Введение к работе
Актуальность проблемы. Характерной чертой современного уровня развития практической медицины и медицинской науки является то, что основные выводы (диагнозы, заключения, рекомендации), которые с большой степенью точности могут быть сделаны клиницистом самостоятельно без дополнительных исследований, стали очевидными и общеизвестными. Для решения же большинства актуальных диагностических и прогностических задач требуется, во-первых, привлечение специальных методов исследования, основывающихся на достижениях науки и техники, а, во-вторых, — высокая квалификация специалистов, которым приходится совместно экспертно принимать окончательное решение, анализируя полученную, как правило, неоднозначно трактуемую информацию о больном. Такая ситуация абсолютно закономерна, так как в конечном счете она обусловлена уровнем организации систем и процессов, являющихся объектами рассмотрения и анализа для врача, а они по классификации С. Бира (1963) относятся к сложным и вероятностным.
Одной из областей медицины, в которой обозначился ряд сложных и актуальных проблем, не нашедших окончательного решения до настоящего времени, является урология. В частности, это проблемы этиологии, патогенеза, лечения и профилактики мочекаменной болезни (МКБ). Этиология и патогенез этого заболевания, несмотря на продолжительные и многочисленные исследования (Vachlensieck W., 1979; Тиктинский О. Л., 1980; Тыналиев М. Т., 1990; ЛопаткинН. А., Янен-ко Э. К., 1995), так и не стали достаточно понятными, во всяком случае, для выработки эффективных мер патогенетического лечения и профилактики камнеобразования. Все осложняется тем, что, как уже стало очевидным, заболевание не является однородным, а представляет собой группу самостоятельных форм. Об этом свидетельствуют различный состав и структура мочевых камней, разные отклонения метаболизма у больных и другие этиологические и патогенетические факторы (Schubert G., Чудновская М. В., 1990; Гришкова Н. В., 1993). Важно отметить, что вопрос соответствия нарушений метаболизма отдельным типам мочевых камней и по сей день однозначно не решен.
Если наблюдается значительный прогресс в развитии способов удаления конкрементов из почек и мочевыводящих путей за счет совершенствования хирургической техники, внедрения новых инструментальных методов, технологий и дистанционной литотрипсии (ДЛТ),
то этого нельзя сказать о проблеме профилактики камнеобразования. Ее нерешенность значительно снижает эффективность многих лечебных мероприятий. Так, в частности, из-за рецидивирования заболевания не вполне оправдались большие надежды, возлагавшиеся на ДЛТ (Дзеранов Н.К., 1994). Тем не менее, в последние годы наметились некоторые объективные подходы к, профилактике камнеобразования, которые основываются в основном на особенностях обмена веществ в организме и составе мочевого камня (Юрьева Э. А., 1990; Шатохи-на С. Н., 1995). Однако, их практические приложения еще малоизвестны и не нашли широкого распространения.
Другой актуальной проблемой, относящейся к онкоурологии, является лечение больных раком почки пожилого и старческого возраста с тяжелыми сопутствующими заболеваниями (Шабад А. Л., 1980). С одной стороны, при отсутствии высокоэффективных консервативных средств, оперативное лечение остается основным (Трапезникова М. Ф., 1978; Матвеев Б. П., 1994). С другой стороны, риск операции часто бывает слишком велик, причем он обусловлен не только течением послеоперационного периода, но и возможностью обострения интср-курреитных заболеваний и прогрессирования собственно злокачественного процесса. Под другим углом зрения заставляют взглянуть на проблему также сообщения о более медленном развития рака почки у лиц пожилого и старческого возраста и несущественной разнице в продолжительности жизни после оперативного и консервативного лечения (Гориловский Л. М., 1984; Игельник А. М., 1992). Все это заставляет думать о поиске объективных критериев, помогающих принимать правильное решение и выбирать наилучшую лечебную тактику.
