Методология нечеткого принятия решений и алгоритмизация управления оказанием медицинской помощи больным пиелонефритом

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет»

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Методология нечеткого принятия решений и алгоритмизация управления оказанием медицинской помощи больным пиелонефритом

Специальность: 05.13.01- Cистемный анализ, управление и обработка информации (технические и медицинские системы)

Новиков Алексей Викторович

Воронеж - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Курский государственный технический университет»

Научный консультант доктор медицинских наук, профессор Серегин Станислав Петрович

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Назаренко Евгений Андреевич;

доктор медицинских наук, профессор Иванов Виктор Афанасьевич;

доктор медицинских наук, профессор Бежин Александр Иванович

Ведущая организация ГОУДПО «Российская медицинская академия последипломного образования» г. Москва

Защита состоится 25 сентября 2009 года в 15⁰⁰ часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.02 ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан «2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Федорков Е.Д.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Пиелонефрит - наиболее частое неспецифическое заболевание почек во всех возрастных группах, превосходя по своей частоте все болезни почек вместе взятые (Т.С. Перепанова, Н.И. Тарасов 2006). Согласно статистическим данным в среднем на планете каждый год пиелонефритом заболевает 1 % людей (М.Ф. Трапезникова 2007). При этом вопросы профилактики, диагностики и дифференциальной диагностики стадий заболевания, лечения (и в особенности излечения) далеки от разрешения. Причиной этого является многообразие субъективных и объективных проявлений заболевания, отражающих как местные проявления, так и системную реакцию организма. Применяемые диагностические методы часто не позволяют ни установить, ни исключить диагноз. Вместе с тем диагностическая ценность отдельных критериев все еще оспаривается некоторыми исследователями (А.В. Кухтевич, Н.Б. Гордовская, 1997).

Пиелонефрит, как заболевание полипатогенетическое, требует комплексного подхода к лечению. Используемые методики терапии, несмотря на их многочисленность, не всегда эффективны, а без учета особенностей развития каждого конкретного случая заболевания и факторов, способствующих его хронизации, не могут удовлетворить ни лечащего врача, ни его пациента. Поэтому возникает потребность разработки процедур прогнозирования и диагностики пиелонефрита, выбора рациональной терапии, учитывающей особенности течения заболевания. При этом необходимо учитывать теоретические и прикладные системные связи и закономерности развития патологического процесса с ориентацией на применение современных математических методов и информационных технологий (Е.Я. Львович, В.Н. Фролов, 2007).

Таким образом, разработка и исследование методов и средств прогнозирования, диагностики и управления комбинированной профилактикой и терапией пиелонефрита, позволяющих повысить качество диагностики и лечения этого заболевания, на основе методов системного анализа является актуальной научной задачей.

Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательской работы межведомственного научного совета по урологии и оперативной нефрологии, секции Министерства здравоохранения и социального развития РФ и Российской академии наук, в соответствии с научным направлением ГОУВПО «Курский государственный технический университет» «Разработка медико-экологических информационных технологий».

Цель работы: улучшение качества оказания медицинской помощи больным, страдающим различными формами пиелонефрита, на основе создания моделей, методов и алгоритмов прогнозирования, диагностики, профилактики и лечения пиелонефрита, сочетающих медикаментозные и физиотерапевтические процедуры, управляемые автоматизированной системой поддержки принятия решений врача-уролога.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

на основе анализа информации об особенностях пиелонефрита обосновать выбор математического аппарата принятия решений;

изучить клинические проявления различных форм пиелонефрита, выявляемые на основании клинических, лабораторных и аппаратных методов исследования, изучить особенности представления данных и сформировать систему прогностических и диагностических признаков;

синтезировать систему нечетких решающих правил для прогнозирования и диагностики пиелонефрита;

разработать алгоритмы управления процессами профилактики и лечения исследуемого заболевания;

разработать и внедрить в практику новый способ лечения гнойного осложненного пиелонефрита с применением гипохлорита натрия на системном и местном уровне;

разработать и внедрить в практику метод камнеизгоняющей терапии с применением звуковой стимуляции мочевых путей и б-адреноблокаторов;

сформировать систему прогностических признаков и синтезировать систему нечетких решающих правил для прогнозирования грыжеобразования в отдаленном послеоперационном периоде с обоснованием превентивной герниопластики у больных, оперированных на верхних мочевых путях;

разработать структуру автоматизированной системы поддержки принятия решений врача-уролога;

проанализировать эффективность применения предложенных методов и средств в клинических условиях и разработать рекомендации по их практическому применению.

Методы исследования. В работе для решения поставленных задач использовались методы клинико-лабораторных и аппаратных исследований, системного анализа, теории управления, математического моделирования, основные положения теории вероятности, математической статистики и нечеткой логики принятия решения, а также методы экспертного оценивания.

Научная новизна исследования. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

система информативных признаков, отличающаяся комплексным учетом факторов риска и субклинических проявлений пиелонефрита, позволяющая повысить качество прогнозирования возникновения и обострения данного заболевания;

решающие правила для прогнозирования возникновения и обострения пиелонефрита и его дифференциальной диагностики, отличающиеся комплексным использованием разнородных факторов риска при их неполном описании, обеспечивающие требуемое для практики качество классификации с учетом приемлемых временных и технико-экономических затрат, использование которых позволяет научно-обоснованно решать задачи рационализации профилактики и лечения;

алгоритмы управления процессами профилактики и лечения пиелонефрита, отличающиеся возможностью рационально и гибко менять тактику ведения пациентов в зависимости от их текущего состояния с учетом разнородных факторов риска и клинических форм заболевания;

способ лечения больных гнойным осложненным пиелонефритом, отличающийся комплексным использованием внутривенного введения гипохлорита натрия в небольшой концентрации (0,004 %) и внутрилоханочным введением раствора высокой концентрации (0,06 %), чем достигается хороший эффект при отсутствии развития осложнений, связанных с внутривенным введением раствора высокой концентрации;

