Содержание к диссертации
1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИАГНОСТИКИ И
ЛЕЧЕНИЯ ДГПЖ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИННОВАЦИОННЫХ
МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
-
Общеметодологический поход к анализу современных методов ле- 15 чения доброкачественной гиперплазии предстательной железы.
-
Использование системного анализа и методов моделирования для 33 повышения эффективности и рационализации тактики лечения ДГПЖ Цель и задачи исследования 38
2. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ ТАКТИКИ ЛЕЧЕНИЯ ДГПЖ НА
ОСНОВЕ ФОРМАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО И
КЛИНИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССА ВЫБОРА ВИДА ЛЕЧЕНИЯ.
-
Анализ значимости показателей клинико-диагностического обсле- 41 дования больных с подозрением на ДГПЖ
-
Построение математической модели выбора вида оперативного 56 вмешательства по результатам предварительной обработки информации.
-
Рационализация выбора медикаментозной терапии больным с 64 ДГПЖ на основе анализа матрицы эффективности и прогностического моделирования
-
Выбор оптимальной тактики лечения ДГПЖ на основе рационали- 75 зации принятия решений
Выводы второй главы 79
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ, И
ФОРМИРОВАНИЕ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ ВРАЧА
3.1 Систематизация результатов клинико-диагностических 81
исследований и алгоритмизация задач построения подсистемы.
3.2 Проектирование автоматизированной подсистемы выбора метода 86
лечения у больных доброкачественной гиперплазией предстательной
железы
3.3 Формирование структуры информационной базы клинико- 94
диагностических исследований системы поддержки принятия решений
в урологической практике
Выводы третьей главы 103
4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА
БОЛЬНЫХ ДОБРОКАЧЕСТВЕННОЙ ГИПЕРПЛАЗИЕЙ
ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
-
Реализация программных алгоритмов классификационно- 104 прогностических и оптимизационных моделей в рамках автоматизированной подсистемы диагностики и прогнозирования
-
Формирование клинико-ориентированных результатов выбора так- 112 тики лечения больных ДГПЖ и анализ эффективности их использования в клинической практике
-
Выводы четвертой главы 121
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
ЛИТЕРАТУРА 124
ПРИЛОЖЕНИЕ А 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 134
ПРИЛОЖЕНИЕ В 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 136
Список сокращений
Ь ДГПЖ — доброкачественная гиперплазия предстательной железы;
IPSS - международной системе суммарной оценки симптомов при заболеваниях предстательной железы; QOL - оценка качества жизни; ПРИ - пальцевое ректальное исследование; ПСА - простатоспецифический антиген; УЗИ - ультразвуковое исследование; ТУРП - трансуретральная резекция простаты; АЭ - аденомэктомия; ЭП - эпицистостомия; КЛТ - контактная литотрипсия; ЦЛТ - цистолитотомия; БД - база данных;
ИПР - истинно-положительное решение ИОР - истинно-отрицательное решение ЛОР - ложно-отрицательное решение ЛПР -ложно-положительное решение БЗ - база знаний; ПО - предметная область; ИБД- информационная база данных СУБД - система управления базами данных; АРМ - автоматизированное рабочее место; КДО - клинико-диагностическое обследование. ИБО - синдром инфравезикальной обструкции
Введение к работе
Актуальность проблемы. Доброкачественная гиперплазия предстательной железы (ДГПЖ) является наиболее частым заболеванием мужчин среднего и пожилого возрастов. Проведенные отечественными учеными исследования указывают на постепенное нарастание с возрастом частоты ДГПЖ — с 11,3% в период 40-49 лет до 81,4% — в 80 лет. При аутопсии гистологические признаки ДГПЖ обнаруживаются более чем у 40% мужчин в возрасте 50 лет и более чем у 90% мужчин старше 80 лет. Большинство мужчин старше 50 лет имеют симптоматику, обусловленную ДГПЖ.
Еще в середине прошлого века была выявлена связь между объемом предстательной железы и гормональным статусом. Предстательная железа является гормонально-зависимым органом, находящимся под контролем ги-поталамо-гипофизарно-гонадной системы, а ее рост, развитие и функция прямо зависят от уровня тестостерона плазмы. Морфологическая дифференциация простатического эпителия также находится в строго определенной зависимости от обмена тестостерона. В связи с этим изменение гормональных соотношений в организме является исходным пунктом в патогенезе ДГПЖ, а ее возникновение рассматривается как следствие нарушения механизмов регуляции в функциональной системе гипоталамус-гипофиз-гонады-предстательная железа.
