Введение к работе
Актуальность темы. Мочекаменная болезнь (МКБ) – социально значимое заболевание, затрагивающее значительную часть населения Земного шара. Несмотря на значительный научно-технический прогресс и появление большого количества различных методов дезинтеграции и элиминации конкрементов, заболеваемость мочекаменной болезнью не только не снижается, но имеет явную тенденцию к росту. При всем многообразии методов, выбор оптимальной стратегии лечения для конкретного пациента является нелегкой задачей, требующей научного подхода и учета множества признаков.
Высокоэффективным и наименее инвазивным методом лечения МКБ является дистанционная литотрипсия (ДЛТ), позволяющая достичь положительного результата в более чем 90% случаев. Однако возможности метода ограничены многими факторами, исключающими возможность самостоятельного отхождения фрагментов дезинтегрированного конкремента и наличием противопоказаний. В данной ситуации необоснованное применение ДЛТ приводит к затягиванию лечебного процесса, травматизации тканей почки или мочеточника, усугублению исходной ситуации, в то время как альтернативные эндоскопические методики могут обеспечить избавление пациента от конкремента.
Одним из путей улучшения результатов литокинетической терапии у больных мочекаменной болезнью вообще и после ДЛТ, в частности, является звуковая стимуляция верхних мочевых путей. Несмотря на то, что она широко и давно применяется в практической урологии (Материалы IV Всесоюзного съезда урологов, 1990 г.), ряд аспектов ее применения, особенно у больных с автономной полинейропатией, у больных сахарным диабетом после ДЛТ, изучен недостаточно. Необоснованны оптимальные режимы звуковой стимуляции, не изучен механизм, приводящий к ускорению отхождения фрагментов конкремента при сочетанном воздействии звуковой стимуляции верхних мочевых путей с другими медикаментозными методами литокинетической терапии у больных мочекаменной болезнью при сахарном диабете.
Повысить качество прогнозирования эффективности ДЛТ и принятия решений по выбору адекватной литокинетической терапии при мочекаменной болезни можно путем внедрения в практику врача-уролога современных информационных и интеллектуальных технологий, реализуемых соответствующей автоматизированной системой поддержки принятия решений (СППР).
Таким образом, актуальность данного исследования заключается в необходимости повышения качества прогнозирования эффективности дистанционной ударно-волновой литотрипсии и литокинетической терапии у больных мочекаменной болезнью с использованием для этой цели современных математических методов и информационных технологий.
Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.», в рамках реализации мероприятия № 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук», в соответствии с Федеральной целевой программой «Предупреждение и борьба с социально-значимыми заболеваниями» 2007-2011 гг. и с научным направлением Юго-Западного государственного университета «Медико-экологические информационные технологии».
Цель диссертационного исследования: Повышение качества принятия решений по выбору рациональных схем лечения и оценки эффективности дистанционной литотрипсии и литокинетической терапии у больных мочекаменной болезнью за счёт использования современных информационных технологий и адекватного математического аппарата, основывающегося на нечеткой логике принятия решений.
Необходимость достижения указанной цели определила частные задачи диссертационного исследования:
сформировать компьютерную базу данных о распространенности мочекаменной болезни в городе Курске и выбрать адекватный математический метод для прогнозирования и оценки эффективности результатов дистанционной литотрипсии и литокинетической терапии;
сформировать систему информативных признаков, позволяющих строить математические модели выбора рациональных схем лечения и оценки эффективности лечебных процедур больных мочекаменной болезнью;
получить математические модели выбора корректирующих лечебных процедур после ДЛТ и ЛКТ у больных мочекаменной болезнью, оценки их эффективности и диагностики сочетанных заболеваний, составивших основу базы знаний интеллектуальной системы поддержки принятия решений врача-уролога;
провести системную оценку оксидантных и антиоксидантных нарушений у больных мочекаменной болезнью с сочетанными заболеваниями до и после дистанционной ударноволновой литотрипсии и предложить алгоритм их коррекции;
разработать информационное и алгоритмическое обеспечение интеллектуальной системы врача-уролога, поддерживающее решение задач выбора рациональных схем лечения с учетом индивидуальных особенностей организма и наличия сочетанных заболеваний у больных мочекаменной болезнью, и разработать рекомендации по их практическому применению;
провести оценку эффективности разработанных моделей и информационно-алгоритмического обеспечения интеллектуальной системы поддержки принятия решений врача-уролога.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с паспортом научной специальности 03.01.09 – математическая биология, биоинформатика (медицинские науки):
- п.8. Математические модели, численные методы и программные средства применительно к процессам получения, накопления, обработки и систематизации биологических и медицинских данных и знаний,
- п.10. Интеллектуальные системы анализа и прогнозирования свойств биологических объектов на основе специализированных баз и банков данных и знаний (в т.ч. полнотекстовых),
- п.12. Решение задач медицинской диагностики, прогнозирования исходов заболеваний, оценки эффективности медицинских вмешательств и технологий с помощью математического аппарата и вычислительных алгоритмов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математической биологии, биоинформатики, системного анализа, математического моделирования, основные положения теории вероятности, математической статистики и нечеткой логики принятия решения, основы физиологии, методы экспертного оценивания, ультразвукового, рентгенологического и клинико-лабораторного исследования.
