Интеллектуальная и информационная поддержка ведения пациентов с хроническими облитерирующими заболеваниями артерий нижних конечностей

Специальный выпуск: Материалы XIXмеждународного конгресса "Здоровье и образование в XXI веке"

18-20 декабря 2017, г. Москва

УДК 617.58

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ И ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА ВЕДЕНИЯ ПАЦИЕНТОВ С ХРОНИЧЕСКИМИ ОБЛИТЕРИРУЮЩИМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ АРТЕРИЙ НИЖНИХ

КОНЕЧНОСТЕЙ

Быков1 А.В., Пархоменко2 С.А., Стародубцева3 Л.В., Кореневская3 С.Н., Хрипина3 И.И.

1 Консультативная поликлиника БМУ КОКБ, г. Курск, Российская Федерация 2ФГБУ 3 Центральный военный клинический госпиталь им. А.А. Вишневского, г. Москва, Российская

Федерация

3ФГБОУ Юго-Западный государственный университет, г. Курск, Российская Федерация

Аннотация. Работа посвящена повышению качества медицинского обслуживания пациентов страдающих хроническими облитерирующими заболеваниями артерий нижних конечностей за счет использования современных математических методов, информационных и интеллектуальных технологий. В ходе проводимых исследований решаются задачи разработки математических моделей прогнозирования возникновения и течения ишемических поражений нижних конечностей, диагностики стадий этого класса заболеваний и выбора рациональных схем профилактики и лечения на основе использования гибридных нечетких моделей которые составляют основу построения базы знаний соответствующей системы поддержки принятия решений. Показывается, что использование предлагаемой интеллектуальной системы поддержки решений сосудистого хирурга и врача анагиолога позволяет повысить качество ведения пациентов с хроническими облитерирующими заболеваниями нижних конечностей.

Ключевые слова: критическая ишемия нижних конечностей, нечеткая логика, функции принадлежности, интеллектуальная поддержка принятия решений.

Введение. Одной из важных задач ведения больных с хроническими облитерирующими заболеваниями артерий нижних конечностей (ХОЗАНК) является своевременная и точная оценка состояния ишемизированных органов с выбором адекватных схем профилактики и лечения [1,2,3,4]. Анализ литературных источников посвященных профилактике и лечению ХОЗАНК показывает, что большинство из них рассматривает эту проблему как сосудистую проблему только нижних конечностей [1,2,3], в то время как наши исследования показывают что качество оказания медицинской помощи исследуемой категории больных возрастает, если учитывать системные ишемические поражения нижних конечностей центральной гемоденамической системы, сердца и головного мозга [4].

При этом решение задачи повышения качества медицинского обслуживания пациентов с ХОЗАНК целесообразно осуществлять с использованием современных математических методов, информационных и интеллектуальных технологий реализуемых системами поддержки принятия решений сердечно-сосудистых хирургов и врачей ангиологов.

Модели и методы. Задачи синтеза прогностических и диагностических математических моделей, а так же моделей выбора адекватных схем профилактики и лечения ХОЗАНК решались с использованием методологии синтеза гибридных нечетких решающих правил разработанных на кафедре биомедицинской инженерии Юго-Западного государственного университета [5, 6] с привлечением стандартного пакета прикладных программ STATISTICA 6.0, методов теории изменения латентных переменных реализуемых пакетом RUMM 2020 [8] и нечетной модификции метода группового учета аргументов (МГУА).

Для синтеза соответствующих математических моделей были использованы результаты наблюдений и обработки данных о состоянии 400 больных с ХОЗАНК на протяжении 6 лет (начиная с 2011 года). Пациенты имели различные стадии заболевания и лечились с использованием традиционных схем описанных в работах [1,

2, 3], а так же с использованием авторских методик.

В ходе синтеза решающих правил были получены следующие модели: прогнозирования динамики развития критичной ишемии нижних конечностей (КИНК); прогнозирования риска развития гангрены нижних конечностей; прогнозирования исхода ишемии нижних конечностей без учета и с учетом степени декомпенсации системы сердце-головной мозг; прогнозирование течения хронической ишемии нижних конечностей и оценки степени ее тяжести; оценки степени тяжести ишемического процесса центральной гемодинамической системы; оценки степени тяжести ишемии сердца, головного мозга и нижних конечностей; оценки степени тяжести ишемических процессов с учетом системных взаимодействий центральной и рациональной гемодинамики; оценки степени декомпенсации региональной гемодинамики большого круга кровообращения; выбора базовых

схем лечения в виде табличного алгоритма; коррекции схем профилактики и лечения и ряд других моделей.

