неопределенность отождествлялась со случайностью, что далеко не всегда отражало реальную сущность проблемы и приводило к результатам, порождающим вполне оправданное скептическое отношение к методам математической статистики, особенно со стороны представителей практической медицины. Недостатки классического теоретико-вероятностного подхода к анализу неопределенностей послужили причиной бурного развития в последние 30 лет таких новых научных направлений как интервальная математика, теория нечетких множеств и теория возможностей, которые не отрицают, а обобщают традиционные представления (показано, что теория вероятностей является частным случаем теории возможностей, математической основой которой является теория нечетких множеств). Эти направления уже нашли широкое применение для решения практически важных задач в технике, медицине и ряде других отраслей, однако почти не применялись в обработке данных массовых обследований.

Для количественной критериальной оценки полученных в анализах или в виде экспертных оценок показателей в предложенной методике используется математический аппарат теории нечетких множеств, в частности, функции желательности. Последние строятся для каждой из частных характеристик на основании нормативных данных, накопленного опыта и интуиции экспертов с учетом возможных погрешностей анализа и типичных отклонений от нормы, характерных для данной местности.

Рис.1 Пример частной функции желательности для количества эритроцитов у детей от 7 до 9 лет

В соответствии с базовыми положениями теории нечетких множеств частная функция желательности (рис.1) возрастает от минимального нулевого значения (гарантированная патология) до максимума, равного 1, в области гарантированной нормы. Точки хь х:, хз и х4, отмеченные на рис.1, называются опорными точками функции желательности. В тех случаях, когда частный признак может быть представлен лишь на вербальном уровне, использование функций желательности является наиболее адекватным способом математической формализации подобного рода информации.

Для этого предложено ввести функцию желательности, характеризующую степень выраженности вербально задаваемого признака с использованием лингвистических градаций степени выраженности и соответствующих им числовых оценок из интервала [0,1] (рис.2).

' 1 степень

не слабо средне сильно очень недо- выраженности выражен выражен выражен выражен сильно пустимо отрицательного

выражен выражен (плохого) признака

Рис.2 Формализация критериев, заданных на вербальном уровне.

Такой подход позволяет в значительной мере унифицировать процесс математической формализации частных критериев качества здоровья.

Использование функций желательности позволяет в значительной мере решить проблему интерпретации результатов анализа, оказавшихся в пограничных областях. Например, ясно, что значения количества эритроцитов в центре допустимого диапазона и на его границах неравноценны. Значения, близкие к границе зоны, не гарантируют нормы хотя бы в силу возможных ошибок измерения. Поэтому значения соответствующей функции желательности эритроцитов при приближении значений количества эритроцитов к внутренним границам диапазона, характерного для здоровых людей, становятся меньшими единицы. В то же время значения количества эритроцитов вблизи внешних границ допустимого диапазона вовсе не гарантируют патологию (хотя бы из-за тех же ошибок в анализе), поэтому значения функции желательности вне нормативных границ плавно уменьшаются до нуля по мере удаления от них. Закон возрастания (или снижения) значения функций желательности в пограничных областях может иметь любой характер, однако на практике для простоты обычно используют линейную зависимость.

Ясно, что описанный способ построения частного показателя качества гемограммы основан на субъективных оценках. Однако в этом и его преимущество, поскольку позволяет изначально, на стадии постановки задачи, использовать и математически формализовать опыт и интуицию специалиста, то есть факторы, играющие решающую роль при анализе сложных ситуаций, в частности, при попадании данных анализа в зоны, близкие к границам нормативных диапазонов. Кроме того, построение функций желательности можно объективизировать, рассмотрев точки зрения разных экспертов и найдя более точные взвешенные оценки. В любом случае использование функции желательности позволяет учесть больший объем априорной информации, чем простая констатация фактов попадания или непопадания результата анализа в допустимую нормативами область.

После этапа построения функций желательности частных показателей исследуемой системы необходимо решить задачу их агрегирования, чтобы вывести обобщенную количественную оценку ее качества.

В настоящее время используется несколько способов свертки частных критериев, заданных функциями желательности, в глобальный критерий. Наиболее предпочтительными для использования в наших целях представляются следующие:

= (1) вариант максимального пессимизма

£)2 = (а,*ц,+а2*ц2+...-кх„*ця)/п (2)

аддитивная свертка

= (3)

мультипликативная свертка

где В1, В2, ОЗ - альтернативные варианты построения глобального критерия;

/л, ... //„ - функции желательности исследуемых характеристик; п - общее число исследуемых составляющих; а/г .... а„ - коэффициенты относительной важности отдельных показателей качества (ранги).

Для расчета рангов использовался похход, разработанный Т. Саати, основанный на построении матрицы попарных сравнений частных критериев. При этом используются лингвистические оценки, которым соответствуют количественные значения (табл. 1).