Этапы развития ДГПЖ являют собой длительный процесс и занимают несколько десятилетий. Начальные гиперпластические изменения характеризуются появлением первичных стромальных узелков, которые индуцируют дальнейшую пролиферацию и организацию эпителиальных клеток с образованием новых железистых структур. Следующая фаза характеризуется нарастанием гиперпластических изменений микроскопических узелков, которые увеличиваются в размерах, превращаясь в макроскопические. В дальнейшем размер узлов гиперплазии, соотношение стромы и эпителия, а также клеточный состав могут существенно варьировать от пациента к пациенту. Однако симптомов ДГПЖ может по-прежнему еще не быть. Они появляются в финальной стадии развития заболевания как результат роста предстательной железы и нарастания ИБО.
Выбор метода лечения у больных с симптоматической доброкачественной гиперплазией предстательной железы (ДГПЖ) зависит от многих факторов медицинского, экономического и социального характера. При выборе метода лечения больного с ДГПЖ принципиально важно определить: действительно ли симптомы нарушения мочеиспускания требуют лечения. Необходимо учитывать качество жизни пациента до лечения, выраженность симптомов, насколько они мешают его жизнедеятельности. В то же время у нас недостаточно данных для определения «правильного лечения» для каждого пациента. Решение, которое принимается в повседневной медицинской практике, часто основывается на персональном опыте и умозаключениях врача. В этом плане «медицина, основанная на доказательствах», опирающаяся на данные клинической эффективности лечения и безопасности, полученных при рандомизированных клинических испытаниях на большом количестве больных, приобретает важное значение.
Существующая лечебная практика в отечественных клиниках основывается в основном на интуитивной эмпирической оценке состояния больного, с помощью которой врачом принимается решение о выборе тех или иных способов коррекции предполагаемых нарушений. Подобная оценка чаще всего связана с анализом большого количества признаков, отражающих состояние больного, и является достаточно трудоемкой задачей. Кроме того, неточное заключение о состоянии больного может стать причиной неэффективного лечения и чрезмерных материальных затрат. Следовательно, необходима разработка методов автоматизации диагностики больных на основе модели состояния пациента. Применение методов математического моделирования в медицине позволяет существенно повысить качество и рациональность медицинской диагностики, оптимизировать процесс лечения и в конечном ито-
7 ге достичь максимального эффекта при значительном снижении трудоёмкости и уменьшении финансовых затрат.
До недавнего времени внедрение новых методов лечения в здравоохранение было предопределено понятиями безопасности и эффективности. Однако рост стареющего населения во всем мире и разных видов лечения ДГПЖ приводит к значительному увеличению стоимости ведения больных, в то время как бюджет здравоохранения ограничен. В связи с этим возникла необходимость использования методов системного анализа и математического моделирования, которые открывают новые возможности для исследования симптоматики доброкачественной гиперплазии предстательной железы, оценки значимости параметров клинических и диагностических обследований, решении задач дифференциальной диагностики и прогнозирования развития заболевания.
Методологический разрыв между практическими потребностями в обеспечении комплексной диагностики и, контроля состояния больных ДГПЖ, а также возможностей теоретических разработок в области создания и сопровождения информационных технологий поддержки лечебно-диагностического процесса предопределяет актуальность систематизации аналитических методов обработки данных клинико-диагностических исследований и проектирования систем интеллектуальной поддержки врача.
Работа выполнена в рамках НИР ГБ 2004.27 «Управление процессами диагностики и лечения на основе информационно-интеллектуальных технологий» в рамках одного из научных направлений Воронежского государственного технического университета «Проблемно-ориентированные системы управления».