Новыми научными результатами и положениями, выносимыми на защиту, являются
- набор информативных признаков и математические модели для решения задачи выбора рациональных схем лечения мочекаменной болезни, отличающиеся использованием разнородных признаков, характеризующих различные стадии течения исследуемого класса заболеваний, которые через частные функции уверенностей агрегируются в интегральные решающие правила выбора способов лечения на основе литокинетической терапии, дистанционной литотрипсии или их комбинаций;
- набор информативных признаков и математическая модель диагностики гипотонии мочевыводящей системы, отличающаяся использованием интеграционного правила нечеткого принятия решений, в котором кроме традиционно используемых показателей агрегируются интегральные показатели, характеризующие функционирование оксидантной и антиоксидантной системы организма, что позволяет учитывать наличие сочетанных патологий при выборе рациональных схем лечения мочекаменной болезни;
- математическая модель оценки эффективности дистанционной литотрипсии и литокинетической терапии у больных мочекаменной болезнью, отличающаяся использованием частных функций уровня эффективности агрегирующихся накопительной итерационной формулой с нечеткой классификацией уровней эффективности, позволяющая решать задачи рационального ведения пациентов в условиях нечеткого представления данных с достаточным для медицинской практики качеством;
- математическая модель схем лечения, отличающаяся использованием аппарата нечеткого принятия решений Такаги-Сугено-Канга, обеспечивающая повышение качества ведения пациентов с мочекаменной болезнью после ДЛТ и ЛКТ за счет использования информации о наличии сочетанных заболеваний и уровня эффективности проводимых лечебных процедур;
- информационно-алгоритмическое обеспечение интеллектуальной системы врача-уролога, поддерживающей решение задач выбора тактики лечения мочекаменной болезни и оценки его эффективности с использованием дистанционной литотрипсии и литокинетической терапии у больных мочекаменной болезнью, позволяющей учитывать наличие сочетанных патологий, индивидуальные особенности организма и формировать научно-обоснованные схемы рационального ведения пациентов с исследуемыми классами заболеваний.
Практическая значимость и результаты внедрения работы.
Разработанные математические модели и алгоритм интеллектуального ведения пациентов с мочекаменной болезнью после дистанционной литотрипсии и литокинетической терапии составили основу построения интеллектуальной системы поддержки принятия решений врача-уролога, использование которой в медицинской практики позволяет:
1. Повысить качество принятия решений о назначении дистанционной литотрипсии за счет использования комбинированных нечетких математических моделей.
2. Повысить эффективность литокинетической терапии и сократить сроки лечения без существенного повышения технико-экономических затрат за счет использования комбинированных методов терапии и интеллектуальной системы поддержки принятия решений врача-уролога с нечеткой базой знаний.
Предложенные в работе методы и средства внедрены в учебный процесс кафедры биомедицинской инженерии Юго-Западного государственного университета, используются в клинической практике Областного бюджетного учреждения здравоохранения «Курская городская клиническая больница скорой медицинской помощи», что подтверждается соответствующими актами. Экономическая и социальная значимость состоит в сокращении сроков лечения и количества осложнений после ДЛТ у больных мочекаменной болезнью с учетом сочетанных заболеваний.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на международных, всероссийских научных конференциях: «Концептуальные и прикладные аспекты медицины и образования» (Курск, 2007), «Интегративные процессы в науке» (Москва, 2011), «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» (Владимир-Суздаль, 2012), «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации» (Курск, 2012), «Фундаментальные исследования» (Иордания, Акаба, 2013), «Актуальные проблемы науки и образования» (Франция, Марсель, 2013), а также на научных семинарах кафедры «Биомедицинская инженерия» Юго-Западного государственного университета.
Публикации. Основные научные результаты диссертации отражены в 16 научных работах, из них 9 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.
Личный вклад автора. Все выносимые на защиту научные положения разработаны соискателем лично. В работах по теме диссертации, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, вклад соискателя состоит в следующем: предложены метод синтеза и система нечетких правил для прогнозирования, эффективности ДЛТ, литокинетической, литолитической терапии в [5,7,8,15,16], изучены параметры и определена роль БАТ при МКБ у больных диабетической нейропатией в [13,14], представлен алгоритм управления при МКБ и автоматизированная система диагностики нейрогенной дисфункции, основанный на применении нечеткой логики принятия решений в [6,9,10,11], проведена комплексная оценка применения физических методов коррекции диабетической нейропатии в [1,2,3,4,12].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит список литературы из 228 наименований. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, иллюстрирована 31 рисунками, 21 таблицей.
Похожие диссертации на Математические модели для выбора рациональных схем лечения и оценки эффективности дистанциолнной литотрипсии и литокинетической терапии при мочекаменной болезни