Таблица 1

_ Лингвистические оценки относительной важности

Строго эквивалентны 1

Почти эквивалентны 3

Несколько предпочтительнее 5

Значительно предпочтительнее 7

Строго предпочтительнее 9

Промежуточные значения важности 2,4,6,8

В качестве поясняющего примера рассмотрим следующую ситуацию. Пусть исследуемая система характеризуется тремя параметрами х1, х2, хЗ, причем х2 почти эквивалентен х1 и строго предпочтительнее хЗ, а хЗ несколько предпочтительнее х1.

В конечном итоге матрица парных сравнений А{а^} частных показателей Х[ исследуемой системы будет выглядеть так:

х1 х2 хЗ

XI 1 1/3 1/5

х2 3 1 9

хЗ 5 1/9 1

Получение искомого вектора коэффициентов относительной важности (рангов) частных критериев, на основе матрицы парных сравнений в итоге сводится к задаче нелинейного программирования, которая решалась с использованием метода неопределенных множителей Лагранжа

Количественная оценка популяционной «нормы» при оценке качества здоровья населения

Глобальный показатель качества исследуемой системы рассчитывается для каждого обследуемого на основании данных анализа, после чего проводится выявление лиц с подозрением на заболевание. Например, всех обследуемых с глобальным показателем здоровья = 1 можно считать абсолютно здоровыми, лица с Б1 = 0 очевидно нуждаются в лечении, лица с

в пределах 0.3-0.5 требуют дополнительного обследования с целью выявления возможной патологии.

Частотные распределения обобщенных критериев качества не подчиняются каким-либо каноническим законам распределения, что делает невозможным использование стандартных подходов к анализу и интерпретации полученных результатов.

В частности, одной из проблем становится получение единой количественной выборочной оценки показателя качества здоровья популяции, т.е. на основе выборки условно здоровых людей количественной оценки нормы для популяции. Для решения этой проблемы использовался лингвистический подход к интерпретации нечетких множеств.

Пусть О - один из вариантов глобального критерия (1-3). Тогда оценка качества здоровья ¡-ого обследуемого может быть представлена как £>/.

Было доказано, что мера определенности высказывания о здоровье исследуемой популяции, эквивалентная искомой количественной оценке степени здоровья этой популяции, равна средневыборочной оценке качества здоровья.

1 " а. 41 д

Разработанная базовая методика реализована в виде взаимосвязанных программных блоков, написанных на языке С++.

На основе описанной базовой методики оценки состояния здоровья населения разработаны представленные в последующих главах методики, направленные на решение конкретных проблем.

Разработка и результаты практического использования методики оценки состояния здоровья детей и подростков по данным скрининга периферической крови

В качестве экспериментального базиса использовались данные, скрининга периферической 3589 детей и подростков в возрасте от 7 до 15 лет, проводимого в Могилевской области. В качестве исследуемой системы рассматривалась гемограмма, состоящая из десяти частных показателей. На первом этапе проводилась оценка границ «нормы» для частных показателей гемограммы. Для этого, из исходной выборки отобрали 1836 практически здоровых по данным медицинского осмотра детей и подростков.

Для формализации частных критериев, основанных на параметрах определяющих гемограмму использовались функции желательности. Они строились с использованием полученных статистических данных и экспертных оценок. Затем частные показатели сворачивались в глобальный для каждого индивидуума. Значения глобальных критериев использовались для селекции обследуемых на больных, здоровых и находящихся на разных стадиях предболезни, а также для интегрированной оценки качества здоровья популяции в различных районах, контаминированных радионуклидами, и для изучения динамики качества здоровья в этих районах (табл. 2).

Таблица 2

Динамика изменения глобальных критериев качества периферической крови у

детей Славгородского района Могилевской области за 1993 - 1996 гг _(>1ср-среднегодовое количество обследованных)_

Славгород Деревни Славгородского района

859 1028

02 ЭЗ Б1 т БЗ

1993 0.66 0.94 0.65 0.82 0.98 0.81

1994 0.77 0.97 0.76 0.78 0.97 0.77

1995 0.69 0.96 0.68 0.73 0.96 0.72

1996 0.63 0.84 0.62 0.80 0.94 0.79

Установлено, что качественно результаты совпадают при использовании всех трех вариантов свертки частных критериев. Это свидетельствует о высокой достоверности полученных итоговых выводов. Использование разработанной методики позволило получить новые результаты, которые не удалось получить с помощью традиционных методов.