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка компьютерной информационной системы, базирующейся на комплексе моделей и алгоритмов, обеспечивающих повышение эффективности диагностики и лечения доброкачественной гиперплазии предстательной железы на основе анализа значимости факторов состояния больного, классифи-
8 кационного и прогностического моделирования и внедрение результатов системных исследований в клиническую практику.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи: произвести анализ и предварительную обработку клинико-диагностической информации с целью устранения избыточности коррелированных показателей и снижения размерности, минимизирующий число исследований при сохранении качества диагностики; разработать методику предварительной обработки архивной информации с целью исключения незначимых показателей клинико-диагностического обследования для последующего моделирования; разработать классификационные модели выбора типа оперативного вмешательства на основе результатов клинико-диагностического обследования; сформировать прогностические модели процесса медикаментозного лечения доброкачественной гиперплазии предстательной железы, позволяющие проигрывать варианты применения наиболее эффективных препаратов с учетом индивидуальных характеристик больных; разработать информационную модель и функциональную структуру системы интеллектуальной поддержки принятия решений в урологической практике; осуществить интеграцию модулей сбора и анализа входной информации и модулей программно-аналитического блока в состав компьютерной системы выбора рациональной тактики лечения больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы; внедрить в клиническую практику результаты работы системы в области интеллектуальной поддержки принятия решений для больных доброкачественной гиперплазией предстательной.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: широкий спектр клинико-диагностических методов исследования, элементы
9 теории управления биологическими и медицинскими системами, методы классификационно-прогностического моделирования, кластерного анализа и априорного ранжирования.
Научная новизна результатов исследования. В работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной: методика интеллектуальной поддержки принятия решения при лечении больных с доброкачественной гиперплазией предстательной железы, основанная на формализации данных диагностического и клинического обследования, а так же, моделирования процесса выбора вида лечения; методика обработки составляющих клинико-диагностического обследо вания больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы, по- * зволяющие сформировать совокупность параметров обследования больных, значимо влияющих на выбор тактики лечения, характеризующихся минимальной размерностью при достаточной информативности; методика построения классификационных моделей выбора типа хирургического лечения доброкачественной гиперплазии предстательной железы, позволяющие идентифицировать состояние больного с учетом тяжести течения патологического процесса и сопутствующих патологий; комплекс прогностических моделей изменения степени тяжести заболевания в зависимости от типа воздействия, позволяющий оценить применение различных средств медикаментозной терапии; функциональная структура и информационное обеспечение интеллектуальной компьютерной системы поддержки принятия решения при лечении доброкачественной гиперплазии предстательной железы.
Практическая значимость и реализация результатов работы. В результате проведенного исследования предложена методология анализа данных клинико-диагностического обследования больных ДГПЖ, основанная на классификационно-прогностическом моделировании и рациональном выборе тактики лечения больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы.
Разработаны формализованные классификационно-прогностические модели, позволяющие осуществить дифференциальную диагностику доброкачественной гиперплазии предстательной железы и определить тяжесть течения заболевания с целью выбора адекватных лечебных воздействий.
Предложенные алгоритмы и модели интегрированы в рамках компьютерной системы диагностики и прогнозирования течения доброкачественной гиперплазии предстательной железы в сочетании с различными урологическими патологиями.
На основании исследования реализованы информационное и программ ное обеспечения системы интеллектуальной поддержки принятия решений о выборе методики лечения больных доброкачественной гиперплазией пред- I стательной железы
Разработана автоматизированная система выбора рациональной тактики лечения больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы, которая апробирована в отделении урологии МУЗ ГКБ г. Воронежа №10 «Электроника».
Материалы диссертации внедрены в учебный процесс кафедры «Систем ный анализ и управление в медицинских системах» Воронежского государ ственного технического университета. ( Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2002-2005); Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2002-2004), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, проводимых в Воронежском государственном техническом университете в 2002-2005 гг. и Публикации. Основные результаты настоящей работы опубликованы в 19 . печатных работах.
В работах опубликованных в соавторстве лично соискателем предложена методика и технология обработки клинико-диагностической информации [50, 62, 64],описаны подходы к выбору оптимальной тактики лечения на основе рационализации принятия решений [60], осуществлена верификация прогностических моделей и интерпретация полученных результатов [54, 63], разработана методика оценки значимости показателей больного ДГПЖ и их взаимной корреляции [46, 53], предложены методики, приводящие к снижению размерности исследуемых параметров, путем их нормирования и свертки, основанной на различных статистических процедурах [47, 48, 49] и инди- * видуального подхода к выбору метода оперативного вмешательства на осно- ве классификационного моделирования [52, 55, 56],описана реализация программных алгоритмов формирование информационной базы системы интеллектуальной поддержки принятия решений [57, 58, 59, 61].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, приложений и заключения, изложена на 123 страницах, содержит список литературы из 78 наименований, 8 рисунков и 28 таблиц.
Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены t цель и задачи работы, методы решения сформулированных задач, отмечены основные результаты исследования, выносимые на защиту; определена их научная новизна и практическая значимость; приведены сведения об апробации и внедрении результатов работы.
