Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1 Этиологические и патогенетические аспекты формирования рубцовых стриктур пищевода после химических ожогов 11
1.2 Неблагоприятные факторы риска формирования и методы прогнозирования послеожоговых рубцовых стриктур пищевода 17
1.3 Использование методов математического моделирования для решения задач прогнозирования в медицине 22
1.3.1 Основные понятия об искусственной нейронной сети 22
1.3.2 Применение искусственных нейронных сетей в медицине 25
1.4 Способы профилактики послеожоговых рубцовых стриктур пищевода 27
1.4.1 Методы медикаментозного воздействия на стенку пищевода 28
1.4.2 Методы механического воздействия на стенку пищевода 29
1.5 Качество жизни пациентов с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода 39
Глава 2. Материалы и методы исследования 43
2.1 Общая характеристика исследуемых групп пациентов 43
2.2 Клинические, лабораторные и инструментальные методы обследования пациентов 63
2.3 Методика изучения качества жизни больных с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода 67
2.4 Методы статистического анализа 69
Глава 3. Нейросетевое прогнозирование формирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода 70
3.1 Выбор неблагоприятных прогностических факторов формирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода 70
3.2 Построение, «обучение» и тестирование искусственной нейронной сети прогнозирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода 79
Глава 4. Методы профилактики и лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода 85
4.1 Методы бужирования пищевода 85
4.2 Метод лечебно-профилактического стентирования пищевода 90
Глава 5. Результаты исследования и обсуждение 96
5.1 Результаты прогнозирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода с помощью искусственной нейронной сети 96
5.2 Сравнительный анализ ближайших результатов профилактики и лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода методом стентирования и бужирования 102
5.3 Сравнительный анализ отдаленных результатов профилактики и лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода методом стентирования и бужирования 112
5.4 Оценка качества жизни пациентов с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода после внутрипросветного лечения 119
Заключение 124
Выводы 130
Практические рекомендации 131
Список литературы 132
- Этиологические и патогенетические аспекты формирования рубцовых стриктур пищевода после химических ожогов
- Качество жизни пациентов с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода
- Построение, «обучение» и тестирование искусственной нейронной сети прогнозирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода
- Оценка качества жизни пациентов с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода после внутрипросветного лечения
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время химические ожоги по частоте занимают второе место среди всех заболеваний пищевода у взрослых и первое место - у детей (Чепик Д.А., 2009; Шамсиев A.M. и соавт., 2011). До 87% больных с ожогами пищевода составляют люди трудоспособного и молодого возраста, из них около 55% получают химическую травму случайно (Белоконев В.И., 1999; Ogunleye А.О. et al, 2002; Chiu H.M. et al, 2004).
Рубцовые стриктуры пищевода формируются после химической травмы в 58 - 80% случаях и занимают в структуре заболеваний данного органа второе место среди причин дисфагии (Черноусов А.Ф., 2000; Braghetto I. et al., 2013).
Основным методом лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода является бужирование с непосредственным успехом 80 - 90% (Мяукина Л.М., Филин А.В., 2003; Булынин В.В. и соавт., 2012; Годжелло Э.А., 2013; Shah J.N., 2006). Однако частота перфораций пищевода при бужировании колеблется от 1 до 13% (Оскретков В.И. и соавт., 1998; Сулиманов Р.А., 1999; Королев М.П., 2009). В 11% случаев при бужировании послеожоговых рубцовых стриктур пищевода возможно развитие кровотечения из пищевода и желудка (Черноусов А.Ф., 2011).
Наряду с традиционным бужированием пищевода для лечения послеожоговых рубцовых стриктур достаточно широко используется метод баллонной дилатации, позволяющий достичь, по мнению Л.В. Матвеевой (2010); Y.C. Chiu et. al. (2013), хороших результатов лечения у 74,3% пациентов.
Также реканализацию рубцовых стриктур пищевода осуществляют с помощью нитиноловых пищеводных стентов. По данным ряда авторов, стентирование пищевода у 48 - 83% пациентов является эффективным методом лечения послеожоговых стриктур (Владыко А.К. и соавт., 2010; Климашевич А.В., 2011; Kim J.H. et al., 2010; Hindy P. et al, 2012; Dan D.T. et al., 2013, Lam N. et al., 2013). В то же время, по данным А.Ф. Черноусова (2011), Э.А. Годжелло и соавт. (2013), протезирование пищевода сопровождается тяжелыми осложнениями: грануляционным стенозом, дегенеративными и дистрофическими изменениями в слизистой оболочке, врастанием протеза в стенку пищевода с последующим некрозом, образованием пролежней и свищей.
