Исследование и разработка методов анализа и рационального управления процессом лечения кариеса с учетом терапевтических и минералогических факторов

Анализ и обобщение результатов большого числа исследований в области стоматологии показывают, что до настоящего периода данные результаты не имели системного обобщения, отсутствовала их научно-практическая оценка с учетом иерархии организации и оказания стоматологической помощи на индивидуальном, групповом и популяционном (государственном) уровнях.

Существующие в настоящее время условия деятельности стоматологии как самостоятельной научной отрасли медицины и как большого раздела практического здравоохранения, включающего решения социально-экономических, законодательно-правовых, организационных и многих других проблем, поставили необходимость обобщения знаний на новом уровне их оценки. И именно внедрение в стоматологию новых форм социально-экономического развития общества и возрастание их роли вызывает интерес к системным исследованиям. В этой связи следует считать, что включение знаний из области теории систем, конкретно таких ее разделов как системный подход и системный анализ, является новым этапом в развитии методологии стоматологической науки, практической стоматологии и организации стоматологической службы в наступившем XXI столетии.

Современное распространение информационных технологий, методов системного анализа, теории управления оказывают существенное влияние на развитие и применение новых медицинских технологий, в частности, в стоматологии. Для осуществления более эффективной и рациональной диагностики и лечения стоматологических заболеваний, учитывая индивидуальные особенности организма пациента, необходимо применять, наряду с традиционными, современные методы диагностики и рационального управления процессом лечения. Эти методы являются более информативными и наглядными, позволяют получить более точную и объективную диагностику, оптимизировать выбор тактики лечения и обеспечить прогнозирование развития процесса заболевания, используя методы теории управления, статистической обработки информации, а также методы графической визуализации полученных результатов.

Стоматологические заболевания носят вероятностный характер, большинство диагностических признаков выражаются качественными показателями. Недостаток априорной информации приводит к тому, что принятие решений врачом на всех этапах лечения осуществляется в условиях ряда неопределенностей, а характеристики больного являются индивидуальными.

Поэтому для повышения эффективности лечения в стоматологической практике в настоящее время все больше используются высокие медицинские технологии, в том числе новые технологии лечения, компьютерные технологии и математические методы выбора тактики лечения.

Современные подходы к пониманию основных процессов развития стоматологических заболеваний, и в частности этиологии и патогенеза кариеса, в значительной степени стали доступными лишь с внедрением в стоматологию важнейших научных методологий таких, как знания по теории систем, системного подхода и теории вероятности.

Диагностика и лечение кариеса зуба представляют одну из актуальных проблем современной терапевтической стоматологии. Не только медицинский, но и социальный ее аспект определяется повсеместной высокой распространенностью и интенсивностью кариозного процесса практически среди всех возрастных групп населения, различающихся по экономико-географическим, этническим, профессиональным, экологическим и другим специфическим особенностям. В то же время различная степень предрасположенности каждого организма к такому многофакторному заболеванию, каким является кариес, обуславливает необходимость разработок методов как достаточно быстрой и точной диагностики, учитывающей индивидуальную форму обслуживания пациентов, так и методик прогнозирования и выбора лечебной тактики.

В современной стоматологии для профилактики и лечения кариеса, в качестве лечебных средств, стали широко применять минералогические лечебные воздействия. В настоящее время используется ряд препаратов и продуктов питания, в состав которых входят ионы кальция, фтора и других элементов, обуславливающие реминерализацию.

Из многочисленных элементов, поступающих в организм человека с пищевыми продуктами и питьевой водой, выраженным противокариозным действием обладает фтор. Поступление оптимального количества фторида очень важно для стоматологического здоровья, поскольку от этого зависит резистентность эмали зубов к кариозному поражению и способствует правильному развитию зуба. Самым распространенным методом профилактики кариеса, в настоящее время, является искусственное фторирование продуктов питания, а также назначение препаратов фторида натрия.

Однако необходимо отметить, что, несмотря на видимые успехи в профилактике и лечении кариеса, применяемые обычно методики фторотерапии являются стандартными для всех пациентов и не учитывают их индивидуальных особенностей.

Другим направлением современной стоматологии является повышение качества и эффективности лечения кариеса на основе применения современных пломбировочных материалов.

Но, до настоящего времени, не исследованы механизмы противокариозного действия фторидов и современных пломбировочных материалов на течение кариозного процесса с точки зрения совокупности методов статистического анализа, математического моделирования и теории управления.

Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости разработки методов анализа и управления лечением кариеса при различных лечебных воздействиях на основе интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений.

Работа выполнена в соответствии с научными направлениями Воронежского государственного технического университета.

Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине" и «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка алгоритмов и моделей процессов профилактики и лечения кариеса с применением минералогических и терапевтических лечебных воздействий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ современного состояния профилактики и лечения стоматологических заболеванийразработать алгоритмы и модели процесса профилактики и лечения кариеса с применением фторидов и различных пломбировочных материаловоценить эффективность лечения кариеса у детей на фоне приема фторированного молокаполучить оценку влияния различных пломбировочных материалов на кариозный процессразработать систему автоматизированного выбора лечения неосложненного кариеса.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе были использованы методы математической статистики, априорного ранжирования, теории управления, математического моделирования и прогнозирования.

Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: математические модели процесса лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии, позволяющие получать количественные оценки влияния реминерализирующего фактора и реализовать имитационный эксперимент для прогнозирования исхода леченияалгоритмы анализа и оценки влияния фторидов и пломбировочных материалов на эффективность профилактики и лечения кариозного процесса, позволяющие объективным образом планировать реабилитационные мероприятия для реминерализации и нормализации минералогического состава как интактных, так и кариозных зубовметоды интеллектуальной поддержки решений врача при выборе тактики лечения, позволяющие повысить эффективность лечебного процесса за счет его индивидуализации и уменьшения времени лечения начальных форм кариесакомпьютерная автоматизированная система диагностически и лечения, обеспечивающая обработку данных в числовой и графической интерпретации, сокращение сроков принятия решений и лечения начального кариеса, а также повышение производительности труда врачей-стоматологов.

Практическая значимость и результаты внедрения. Разработанные методы лечения кариеса используются в стоматологической практике для прогнозирования исхода лечения, а также для осуществления интеллектуальной поддержки принимаемых при выборе рациональной тактики лечебно-профилактических мероприятий при фторотерапии и пломбировании. Результаты исследований в виде информационного и программного обеспечения автоматизированных подсистем диагностики и выбора лечения неосложненного кариеса внедрены на кафедре терапевтической стоматологии ВГМА им. Н. Н. Бурденко, в терапевтическом отделении студенческой стоматологической поликлиники ВГМА, а также в учебном процессе ВГТУ по дисциплинам «Моделирование биологических процессов и систем», «Управление в биологических и медицинских системах».

Медицинская эффективность работы заключается в возможности осуществления рационального выбора параметров фторотерапии на основе повышения качества диагностического процесса с учетом индивидуального подхода к пациенту.

Предполагаемая экономическая и социальная эффективность состоит как в сокращении сроков лечения, так и в предотвращении возможных повторных обращений к стоматологу.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2001, 2002, 2003) — Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2002, 2003) — научно-практической конференции «Актуальные проблемы восстановительной медицины в клинике и санаторно-курортных учреждениях» (Воронеж, 2002), научно-методических семинарах кафедры системного анализа и управления в медицинских системах ВГТУ и кафедры стоматологии ВГМА им. Н. Н. Бурденко (Воронеж, 2002;2003).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ.

В работах опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: в [1,2,7,8−10,12−14,16,17] постановка задачи, методика интеллектуальной поддержки врача при лечении кариеса, процедура рационального управления при профилактике и лечении начальных форм кариесав [3,4−6,18,19] статистический анализ влияния терапевтических и минералогических факторов на изменение химического состава твердых тканей зубовв [11,15] структура автоматизированной компьютерной системы диагностики и лечения кариеса.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 96 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 110 страницах, содержит 34 рисунка и 8 таблиц.

Результаты исследования объективно показывают, что наиболее эффективной процедурой лечения кариеса является процедура совместного использования традиционных методов лечения и методов интеллектуальной поддержки врача в виде автоматизированной компьютерной системы диагностики и выбора рациональной схемы лечения кариеса на основе минералогических и терапевтических факторов.

Эффективность внедрения результатов исследований заключается в предоставлении возможности на практике не только прогнозировать, но и корректировать качество и эффективность лечебно-профилактических мероприятии при лечении кариозного процесса.

Возможности применения современных компьютерных технологий, математических методов решения диагностики, прогноза, выбора тактики лечения, а также визуализации результатов обработки медицинской информации позволяют повысить качество диагностики и лечения начальных форм кариеса, предоставляет возможность осуществления рационального выбора лечебных мероприятий с учетом индивидуального подхода к пациенту.

Сюда входят создание математических моделей классификации и терапии начальных форм кариеса, отличающихся возможностью детализации стадии и прогнозирования исхода лечения посредством управления параметрами лечебного воздействия, формирование структуры и разработка информационного обеспечения автоматизированных подсистем диагностики и выбора терапии, обеспечивающие быструю и точную диагностику и эффективное лечение.

Разработанная компьютерная автоматизированная диагностическая система обладает рядом достоинств и преимуществ перед традиционными методами диагностики. Эффективность ее внедрения в стоматологические клиники, учебный процесс, использование в научных исследованиях складывается из качественных и количественных факторов. К числу первых относятся:

1. предоставление врачу-стоматологу возможности оперативного визуального анализа результатов обработки данных первичного осмотра и обследования пациента в числовой и графической интерпретациях для наглядного обоснования выводов по выбору методов лечения с учетом минералогических факторов;

2. расширение знаний врача по анализу получаемой диагностической информации и ее клинической интерпретации;

3. интеллектуальная поддержка выбора тактики лечения кариеса;

4. предоставление тестовых и обучающих средств для самостоятельной работы студентов, врачей-исследователей с высоким методическим уровнем;

5. возможность осуществления обследования больного с помощью автоматизированного компьютерного ведения по амбулаторным картам с записью на магнитном носителе и при необходимости быстрой их распечатки на бумаге.