способ проведения литокинетической терапии, отличающийся использованием звуковой стимуляции области почек волнами в “качающемся” диапазоне от 2,0 до 3,5 кГц, модулированными низкочастотными колебаниями 60 Гц, а также прием б-адреноблокаторов, сокращающий сроки отхождения конкрементов, уменьшающий количество инфекционно-воспалительных осложнений при камнях мочеточника и сокращающий количество инвазивных манипуляций по их устранению;

способ прогнозирования грыжеобразования после операции на верхних мочевых путях, отличающийся применением синтезированных нечетких решающих правил, позволяющий научно обосновать показания к превентивной герниопластике и снизить количество данных осложнений в отдаленном послеоперационном периоде;

структура и информационно-алгоритмическое обеспечение системы поддержки принятия решений врача-уролога по прогнозированию, диагностике, профилактике и лечению различных форм пиелонефрита, обеспечивающая улучшение качества оказания медицинской помощи и ведения пациентов с данным заболеванием, отличающаяся использованием правил нечеткой логики принятия решений.

Практическая значимость и результаты внедрения работы.

Разработанные модели, методы и алгоритмы составили основу для построения автоматизированной системы поддержки принятия решений врача-уролога, клинические испытания которой показали целесообразность ее использования в медицинской практике.

Применение предложенных в диссертации разработок позволяет прогнозировать возникновение острого пиелонефрита или обострения хронического пиелонефрита, рационализировать, персонализировать и повысить качество профилактических мероприятий, диагностики, лечебных процедур, сократить сроки лечения, без повышения временных и технико-экономических затрат лечебно-диагностического процесса.

Предложенные в работе методы и средства внедрены в учебный процесс кафедры биомедицинской инженерии ГОУВПО «Курский государственный технический университет» и используются в клинической практике МУЗ «городская клиническая больница скорой медицинской помощи» г. Курска, ЦРБ г. Щигры, поликлиниках г. Курска. Экономическая и социальная значимость состоит в снижении заболеваемости пиелонефритом, повышении качества оказания медицинской помощи, сокращении сроков временной нетрудоспособности и уменьшении случаев стойкой утраты трудоспособности, улучшении качества жизни пациентов.

Апробация. Основные положения и научные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: IV конгрессе Российской Ассоциации аллергологов и клинических иммунологов (Москва, 2001), I Всероссийском форуме «III тысячелетие. Пути к здоровью нации» (Москва, 2001), VIII и IX Российских национальных конгрессах «Человек и лекарство» (Москва, 2001, 2002), II Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии, экспериментальной и клинической медицины» (Орел, 2001), 67-й научной сессии КГМУ и отделения медико-биологических наук Центрально-Черноземного научного центра РАМН (Курск, 2002), Х юбилейном съезде урологов России (Москва, 2002), Пленуме правления Российского общества урологов (Москва, 2003), IX и X Международных научно-технических конференциях «Медико-экологические информационные технологии» (Курск, 2006, 2007), Международном конгрессе по андрологии (Сочи, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Концептуальные и прикладные аспекты медицины и образования» (Курск, 2007), заседании кафедр урологии КГМУ и биомедицинской инженерии КГТУ (Курск, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 46 научных работ, в том числе одна монография и 11 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем анализируются современные диагностические возможности при пиелонефрите и состояниях, ему способствующих [2,20,21,22,35,38,39]; приводятся данные о возможности применения аппарата нечеткой логики для решения задач прогнозирования и диагностики воспалительных заболеваний мочеполового тракта [4-6,9,12,40-44,46]; анализируются варианты лечения и профилактики воспалительных заболеваний в урологии [1,13-16,19,23-27,29-32,33], сообщаются сведения об авторских методиках лечения и профилактики пиелонефрита и заболеваний, вызывающих его развитие [3,7,8,10,11,17,18,28,33,36,37,45].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 301 наименования. Основная часть работы изложена на 232 страницах, содержит 20 рисунков и 36 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цель и задачи исследования, определена новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ современных представлений об этиологии и патогенезе пиелонефрита, определены диагностические принципы и выделены недостатки существующих подходов к диагностике и лечению. По степени влияния на развитие болезни патологические факторы не равнозначны, часть из них не имеет количественных показателей. Оценка воспалительной патологии почек проводится врачом интуитивно и является субъективной, что сказывается негативным образом при выборе лечебных мероприятий. Проанализированы существующие математические модели моделирования и выбора лечебных мероприятий. Показано, что в условиях неполной априорной информации наиболее приемлемым для решения задач прогнозирования и диагностики, профилактики и лечения пиелонефрита является математический аппарат нечеткой логики принятия решений.

Во второй главе определяются объект, методы и средства исследования, дается клинико-эпидемиологическая характеристика больных пиелонефритом. Исследование базируется на ретроспективном анализе медицинской документации больных различными формами пиелонефрита, проходивших лечение в урологических отделениях МУЗГКБСМП г. Курска, а также обращавшихся в поликлинику МУЗ Щигровская ЦРБ в 2007-2008 гг., всего 367 человек 18-92 лет, из них мужчин 73 (19,9%), женщин 294 (80,1%).

Таблица 1 Возрастная структура больных пиелонефритом

Возраст	18-29 лет	30-39 лет	40-49 лет	50-59 лет	60-69 лет	старше 70
Больных	72	102	68	52	49	24
%	19,6	27,8	18,5	14,2	13,3	6,6

Наиболее часто острый пиелонефрит встречается в возрасте от 30 до 39 лет, наибольшее количество больных (80,1%) были трудоспособного возраста. Среди больных пиелонефритом его серозная форма отмечена у 259 человек (70,6%), различные формы гнойного пиелонефрита у 108 (29,4%). У 55 (50,9%) выявлены карбункулы почки, апостематозный пиелонефрит был у 40 человек (37,0%), абсцесс почки у 13 пациентов (12,1%). У больных серозным пиелонефритом заболевание было первичным в 73% случаев (189 человек), вторичный пиелонефрит установлен у 70 человек (27%). Обратная картина отмечается среди больных гнойными формами пиелонефрита: 75% (81 человек) имели вторичный пиелонефрит и 25% (27 человек) первичный.