Разработка методики оценки состояния щитовидной железы на основе данных ультразвукового исследования

Наиболее важным показателем состояния щитовидной железы при скрининге является ее объем, причем у детей он находится в сильной зависимости от антропометрических факторов. Статистический анализ полученных при скрининге данных позволил сделать вывод, что наибольшее влияние на объем ЩЖ здоровых детей оказывает возраст и вес ребенка. При этом рост оказался в очень сильной зависимости от возраста и веса, в связи с чем этот параметр оказалось возможным исключить из рассмотрения при регрессионном анализе. Для повышения точности математической модели оценки объема ЩЖ по антропометрическим факторам были проведены исследования с целью выявления оптимальной структуры модели. Установлено, что наиболее точной является модель с квадратичной зависимостью и дифференциацией по полу.

Для определения среднего объема ЩЖ у здоровых мальчиков в возрасте от 3 до 17 лет получена зависимость:

У = 1.915 -0.135 х, + 0.013Х!Х2 + 0.042 х2 -0.0015хД (5)

аналогично для девочек в возрасте от 3 до 17 лет :

У=1.343+0.008x1+0.011х|х2+0.040х2-0.0015х22, (6)

где V - объем ЩЖ в см3, Х|- возраст в годах, х2 - вес в кг.

Построенная модель легла в основу разработанной методики оценки степени соответствия объема ЩЖ требованиям нормы. Границы нормы устанавливались при исследовании объема ЩЖ у более чем полутора тысяч здоровых детей. В результате была выявлена статистически значимая линейная зависимость среднеквадратического отклонения объема ЩЖ от самого объема: для мальчиков

огу= 0.062 +0.196 *У (7)

для девочек

0.090 + 0.191 *У (8)

Полученные результаты позволили разработать методику оценки степени близости объема ЩЖ к норме («Методика определения и региональные нормативы объема щитовидной железы у детей и подростков Беларуси»). В итоге построена функция желательности для объема ЩЖ, в которой диапазон ±1.5сту - область гарантированной нормы, диапазоны больше +2сту и -2сту -области гарантированной патологии, а между ними переходная зона от нормы к патологии. Методика реализована как в виде программного обеспечения, так и в виде удобных для практического врача номограмм.

Основные семь параметров эхокартины, оцениваемые при ультразвуковом исследовании (УЗИ) ЩЖ, можно разделить на три группы, которые характеризуются различной степенью важности для принятия диагностического решения. Все эти параметры задаются на вербальном уровне в виде утверждения о степени выраженности того или иного признака (рис.2). Экспертным путем устанавливалось соответствие между лингвистическими оценками и их количественным выражением. Это позволило построить соответствующие функции желательности, которые с учетом ранжировки для каждого обследуемого сворачивались в глобальные критерии, на основе которых были получены популяционные оценки (табл. 3).

Таблица 3

Популяционные оценки состояния щитовидной железы_

Район Кол-во обслед. Глобальные критерии

т ОЗ

Норма 1678 0,78 0,98 0,78

Могилев 1994 601 0,62 0,96 0,62

Славгородский р-н 1994 1148 0,58 0,95 0,58

Славгород 1994 2480 0,61 0,96 0,61

Славгород 1998 600 0,47 0,95 0,47

Интерпретируя результаты, приведенные в таблице, можно сделать вывод, что различия в качестве здоровья с точки зрения состояния щитовидной железы в Могилеве и Славгороде незначительны. В Могилеве популяционные оценки

несколько лучше, чем в Славгородском районе. Одной из возможных причин этого может быть загрязнение территории Славгородского района радионуклидами.

Полученные результаты позволяют судить об эффективности разработанной методики хтя агрегирования большого объема разнокачественной информации, получаемой при УЗИ щитовидной железы.

Применение разработанных методик для обработки данных состояния системы гемостаза, гемореолопш и гемодинамики пациентов ишемической

болезнью мозга

В настоящее время ишемическая болезнь сердца и ишемическая болезнь мозга занимают лидируюшие (1-е и 2-е) места среди причин смертности населения. Диагностика их, особенно на ранних стадиях, требует разработки комплекса методик исследования крови, с учетом большого количества исследуемых параметров. Разработанная базовая методика в модифицированном варианте использовалась для обработки результатов гемостазиологического, гемореологического исследований, оценки состояния центральной и церебральной гемодинамики пациентов с ишемической болезнью мозга (ИБМ), относящихся к различным категориям пострадавших от аварии на ЧАЭС. Частные критерии были проранжированы в соответствии с уже упомянутой выше методикой и свернуты в глобальные критерии, интегрально характеризующие гемостаз, церебральную гемодинамику и т.д.

С помощью разрабатываемой методики удалось установить статистически значимую взаимосвязь между глобальными критериями параметров гемостаза и церебральной гемодинамики (рис.3).

Соггс1а110п: г - .38443

09 ° о о

г О О о , ' *

ое "о о» ° в

37

о

ав - ■---- о

8оо

а.5

04 о

03

02

0.1

¡^ п

Редгевэюп 95% сопла.

