Программный комплекс прогнозирования результатов лечения

Системы поддержки принятия РРЭН E3SS_врачебных решений_

' и инсЬормаиионные

и информационные

технологии

ч

И.А. ЦЫГАНКОВА,

к.т.н., старший научный сотрудник, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛЕЧЕНИЯ

Бурное развитие вычислительной техники и информационных технологий позволяет в настоящее время перейти к использованию в повседневной лечебной практике узкоспециализированных систем прогнозирования и поддержки принятия решений.

В данной работе приводится описание и структура программного комплекса, предназначенного для прогнозирования исхода болезни и выбора тактики лечения на примере кожного хронического рецидивирующего заболевания — псориаз.

Псориаз является общесистемным заболеванием, для лечения различных клинических форм которого пока не разработан единый подход, учитывающий возрастные, психофизиологические и социальные особенности пациентов [1]. Еще недавно было принято считать, что при хроническом заболевании достаточно поддерживать в норме основные клинические показатели, а вопрос о том, насколько полноценна при этом жизнь пациента, не рассматривался вообще. Сейчас для повышения качества жизни больного лечащий врач должен иметь возможность достоверно прогнозировать исход заболевания при различных методах и тактиках лечения. И в случае необходимости совместно с пациентом принимать решение о выборе лечения, обеспечивающего смещение обострения заболевания по времени без общего ухудшения состояния больного.

Для решения поставленной задачи разработан программный комплекс прогнозирования результатов лечения и выбора тактики лечения на основе анализа и обработки многомерных разнотипных массивов медико-биологической информации. При обработке информационных массивов использована новая информационная технология, сочетающая как классические статистические методы, так и эвристические методы анализа эмпирических данных.

В состав программного комплекса входят база данных и пакет программных модулей. База данных состоит из массивов медико-биологической информации о больных, методах и результатах их лечения. Для структурирования информации используется реляционная модель, позволяющая естественно отобразить данные в таблице типа «объект-свойство». Массивы данных хранятся в электронных таблицах формата Excel. Данные являются разнотипными, часть из них измеряется в количественных, а часть — в качественных (номинальных, порядковых) шкалах. Предварительно в Excel проводится подготовка исходных данных, которая включает в себя выявление и

И.А. Цыганкова, 2008 г.

устранение аномальных и пропущенных значений, дублирующих и противоречивых записей о больном, формализацию данных. Качественные параметры: клиническая форма, стадия, сезонность заболевания и ряд других, сводятся к набору бинарных величин. Параметры, которые имеют число градаций более двух, редуцируются в набор бинарных величин.

Пакет состоит из модуля расчета весовых коэффициентов входных параметров больных и модуля прогнозирования неизвестных выходных параметров нового больного по его известным входным данным [2]. Программные модули реализованы в среде визуального объектно-ориентированного программирования C++Bui!der 6. Для обмена данными между электронной таблицей и программными модулями используется механизм автоматизации технологии OLE (Object Linking and Embedding) [3]. Взаимодействие пользователя с программным комплексом обеспечивается пользовательским интерфейсом. При разработке комплекса используется модульный объектно-ориентированный подход, позволяющий создавать легко модифицированные прикладные программы по технологии RAD (Rapid Application Development). Строгое соблюдение модульности в сочетании с принципом скрытия информации позволяет проводить модификацию любого модуля комплекса, не затрагивая остальных его частей. Для внешних потребителей доступен только защищенный от несанкционированного изменения пользовательский интерфейс. При таком подходе программный комплекс может постоянно совершенствоваться, но если при этом сохраняется пользовательский интерфейс, то внешний потребитель этого даже не заметит. Для него модернизация сведется к замене исполняемого файла на новый файл, более совершенный или разработанный специально для него с учетом его специфических требований. В соответствии с принципом скрытия информации текст модулей разделен на заголовочный файл, который содержит объявления классов, функций, переменных и т.п., и файл реализации,

www.idmz.ru jLh|H_ SOOS, № 1

который содержит описание (текст) функций. После обработки программой C++Builder файла реализации препроцессором, компилятором и компоновщиком формируется исполняемый файл, который работает в среде Windows и не требует какого-либо дополнительного программного обеспечения.

