Введение к работе
Актуальность темы исследования. Достижения медицинской науки в лечении демиелинизирующего заболевания (ДЗ) рассеянного склероза (РС) весьма значительны. Следует отметить существенное развитие методов исследования, появление принципиально новых технологий, в основе которых лежат успехи современной фармакологии.
По распространенности среди неврологических заболеваний ЦНС рассеянный склероз занимает четвертое место после острых нарушений мозгового кровообращения, эпилепсии и паркинсонизма, а в молодом возрасте — второе место после эпилепсии.
Рассеянный склероз является тяжелейшим неврологическим заболеванием, вызывающим необратимые процессы и потерю трудоспособности у лиц молодого возраста. Молодой возраст больных РС, быстрое прогрессирование инвалидности, вовлечение в патологический процесс жизненно важных функций нервной системы ставят проблему РС по социальной значимости на одно из первых мест. Распространенность рассеянного склероза увеличивается по мере удаления от экватора. По данным ВОЗ (всемирная организация здравоохранения) в индустриальных странах северного полушария она составляет 60 случаев заболевания, а частота заболевания в год составляет 3 случая на 100 тыс. населения. За последние время произошло омоложение этой болезни: болеют в детском возрасте и даже отмечаются врожденные формы рассеянного склероза. Рассеянный склероз - болезнь развитых стран. В Англии, Франции, Канаде, США, России (Москва, Санкт-Петербург) заболевание встречается от 150 до 350 человек на 10 тысяч. В северных частях России 20-30 человек на 10 тысяч. Следует принимать во внимание, что возраст большинства больных с рассеянным склерозом не превышает 40 лет.
Исследования последних лет показали сложность и многогранность патогенеза РС. РС является заболеванием с выраженной клинической вариабельностью, непредсказуемостью прогноза. Особо актуальными остаются повышение эффективности лечения больных РС и снижение остроты патологического процесса. Эффективное предупреждение рецидивов, продление периодов ремиссии, повышение функциональной активности и качества жизни больного являются основными параметрами оценки качества медицинской помощи, которая оказывается больным РС.
На современном этапе развития медицины основополагающими моментами при обследовании пациентов становятся быстрота и качество постановки диагноза, индивидуальный подход при выборе тактики лечения и реабилитации больных рассеянным склерозом.
Поэтому назрела необходимость широкого внедрения в клиническую практику методов интеллектуальной поддержки классификации, диагностики и выбора тактики лечения больных с диагнозом рассеянный склероз.
В процессе диагностики и при выборе тактики лечения целесообразно использовать модели процессов лечения, которые разделяются на логические, информационные и математические. Логические модели применяются для реализации процедуры принятия решений при диагностике и выборе схемы лечения и интеллектуальной поддержки, основанных на априорной информации и логических действиях лечащего врача и позволяющих осуществлять процедуру человеко-машинного выбора. Математические модели процесса лечения позволяют реализовать выбор тактики лечения с использованием компьютерных средств для имитационного моделирования и прогнозирования исхода лечения. Так как принятие решений при выборе тактики лечения осуществляется лечащим врачом в условиях ряда неопределенностей, то в этом случае следует применять адаптивные методы принятия решений при выборе величины лечебных воздействий.
Социально-экономическое и медицинское значение РС очень велико, т.к. из-за активной жизни на длительное время исключаются лица наиболее продуктивного возраста. Более того, в большинстве случаев эти больные нуждаются в постоянном лечении. Сначала временная, а затем стойкая нетрудоспособность, развивающаяся у 50% больных, и уже через 10 лет РС у многих больных может нарастать до проблем в самообслуживании, что является большой нагрузкой для семьи больного и общества в целом.
Стоимость лечения пациента с диагнозом РС – самая высокая среди всех неврологических заболеваний. Прямые и косвенные затраты на РС огромны, при этом косвенные затраты составляют 60-70% (пособия по инвалидности, уход, специальные средства и т.д.) - через 10-15 лет без должного лечения и ухода человек становится глубоким инвалидом; молодые женщины составляют 34 заболевших; среди больных этим недугом примерно 80% - люди с высшим образованием – золотой фонд нации; более 80% трудоустроенных больных вынуждены сменить работу, а во время мирового кризиса это вообще может быть невозможным; более 75% семей, где живёт больной рассеянным склерозом, распадаются; в 15-20% случаев за больными ухаживают несовершеннолетние дети, а почти в 60% - престарелые родители; в 15% семей дети уходят из дома. Таким образом, нарушается качество жизни как минимум 8-9 человек, находящихся в окружении больного рассеянным склерозом; количество самоубийств у молодых людей с рассеянным склерозом в 6 раз выше, чем в популяции.
Все это определяет актуальность постановки и решения задачи разработки автоматизированной системы оптимального выбора тактики лечения рассеянного склероза.
Работа выполнена в соответствии с областной целевой программой «Развитие здравоохранения Воронежской области» и с основными научными направлениями ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Проблемно-ориентированные системы управления» и «Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине».