—--—

~ 68 ~

Специальный выпуск: Материалы XIXмеждународного конгресса "Здоровье и образование в XXI веке"

18-20 декабря 2017, г. Москва

Н STk й Например, степень тяжести ишемического процесса в нижних конечностях k определяется нечеткой

моделью вида

STk = Uk + ST4 - Uk STс, (1) Uk (i +1) = Uk (i) + fk (q,+i)[l - Uk (i)] fk (q,+i) ф

где k k jicw+i'i k • jicw+1 -нечеткая частная функция уровня тяжести

qi q1

ишемического процесса в нижних конечностях определяемая для каждого^3 признаков 11 ; 11 - лодыжечно-плечевой индекс; пальцево- плечевой индекс; °3 -ЛПИ-Тредмил-теем; ц - степень тяжести ишемического поражения центральной гемодинамической системы.

Н STk ф ßH [ßTk h ßn \STk \ ßp

На шкале k определены функции принадлежности к таким

(H ), (л ),

классам ишемического поражения как нормальное состояние v н латентное состояние v л реверсивное

К1 (к) V Uk

состояние и критическое состояние 4 к . Уверенность k в том, что пациент относится к тому или

иному классу состояний принимается с использованием нечеткого выражения

Uk = max[ß (STk), ßn (STk), ßp (STk), ßk (STk )J

В результате математического моделирования и экспертного оценивания было установлено, что для всех перечисленных видов моделей уверенность в правильном принятии решения для прогностических задач шкал превышает 0,85, для диагностических задач - 0,9

Экспериментальная часть. Полученные в работе решающие правила синтезировались с использованием опыта и интуиции высококвалифицированных экспертов, которые хотя и превосходят иногда по качественным показателям принятия решений «работу» формальных моделей, но при возможности требуют проведения соответствующих статистических испытаний [6].С целью объективизации оценки качества работы полученных решающих правил из наблюдаемой группы людей формировались репрезентативные контрольные выборки по которым определялись такие общепринятые показатели качества классификации как: диагностическая чувствительность (ДЧ); диагностическая специфичность (ДС) и диагностическая эффективность (ДЭ) [6]

Анализ результатов контрольных статистических испытаний показал, что все вычисляемые показатели имеют значение не ниже 0,9, что позволяет рекомендовать полученные математические модели к использованию в медицинской практике сосудистых хирургов и ангиологов.

При оценке эффективности алгоритмов выбора схем лечения 160 пациентам проводилась традиционная терапия в соответствии с рекомендациями [1, 2, 3] и 240 пациентам проводилась терапия в соответствии с разработанной моделью и табличным алгоритмом. t (st ) ST

При этом регистрировались и рассчитывались: исходное значения показателя k ^ ко ; значение k

(ST ) (At )'

после применения схем лечения кл ; время наблюдения за пациентами H скорость изменения

STk (V = (STko - STin )(At)); й \ny J;

показателя k 4 4 k0 кл количество людей с ухудшающимся состоянием

(П Г

количество людей с ампутированной нижней конечностью a исходный класс состояний пациента (по

отношению к ишемии нижних конечностей) (r п норма (н), латентное состояние (л), реверсивное состояние (р), критическое состояние (к)).

S/TAST пPSTДимЬISTIеT)ебно-озДоровительных меsTPиятvИ проверялось по величине изменения k ^ k ко кл , по скорости изменения k ; по количеству людей с ухудшающимся

состоянием (по отношению к состоянию тяжести ишемии нижних конечностей) и по количеству людей с ампутированными конечностями.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что по всем показателям эффективности предлагаемыASTMЬI лечения выше традиционных. Например, по всеп классам состояпий эффективность по показателю k выросла в 2,25 раза; по показателю V в 2,4 раза; по y - в 3 раза; по о - в 2,5 раза.