Всем больным проведено общеклиническое обследование, включающее опрос, осмотр, проведение лабораторных тестов (общий анализ крови и мочи, биохимический анализ крови), бактериологического исследования мочи, инструментальных методов обследования (УЗИ почек, органов малого таза и брюшной полости, обзорной и экскреторной урографии, МРТ). пиелонефрит клинический лечение

Определены методы профилактики и лечения пиелонефрита, включающие ряд авторских методик:

способ лечения больных осложненным гнойным пиелонефритом - после нефростомии, декапсуляции, иссечения гнойных элементов почки, в течение 7 дней, по нефростоме орошается полостная система почки утром и вечером (25 мл 0,06% раствора гипохлорита натрия) в сочетании с внутривенным введением - 0,004% раствора (10 мл на кг веса 1 раз в сутки);

способ профилактики инфекционно-воспалительных осложнений у больных, оперированных по поводу ДГПЖ (патент № 2261716 бюлл. №28 от 10.10.2005) - 2-3 дня 1 раз в день внутривенно вводили 0,004% раствор гипохлорита натрия (10 мл на кг веса) в сочетании с внутрипузырным введением 0,06% раствора (400 мл 1 раз в день) в течение 6-10 дней;

способ литокинетической терапии при камнях мочеточника - назначается препарат б-адреноблокатор, затем через 3 часа в течение 15 минут проводится сеанс звуковой стимуляции на проекцию почки звуковыми волнами в “качающемся” диапазоне от 2,0 до 3,5 кГц, что обеспечивает восстановление нарушенной функции без индивидуального подбора частоты, при этом звуковые волны модулируются низкочастотными колебаниями частотой 60 Гц, повторный сеанс через 4-5 часов, курс лечения 5-7 дней;

способ лечения больных хроническим простатитом (патент С2 2194547 RU №5/067 А61 бюлл. №35 от 27.02.2001) - применяется поливитаминный комплекс (бета-каротин 2,5 мг + аскорбиновая кислота 25,0 мг + альфа-токоферола ацетат 12,5 мг) в течение 20-30 дней в сочетании с 10 сеансами МИЛ-терапии с одновременным воздействием на каротидные зоны (2 поля, частота 50 Гц, экспозиция 1 мин), яремную область (1 поле, частота 50 Гц, экспозиция 2 мин), надлобковую область (1 поле, частота 5 Гц, экспозиция 2 мин), промежность (1 поле, частота 5 Гц, экспозиция 5 мин), трансректально ректальным полостным электродом с излучающей поверхностью 11,3 см² (1 поле, частота 1000 Гц, экспозиция 5 мин).

Для решения поставленной задачи на первом этапе определены информативные признаки и сформированы рабочий словарь признаков и алфавит классов. По каждому из признаков группой экспертов определены функции принадлежностей к исследуемым классам состояний. Вид и форма функции принадлежности выбираются исходя из результатов разведочного анализа, существа решаемой задачи при обеспечении наилучшего приближения аналитических зависимостей экспериментальным данным по критерию минимальной ошибки классификации.

Полученные функции принадлежностей используются как элементы нечетких правил принятия решений по конкретной задаче (прогнозу, диагностике пиелонефрита). Синтез нечетких решающих правил осуществлен в соответствии с модифицированным методом, разработанным и апробированным на кафедре биомедицинской инженерии ГОУВПО «Курский государственный технический университет» (Н.А. Кореневский, 2006).

В результате синтеза получаются выражения для определения частных и финальных коэффициентов уверенности в принимаемых решениях. Выбор типов зависимости для расчета коэффициентов уверенности (КУ_щl) осуществляется экспертами исходя из знаний свойств используемых аналитических соотношений, из структуры данных и свойств решаемой задачи. На основании базовых формул расчета КУ_щl синтезируется многоуровневая система прогнозирования и диагностики пиелонефрита.

Решение проблемы прогнозирования пиелонефрита рассматривалось как задача разделения обследуемых на два класса: щ₀ - риск заболевания отсутствует, щ₁ - существует риск развития пиелонефрита в течение года.

Сформулирован перечень информативных признаков, влияющих на риск развития пиелонефрита (класс щ₁). I. Социально-экономические факторы: х₁ - уровень образования, х₂ - жилищные условия, х₃ - уровень дохода, x₄ - социальный статус; II. Производственные факторы: х₅ - трудовая занятость, х₆ - работа в условиях “вредного производства”, х₇ - оторванные от дома рабочие, х₈ - работа в условиях неблагоприятного температурного режима, х₉ - хронический стресс на производстве; III. Поведенческие факторы: х₁₀ - низкая санитарная грамотность, х₁₁ - несоблюдение гигиены, х₁₂ - гиподинамия, х₁₃ - несвоевременное опорожнение кишечника, х₁₄ -несвоевременное опорожнение мочевого пузыря, х₁₅ - прием алкоголя не менее 65 мл/сутки, х₁₆ - табакокурение, х₁₇ - хроническое переутомление, х₁₈ - хронический стресс, х₁₉ - промискуитет, х₂₀ - незащищенный половой акт, х₂₁ - аноректальный половой акт; IV. Факторы питания: х₂₂ - использование в пищу “жесткой” воды, х₂₃ - употребление пережаренной мясной пищи, х₂₄ - употребление рафинированных углеводов более 60 г/сут, х₂₅ - злоупотребление острой пищей, х₂₆ - регулярность приема свежих овощей и фруктов, х₂₇ - регулярность приема мясомолочных продуктов; V. Медико-биологические факторы: х₂₈ - возраст, х₂₉ - хроническая инфекция мочеполовых путей, х₃₀ - трансуретральные инвазии в анамнезе, х₃₁ - инфекции, передаваемые половым путем в анамнезе, х₃₂ - хронические заболевания кишечника и перианальной области, х₃₃ - нерегулярность стула, х₃₄ - хронические воспалительные заболевания женских половых органов, х₃₅ - фибромиома матки, х₃₆ - использование внутриматочной спирали, х₃₇ - аборты в анамнезе, х₃₈ - опущение влагалища, х₃₉ - стрессовая инконтиненция, х₄₀ - патология уретры, х₄₁ - инфравезикальная обструкция, х₄₂ - фимоз, х₄₃ - наличие постоянного дренажа в мочевых путях, х₄₄ - патология мочевого пузыря, х₄₅ - патология мочеточников, х₄₆ - гидронефроз, х₄₇ - мочекаменная болезнь, х₄₈ - аномалии развития почек, х₄₉ - инвазии в почку в анамнезе, х₅₀ - рак кишечника или матки, х₅₁ - облучение области таза в анамнезе, х₅₂ - сахарный диабет, х₅₃ - хронические заболевания систем и органов, х₅₄ - иммунодефициты, х₅₅ - беременность.