Глобальный критерий параметров РЭГ

Рис.3 Связь между параметрами гемостаза и церебральной гемодинамики

Статистически значимой связи между глобальными критериями центральной и церебральной гемодинамики обнаружить не удалось. Таким образом, использование предлагаемых методик в отличие от традиционных

подходов дает возможность установления корреляционной связи между различными группами параметров.

Разработка и результаты использования методик определения эффективности лекарственных препаратов

Для профилактики и лечения ишемических неврологических расстройств вследствие вторичного спазма сосудов головного мозга в мировой практике широко используется разработанный фирмой «БАЙЕР АГ» препарат «Нимотоп» (Нимодипин). Накопленный клинический опыт применения Нимотопа за рубежом, в России и в клинике БелНИИЭПП показал его высокую терапевтическую эффективность при всех формах ишемической болезни головного мозга.

Другим перспективным направлением в оздоровлении населения является энтеросорбция. Разработанный в 1993 году энтеросорбент «Белосорб-П» разрешен к производству и применению в Беларуси в качестве лекарственного средства. Белосорб-П рекомендован к применению в клинической медицине в комплексной терапии широкого спектра заболеваний, в том числе для оказании медицинской помощи при радиационных авариях.

Многокритериальная оценка эффективности препарата Нимотоп

Оценка эффективности лекарственного препарата Нимотоп проводилась на основе данных, полученных при лечении 15 пациентов с ИБМ.

Поскольку обследовались заведомо больные люди, причем ИБМ был не единственным для них диагнозом, то обобщенный критерий строился таким образом, что характеризовал не состояние здоровья, а степень близости состояния обследуемого к диагностируемой патологии. Для этого, в соответствии с положениями теории нечетких множеств, частные критерии описывались функциями принадлежности к патологии, принимающими максимальное значение равное 1 в случае гарантированной патологии и 0 при отсутствие патологии. При исследовании влияния препарата Нимотоп на реологические, агрегационные и гемостазиологические параметры крови, установлено, что после лечения у пациентов с ИБМ степень принадлежности к патологии значимо уменьшилась во всех трех исследуемых системах.

Для того, чтобы доказать эффективность препарата в качестве контроля была взята группа пациентов из 16 человек с ИБМ, которая получала традиционное лечение.

Изменение в средних значениях аддитивного глобального критерия системы гемостаз наблюдается в обеих группах в сторону уменьшения принадлежности к болезни. Это было подтверждено статистически с помощью парного критерия Вилкоксона (Т критерий) - в основной группе 2=2.2 при р<0.027, в контрольной - 2=1.93 при р<0.05.

Для более убедительного доказательства эффективности препарата учитывался временной фактор, т.е. принимался во внимание период времени, за который достигался положительный эффект. Были рассчитаны скорости

изменения глобальных критериев для каждого пациента в обеих группах. Оказалось, что скорости имеют нормальное распределение, поэтому для их сравнения использовался 1-критерий Стьюдента. Средняя скорость изменения глобального критерия в опытной группе пациентов выше, чем в контрольной при 1= 2.05, р<0.049. Фактор использования препарата Нимотоп влияет на скорость изменения глобального критерия - это оценивается с помощью критерия Фишера; в нашем случае он равен Р=4.21 при р<0.049. Эти различия иллюстрируются на рис. 4.

Таким образом доказано, что при применении препарата «Нимотоп» быстрее и в большей степени достигается улучшение параметров системы гемостаза. Проведенные исследования послужили основой для разработки методических рекомендаций «Терапия пациентов с различными формами ишемической болезни головного мозга».

0.055

§• 0.045

с.

0 0.035

1 0.0:5 I

; 0.015

I 0.005 £

В -0.005

8.

о

и -0.015

Опытная группа

Контрольна! группа

X »этом.

□ 13М Ел а Меэл

Рис. 4 Распределение скоростей изменения глобального критерия в группах пациентов

Разработка метода контроля эффективности проводимых оздоровительных и реабилитационных мероприятий с использованием препарата «Белосорб-П»

Исследования проводились в группе детей школьного возраста из поселка Майский Чериковского района Могилевской области. Особенностью данной детской популяции является достаточно высокие суммарные эффективные эквивалентные дозы (СЭЭД), поскольку в этот вновь построенный населенный пункт, который располагается на территории с плотностью загрязнения более 6 Ки/км2, переселены жители деревень Чудяны, Малиновка, Веприн и др., с плотностями загрязнения более 70 Ки/км2.