Уровень доступа к комплексу настраивается в соответствии с пользовательской ролью и учитывает специфику медицинских учреждений и уровень компьютерной грамотности потенциальных пользователей. Предусмотрен защищенный иерархический доступ к базам данных и программным модулям (врач, администратор, разработчик). Каждый пользователь имеет возможность работать только с той информацией, которая ему необходима, и не может несанкционированно изменить или скопировать базы данных и коды программных модулей. Врач вводит данные больных и получает результат расчета прогнозируемых величин при выбранном методе лечения. Администратор обновляет и поддерживает базы данных, обеспечивает выполнение расчетных процедур по подбору весов входных параметров. Разработчик имеет полный доступ к программному комплексу и возможность модифицировать программный код.

Графический пользовательский интерфейс, сценарий и дизайн которого согласовывался с практикующими врачами-дерматологами и администраторами лечебных учреждений, создан в среде C++Builder на основе редактора форм. Форма — это контейнер, в котором размещены визуальные и невизуальные компоненты C++Builder. Графический интерфейс пользователя является типом экранного представления, при котором пользователь может просматривать результаты, вводить и редактировать данные, выбирать команды, запускать задачи. С точки зрения пользователя, форма — это окно, в котором он работает с приложением. Пользовательский интерфейс программы состоит из: интерфейса программы ввода исходных данных; интерфейса

1 и информационные

технологии

программы представления результатов расчета и ряда диалоговых окон.

При запуске программного комплекса на экран выводится диалоговое окно (рис. 1), в котором пользователь с учетом своего статуса (врач, администратор, разработчик) выбирает режим доступа к пакету и информационную базу данных, используемую в текущем сеансе. После выбора указанных полей пользователь может нажать кнопку «ОК» для продолжения процесса запуска или нажать кнопку «Отмена» для завершения сеанса. Кнопка «Справка» позволяет перейти к описанию решаемых пакетом задач и медико-биологических данных, хранящихся в информационных базах. После завершения работы в этом окне на экран буден выведен стандартный диалог «Авторизация доступа», в котором пользователю необходимо ввести свой пароль, нажать кнопку «ОК» или кнопку «Отмена» для продолжения процесса авторизации или для отказа от него соответственно.

Интерфейс программы ввода исходных данных (рис. 2) представляет собой компонент РадвСопГо/, который состоит из четырех снабженных закладками страниц:

— «Данные больного»,

— «Список больных»,

— «Выбор параметров»,

— «Служебная информация».

Интерфейс программы представления

результатов расчета (рис. 4) также построен на основе РадвСоп1го/, состоящего из трех страниц:

— «Результаты расчета весовых коэффициентов»,

— «Результаты прогноза»,

— «О программе».

Если в поле «Статус» (рис. 1) выбран «Врач», то в форму выводится страница «Данные больного» (рис. 2). Нажатие кнопки «Ввод данных» активизирует все поля страницы. Здесь врач вводит индивидуальные сведения о больном: анамнез, клинико-функциональные, метаболические и иммунологические показа-

тели, сопутствующие заболевания. На странице предусмотрен раздел, куда заносятся результаты лечения. После завершения лечения все данные о больном, включая результаты лечения, передаются в информационные базы данных и включаются в обучающие выборки. Это обеспечивает постоянное увеличение обрабатываемой информации и рост достоверности прогнозируемых параметров.

Программа предусматривает работу врача со списком больных, проходящих лечение в настоящее время, данные этих больных выводятся в таблицу на странице «Список больных». Здесь врач может просмотреть список своих пациентов, выбрать конкретного больного из списка для просмотра и редактирования его данных.