По каждому признаку методом экспертного оценивания были определены функции принадлежности к классу щ₁ - м_щ1(х_i), объединяющиеся в частные решающие правила с помощью итерационных выражений:

, (1)

где r - номер итерации в расчетах частного КУ по группе признаков с номером р; р=1 для признаков, формирующих КУ в щ₁ от социально-экономических факторов (КУ_СЭФ); р=2 производственных факторов (КУ_РАБ); р=3 поведенческих факторов (КУ_ПОВ); р=4 факторов питания (КУ_ПИТ); р=5 медико-биологических факторов (КУ_МБФ).

Финальное решающее правило определяется выражением вида:

КУ_ОРП(р+1)= КУ_ОРП (р) + КУ_р+1[1- КУ_ОРП (р)] (2)

В результате экспертного оценивания и математического моделирования была определена доля каждого из информативных блоков и финальная уверенность в принимаемых прогностических решениях (рис. 1).

Анализ рис. 1 позволяет сделать вывод о том, что каждый из блоков информативных признаков в отдельности не обеспечивает требуемого качества классификации. Однако при их совместном использовании, даже при неполном признаковом описании, достигается прогностическая уверенность 0,95 и выше в зависимости от количества собираемой информации, что позволяет рекомендовать полученные решающие правила к использованию в системе поддержки принятия решений врачей-урологов.

Рис.1. Распределение прогностической уверенности по блокам информативных признаков

Диагностика пиелонефрита с помощью автоматизированной системы поддержки принятия решений включает два подраздела: определение факта наличия болезни и классификацию диагноза, т.е. определение его формы (серозная или гнойная, осложненная или неосложненная).

Для синтеза решающих правил первого подраздела выделяются классы: ₀ - пиелонефрит отсутствует; _P - пиелонефрит есть. Для второго подраздела определены классы, разбитые на группы: I - форма пиелонефрита (щ_S): щ_S1 - серозная, щ_S2 - гнойная; II - наличие осложняющих факторов течения пиелонефрита (щ_K): щ_K1 - неосложненная, щ_K2 - осложненная.

Для установления принадлежности к искомым классам определена система признаков х_i для каждого из которых с участием экспертов определены значения функции принадлежности м_щ(х_i). Рабочий словарь признаков включает: 1. Данные опроса: боли: х₁ - локализация; х₂ - интенсивность; гипертермия - х₃; озноб - х₄; тошнота - х₅; рвота - х₆; адинамия - х₇; дизурия - х₈. 2. Анамнестические данные: длительность заболевания - х₉; предшествующая терапия - х₁₀; сахарный диабет - х₁₁; хронические заболевания - х₁₂; беременность - х₁₃; “Урологический” анамнез: х₁₄ - мочекаменная болезнь; х₁₅ - хронические инфекции мочевых путей; х₁₆ - инфравезикальная обструкция; х₁₇ - инструментальные инвазии мочевых путей; х₁₈ -постоянные дренажи в мочевых путях. 3. Объективные данные: х₁₉ - общее состояние; х₂₀ - одышка; х₂₁ -пульс; х₂₂ -артериальное давление; х₂₃ - сухость слизистых; х₂₄ - болезненность почек; х₂₅ - напряжение мышц брюшного пресса при пальпации; х₂₆ - симптом поколачивания. 4. Лабораторные методы: общий анализ мочи: х₂₇ - протеинурия, х₂₈ - лейкоциты; общий анализ крови: х₂₉ - анемия, х₃₀ -лейкоцитоз, х₃₁ - палочкоядерные нейтрофилы, х₃₂ - незрелые формы лейкоцитов, х₃₃ - токсическая зернистость в нейтрофилах, х₃₄ - лимфопения; биохимический анализ крови: х₃₅ - протеинемия; х₃₆ - уровень креатинина; х₃₇ - бактериологическое исследование мочи. 5. Инструментальные методы: УЗИ почек: х_38.0 - УЗ норма, х_38.1 - увеличение размеров, х_38.2 - отек паренхимы, х_38.3 - ретенционные изменения, х_38.4 и х_38.5 - неоднородность эхоструктуры и очаговые изменения паренхимы, х_38.6 -камни, х_38.7 - паранефральная экссудация, х_38.8 - снижение дыхательной подвижности; рентгенологическое исследование: х_39.0 - норма, х_39.1 - увеличение размеров почки, х_39.2 - нечеткость контура поясничной мышцы, х_39.3 - отсутствие экскреторной функции на 7 минуте, х_39.4 - ретенционные изменения, х_39.5 - камни, х_39.6 - снижение дыхательной подвижности почки.