Если считать основными путями повышения качества и точности принимаемых решений в медицине и, в частности, в урологии, привлечение новых специальных объективных методов исследования и углубление уровня анализа и обобщения всего комплекса получаемой информации, то внедрение и применение математических диагностических и информационно-справочных систем и алгоритмов могло бы быть отнесено к обоим этим направлениям. Во-первых, они сами по себе фактически относятся к специальным методам исследования, позволяя получать некоторую недоступную при обычном медицинском обследовании информацию. Во-вторых, принцип ее получения состоит в продолжении и развитии синтетических и аналитических возможностей клинициста-эксперта. К наиболее совершенным диагностическим математическим системам относятся обучающиеся, обучаемые и самообучающиеся. Они способны использовать вновь поступающую информа-
цию для самокорректировки и развития (Поспелов Д. А., 1980; Ковригин О. В., 1986). Разработка и внедрение в медицинскую практику таких систем позволили бы в значительной степени повысить качество диагностики и лечения пациентов, так как они способны совершенствоваться, учитывая новые данные и накапливаемый опыт.
Цель исследования. Разработать и предложить для практического применения в урологии обучающиеся и обучаемые математические модели, алгортмы и системы, позволяющие объективизировать актуальные аспекты диагностики и тактики лечения урологических заболеваний: мочекаменной болезни и рака почки.
Задачи
-
Оценить возможность определения состава мочевого камня по биохимическим характеристикам обмена веществ, отличающимся при разных формах мочекаменной болезни.
-
Для оценки состава мочевых камней in vivo по результатам биохимических исследований крови и почечной экскреции разработать различные математические способы и оценить их возможности:
а) основывающиеся на разных классификациях конкрементов;
б) использующие разные математические методы и алгоритмы
распознавания;
в) основывающиеся на различных информативных диагностичес
ких показателях.
-
Охарактеризовать комплексы лабораторных показателей метаболизма, информативные для дифференциальной диагностики различных типов мочевых камней и форм мочекаменной болезни.
-
Создать обучающиеся алгоритм и математическую диагностическую систему оценки состава мочевых камней in vivo по показателям обмена веществ:
а) использующие разработанные решающие правила и допускаю
щие возможность их текущей корректировки;
б) позволяющие пользователю строить собственные диагностиче
ские правила.
-
Изучить состояние проблемы консервативной профилактики камнеобразования, логику специалиста-эксперта в процессе выработки решения о мерах профилактики, оценить возможность и определить оптимальные методы структурирования информации с целью создания экспертной консультативной информационно-справочной системы (ИСС).
-
Дня выбора оптимальных консервативных методов профилактики камнеобразования в почках создать обучаемую экспертную информационно-справочную систему.
-
Предложить универсальные алгоритмы для организации информационно-справочной системы и проверить их эффективность при создании другой ИСС — для оптимизации тактики лечения детей с пузыр-но-мочеточниковым рефлюксом.
-
На основании результатов клинико-лабораторного обследования разработать математический алгоритм прогнозирования выживаемости больных раком почки пожилого и старческого возраста после оперативного и консервативного лечения.
-
На основе алгоритма создать способ и обучающуюся систему для оптимизации выбора тактики лечения больных раком почки пожилого и старческого возраста и оценить их эффективность.
Научная новизна. С помощью современного научно-методического подхода, использующего многомерные математические методы распознавания (различные модификации дискриминантного анализа) изучен вопрос соответствия разных типов мочевых камней характерным комплексам нормальных и измененных метаболических показателей. Полученные результаты свидетельствуют о центральной роли отклонений обмена веществ в патогенезе МКБ, обосновывают выделение ее отдельных форм, представляют новые сведения о путях их развития, указывают на возможные направления приложения и развития коррегирующей метаболизм терапии.
Продемонстрирована принципиальная возможность оценки состава мочевого камня in vivo по результатам лабораторных исследований крови и мочи с помощью математических методов. Разработана группа диагностических способов, использующих разные классификации мочевых камней, математические алгоритмы и информативные показатели.
Оценена их точность. Предложены и изучены обучающиеся алгоритмы и системы для оценки состава камня по показателям метаболизма: использующие построенные решающие правила, а также позволяющие пользователю создавать собственные.
Изучена логика принятия решения специалистом-экспертом при выборе консервативных методов профилактики камнеобразования. Собрана и структурирована с помощью метода продукций экспертная и научная информация для организации ИСС. Создана обучаемая компьютерная ИСС для выбора оптимальных консервативных мер профилактики камнеобразования, а также универсальная алгоритмическая база для организации ИСС с помощью метода продукций. Эффективность последней подтверждена при построении компьютерной ИСС для выбора оптимальной тактики лечения детей с пузырно-мочеточниковым рефлкжсом (ПМР).