Первая глава посвящена анализу путей повышения эффективности дифференциальной диагностики доброкачественной гиперплазии предстательной железы. Рассматриваются современные подходы к диагностике и лечению больных различных степеней заболевания. В результате системного анализа новых концепций выявлена актуальность и перспективность исследований в области построения систем интеллектуальной поддержки принятия решений
12 в урологической практике; построена логическая модель лечения больных t дгпж.
Исследуется также эффективность применения различных методов системного анализа и моделирования для исследования статистической информации, характеризующей состояние больного ДГПЖ.
На основании проведенного анализа определяются цель и задачи исследования.
Во второй главе рассматриваются клинические аспекты и методы обследования больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы. Выделены основные клинические и контрольные группы. В клинических группах проведено исследование влияния каждого параметра на выбор вида терапии. В зависимости от типа хирургического вмешательства (трансурет ральная резекция простаты, аденомэктомия, эпицистостомия, контактная ли- тотрипсия в сочетании с трансуретральная резекция простаты, цистолитото- мия в сочетании с аденомэктомией) больные разделены на подгруппы, в каж дой из которых выделены контрольные.
Проведена статистическая обработка исходных данных лабораторного статуса, включающего в себя 45 показателей: клинических, диагностических и результатов опросников. > Рассмотрены вопросы моделирование взаимосвязей и классификация значимых показателей клинико-диагностического статуса пациента при вы боре вида оперативного вмешательства с использованием корреляционных таблиц (Спирмена) и критерия Крускала-Уоллиса.
Снижение размерности исследуемых показателей произведено в несколько этапов: анализ корреляционной матрицы реализован на основании метода корреляционных плеяд, использование процедур кластерного анализа, экспертные корректировки и нормализация параметров, свертка параметров с использованием метода априорного ранжирования.
Производится построение математической модели выбора вида оперативного вмешательства по результатам предварительной обработки информа-
13 ции. Выбор оптимальной тактики лечения опирается на рационализацию принятия решений врачей-специалистов.
Реализуется выбор рациональной медикаментозной терапии на основе анализа матрицы эффективности и прогностического моделирования.
Третья глава посвящена вопросам рационализации дифференциальной диагностики ДГПЖ на основе систематизация результатов клинико-диагностических исследований и проектирования системы интеллектуальной поддержки врача.
Осуществляется формирование структуры информационной базы клинико-диагностических исследований системы поддержки принятия решений в урологической практике.
Основными вопросами являются: определение этапов обработки данных о пациенте, и формирование принципов создания автоматизированной системы обработки показателей клинико-диагностического обследования больных с различными стадиями доброкачественной гиперплазией предстательной железы в сочетании с сопутствующими патологиями. Синтез системы реализован с использованием математической интерпретации результатов кластерного и дискриминантного анализов, а также экспертного оценивания.
Четвертая глава посвящена научному обоснованию подходов к рационализации дифференциальной диагностики на основе использования автоматизированной компьютерной системы информационной и интеллектуальной поддержки врача-уролога. На основе предложенной методологии анализа параметров больных ДГПЖ предлагается интеграция комплекса классификационно-прогностических и оптимизационных моделей в рамках компьютерной системы диагностики и прогнозирования. В данном случае система позволяет реализовывать следующие этапы моделирования: классификация больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы в зависимости от тяжести патологического процесса и клинико-диагностических показателей, на основе разбиении множества объектов на однородные группы в зависимости от типа хирургического вмешательства; прогнозирование состояния больного в зависимости от применения той или иной медикаментозной терапии; оценивание тяжести течения заболевания с учетом отдельных составляющих клинико-диагностического обследования; формирование информационной базы данных по классификации больных в зависимости от диагноза типа лечебного воздействия; самостоятельный перерасчет коэффициентов классификационно-прогностических моделей в зависимости от изменения статистических данных.
Формирование клинико-ориентированных результатов моделирования составляющих клинико-диагностического обследования у больных ДГПЖ проиллюстрировано на основе выписок из реальных историй болезней.
На основе построенных классификационных и прогностических моделей > в группах пациентов проведен сравнительный анализ эффективности исполь- зования методов математического моделирования в клинической практике.
В заключении рассмотрены основные результаты работы.
В приложениях приведены следующие схемы: схема логического выбора рациональной тактики лечения ДГПЖ, схема взаимодействия модулей системы, схема использования математических методов на различных этапах исследовательского процесса, а так же акты внедрения.