Диагностика пиелонефрита осуществляется поэтапно: определение факта болезни > классификация диагноза. Для постановки диагноза используется формула (1), в которой р=1 для признаков, формирующих КУ в диагнозе (_P) от опроса (КУ_ОПРОС); р=2 от анамнеза (КУ_АН); р=3 от осмотра (КУ_ОСМОТР); р=4 по лабораторным анализам (КУ_ЛАБ); р=5 по результатам инструментальных исследований (КУ_ИНС). По всем группам признаков уверенность в диагнозе «пиелонефрит» определяется выражением:

КУ_ОП(р+1)= КУ_ОП (р) + КУ_р+1 [1- КУ_ОП (р)]. (3)

При экспертном оценивании и математическом моделировании была определена доля каждого из информативных блоков и финальная уверенность в диагнозе «пиелонефрит» (рис. 2).

Рис.2. Распределение уверенности в диагнозе «пиелонефрит» по блокам информативных признаков.

Как видно из представленного рисунка ни один из блоков информативных признаков по отдельности не может обеспечить необходимого качества классификации. В случае их совместного использования достигается уверенность 0,95 (при наличии у пациента всех признаков с максимальными величинами функций принадлежности), наиболее часто встречающиеся характеристики и их значения признаков дают величину КУ_ОП выше 0,88. В процессе обучения получен порог классификации (для дефазификатора) = 0,75.

Этапом, следующим за установлением диагноза «пиелонефрит» (т.е. при выполнении условия КУ_ОП>0,75), является классификация принадлежности исследуемого случая путем поэтапного определения принадлежности объекта по группам классов I-II. Общая диагностическая уверенность в классах щ_S1-2 определяется итерационным выражением:

, где i = 1,2. (4)

Максимальная уверенность в щ_S2 достигает 0,94, при наличии наиболее часто встречающихся признаков 0,85; в щ_S1 соответственно 0,92 и 0,83.

Общая уверенность в диагнозе класса щ_K1-2 определяется итерационным выражением:

, где i = 1,2. (5)

При наличии всех признаков с максимальными величинами функций принадлежности общая диагностическая уверенность по обоим выделенным классам достигает величины 0,91. Наиболее часто встречающиеся характеристики дают величину КУ выше 0,8.

Дефазификация осуществляется на основании следующих импликаций:

ЕСЛИ (КУщ_S1> КУщ_S2) ТО [серозный] ИНАЧЕ [гнойный].

ЕСЛИ (КУщ_К1> КУщ_К2) ТО [неосложненный] ИНАЧЕ [осложненный].

Нами предложен способ профилактики образования грыжи послеоперационного рубца при операции на верхних мочевых путях путем превентивной герниопластики. Для отбора больных, основываясь на аппарате нечеткой логики, сформирована система прогноза грыжеобразования. Рабочий словарь информативных признаков: I. Характер операции: х₁ - пересечение массива мышц; х₂ - пересечение нервов, х₃ - первичность операции, х₄ - инфицирование раневого канала, х₅ - способ ушивания, х₆ - шовный материал; II. Опрос: х₇ - пол, х₈ - возраст, х₉ - физическая нагрузка, х₁₀ - грыжи в анамнезе; III. Осмотр: х₁₁ - ожирение, х₁₂ - птоз живота, х₁₃ - послеродовая дряблость, х₁₄ - стрии, х₁₅ - грыжи брюшной стенки, х₁₆ - надлобково-паховый фартук, х₁₇ и х₁₈ - размер и форма живота, х₁₉ - развитие жировой клетчатки, х₂₀ - подтянутость боковой поверхности живота, х₂₁ - талия; IV. Пальпация: х₂₂ - диастаз прямых мышц, х₂₃ - уменьшение окружности живота по талии при вдохе; V. УЗИ: х₂₄ и х₂₅ - толщина и эхоструктура подкожно-жировой клетчатки, х₂₆ и х₂₇ - толщина и ширина белой линии живота, х₂₈ и х₂₉ - толщина и ширина прямых мышц живота в состоянии покоя; х₃₀ и х₃₁ - сужение и утолщение прямых мышц при напряжении; х₃₂ - эхоструктура прямых мышц; х₃₃, х₃₄ и х₃₅ - толщина, сужение при напряжении и эхоструктура широких мышц.

Для каждого из признаков группой экспертов построены функции принадлежностей м_щg(x_i) к классу щ_g - грыжа образуется. Общий КУ в прогнозе по классу щ_g (КУ_ОГ) рассчитывается с помощью правила вида:

, (6)

где КУ_ОГ(r) - коэффициент уверенности в классе щ_g на r-ом шаге итерации; r- номер итерации в расчете уверенности в прогнозе; м_щg(x_i+1) - функция принадлежности к прогнозу щ_g для вновь вводимого признака с номером i+1; КУ_ОГ(1)= м_щg(x₁).

Максимальный коэффициент уверенности образования грыжи (КУ_ОГ) достигает 0,94, что вполне приемлемо для использования в медицинской практике. Полученное значение коэффициента уверенности соответствует вероятности возникновения послеоперационной грыжи у данного пациента.

В третьей главе предлагается структура автоматизированной системы поддержки принятия решений (СППР) врача-уролога по прогнозированию, диагностике, профилактике и лечению пиелонефрита.

Управление работой СППР, включая взаимодействие с лицом, принимающим решение, осуществляется с помощью набора специально разработанных алгоритмов. Блок-схема алгоритма управления процессами прогнозирования пиелонефрита и его профилактикой приведена на рис. 3.

Алгоритм управления профилактическими мероприятиями, предлагаемый в работе, реализуется следующим образом:

1. Определяется задача исследования: прогнозирование (блок 1) или диагностика пиелонефрита (блок 2).