С помощью объективных математических методов показана принципиальная возможность прогнозирования выживаемости больных раком почки пожилого и старческого возраста после оперативного и консервативного лечения по результатам первичного обследования. На основе прогнозов выживаемости разработан и оценен способ выбора оптимальной тактики лечения конкретного больного. Предложены алгоритмический и программный комплекс, на базе которого организована обучающаяся система выбора оптимальной тактики лечения лиц пожилого и старческого возраста, страдающих раком почки.
Практическая значимость. Создана группа способов для оценки состава мочевого камня in vivo по результатам лабораторных исследований крови и мочи, которые представляют практический интерес в связи с потребностями:
-
в объективизации и оптимизации методов профилактики камнеобразования конкретному больному;
-
в их дальнейшем совершенствовании и развитии;
-
в оптимизации режимов ДДТ мочевых камней, зависящих от прочностных свойств конкрементов различного состава.
Определен комплекс показателей метаболизма, достаточный для дифференциальной диагностики различных типов мочевых камней и форм мочекаменной болезни.
Предложены варианты организации обучающейся компьютерной системы для оценки состава мочевого камня in vivo по показателям метаболизма, отличающиеся различной степенью универсальности:
-
использующей разработанные решающие правила и предоставляющей пользователю возможность их текущей корректировки,
-
не зависящей от применяемых биохимических методов исследования и предназначенной для создания и совершенствования пользователем-неспециалистом в математических и компьютерных технологиях собственных решающих правил.
Основываясь на научном анализе проблемы, разработана компьютерная ИСС для выбора оптимальных консервативных методов профилактики камнеобразования, которая в первую очередь представляет интерес для отделений уронефрологии и центров ДЛТ. ИСС может пополняться, совершенствоваться и использоваться для получения консультаций, справок и обучения специалистов. Предложена ИСС для выбора оптимальной тактики лечения детей с ПМР, в основу которой положена современная научная концепция.
Разработан математический способ прогнозирования выживаемости больных раком почки пожилого и старческого возраста на основании результатов клинико-лабораторного обследования. Определен перечень информативных методов исследования и показателей. Предложена обучающаяся компьютерная система для выбора оптимальной тактики лечения этого контингента больных, на базе оригинальных решающих правил и алгоритмов.
Основные положения, выносимые на защиту
Использование обучающихся и обучаемых математических моделей, алгоритмов и систем позволяет подойти к решению ряда актуальных вопросов урологии, таких как лабораторная диагностика форм мочекаменной болезни по результатам исследования метаболизма, выбор оптимальных методов консервативной профилактики камнеобразования и лечения больных раком почки пожилого и старческого возраста, а также других сложных задач дифференциальной диагностики, прогнозирования и оптимизации лечебной тактики.
У больных нефролитиазом с конкрементами, состоящими из разных минерачов и их сочетаний имеются трудноразличимые особенности
метаболизма. Они могут быть определены с помощью специальных математических методов распознавания и использованы для определения типа мочевого камня.
Разработанные математические способы и алгоритмы позволяют оценивать состав мочевого камня in vivo по результатам биохимических анализов крови и мочи и могут быть использованы при выборе методов лечения заболевания, профилактики камнеобразования и оптимизации режимов ДЛТ.
Наибольший интерес представляет предложенная обучающаяся компьютерная диагностическая система, так как позволяет пользователю корректировать и совершенствовать решающие правила в процессе накопления новых данных, а также создавать собственные системы распознавания. Ее использование для оценки состава мочевого камня in vivo по показателям обмена веществ позволяет избежать или нивелировать ошибки, связанные с различиями в методиках проведения анализов и популяционными особенностями МКБ.