Всего было обследовано 64 ребенка обоего пола (мальчики -29, девочки -35), в возрасте от 7 до 15 лет. Средняя СЭЭД составила а группе 12.15+2.6 Бэр. Обследование проведено в начале и конце 24-х дневного оздоровления детей в

условиях санатория - профилактория «Кировец». Часть из них получала обычный комплекс медико-оздоровительных мероприятий, другая часть - в добавление к обычному комплексу получала Белосорб-П. Исследованы результаты анализов периферической крови с выделением структурно-функционального звена эритроцитов. При применении энтеросорбции получено достоверное увеличение глобального критерия состояния красной крови, что свидетельствует об улучшении структурных параметров эритроцитов и состояния эритрона в целом, причем в группе, получавшей сорбент, изменения выражены сильнее.

В рассматриваемом случае наибольший интерес представляет не изменение принадлежности к норме, а уменьшение вполне конкретных патологий: анемии и эритроцитоза. Поэтому, как и в случае исследования эффективности препарата «Нимотоп», при построении глобальных критериев использовались функции принадлежности частным проявлениям патологии. После курса оздоровления принадлежность к эритроцитозу значимо уменьшилась в обеих группах, причем в группе детей, принимавших Белосорб-П эти изменения выражены сильнее, что статистически достоверно.

Степень принадлежности к анемии практически не изменилась в обеих группах. Степень принадлежности к эритроцитозу уменьшилась в обеих группах. Чтобы оценить различия изменений в двух группах, рассмотрена разность значений глобальных критериев до и после лечения. Разность имеет нормальное распределение, поэтому значимость ее различий в группах оценивалось с помощью критерия Стьюдента. Доказано, что более сильные изменения глобального критерия в сторону уменьшения принадлежности к эритроцитозу произошли в группе принимавших энтеросорбент (рис.5).

Е

= 0.20

I 0.16

5

% 0.12

? 0.08 8

5 0.04

1 0.00

" -0.04

контрольная группа

основная группа

Т ±5М [Эву I—I 12а Егт а Меап

Рис. 5 Распределение разностей глобальных критериев принадлежности к эритроцитозу у детей до и после лечения.

Таким образом, включение энтеросорбции в комплекс лечебно-оздоровительных мероприятий отвечает предъявляемым к ним требованиям и

является эффективным, простым и неинвазивным методом. Настоящее исследование показало эффективность энтеросорбента «Белосорб П» в комплексе лечебно-оздоровительных мероприятий. Изучение изменения характера гемограммы по представленной методике позволило обнаружить достоверное улучшение параметров «красной» крови. Таким образом, методический подход, основанный на применении синтеза элементов теории нечетких множеств и методов непараметрической статистики, является адекватным для проведения скрининговых исследований с последующим мониторингом. Более того, расширение диапазона функций принадаежности от принадлежности к норме до функций принадлежности к различным патологическим процессам позволяет определить не только степень выраженности, но и характер патологического процесса. Положительный опыт применения методики для разграничения определенных патологических процессов указывает на перспективность ее использования при создании экспертных систем для диагностики и оценки эффективности проводимых медико-профилактических мероприятий.

ВЫВОДЫ

1. На основе синтеза методов математической статистики, теорий нечетких множеств и многокритериального принятия решений разработана базовая методика, позволяющая проводить оценки состояния здоровья индивидуума и популяции, решать задачи диагностики и оценки эффективности медицинских препаратов.

2. Разработана методика оценки популяционной «нормы» и реального состояния здоровья населения на основе данных скрининга.

3. Разработана многокритериальная методика оценки качества гемограммы обследуемых. Даны интегрированные оценки данных скрининга периферической крови детей и подростков Могилевской области.

4. Разработана методика оценки нормативных объемов ЩЖ для детей и подростков в зависимости от антропометрических параметров, а также методика интегрированной количественной оценки качества эхокартины щитовидной железы. Разработанные методики позволили оценить динамику состояния ЩЖ у детей и подростков Славгородского района и г.Могилева. На основе полученных результатов разработаны методические рекомендации «Методика определения и региональные нормативы объема щитовидной железы у детей и подростков Беларуси».

5. Разработана методика интегрированной оценки состояния больных ИБМ на основе данных состояния системы гемостаза, гемореологии и гемодинамики. Применение методики для пациентов, относящихся к различным группам пострадавших от катастрофы на ЧАЭС позволило провести не только сравнительную количественную оценку степени тяжести заболевания различных групп обследуемых, но и сравнивать состояние различных систем

организма, устанавливать статистически значимые взаимосвязи между диагностическими факторами,

6. На основе базовой методики разработаны методические основы и соответствующие алгоритмы оценки эффективности медицинских препаратов. Эффективность алгоритмов испытана при изучении процесса лечения препаратом «Нимотоп» пациентов с ИБМ, а также при оценке эффективности проводимых оздоровительных и реабилитационных мероприятий для детей из Чериковского района с использованием препарата «Белосорб-П».