Цель исследований - разработка методов, моделей и алгоритмов интеллектуальной и инструментальной поддержки процесса диагностики и лечения больных рассеянным склерозом и их применение в клинической практике.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) осуществить систематизацию признаков рассеянного склероза для диагностирования заболевания;
2) провести анализ и выбор методов, направленных на повышение эффективности процесса диагностики и лечебных мероприятий при лечении рассеянного склероза;
3) разработать комплекс моделей и алгоритмов для интеллектуальной поддержки рационального лечения рассеянного склероза;
4) сформировать структуру и разработать информационное и программное обеспечение системы автоматизированного выбора тактики лечения рассеянного склероза;
5) провести апробацию предложенных моделей и алгоритмов диагностики и рационального управления процессом лечения рассеянного склероза в клинических условиях.
Объектами исследования являются системы оптимального выбора тактики лечения рассеянного склероза.
Предмет исследования: модели и алгоритмы интеллектуальной поддержки рационального лечения рассеянного склероза, а также программное и информационное обеспечение разработанной подсистемы.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории управления, логики и семиотики, математической статистики, математического и логического моделирования и адаптивного управления.
Научная новизна результатов исследования. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
- комплекс модифицированных методов интеллектуальной поддержки принимаемых решений при диагностике и рациональном лечении рассеянного склероза, основанных на адаптивном выборе тактики лечения, имитационном и логическом моделировании, позволяющий повысить эффективность лечебно-профилактических мероприятий;
- логическая модель диагностики и выбора лечения рассеянного склероза, обеспечивающая повышение точности диагноза и эффективности лечения и позволяющая осуществлять человеко-машинную реализацию в рамках автоматизированного принятия решений;
- процедура коррекции и рационального пошагового выбора текущих доз лекарства на основе двухуровневых адаптивных алгоритмов, обеспечивающая сокращение сроков лечения и минимизацию величины лечебных воздействий;
- процедура интеллектуальной поддержки принимаемых решений при диагностике и лечении больных рассеянным склерозом на основе компьютерных технологий, обеспечивающая принятие решений в условиях индивидуальных характеристик больных, неопределенностей и неполной априорной информации;
- система интеллектуальной компьютерной диагностики и выбора тактики лечения, обеспечивающая человеко-машинную процедуру принятия решений на основе логического и имитационного моделирования, адаптивного управления процессом выбора лечебных воздействий для повышения точности диагноза и эффективности исхода лечения.
Практическая значимость и результаты внедрения. Результаты данного диссертационного исследования представляют практическую значимость для лечебных учреждений неврологического профиля.
Реализованная логическая модель (с методикой анализа результатов иммунологических исследований на основе использования композиций нечетких отображений) позволяет формализовать процесс классификации, диагностики и оптимального выбора тактики лечения демиелинизирующего заболевания рассеянный склероз. Точность постановки диагноза по логической модели составляет 96,7%.
Двухуровневый адаптивный алгоритм позволяет оптимизировать процесс расчета дозы лечебного воздействия при рациональном лечении рассеянного склероза, а также сократить сроки лечения в среднем на 2 месяца, уменьшить величину лечебного воздействия на 28% и, тем самым, минимизировать вероятность появления побочных эффектов с учетом индивидуальных особенностей пациента.
Сформирована структура и разработано автоматизированное программное и информационное обеспечение экспертной системы интеллектуальной поддержки лечащего врача при лечении рассеянного склероза, позволяющее более эффективно проводить диагностику и лечение пациентов.
Результаты исследования использовались в учебном процессе кафедры системного анализа и управления в медицинских системах ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в курсе «Управление в биологических и медицинских системах».
Получены акты о внедрении в МУЗ ГО г. Воронежа «Городская клиническая больница скорой медицинской помощи № 10 "Электроника"».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (секция «Интеллектуализация процессов принятия решения в биомедицинских системах, здравоохранении и экологии) (Воронеж, 2009, 2010); «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2008); а также на научно-методических семинарах кафедры «Системный анализ и управление в медицинских системах» и научно-тематическом семинаре «Проблемно-ориентированные системы управления» ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (Воронеж, 2009-2010).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 15 научных работах, в том числе - 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично автору принадлежат: [1, 2, 8, 15] - разработана и реализована логическая модель с методикой анализа результатов иммунологических исследований на основе использования композиций нечетких отображений, позволяющая формализовать процесс классификации, диагностики и оптимального выбора тактики лечения демиелинизирующего заболевания рассеянный склероз; [3, 4, 10] – обосновано применение и реализован двухуровневый адаптивный алгоритм, позволяющий оптимизировать процесс расчета дозы лечебного воздействия при рациональном лечении рассеянного склероза; [5, 6, 7] - проведен анализ современных методов интеллектуальной поддержки диагностики и лечения рассеянного склероза; [11, 14] – с помощью информационных технологий разработаны для демиелинизирующего заболевания рассеянный склероз технология и организация лечения; [9, 12, 13] - сформирована структура и разработано автоматизированное программное и информационное обеспечение экспертной системы интеллектуальной поддержки лечащего врача при лечении рассеянного склероза, позволяющее более эффективно проводить диагностику и лечение пациентов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 81 наименования, основная часть работы изложена на 140 страницах, содержит 29 рисунков и 7 таблиц.