2. При прогнозировании у обследуемого выявляются факторы риска х₁-х₅₅ (блок 3), рассчитывается общий коэффициент уверенности развития пиелонефрита КУ_ОРП (блок 4). Если решается задача диагностики, переходим к блоку 23, в противном случае алгоритм завершается.

3. Решается задача прогнозирования возникновения пиелонефрита в течение ближайшего года с учетом наличия воспалительного процесса в мочевых путях в анамнезе (блок 5). Если прогнозируется обострение хронического пиелонефрита, выясняется, известна ли стадия заболевания (блок 6). Если стадия болезни известна, то она указывается (блоки 7, 8), если не известна, то система переходит к блоку диагностики (блок 2). При ремиссии хронического пиелонефрита (блок 7), определяются пороговые значения (блок 9). При латентном воспалительнии (блок 8) риск заболевания расценивается как высокий (переход к блоку 15). При активном воспалении реализуется алгоритм диагностики и лечения пиелонефрита (блок 23).

4. У пациентов, ранее не болевших пиелонефритом, а также в случае ремиссии заболевания проверяются условия превышения КУ_ОРП пороговых значений (блоки 9-11) и формируется четкий вывод работы блока прогнозирования с указанием значения КУ_ОРП:

Рис.3. Алгоритм управления процессами прогнозирования возникновения / обострения пиелонефрита и мероприятиями по его профилактике

ЕСЛИ КУ_ОРП<0,35, ТО «нет риска возникновения пиелонефрита в течение ближайшего года» (блок 13).

ЕСЛИ 0,35? КУ_ОРП<0,55, ТО «существует средний риск возникновения пиелонефрита в течение ближайшего года» (блок 14).

ЕСЛИ 0,55?КУ_ОРП<0,75, ТО «высокий риск возникновения пиелонефрита в течение ближайшего года» (блок 15).

В случае 0,75?КУ_ОРП решается вопрос целесообразности диагностики (блок 12), при утвердительном решении переходим к блоку диагностики пиелонефрита (блок 23), в противном случае алгоритм завершает работу.

5. На основании полученных данных принимается решение о проведении профилактических мероприятий путем комбинации профилактических блоков 16, 17, 19, 20, 21.

При выполнении условия КУ_ОРП<0,35 риск возникновения пиелонефрита не велик, работа алгоритма профилактики заканчивается. При среднем риске (0,35?КУ_ОРП<0,55) показано проведение профилактических мероприятий в объеме исключения или ослабления влияния имеющихся факторов риска (блок 16), а также соблюдения общих профилактических мероприятий (блок 17). При высоком риске (0,55?КУ_ОРП<0,75) профилактические мероприятия, кроме блоков 16 и 17, дополняются проведением специфических медикаментозных и физиотерапевтических мероприятий, направленных на коррекцию субклинических уродинамических и гемодинамических нарушений, повышение местной резистентности, устранение инфекционных агентов (блоки 19, 20, 21).

Проверяется условие КУ_ОРП?0,75 (блок 11). При положительном ответе пользователя по запросу: «существует вероятность заболевания пациента пилонефритом на момент опроса, рекомендовано дообследование. Перейти к блоку диагностики?» (блок 12) реализуется блок диагностики пиелонефрита.

6. По ходу ведения пациента, исходя из своих собственных профессиональных критериев и медико-экономической целесообразности, врач принимает решение о дальнейшем ведении пациента (блок 22) или об окончании работы по выбранному классу заболеваний.

Основой алгоритма управления диагностикой и лечением острого пиелонефрита (хронического пиелонефрита в фазе активного воспаления) служат определение факта заболевания и его классификационной принадлежности. Схема данного алгоритма приведена на рис. 4.

Этот алгоритм реализуется следующим образом:

1. В ходе опроса и осмотра по специализированному справочнику (блок 23) устанавливается наличие признаков пиелонефрита.

2. Производится расчет КУ_ОП (блок 24).

3. Проверяются условия превышения КУ_ОП порогового значения (блок 25). При условии КУ_ОП ? принимается решение о наличии заболевания пиелонефрит.

4. Проводится классификация диагноза путем поэтапного определения принадлежности объекта к классам щ_S и щ_К (блоки 26-32).

5. Формируется один из четырех возможных вариантов диагноза (блок 33): неосложненный серозный пиелонефрит (щ_S1 щ_К1); неосложненный гнойный пиелонефрит (щ_S2 щ_К1); осложненный серозный пиелонефрит (щ_S1 щ_К2); осложненный гнойный пиелонефрит (щ_S2 щ_К2).

Рис. 4. Алгоритм управления процессом диагностики и лечения острого пиелонефрита (хронического пиелонефрита в фазе активного воспаления)

6. На основании синтезированного диагноза с учетом формы заболевания, наличия осложняющих факторов детализируются лечебные мероприятия (блок 34). Конкретизация лечебных факторов осуществляется в виде всплывающих подсказок по ссылкам на него. Специфические лечебные мероприятия дополняются общими рекомендациями (блок 35) с формированием индивидуального для каждого больного лечения (блок 36). Лечебные рекомендации по конкретному диагнозу выводятся в виде комбинации медикаментозных, физиотерапевтических процедур, указанных в общем виде (группы препаратов и физических лечебных факторов), малоинвазивных вмешательств и открытого оперативного лечения.

7. После составления индивидуального плана лечения решается вопрос о необходимости открытого оперативного лечения (блок 37). Если операция не нужна, осуществляется намеченный план лечения. В противном случае производится оценка риска грыжеобразования путем расчета КУ_ОГ (блок 38), полученное значение сравнивается с пороговой величиной 0,4 (блок 39), при превышении которого производится превентивная герниопластика (блок 40), в противном случае реализуется традиционная схема (блок 41).