Количественные факторы влияния складываются из следующих эффектов: 1) сокращение сроков лечения начального кариеса на основе фторидотерапии на 17%, 2) снижение повторной обращаемости на 65%, 3) снижение количества случаев осложненного кариеса на 92% 4) повышение производительности труда врачей-стоматологов приблизительно на 20%.

Программное обеспечение автоматизированной системы реализовано в объектно-ориентированной среде программирования Delphi 6.0, функционирующей в операционной системе Windows 9х/2000/ХР.

Возможность получения дополнительной информации о степени кариозного поражения в графической интерпретации с детализацией стадий и рекомендациями о выборе схемы терапевтических мероприятий: консервативных на основе фторидотерапии или иных физиотерапевтических воздействий, оперативно-восстановительных с применением различных пломбировочных материалов, повлияла на изменение лечебной тактики в 21,1% случаях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Построены адекватные математические модели процесса лечения начальных форм кариеса на основе фторотерапии по наиболее информативным показателям эффективности лечения. Полученные модели используются в ходе проведения имитационного эксперимента для прогнозирования исхода лечения при управлении лечебным процессом в условиях ограничений на постановку активного эксперимента. Их также можно применять для сочетания модельных и экспертных оценок при принятии решений в условиях неполной априорной информации и ряда неопределенностей для интеллектуальной поддержки принимаемых лечащим врачом решений. Математические модели процесса лечения кариеса позволяют дать количественные оценки влияния реминерализирующего фактора, а имитационный эксперимент дает возможность оценить динамику различных схем лечения. Использование имитационных моделей в процессе принятия решений обеспечивает воспроизведение эффекта различных схем лечебного воздействия и является одним из методов интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений. Таким образом, имитационное моделирование позволяет повысить качество и эффективность решений при выборе параметров фторотерапии.

2. Достоверно доказано положительное влияние фторида натрия на минералогический состав интактных зубов. Кроме того, анализ данных достоверно показал, что употребление фторированного молока способствует процессу реминерализации на стадии поверхностного кариеса вплоть до исчезновения кариозного пятна.

3. Для количественной оценки влияния различных материалов пломбирования на основные показатели эффективности лечения кариозного процесса (значение скорости кислотной растворимости эмали по Са, а также локальное процентное содержание основных компонентов эмали Са и Р по массе) построены адекватные математические модели процесса лечения кариеса с использованием различных пломбировочных материалов, которые используются для прогнозирования исхода лечения, определения динамики физиологических показателей эффективности лечения, а также адекватного планирования реабилитационных мероприятий для нормализации химического состава зубов.

4. Применение методов интеллектуальной поддержки решений врача при выборе тактики лечения и дозы лечебного воздействия позволяет повысить эффективность лечебного процесса за счет его индивидуализации, уменьшения сроков (примерно на 17%) достижения желаемого уровня показателя эффективности лечения начальных форм кариеса, что ведет к снижению экономических издержек.

5. Разработанная компьютерная автоматизированная диагностическая система обладает рядом достоинств и преимуществ перед традиционными методами диагностики. Эффективность ее внедрения в стоматологические клиники, учебный процесс, использование в научных исследованиях складывается из качественных и количественных факторов. К числу первых относятся: предоставление врачу-стоматологу возможности оперативного визуального анализа результатов обработки данных первичного осмотра и обследования пациента в числовой и графической интерпретациях для наглядного обоснования выводов по выбору методов лечениярасширение знаний врача по анализу получаемой диагностической информации и ее клинической интерпретацииинтеллектуальная поддержка выбора тактики лечения кариеса с учетом минералогических факторовпредоставление тестовых и обучающих средств для самостоятельной работы студентов, врачей-исследователей с высоким методическим уровнемвозможность осуществления обследования больного с помощью автоматизированного компьютерного ведения по амбулаторным картам с записью на магнитном носителе и при необходимости быстрой их распечатки на бумаге. Количественные факторы влияния складываются из следующих эффектов: сокращение сроков лечения начального кариеса на основе фторотерапии на 17%- снижение повторной обращаемости на 65%- снижение количества случаев осложненного кариеса на 92%- повышение производительности труда врачей-стоматологов около 20%.

6. Программное обеспечение автоматизированной системы реализовано в объективно-ориентированной среде программирования Delphi 6.0, функционирующей в операционной среде Windows 9х/2000/ХР.

7. Возможность получения дополнительной информации о степени кариозного поражения в графической интерпретации с детализацией стадий и рекомендациями о выборе схемы терапевтических мероприятий (консервативных на основе фторотерапии или иных физиотерапевтических воздействийоперативно-восстановительных с применением различных пломбировочных материалов) повлияла на изменение лечебной тактики в 21,1% случаях.