В условиях отсутствия единых современных общепринятых и общеизвестных представлений о мерах профилактики камнеобразования в почках важным является обобщение и систематизация известных рекомендаций в виде компьютерной ИСС. Это позволит легко распространять накопленный опыт и получать заинтересованным специ-ачистам квалифицированные рекомендации и справки. Для этого на практике может быть использована построенная на основе метода продукций оригинальная ИСС для выбора оптимальных консервативных методов профилактики камнеобразования, ориентирующаяся на сведения о результатах биохимических анализов крови и мочи, составе мочевого камня и мочевого осадка, функции почек и активности инфек-ционно-воспалителыгого процесса.
Алгоритмические разработки по созданию ИСС для выбора оптимальных консервативных мер профилактики камнеобразования могут быть использованы для построения других систем, что подтверждает опыт организации компьютерной информационно-справочной системы для оптимизации тактики лечения детей с пузырно-мочеточниковым рефлюксом.
Отдаленные результаты оперативного и консервативного, в основном симптоматического, лечения больных раком почки пожилого и старческого возраста сравнимы. Выбор оптимальной тактики лечения больного может быть сделан с помощью разработанного способа на
основании результатов комплексного клинико-лабораторного обследования. В основу метода положено математическое прогнозирование годичной, трехгодичной и пятилетней выживаемости пациента. Наибольший интерес представляет построенная на его базе обучающаяся компьютерная система, позволяющая использовать вновь полученные данные для самокорректировки и обучения.
Апробация работы и внедрение в практику
Основные положения работы доложены на:
-
IV Всесоюзном съезде урологов. Москва. 1990г.
-
2-й Всесоюзной научно-практической конференции «Применение ВТ в медицине». Москва. 1990г.
-
Девятой республиканской научно-практической конференции «Итоги разработки и внедрения в практику лечебно-профилактических учреждений автоматизированных консультативных систем при неотложных состояниях». Томск. 1990г.
-
Республиканской научно-практической конференции «Информатизация в деятельности медицинских служб». Рязань. 1991г.
-
Конференции «Экологические аспекты урологической патологии». Алма-Ата. 1992г.
-
Пленуме ВНОУ. г. Ростов-на-Дону. 1992г.
-
Первом Республиканском съезде урологов Узбекистана. Ташкент. 1992г.
-
Четвертой Всероссийской конференции по фармакологии водно-солевого обмена, г. Чебоксары. 1993г.
-
Первом Российском симпозиуме по дистанционной литотрипсии в урологии. Москва. 1992г.
-
Второй Межрегиональной научно-практической конференции урологов. Харьков. 1994г.
-
Пленуме ВНОУ. Пермь. 1994г.
-
Всероссийской научно-практической конференции «Информатизация здравоохранения России». Ижевск. 1995г.
13. Научно-практической конференции НИИ урологии МЗ и МТ РФ. Москва. 1996г.
Предложенные способы, алгоритмы, диагностические, прогностические и информационно-справочные системы внедрены в клиническую практику НИИ урологии МЗ и МТ РФ, Городской клинической урологической больницы N 47 г. Москвы, кафедры урологии и оперативной нефрологии РГМУ им.Н. И. Пирогова, урологическом центре г. Смоленска.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 57 научных работ, получено 1 авторское свидетельство, изданы 2 методические рекомендации.
Обьем, структура и методическая основа работы
Работа изложена на 440 страницах машинописного текста, включая 4 приложения. Состоит из введепия, 5 глав, 3 из которых содержат результаты собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций. Список использованной литературы включает 404 источника, из них 212 зарубежных.
Клиническая работа по обследованию и лечению больных раком почки пожилого и старческого возраста проведена совместно коллективами кафедры урологии и оперативной нефрологии РГМУ им. Н. И. Пирогова, НИИ урологии МЗ и МТ РФ, 1 ГКБ им. Н. И. Пирогова г. Москвы. В основу ИСС для выбора оптимальных консервативных методов профилактики камнеобразования в почках положены литературные сведения и экспертные данные, накопленные в процессе совместной работы с лабораторией биохимии и отделением мочекаменной болезни НИИ урологии МЗ и МТ РФ.
Главная научно-методическая идея работы состоит в использовании для решения ряда трудных задач практической урологии значительных комплексов клинико-лабораторных и иных показателей, а также многомерных математических методов распознавания и организации ИСС, причем основная цель заключалась в создании возможно более открытых для новой информации обучающихся и обучаемых математических моделей, алгоритмов, диагностических и консультативных систем.