После заполнения или редактирования полей формы (рис. 2) и последовательного нажатия кнопок «Сохранить» и «Продолжить» врач переходит на страницу «Выбор параметров» (рис. 3). Эта страница имеет четыре раздела: «тип задачи», «метод лечения», «параметры исхода лечения» и «параметры разбиения выборки на подвыборки по качественным признакам». Раздел «тип задачи» определяет режим работы комплекса и выбор программного модуля, который будет активирован. Врачу на этой странице доступны два раздела: «метод лечения» и «параметры исхода лечения». Здесь он выбирает тактику лечения паци-

Рис. 1. Диалоговое окно для запуска программного комплекса

www.idmz.ru

гоов, № 1

Рис. 2. Страница «Данные больного»

Рис. 3. Страница «Выбор параметров»

>

Врач Ва

' и инсЬоомаиионные

и информационные

технологии

Рис. 4. Страница «Результаты прогноза»

Рис. 5. Страница «Результаты расчета весовых коэффициентов»

www.idmz.ru

ента и тот параметр, прогноз которого ему (а может быть, и больному) хотелось бы получить. Если прогнозируется комплексный параметр, то врач должен задать коэффициент значимости для каждого прогнозируемого параметра. Затем, нажав кнопку «Продолжить», он переходит на страницу «Результаты прогноза», общий вид которой представлен на рис. 4. Кнопка «Прогноз» инициирует вывод расчетного прогнозируемого параметра исхода лечения и ранжированного списка пациентов, проходивших лечение ранее и имевших сходные характеристики заболевания.

Если в поле «Статус» (рис. 1) выбран «Администратор», то пользователь попадает на страницу «Выбор параметров» (рис. 3). Здесь, помимо выбора метода лечения и параметров исхода лечения, ему доступен раздел, где задаются ограничения на объем и количество локальных информативных массивов для различных комбинаций качественных величин медико-биологических данных. Выбор ограничений зависит в основном от технических характеристик и структуры вычислительного комплекса, на котором работает описываемый программный продукт. Нажав кнопку «Продолжить», администратор переходит на страницу «Результаты расчета весовых коэффициентов». Общий вид этой страницы представлен на рис. 5. Кнопка «Расчет» запускает алгоритм обучения, позволяющий вычислить веса входных параметров больных, находящихся в информационных массивах. Расчет весовых коэффициентов проводится по методу Монте-Карло для экстремальных задач функции многих переменных, что дает возможность прервать работу алгоритма, нажав кнопку

гаав, № i

«Остановить расчет», а затем в любое время продолжить, нажав кнопку «Расчет». Это позволяет выполнять расчет весовых коэффициентов в те интервалы времени, когда комплекс не занят врачом. Алгоритм обучения работает с каждым информативным подмножеством больных последовательно. Текущие результаты решения экстремальной задачи, общее количество итераций, количество последних непродуктивных итераций и время работы алгоритма выводятся в таблицу формы. Полученное решение (текущий набор весовых коэффициентов) используется врачом при прогнозировании. Кнопка «Выход» закрывает сеанс работы с программным комплексом и обеспечивает сохранение результатов, полученных в сеансе.

Если в поле «Статус» (рис. 1) выбран «Разработчик», то открыт доступ ко всем страницам интерфейса и к программному коду. Поля страницы «Служебная информация» (см. рис. 2, рис. 3) используются для установки и изменения паролей пользователей, просмотра информационных массивов, экспорта и импорта данных.

При разработке программного комплекса учитывались уровень и состояние информационных технологий в современных российских лечебных учреждениях. Поэтому он ориентирован на работу на персональном компьютере под управлением Windows, базы данных представляют собой таблицы Excel, то есть используются самое доступное оборудование и программное обеспечение. Предусмотрены возможность последовательной работы на одном компьютере нескольких врачей и решение вспомогательной задачи (расчет весовых коэффициентов).

ЛИТЕРАТУРА

Ш

&

1. Молочков В.А., Бадокин В.В., Альбанова В.И., Волнухин В.А. Псориаз и псори-атический артрит. — М: Изд-во КМК, 2007.

2. Цыганкова И.А. Численный метод прогнозирования исхода заболевания//Врач и информационные технологии. — 2007. — № 2. — С. 22-25

3. Архангельский А.Я., Тагин М.А. Программирование в С++Ви1!Сег 6 и 2006. — М.: Изд-во Бином, 2007.