На протяжении многих лет ведется поиск путей прогнозирования исхода химического ожога пищевода, но, несмотря на определенную информативность, большинство исследований не дают возможности достоверно определить вероятность развития рубцовой стриктуры пищевода
(Nagi В. et al., 2004). Это приводит к ошибочной тактике ведения пациентов на ранних этапах лечения.
Таким образом, рестенозы пищевода после бужирования и баллонной дилатации, большое количество осложнений и высокий уровень летальности после пластики пищевода, низкое качество жизни пациентов в послеоперационном периоде свидетельствуют о необходимости разработки и внедрения в клиническую практику новых способов прогнозирования и внутрипросветных методов раннего лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода.
Цель исследования - улучшить результаты лечения пострадавших от химических ожогов пищевода путем разработки способов прогнозирования, профилактики и раннего лечения послеожоговых рубцовых стриктур. Задачи исследования:
-
Выявить неблагоприятные факторы прогноза развития рубцовой стриктуры пищевода после химического ожога, используя методы математического анализа.
-
Разработать искусственную нейронную сеть для прогнозирования формирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода и обосновать ее применение в клинической практике.
-
Разработать способ профилактики и раннего внутрипросветного лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода, используя биодеградируемые стенты.
4. Провести сравнительный анализ ближайших и отдаленных
результатов внутрипросветного лечения больных с послеожоговыми
Рубцовыми стриктурами методами бужирования и стентирования пищевода.
5. Изучить эффективность лечебно-профилактического стентирования
пищевода биодеградируемыми протезами и раннего бужирования путем
оценки качества жизни пациентов.
Научная новизна. Впервые с помощью математических методов обоснованы неблагоприятные факторы прогноза развития рубцовых стриктур пищевода после химического ожога.
Предложен способ прогнозирования формирования рубцовой стриктуры пищевода в первые 15 суток после получения химического ожога с помощью искусственной нейронной сети на основе 24 клинических, лабораторных, рентгенологических и эндоскопических параметров с чувствительностью 88,9% и специфичностью 98% (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013613411).
Разработан новый способ лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода, основанный на имплантации биодеградируемых стентов в ранние сроки после получения химической травмы (патент РФ на изобретение № 2464939).
Проведена сравнительная оценка качества жизни пациентов с послеожоговыми Рубцовыми стриктурами пищевода в отдаленные сроки после лечебно-профилактического стентирования пищевода и раннего бужирования.
Практическая значимость работы. Создана искусственная нейронная сеть с удобным интерфейсом, адаптированным для практического здравоохранения, позволяющая выявить группу пациентов с высоким риском формирования рубцовой стриктуры пищевода после химического ожога.
Способ внутрипросветного лечения послеожоговых рубцовых стриктур с использованием биодеградируемых стентов способствует существенному улучшению результатов лечения пострадавших с химическими ожогами пищевода: позволяет избежать осложнений, свойственных раннему бужированию пищевода, таких как повреждения пищевода и желудка, кровотечения, а также не требует наложения гастростомы. Применение метода стентирования сокращает сроки стационарного лечения и снижает частоту рецидивов заболевания.
Внедрение в клиническую практику разработанного способа лечебно-профилактического стентирования пищевода существенно улучшает показатели качества жизни больных с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода в отдаленном периоде после лечения. Положения, выносимые на защиту:
-
Искусственная нейронная сеть позволяет достоверно прогнозировать формирование рубцовой стриктуры пищевода после химического ожога на основе компьютерного математического анализа 24 клинических, лабораторных, рентгенологических и эндоскопических показателей.
-
Способ профилактики и раннего лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода с использованием биодеградируемых стентов позволяет уменьшить риск развития осложнений, снизить частоту рецидива заболевания, улучшить качество жизни пациентов в отдаленном периоде после лечения.
Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследования внедрены в работу токсикологического и хирургического отделения ГБУЗ «Государственная клиническая больница скорой медицинской помощи им. Г.А. Захарьина» г. Пензы, хирургических отделений ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница им. Н.Н. Бурденко». Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе на кафедре хирургии Медицинского института Пензенского государственного университета.