Анализ полученных результатов стал основой методических рекомендаций «Терапия пациентов с различными формами ишемической болезни мозга».

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Севастьянов П.В., Дымова Л.Г., Чегерова Т.И., Прокопович A.C. Применение теории нечетких множеств для обработки данных скрининга периферической крови детей Могилевской области // Тез.докл. 4-ой республ. конфер. "Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС" 11-13 апреля 1994г, Могилев, 4.1.-С.83-84.

2. Дымова Л.Г., Карпелев Г.М., Севастьянов П.В., Чегерова Т.Н. Возрастные изменения объема щитовидной железы у детей и подростков Славгородского района // Тезлокл. 4-ой республ. конфер. "Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС" 11-13 апреля 1994г, Могилев, 4.1. -С.85-86.

3. Остапенко В.А., Севастьянов П.В., Дымова Л.Г., Прокопович A.C., Чегерова Т.П., Кручинский Н.Г., Остапенко С.М. Изучение состояния здоровья детей по данным гемограммы при скрининговых исследованиях // Тезисы докладов 4-ой республ. конфер. "Научно-практические аспекты сохранения здоровья людей, подвергшихся радиационному воздействию в результате аварии на Чернобыльской АЭС" 11-13 апреля 1994г, Могилев, 4.2, -1994.-Могилев,- С.70-71.

4. Дымова Л.Г., Остапенко В.А., Севастьянов П.В., Сидорович А.И., Чегерова Т.И. Методические проблемы обработки данных скрининговых исследований гемограмм населения, пострадавшего в результате катастрофы на ЧАЭС // Материалы научно-практ. конференции "Совершенствование трансфузиологического обеспечения в Республике Беларусь. Разработка, Экспериментальное изучение и клиническое применение перпарата неорондекс"-24-26 мая 1994г., Могилев,-1994. -С.70-80.

5. Карпелев Г.М., Чегерова Т.И. Количественные закономерности изменения объема щитовидной железы в зависимости от возраста и параметров функционального развития // Молодые ученые в решении проблемы ликвидации медицинских последствий Чернобыльской катастрофы сегодня и в будущем: Сб. мат. межд. науч. конгресса, 19-21 сент. 1994 г., Гомель - Гомель, 1994,-С.27.

6. Чегерова Т.И. Применение математического аппарата теории нечетких множеств к обработке данных медицинских скрининговых обследований // Молодые ученые в решении проблемы ликвидации медицинских последствий Чернобыльской катастрофы сегодня и в будущем: Сб. мат. межд. науч. конгресса, 19-21 сент. 1994 г., Гомель - Гомель, 1994.- С.54.

7. Дымова Л.Г., Карпелев Г.М., Остапенко В.А., Чегерова Т.И., Возрастные изменения объема щитовидной железы у детей и подростков Славгородского района//Здравоохранение Беларуси 1994,№11, С.31-33

8. Дымова Л.Г., Остапенко В.А., Севастьянов П.В., Чегерова Т.И., Прокопович A.C. Методика математической обработки данных массовых профилактических осмотров населения// Здравоохранение Беларуси,- 1995, №7. -С.21-23.

9. Севастьянов П.В., Дымова Л.Г., Карпелев Г.М. Чегерова Т.И. Методика определения нормативов объема щитовидной железы у детей и подростков с применением теории нечетких множеств // Чернобыльская катастрофа: прогноз, профилактика, лечение и медикопсихологическая реабилитация пострадавших: Сб.

мат-лов IV межд. конф. - Минск: Изд-во Бел. комитета «Дзет Чарнобыля», 1995. -С.151-152.

Ю.Севастьянов П.В., Дымова Л.Г., Карпелев Г.М., Остапенко В.А., Чегерова Т.И. Методика определения объема щитовидной железы у детей и подростков // Здравоохранеие Беларуси.- 1996г, №6.- С43-44.

11 .Кручинский Н.Г.,Тепляков А.И., Чегерова Т.И., Дымова Л.Г., Прокопович A.C., Севастьянов П.В.Трехлетний мониторинг состояния красной крови в популяции детей и подростков Славгородского района // Материалы Пятого республиканского съезда специалистов клинической лабораторной диагностики Беларуси. - Минск,-1997г.- С.110-111.

12.Тепляков А.И., Кручинский Н.Г., Андриянова Д.В., Севастьянов П.В., Дымова Л.Г., Чегерова Т.И. Влияние комбинации парентерального нимодипина и реополиглюкина на состояние системы гемостаза и реологии крови у пациентов с прогредиентным течением ишемического поражения головного мозга. // Международный симпозиум "ИШЕМИЯ МОЗГА" (клинико-инструментапьные подходы к решению проблемы) . С-Перербург 2-6 июня 1997года.-С.96-98.

