Оптимизация лечения в урологической практике на основе классификационно-прогностического моделирования и рационального выбора

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 ИВО.

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 итоге 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, классификационного 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 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 леченияметодика обработки составляющих клинико-диагностического обследования больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы, позволяющие сформировать совокупность параметров обследования больных, значимо влияющих на выбор тактики лечения, характеризующихся минимальной размерностью при достаточной информативностиметодика построения классификационных моделей выбора типа хирургического лечения доброкачественной гиперплазии предстательной железы, позволяющие идентифицировать состояние больного с учетом тяжести течения патологического процесса и сопутствующих патологийкомплекс прогностических моделей изменения степени тяжести заболевания в зависимости от типа воздействия, позволяющий оценить применение различных средств медикаментозной терапиифункциональная 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 мо-ч дели, 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 программное 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 «Системный анализ и управление в медицинских системах» Воронежского государственного технического университета. t 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.

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-t видуального подхода к выбору метода оперативного вмешательства на основе 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.

Выводы четвертой главы.

1. Использование предложенных алгоритмов и моделей возможно на основе разработанной компьютерной системы, представляющей собой комплекс взаимосвязанных программных модулей, обеспечивающих решение задачи рационализации дифференциальной диагностики доброкачественной гиперплазии предстательной железы и выбора вида медикаментозного или хирургического вмешательства.

2. Практическое применение классификационно-прогностических моделей и показателей тяжести течения патологического процесса позволяет адекватно отработать терапевтические технологии и прогнозировать особенности дальнейшего течения заболевания.

3. Внедрение полученных результатов в практическую медицину способствовало рационализации лечения доброкачественной гиперплазии предстательной железы и интеллектуализации процесса анализа, хранения и обработки клинико-диагностической информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

К числу наиболее распространенных урологических заболеваний у пациентов пожилого возраста относится доброкачественная гиперплазия предстательной железы (ДГПЖ). Около 80% мужчин старше 80 лет страдают этим заболеванием. Другая статистика свидетельствует, что из всех заболеваний, которым подвержены мужчины старше 50 лет, на долю доброкачественной гиперплазии простаты приходится 36%. Эти сведения настолько общеизвестны, что ухудшение качества мочеиспускания часто рассматривается как естественное явление.

Поэтому, немаловажное значение имеет необходимость выбора рациональной тактики лечения в зависимости от результатов клинико-диагностического обследования путем проектирования информационной автоматизированной системы интеллектуальной поддержки врача-уролога.

В ходе работы были получены следующие результаты:

1. Проведен системный анализ актуальных концепций построения информационных систем интеллектуальной поддержки принятия решений в медицинской практике. Определена актуальность разработки подобных систем и рассмотрены различные подходы к их проектированию.

2. Определен общеметодологический поход к анализу современных методов лечения доброкачественной гиперплазии предстательной железы. Обобщена и сформулирована логическая модель рационального выбора тактики лечения больного доброкачественной гиперплазией предстательной железы.

3. Произведено выделение наиболее информативных показателей, отражающих тяжесть течения доброкачественной гиперплазии предстательной железы и влияющие на определение типа лечебного воздействия, основанное на оценке взаимосвязи показателей с использованием корреляционного анализа, метода корреляционных плеяд и вычисления критерия Крускала-Уоллиса.

4. Предложенная методика позволила выделить совокупность показателей, позволяющих оценить значимость параметров клинико-диагностического исследования и отобрать наиболее значимые показатели, используемые далее для построения классификационно-прогностических моделей.

5. Разработана методика, основанная на построении прогностических моделей с использованием в качестве зависимых переменных — отношение скорости мочеиспускания к корню третьей степени из квадрата объема остаточной мочи на конец лечения, в качестве независимых — значения факторов перед началом, обеспечивающая рациональный выбор тактики лечебных мероприятий и выбор наиболее эффективной схемы лечения.

6. Сформирована схема принятия решений при выборе тактики лечения с использованием классификационно-прогностических моделей, позволяющая с учетом результатов обследования, а также, принимая во внимание мнения лечащего врача осуществить выбор текущих целей лечения и вида лечебного воздействия.

7. Осуществлена интеграция разработанных моделей и алгоритмов в рамках программного комплекса выбора рациональной тактики лечения больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы, включающего информационную базу, полученную в результате проведенного анализа, и позволяющего не только классифицировать поступившего больного на основе результатов обследования, но и прогнозировать течения заболевания, производить выбор лечебных мероприятий с учетом индивидуальных особенностей больных, осуществлять поддержку деятельности врача при выборе рационального плана лечения.

8. Разработан и апробирован программный комплекс для обеспечения рациональной тактики лечения больных доброкачественной гиперплазией предстательной железы.