Апробация работы. Результаты работы доложены на XI съезде Научного общества гастроэнтерологов России, г. Москва, 2011; IV Всероссийской конференции с международным участием «Медико-физиологические проблемы экологии человека», г. Ульяновск, 2011; Межрегиональной научно-практической конференции хирургов и онкологов, посвященной памяти профессора К.И. Мышкина «Актуальные вопросы хирургии и онкологии», г. Саратов, 2011; II съезде Российского общества хирургов гастроэнтерологов «Актуальные вопросы хирургической гастроэнтерологии», г. Геленджик, 2012; XVIII межрегиональной научно-практической конференции памяти академика Н.Н. Бурденко «Актуальные вопросы современного практического здравоохранения», г. Пенза, 2012; IV
Межрегиональной научной конференции «Актуальные проблемы медицинской науки и образования», г. Пенза, 2013; на заседаниях Пензенского научно-практического общества хирургов им. СВ. Кульнева 2011,2012.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научные работы, из них 10 в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований. Получен патент РФ на изобретение № 2464939 от 07.07.2011 года. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013613411 от 09.10.2013.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, главы о нейросетевом прогнозировании послеожоговых рубцовых стриктур пищевода, главы о методах лечения пациентов с послеожоговыми Рубцовыми стриктурами пищевода, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы, включающего 237 работ, в том числе 139 отечественных и 98 иностранных источника. Работа иллюстрирована 26 таблицами и 32 рисунками.
Этиологические и патогенетические аспекты формирования рубцовых стриктур пищевода после химических ожогов
Химический ожог пищевода у человека возникает вследствие случайного или преднамеренного приема какой-либо агрессивной жидкости: концентрированных растворов кислот или щелочей [Белоконев В.И., Замятин В.В., 1999].
Арсенал средств, обладающих прижигающим действием, очень велик. Среди них выделяют следующие группы [Мяукина Л.М., 1999]:
- едкие кислоты и кислотоподобные вещества (органические — уксусная кислота и неорганические - серная, азотистая и др.);
- едкие щелочи и щелочеподобные вещества (нашатырный спирт, каустическая сода, едкий натр, едкое кали и др.);
- окислители (перманганат калия, пергидроль и др.);
- прочие (соли тяжелых металлов - сулема, медный купорос и др.).
До 70-х годов XX века наиболее частыми причинами химических ожогов пищевода являлись растворы едких щелочей, которые свободно продавались в магазинах и были повсеместно доступны для человека. Первое место среди щелочей в 70% случаев занимали едкий натр (каустическая сода) и едкое кали [Сливко А.Б., 1965; Биезинь А.П., 1966; Сапожникова М.А., 1975]. Эти агрессивные щелочные вещества обладали выраженным коррозийным действием и вызывали обширные повреждения, что нередко являлось причиной гибели пострадавшего. По данным А.П. Биезинь [1966], в 4,6% случаев ожог пищевода наступал в результате приема нашатырного спирта и в 4% наблюдений - от силикатного клея.
С 70-х годов и до конца XX века наблюдались изменения в природе химических веществ. Мнения различных авторов о причинах химической травмы пищевода были разноречивыми [Алексеенко СИ., 2006]. Одни авторы указывали, что лидером среди причин ожогового поражения пищевода до 84% случаев была уксусная кислота [Смольский Б.Г., 1980; Лукаш И.Л. и соавт., 1989; Сотников В.Н. и соавт., 1989; Алиев М.А. и соавт., 1991; Черноусов А.Ф., 1991]. Реже встречались химические ожоги, вызванные неорганическими кислотами (хлористоводородной — 19,1%, серной - 8,9%), раствором сулемы, медного купороса, цинка, бензином, керосином, силиконовым клеем [Ратнер Г.Л., Белоконев В.И., 1982].
По данным зарубежных авторов, на первом месте по частоте оставались поражения пищевода щелочными растворами, до 71% наблюдений [Corsi P.R. et al., 2000; Garcia Diaz E. et al., 2001; Katzka D.A., 2001; Huang Y.C. et al., 2004; Ogunrombi A.B. et al., 2013].
С 90-х годов XX века по настоящее время отмечается рост количества новых химических веществ, предлагаемых для использования в быту и на производстве. Большинство средств бытовой химии стали комбинированными. Для большего воздействия в своем составе они могут содержать одномоментно комплекс органических и неорганических кислот, сложную комбинацию щелочных растворов, различные синтетические добавки, красители, ароматизаторы [Schaffer S.B., Hebert A.R., 2000; Munoz -Bongrand N. et al., 2002].