13.Севатьянов П.В., Дымова Л.Г., Чегерова Т.И. Методика и результаты обработки данных трехлетнего мониторинга периферической крови детей и подростков Славгородского района. // "Медико-биологические эффекты и пути преодоления последствий аварии на ЧАЭС". Сборник научных трудов, посвященный 10-летию аварии на ЧАЭС., Минск-Витебск, 1997г. -С.16-17.

14.Чернов В.М., Тарасова И.С., Севастьянов П.В., Дымова Л.Г., Чегерова Т.И., Прокопович A.C. Анализ показателей периферической крови детей и подростков постоянно проживающих на территориях с различной степенью радионуклидного загрязнения // Гематология и трансфузиология. 1998г, т.43, №6, С.30-33

15.Кручинский Н.Г., Тепляков А.И., Теплякова Д.В., Чегерова Т.И., Ильичева И.Ю. Терапия пациентов с различными формами ишемической болезни головного мозга // Методические рекомендации. Могилев -1998г. -20с.

РЭЗЮМЭ ЧЭГЕРАВА ТАЦЦЯНА 1ВАНАУНА

РАСПРАЦОУКА МЕТОДЫК1АБРАБОТК11 АГРЭГ1РАВАННЯ ДАДЗЕНЫХ МАСАВЫХ МЕДЫЦЫНСК1Х ДАСЛЕДВАННЯУ НАСЕЛЬНЩТВА НА ПАДСТАВЕ С1НТЭЗА МЕТАДАУ МАТЭМАТЫЧНАЙ СТАТЫСТЫК11 ТЭОРЫ1 НЯЦОТК1Х МНОСТВАУ

Ключавыя словы: няцотая мноствы, матэматычная статыстыка, скрыншг, дзещ, репянальныя нарматывы, гемаграма, шчытападобная залоза, ¡шам1чная хвароба мозгу, эфектыунасць медыка-прафтктычных 1 лекавых мерапрыемствау, Иматоп, Беласорб-П.

Аб'екты даследвання: дадзеныя медыцынскага даследвання дзяцей 1 падлеткау, пациенты з розны\п клппчным[ варыянтам1 праходжання ¡ша>.пчнай хваробы галаунога мозгу (1ХМ), прэпараты «Шматоп» 1 «Беласорб-П)).

Прадмет даследвання: дадзеныя скрыншгу перыферычнай кров1 1 шчытападобнай залозы дзяцей 1 падлеткау, а таксама дадзеныя аб стане астэмы гемастаза, цэнтральнай 1 цэрэбральнай гемадынампо пацыентау с 1ХМ.

Мэта працы: распрацоука на падставе сштэза метадау матэматычнай статыстьш, тэорьп няцотюх мноствау 1 шматкрытэрыяльнага прыняцця рашэнняу методьга, дазваляючай ацэньваць стан здароуя аднаго чалавека 1 папуляцьн, вырашаць задачы дыягностыю 1 ацэньваць эфектыунасць медыцынсих прэпаратау па савакупнасщ адзшочных паказацеляу.

Метады даследвання: Падчас распрацоуи методыы ацэни стану здароуя бьш выкарыстаны элементы матэматычнага апарату тэорьп нячотгах мноствау. Ацэнка нарматыуных дыяпазонау даследуемых параметрау праводзшась пры дапамозе метадау параметрычнай статыстьш. Для вызначэння апорных кропак функцый прынадлежнасщ праводзшася групавая экспертыза па метаду Дэльфк Пры правядзенш ацэни эфектыунасщ медыка-прафиактычных мерапрыемствау выкарыетоувал1СЯ метады непараметрычнай статыстьш.

Навуковая нав1зна: Распрацавана методыка шматкрытэрыяльнай колькаснай ацэнга ступеш здароуя даследуемага на падставе сштэза тэорьп нячотюх мноствау, матэматычнай статыстыга 1 элементау тэорьп прыняцця аптымальных рашэнняу. Распрацавана методыка колькаснай ацэнга ступеш здароуя папуляцьп 1 эфектыунасш уздзеяння на яе медыка-прафпактычных мерапрыемствау. Распрацавана методыка шматкрытэрыяльнай ацэнга эфектыунасщ уздзеяння медыцынсих прэпаратау на стан здароуя пацыентау.

Рэкамендацьа па выкарыстанню: Вызначэнне рэпянальных нарматывау, ацэнка дадзеных скрыншга для прыняцця рашэнняу па юраунщтву, ацэнка эфектыунасщ медыка-прафшактычных 1 лекавых мерапрыемствау.

Вобласць скарыстання: даследванш I аптым1зацыя медыка-б1ялапчных 1 экалапчных Ыстэм.

