Введение к работе
Актуальность темы.
Проблема исследований состояния иммунной системы "в норме и при различной патологии - одна из центральных и нерешенных в иммунологии человека и животных. Анализ иммунологических данных в клинике часто носит только вспомогательный характер. Трудности в объективном использовании иммунологических данных связаны с наличием длительного бессимптомного периода опухолевого процесса, с особенностями реагирования иммунного гомеостазе, с многомерностью, неполнотой, разнообразием форм информации я ее косвенным характером. Сложность данной проблемы еще более возросла с появлением широкой панели моноклонвльных антител к днфференцировочным антигенам лимфоцитов человека и автоматизированных цитофлюориметров, что резко расширило спектр популяций и субпопуляций лимфоцитов, определяемых у пациентов и позволило сделать процесс проведеігая исследования высокопроизводительным и стандартизированным.
С помощью традиционных статистических методов не удается эффективно использовать ату информации для понимания фундаментальных процессов, происходящих в иммунной системе и формирования объективных иммунологических критериев диагностики, прогнозирования и выбора оптимальной терапий". Для повышения эффективности использования данных клинической иммунологии в онкологической практике становится актуальной разработка комплекса интеллектуальных алгоритмов, использующих современные методы распознавания образов.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является разработка мотодологии анализа иммунологических данных для диагностики и прогнозирования опухолевых заболеваний. Для этого предложена схема исследований этих данных современными методами системного анализа, методами многомерной математической статистики в комплексе с комбинаторно-логическими алгоритмами распознавания, основанными на поиске информативных сочетаний признаков и визуализации данных.
Качественная особенность данных исследований заключается в разработке компьютерных реализаций и использоватти комплекса
методов, работающих с малым количеством объектов, большим числом признаков и отсутствием части измерений.
Для выполнения поставленной цели работы были сформулированы следующие задачи:
1. Подготовить базу данных для клинико-иммунологических
параметров в динамике измерения и сделать переходный модуль для
стыковки базы с компьютерным комплексом.
-
Создать адаптированный для пользователя единый комплекс для анализа медико-биологической информации, объединяющий программы статистической обработки данных, программы градации признаков, поиска наиболее информативного их набора и метода синдромного распознавания, программу конъюнкций на базовых множествах.
-
С помощью методов синдромного распознавания провести анализ гематоиммунологических данных для системы естественной резистентности организма и решить задачу диагностики инфицнрованности вирусом лейкоза крупного рогатого скота.
-
Разработать методологию системного анализа данных цитофлюо-риметрических измерений, проводимых на широкой панели моноклинальных антител к дифференцировочным антигенам лимфоцитов.
-
На примере остеогенной саркомы человека показать возможность прогнозирования по субпопуляционному спектру лимфоцитов крови эффективности химиотерапии, диагностики метастазов, определения взаимовлияния иммунной системы и параметров опухоли.
6.'С помощью разработанного комплекса установить количественную зависимость между онкологическими заболеваниями членов семей с синдромом Ван-Хиппел-Линдау и признаками, характеризующими состояние противоопухолевого иммунитета.
Научная новизна. Разработана новая компьютерная технология иммунодиагностики, мониторинга и прогнозирования при опухолевом росте. Впервые данные цитофлюориметрических измерений широкого спектра дифференцировочных антигенов на лимфоцитах человека анализировали с помощью новых методов распознавания образов, основанных на поиске информативных сочетаний признаков с помощью принципи статистически взвешенного голосования.
В работе найденії индивидуальные решающие правила и интегральные критерии на небольшой совокупности признаков, которые потшплшш: і ) пропусти диагностику инфицировянности
вирусом лейкоза крупного рогатого скота при использовании гематоиммунологических показателей; 2) определить состояние иммунного статуса и его резервных возможностей при- "Прогрессии таких опухолей, как остеогенная саркома человека; зюхарак-теризовать особенности некоторых состояний при опухолевом росте и сделать прогнозы ближайших и отдаленных последствий (в случае метастазирования); 4) дать иммунологическое описание ключевых этапов заболевания <от раннего до распространенного), 5>сократить число измерений, проводимых у одного пациента, ь)сделать прогноз заболеваемости при чн_-синдромв по показателям противоопухолевого иммунитета.
Научно-практическая значимость диссертационной работы
Разработана база данных и программное обеспечение для системного анализа клинино-иммунологических параметров, которые могут быть адаптированы для системного анализа различной медико-биологической информации в условиях малых выборок с большим числом показателей и отсутствием части измерений.
Найденные решающие правила могут быть применены в клинической иммунологии опухолей человека и ветеринарной иммунологии для решения задач индивидуальной диагностики.
Выявленные закономерности изменений иммунитета в зависимости от клинических показателей дадут возмолиость прогнозировать заболевание и в связи с этим разработать методы иммунокоррекции и иммунотерапии при опухолевых заболеваниях.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на 2-м Международном рабочем совещании "Современные методы в аналитической морфологии" (Флорида (США), 1994), Конференции по распознаванию образов (Одесса (Украина), 1994), на 15-м Международном Конгрессе по анти-раковой химиотерапии (Париж (Франция), 1995), Международной конференции по микроокружению опухоли - прогрессия, терапия и профилактика (Тиберия (Израиль), 1995), Конференции ВЦ РАН "Математические методы распознавания образов" (Пущино, 1995).
На 1-м Всероссийском конкурсе молодых иммунологов (1994 г.) работа была отмечена дипломом m степени.
Материалы по работе докладывались на семинарах лаборатории математической иммунобиофизики ИХФ РАН и лаборатории
клинической радиоиммунологии ОНЦ РАМН, на ежегодных конкурс; научных работ отдела кинетики химических и биологически: процессов ИХФ (1993-1994 годы), на конкурсе молодых ученых в стипендию им. Н.М. Эмануэля этого же отдела (1995 год).
Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 3 работах, 2 работы находятся в печати.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения пяти глав, заключения, выводов и списка литературы. Работ; изложена на ^2 страницах машинописного текста, содеркит %Z рисунка и ?17Р названий, из них#5на русском и5~на иностранных языках.