Уксусная эссенция также входит в число жидкостей, наиболее часто вызывающих ожог пищевода [Перепелицын В.Н., Баландина И.А., 2004; Волков СВ. и соавт., 2005].
Непрерывный рост химических соединений способствует увеличению тяжелых ожогов пищевода с последующим развитием стеноза [Бочарников Е.С. и соавт., 1999; Braghetto I. et al., 2002].
Патогенез ожогов пищевода целесообразно рассматривать в двух направлениях: общее воздействие химического вещества на организм -отравление, и местное - ожог [Ратнер Г.Л., Белоконев В.И., 1982]. Механизм действия кислот и щелочей на стенку пищевода различный. При повреждении пищевода кислотой свободные водородные ионы нарушают гидратационное равновесие в тканях, отнимая у них воду, а также связывают щелочи и свертывают белки. В результате развивается коагуляционный (сухой) некроз ткани. Образующийся при этом плотный струп препятствует дальнейшему проникновению кислоты вглубь стенки пищевода, служит барьером для дальнейшего попадания кислоты в кровоток и развитию общей интоксикации организма. В то же время кислота, попав в желудок, ничем не нейтрализуется, вызывает немедленный спазм привратника и контактирует с его слизистой оболочкой значительно дольше, чем со стенкой пищевода, впоэтому возникает более тяжелое поражение желудка [Белый И.С. и соавт., 1980].
Повреждающее действие щелочей обусловлено наличием в них гидроксильных ионов, которые при контакте с тканями вызывают омыление жиров и разрушение белков с образованием щелочных альбуминов. Вошедшие в контакт с едкой щелочью живые ткани теряют свою структуру, разжижаются, представляют собой студенистую массу (колликвационный некроз), что позволяет проникать яду значительно глубже в стенку органа [Ратнер Г.Л., Белоконев В.И., 1982]. По этой причине едкие щелочи вызывают тяжелые ожоги пищевода, в то время как желудок страдает в меньшей степени. Это является результатом нейтрализации поступившей щелочи кислым содержимым желудка [Вишневецкий М.К., 2002].
Помимо деструктивного действия на ткани прижигающие вещества оказывают резорбтивное токсическое воздействие на органы и системы с нарушением их функции. Выделяют две фазы заболевания: токсикогенную в течение 1-5 суток и соматогенную. Гиповолемия в результате токсического поражения мембран (гемолиз), нарушение внутриклеточного обмена, реологических свойств крови являются ведущими звеньями в патогенезе отравления прижигающими веществами [Могош Г., 1984, Лужников Е.А. и соавт., 2000]. Соматогенная фаза наступает после удаления токсического агента. В этот период развиваются адаптогенные реакции, направленные на ликвидацию нарушений гомеостаза в виде остаточного поражения структуры и функции различных органов и систем организма. Резорбтивное действие наиболее выражено при отравлениях органическими кислотами [Биезинь А.П., 1966].
Основная опасность ожога пищевода заключается в том, что после минования непосредственной угрозы летального исхода появляется новая угроза - образование рубцового стеноза пищевода, приводящего к нарушению проходимости пищи по пищеводу и истощению больного, длительной его инвалидизации, нередко со смертельным исходом [Белый И.С. и соавт., 1980].
Частота развития Рубцовых осложнений колеблется в пределах 8,3-73,0% [Ратнер Г.Л., Белоконев В.И., 1982; Волоцков В.И., 1988; Кованев А.В., 1989; Riabov V.L. et al., 1994].
Согласно данным Э.Н. Ванцяна и Р.А. Тощакова [1971] патологический процесс при ожоге пищевода проходит следующие стадии:
I стадия - контакт едких веществ со слизистой оболочкой (до нескольких часов). Основной процесс - альтерация;
II стадия - острое воспаление. Период охватывает время от первых часов до 4 - 5 суток после ожога, характеризуется выраженными процессами альтерации и экссудации;
III стадия — отторжение некротических масс и образование изъязвлений. Начало с 7-10 дня до 15 дней после ожога. Заканчиваются процессы альтерации, происходит инфицирование раневой поверхности, на границе с некрозом определяется демаркационная линия. При колликвационном некрозе разжиженные некротические массы постепенно стекают в просвет органа при сократительных движениях пищевода. При коагуляционном некрозе периферический слой струпа постепенно расплавляется, способствуя полному отторжению последнего от живой ткани.