РЕЗЮМЕ ЧЕГЕРОВА ТАТЬЯНА ИВАНОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ И АГРЕГИРОВАНИЯ ДАННЫХ

МАССОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЙ НАСЕЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ СИНТЕЗА МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ И ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ

Ключевые слова: нечеткие множества, математическая статистика, скрининг, дети, региональные нормативы, гемограмма, щитовидная железа, ишемическая болезнь мозга, эффективность медико-профилактических и лечебных мероприятий, Нимотоп, Белосорб-П.

Объекты исследования: данные медицинского обследования детей и подростков, пациенты с различными клиническими вариантами течения ишемической болезни головного мозга, препараты «Нимотоп» и «Белосорб-П».

Предмет исследования: данные скрининга периферической крови и щитовидной железы детей и подростков, а также данные состояния системы гемостаза, центральной и церебральной гемодинамики пациентов с ИБМ.

Цель: разработка на основе синтеза методов математической статистики, теорий нечетких множеств и многокритериального принятия решений методики позволяющей проводить оценки состояния здоровья индивидуума и популяции, решать задачи диагностики и оценки эффективности медицинских препаратов по совокупности частных показателей.

Методы исследования: При разработке методики оценки состояния здоровья использовались элементы математического аппарата теории нечетких множеств. Оценка нормативных диапазонов исследуемых параметров проводилась с помощью методов параметрической статистики. Для уточнения опорных точек функций принадлежности проводилась групповая экспертиза по методу Дельфи. При проведении оценки эффективности медико-профилактических мероприятий использовались методы непараметрической статистики.

Научная новизна: Разработана методика многокритериальной количественной оценки степени здоровья обследуемого на основе синтеза теории нечетких множеств, математической статистики и элементов теории принятия оптимальных решений. Разработана методика количественной оценки степени здоровья популяции и эффективности влияния на нее медико-профилактических мероприятий. Разработана методика многокритериальной оценки эффективности действия медицинских препаратов на состояние здоровья пациентов.

Рекомендации по использованию: Определение региональных нормативов, оценка данных скрининга для принятия управленческих решений, оценка эффективности медико-профилактических и лечебных мероприятий.

Область применения: исследование и оптимизация медико-биологических и экологических систем.

SUMMARY CHEGEROVA TATYANA I.

THE DEVELOPMENT OF THE TECHNIQUE 7OR PROCESSING AND AGGREGATION OF THE MASS MEDICAL POPULATION INSPECTIONS DATA BY THE SYNTHESIS OF MATHEMATICAL STATISTICS AND FUZZY SETS THEORY METHODS

Key words: fuzzy sets, mathematical statistics, screening, children, regional norms, haernogramm, thyroid gland, cerebral isecnernia. estimation of health quality, Nimodipine, «Eelossorb-Р».

The research objects: the data of medical inspection of children ar.u teenagers living on contaminated by the Clurnoby' APS accident areas of the Mogiiyov region. The patients with various clinical variants of cerebral isechemia, preparations Nimodipine, «Belcssorb-Р».

The research sub ject: the data of blood and thyroid gland screening of children and teenagers, and ivcmostar.is system, centra' and cerebral dynamics of iM-od of the patients with cerebral isechemia. An estimation with the help of the developed techniques the grades of health of investigated -populations, ar.d also of the efficiency ot treatment and preventive medical actions.

The aim: the development on the basis of synthesis of methods of mathematical statistics, fuzzy sets theories and multiobjective decisions of the technique to jstimate ¡he grades of health of individual patients and population as a -whole, to decide the tasks of diagnostics and estimation of efficiency of medical preparations on the base of parameters set.

Methods: the mathematical tools cf fuzzy sets theory wire used in the development of the technique of health estimation. The methods of paraneterical statistics were used for estimation r.f normative ranges of researched parameters, For specification of the frame points of the membership functions the group cf experts and the method Delphi were used. The nonparameterical statistics were used for the estimation of preventive medical actions's efficiency.

New scietific results: The technique of multiobjective and quantitative estimation of the patients health grade on the base of synthesis of fuzzy sets theory, mathematical statistic? and elements of optimum decisions theory had bcii elaborated. The technique of a quantitative estimation of a degree population's health grade and efficiency of the preventive medical actions was developed. The technique of multiobjective estimation of efficiency of action of medical preparations on tie patient's health was also developed.

Recommendations for use: the identification of the regional «rorms >, the screening data estimation for the making of administrative decisions, estimation cf efficiency of the preventive medical actions.

Field for use: the researching ar.d optimization of the medical, biological and ecological systems

Подписано б печать /3 Oi 99 . Форма4" 60х34Л16. Объем 1 печ.л.

Закас £££., тираж 1 СО. Бесплатно.

Отпечатано а МГМИ. г. Минск, ул. Ленин! радсхая, 6.