8. Определяется эффективность лечения (блок 42). Если после проведения выбранных схем лечения наблюдается ремиссия, решается вопрос о разработке программы профилактических мероприятий путем реализации алгоритма прогнозирования обострения хронического пиелонефрита, иначе работа алгоритма заканчивается.

9. Если положительная динамика отсутствует, то решается вопрос о необходимости коррекции схемы лечения путем возврата к блоку 23.

В результате работы сформирована структура программного обеспечения системы поддержки принятия решений врача-уролога, схема которой приведена на рис. 5.

Согласно данной схеме, информация о состоянии пациента в виде его паспортных данных, блоков истории болезни, информативные признаки о состоянии пациента по исследуемому классу заболеваний вводятся в систему поддержки принятия решений через интерфейс пользователя.

Рис. 5. Структурная схема СППР врача-уролога

Вводимые значения информативных признаков обрабатываются логическими блоками прогнозирования или диагностики в зависимости от решаемой задачи. Логические блоки включают фазификатор, который рассчитывает значения соответствующих функций принадлежностей; блок правил вывода, рассчитывающий на основании решающих правил КУ вывода; дефазификатор, трансформирующий нечеткий вывод в четкое решение; и блок реализации алгоритма управления, который функционирует в соответствии с алгоритмами, описанными выше. Итоги работы алгоритма в форме сообщений об этапах исполнения алгоритма и выбранных схем лечения выдается врачу через интерфейс пользователя. В базе данных сохраняются литературные данные о предметной области, электронная копия медицинской карты пациента, в которой содержатся паспортные данные, данные анамнеза, результаты опросов, осмотров, экспериментальных исследований, диагностические заключения, графики посещения врачей и т.д. При помощи интерфейса пользователя реализуются: необходимые опросники для врача и пациента; механизмы ведения электронной медицинской карты пациента; отображение графической, символьной и сопутствующей числовой информации; корректировка параметров лечебных мероприятий; обращение к доступным справочникам базы данных и т.д.

В четвертой главе обсуждаются результаты экспериментальных исследований по прогнозу и диагностике пиелонефрита.

С целью проверки качества «срабатывания» разработанных решающих правил за период 2007-2008гг. нами проводилось наблюдение студентов КГТУ, пациентов урологических отделений МУЗГБСМП г. Курска, больных, обращавшихся в поликлинику ЦРБ Щигровского района Курской области. Пациенты были без признаков активности воспалительного процесса в верхних мочевых путях считались здоровыми или страдали какими-либо заболеваниями органов мочеполовой системы (всего 228 человек).

Далее в течение года за отобранной группой пациентов проводилось наблюдение с фиксацией факта воспаления почек. К концу года были сформированы две репрезентативные контрольные выборки, соответствующие двум классам состояний: ₀ - люди без признаков пиелонефрита (123 человека) и ₁ - пациенты, у которых в течение года развилось воспаление почек (105 человек). При такой технологии получения контрольных выборок класс ₁ соответствует прогнозу появления исследуемого заболевания в течение года.

В качестве показателей качества, характеризующих прогностические и диагностические возможности исследуемых правил, были выбраны принятые в медицинских интерпретирующих системах показатели диагностической чувствительности (ДЧ), диагностической специфичности (ДС), прогностической значимости положительных (ПЗ⁺) и отрицательных (ПЗ^-) результатов и диагностической эффективности (ДЭ).

С целью расчета этих показателей для прогностических решающих правил была построена гистограмма распределения классов ₀ и ₁ по шкале КУ_ОРП (рис.6) и определен порог фазификации на уровне 0,55, обеспечивающий минимальную ошибку классификации.

Рис. 6. Гистограммы распределения классов ₀ и ₁ по шкале КУ_ОРП для прогнозирования возникновения пиелонефрита

Относительно этого порога прогностическое решающее правило обеспечивает следующие показатели качества: ДЧ=0,9; ДС=0,91; ПЗ⁺=0,89; ПЗ^-=0,92; ДЭ=0,91.

Полученные на репрезентативных контрольных выборках результаты близки к экспертным оценкам и результатам математического моделирования, что позволяет включить прогностические решающие правила в базу знаний СППР.

Оценка эффективности срабатывания алгоритма профилактики острого пиелонефрита, а также развития активного воспаления при хроническом пиелонефрите, производилась среди двух категорий больных. Первая категория была представлена первичными больными, ранее не обращавшимися за медицинской помощью по поводу воспаления почек. Вторая группа больных - пациентами, прошедшими курс лечения в стационаре по поводу острого или хронического пиелонефрита.

Среди первичных больных было отобрано 112 человек с КУ_ОРП>0,55. Из этой группы 60 пациентам в течение года проводился комплекс профилактических мероприятий в соответствии с разработанным алгоритмом. В течение года признаки пиелонефрита отмечены у 4 человек (8,3%). В группе сравнения - 52 пациента с КУ_ОРП>0,55, без проведения профилактических мероприятий пиелонефрит развился у 31 (59,6%).

Профилактическую эффективность (ПЭ) предложенного алгоритма определяли по формуле:

ПЭ = , (7)

где n₁ - число людей, перешедших в прогнозируемое состояние без применения алгоритма профилактики; n₂ - число людей с предотвращенным заболеванием при использовании алгоритма; n₃ - общий объем обследуемых.

В соответствии с полученными результатами среди первичных больных профилактическая эффективность равна 0,78.

Среди больных после проведенного в стационаре лечения и достижения клинико-лабораторной ремиссии были отобраны 122 человека, имевших высокий риск развития пиелонефрита (КУ_ОРП>0,55). 68 человек получали профилактическую терапию по предложенным нами методикам, 54 пациента наблюдались без профилактических мероприятий.

В группе больных без профилактических мероприятий в течение года рецидивы заболевания отмечены в 77,8% наблюдений. У больных с проведением профилактических мероприятий рецидивы заболевания возникли у 10 (14,7%). ПЭ больных, проходивших курс лечения в урологическом стационаре, равнялась 0,82. Общая ПЭ, рассчитанная для первичных и вторичных больных, равнялась 0,8.