Специальный выпуск: Материалы XIXмеждународного конгресса "Здоровье и образование в XXI веке"

18-20 декабря 2017, г. Москва

Выводы. В результате проведенных исследований по синтезу решающих правил был выбран адекватный математический аппарат исследования методов синтеза гибридных нечетких решающих правил в сочетании с теорией измерения латентных переменных с моделью Г. Раша. С использованием выбранного математического аппарата получена система математических моделей оценки степени тяжести ишемических процессов в центральной гемодинамической системе, нижних конечностях, сердце и головном мозге, и классификации нормального, латентного, реверсивного и критического состояний исследуемых органов. Для различных сочетаний этих классов состояний по исследуемым органам разработан алгоритм выбора рациональных схем профилактики и лечения. Показано, что по сравнению с традиционным схемам лечения использование предлагаемого алгоритма по различным критериям оценки эффективности позволяет увеличить скорость достижения положительных результатов в 2,4 раза (на 58%) и снизить риск ампутации конечностей в 2,5 раз (на 73%).

Полученные математические модели следует использовать в медицинской практике сосудистых хирургов и врачей ангиологов как в виде программного обеспечения смартфонов и планшетных компьютеров, так и в составе мощных систем поддержки принятия решений, включая телемедицинские системы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

[1] Савельев В.С., Кошкин В.М., Каралкин А.В.. Патогенез и консервативное лечение тяжелых стадий облитерирующего атеросклероза артерий нижних конечностей: Руководство для врачей.-М.: ООО «Медицинское информационное агенство»,2010.-216.:ил.

[2] Сосудистая хирургия. Национальное руководство.Краткое издание/ под ред. В.С. Савельева, А.И. Кириенко.-М.: ГЭОТАР- Медиа, 2014.-464 с.:

[3] Патент. Способ лечения хронической ишемии нижних конечностей различного генеза (патент №2421221), Лазаренко Виктор Анатольевич^и), Николаев Сергей Борисович^и), Быстрова Наталья A.(RU), Конопля Александр Иванович^и)/ Публикация патента 20.06.2011, начало действия патента 20.06.2011.

[4] Быков А.В., Кореневский Н.А., Емельянов С.Г. Прогнозирование степени тяжести развития ишемического процесса в сердце, головном мозге и нижних конечностях на основе нечетких моделей/ Биомедицинская радиоэлектроника, 2016 №9, с. 4-9.

[5] Кореневский Н.А. Использование нечеткой логики принятия решений для медицинских экспертных систем/ Медицинская техника.- 2015.-№1. - с. 33-35.

[6] Кореневский Н.А., Шуткин А.Н., Горбатенко С.А., Серебровский В.И. Оценка и управление состояния здоровья обучающихся на основе гидридных интеллектуальных технологий: монография, 2016.- Старый Оскол: ТНТ.-472 С.

[7] Кореневский, Н.А. Метод синтеза нечетких решающих правил на основе моделей системных взаимосвязей для решения задач прогнозирования и диагностики заболеваний [Текст] Н.А. Кореневский, М.В. Артеменко, В.Я. Проворотов, Л.А. Новикова// Системный анализ и управление в биомедицинских системах.-2014.Т.13,№4.-С.881-886.

[8] Оценка и управление состоянием здоровья на основе моделей Г.Раша Кореневский Н.А., Шуткин А.Н., Бойцова Е.А., Дмитриева В.В. //Медицинская техника. 2015.№6. С.37-40.

INTELLECTUAL AND INFORMATION SUPPORT OF THE MANAGEMENT OF PATIENTS WITH CHRONIC OBLITERATING DISEASES OF LOWER LIMB ARTERIES

Bykov1 A. V., Parkhomenko2 S.A., Starodubtseva3 L. V., Korenevsky4 S.N., Agripina5 I.I.

1Kursk regional clinical hospital, Kursk, Russian Federation 2South-West State University, Kursk, Russian Federation 3First Moscow State Medical University, Moscow, Russian Federation

Annotation. The work is devoted to improving the quality of medical care for patients suffering from chronic obliterating diseases of arteries of the lower limbs by using modern mathematical methods, information and intellectual technologies. In the course of the ongoing research, the problems of developing mathematical models for predicting the occurrence and course of ischemic lesions of the lower limbs, diagnosing the stages of this class of diseases and choosing rational schemes for prevention and treatment based on the use of hybrid fuzzy models that form the basis for building the knowledge base of the appropriate decision support system are being solved. It is shown that the use of the proposed intellectual system to support the decisions of a vascular surgeon and an analogist doctor makes it possible to improve the quality of management of patients with chronic obliterating diseases of the lower limbs.

Key words: critical lower limb ischemia, fuzzy logic, membership functions, intellectual decision support.