Учитывая наибольшее значение для развития пиелонефрита мочекаменной болезни и инфекции мочевых путей, а также имеющуюся потребность в улучшении результатов лечения данных нозологий, нами разработаны и опробированы новые способы лечения таких больных.

Проведено обследование больных с пиелонефритом на предмет выявления инфекции нижних мочевых путей. У женщин это были острый и хронический цистит, у мужчин острый и хронический простатит, острый и хронический цистит. Также рассматривались инфекционно-воспалительные осложнения оперативного лечения аденомы предстательной железы. Всего инфекция нижних мочевых путей выявлена нами у 207 больных пиелонефритом (56,4%), причем соотношение мужчин и женщин было неравнозначным. Среди мужчин, болеющих пиелонефритом, инфекция нижних мочевых путей выявлена в 83,6% случаев (61 человек), среди женщин у 49,6% (146 человек).

Лечение циститов у женщин проводилось по общепринятым методикам, с учетом чувствительности высеваемой микрофлоры. В комплексное лечение простатитов включалась терапия по предложенному нами способу (патент С2 2194547 RU №5/067 А61 бюлл. №35 от 27.02.2001) с применением комплекса бета-каротин + аскорбиновая кислота + альфа-токоферол и МИЛ-терапии. Профилактика инфекционных осложнений после операций, связанных с ДГПЖ, осуществлялась в соответствии с методикой (патент № 2261716 бюлл. №28 от 10.10.2005), предусматривающей внутрипузырное введение 0,06% раствора гипохлорита натрия с внутривенным введением 0,004% раствора.

Лечебные мероприятия, направленные на санацию простаты и мочевого пузыря, проводились у 51 человека (группа I), в то время как 33 пациента (группа II) не получали адекватного лечения. Оказалось, что при проведении лечения положительные результаты (значительное улучшение, либо полная санация) в первой группе достигнуты у 46 человек (90,2%). В группе II симптомы заболевания, лейкоцитарная реакция, бактериурия сохранялись у всех пациентов в течение всего периода наблюдения. Результаты наблюдения за этими больными представлены в табл. 2.

Таблица 2 Заболеваемость пиелонефритом среди пациентов с КУ_ОРП более 0,55 в течение года в зависимости от проведения санации нижних мочевых путей

Группы	Всего пациентов	Заболели пиелонефритом	%
I	51	4	7,8
II	33	10	30,3

Заболеваемость по пиелонефриту среди больных, получавших лечение инфекции нижних мочевых путей, составила 7,8%. Отказ от проведения адекватной терапии увеличивает количество заболевших до 30,3%.

В отношении больных МКБ в нашей практике применялись дистанционная литотрипсия, контактная литотрипсия, открытое оперативное лечение и камнеизгоняющая терапия различными способами. Всего за период с 2007 по начало 2008 годов в урологических отделениях МУЗ ГКБ СМП г. Курска находились 1010 больных, страдающих МКБ. У 131 (13%) из них выявлялись различные формы пиелонефрита. Виды лечения представлены в табл. 3.

Таблица 3 Способы лечения больных МКБ, находившихся в урологических отделениях МУЗ ГКБ СМП г. Курска в 2007-2008 гг.

Виды лечения	Количество больных	%
Пиелолитотомия	56	5,5
Уретеролитотомия	89	8,8
Нефрэктомия	9	0,9
Дистанционная литотрипсия	24	2,4
Контактная литотрипсия	18	1,9
Комбинированное лечение (нефростомия + литотрипсия + литокинетическая терапия)	65	6,4
Камнеизгоняющая терапия	739	73,1
Всего	1010	100

Произведена оценка эффективности традиционной камнеизгоняющей терапии, включающей использование спазмолитиков (но-шпа, дротоверин), растительных препаратов (канефрон, цистон), мочегонных трав, водной нагрузки, уроантисептиков, физиотерапии (интрафон). Всего за данный период камнеизгоняющую терапию получали 846 больных с небольшими камнями, расположенными в тазовых отделах мочеточников, а также прошедшие сеансы дистанционной либо контактной литотрипсии. Результаты их лечения проиллюстрированы в табл. 4.

Положительные результаты лечения достигнуты только у половины больных, в остальных случаях конкремент либо не отходил в сроки, предусмотренные медицинским стандартом, либо развивались осложнения в виде различных форм инфекционно-воспалительного процесса. Для решения данной проблемы традиционная схема лечения дополнялась проведением звуковой стимуляции и приемом б-адреноблокаторов по разработанной нами схеме. При этом достигалось сочетание трех дополнительных лечебных факторов: воздействие б-адреноблокаторов, звуковой стимуляции и локальной вибрации.

Таблица 4 Результаты камнеизгоняющей терапии у больных, находившихся в урологических отделениях МУЗ ГКБ СМП г. Курска в 2007-2008 гг.

Исходы лечения	Количество больных	%
Отхождение конкремента в сроки до 21 дня	478	56,5
Развитие серозного пиелонефрита	47	5,6
Развитие гнойных форм пиелонефрита	14	1,6
Неотхождение конкремента в сроки до 21 дня	307	36,3
Всего	846	100

Для оценки эффективности предложенного метода лечения были сформированы группы больных, различающихся по способу проведения камнеизгоняющей терапии. 47 больным осуществлялось лечение согласно разработанной нами методике. Во второй группе (42 человека) проводилась традиционная камнеизгоняющая терапия. Лечение осуществлялось как в стационарных, так и в амбулаторных условиях. Оценка качества лечения проводилась исходя из сроков отхождения конкремента, факта развития осложнений, необходимости применения инвазивных манипуляций по удалению конкремента, вследствие отсутствия тенденции к отхождению. Результаты лечения представлены в табл. 5.