Качество жизни пациентов с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода
В последние годы увеличилось число исследователей, изучающих качество жизни пациентов при различных заболеваниях. Это объясняется возросшим осознанием того, что итогом лечения в первую очередь должен быть удовлетворен сам пациент [Baranyi A. et al., 2013].
При оценке эффективности лечения больных с послеожоговыми стриктурами пищевода помимо клинических показателей важным является анализ самочувствия больных, их физического и психологического благополучия.
Качество жизни (КЖ) - это совокупность параметров, отражающих изменение течения жизни больного, с оценкой физического состояния, функциональных способностей, степени социальной адаптации и психологического благополучия на этапах развития заболевания, проводимого лечения и в восстановительный период, основанная на субъективном восприятии самого больного [Адлер Ю.П. и соавт., 2012; Шс I. etal.,2010].
КЖ, непосредственно связанное со здоровьем, - интегральный показатель, характеризующийся тремя компонентами:
1) функциональное состояние, включающее в себя такие характеристики, как работоспособность, толерантность к физической нагрузке, выполнение повседневной работы, независимость, общение, интеллектуальная деятельность, эмоциональные проявления и др.;
2) симптомы, связанные с основным или сопутствующим заболеванием либо его лечением (боль, одышка и др.);
3) восприятие и психическое состояние, включающее в себя депрессию или возбуждение, социальную активность, удовлетворенность медицинской помощью и др. [Давыдов М.И., Стилиди И.С., 2007; Moinpour СМ. et. al., 2012].
В литературе определены степени КЖ:
1) ограниченное КЖ - это ситуация, когда человек страдает от серьезных нарушений физического или умственного здоровья, и его функциональные способности не соответствуют физиологической норме;
2) минимальное КЖ - существенные физиологические ухудшения, ограничения как личной свободы, так и возможности коммуникации, сопровождающиеся страданиями и болью;
3) КЖ ниже минимального - ситуация, когда пациент страдает выраженной физической слабостью, полным и необратимым уменьшением сенсорной и интеллектуальной деятельности. Такая оценка КЖ характерна для лиц, жизнь которых поддерживается в основном функционированием вегетативной нервной системы [Новик А.А., Ионова Т.Н., 2002].
Основными методами определения КЖ являются опросники, которые утверждаются Ученым Советом MAPI Research Institute — Международный институт исследования качества жизни, после чего такой опросник становится международно-принятым документом [Оленева И.В., 2008; van Loenhout J.A. et al., 2013].
В 1992 году J.E. Ware и CD. Sherbourne разработали опросник SF - 36 (The Medical Outcomes Study 36 - item Short - Form Health Survey). Методика была предназначена для изучения всех компонентов КЖ. Тридцать шесть пунктов опросника сгруппированы в восемь шкал: физическое функционирование, ролевая деятельность, телесная боль, общее здоровье, жизнеспособность, социальное функционирование, эмоциональное состояние и психическое здоровье. Показатели каждой шкалы варьируют между 0 и 100, где 100 представляет полное здоровье. Все шкалы формируют два показателя: душевное и физическое благополучие.
Наиболее распространенными в медицине являются специальные опросники, которые применяются для оценки КЖ у больных тем или иным заболеванием или оценивают тот или иной симптом. I. Wiklund et al. [1998] для оценки ІСЖ больных желудочно-кишечными заболеваниями разработали опросник GSRS (Gastrointestinal Symptom Rating Scale - Шкала оценки желудочно-кишечных симптомов). Опросник состоит из 15 пунктов, которые преобразуются в пять шкал: абдоминальная боль, рефлюкс-синдром, диарейный, диспептический синдромы, синдром запоров. Показатели шкал колеблются от одного до семи, более высокие значения соответствуют более выраженным симптомам и более низкому КЖ [Wiklund I. et al., 1998; Raluy-CalladoM. etal.,2013].
T.A. Булегенов [2010] с помощью опросника SF - 36 исследовал КЖ больных с послеожоговыми Рубцовыми стриктурами пищевода в сравнительном аспекте со средними показателями КЖ в общей популяции. Автор пришел к выводу, что КЖ у пациентов с послеожоговыми Рубцовыми стриктурами пищевода значительно ниже по сравнению с общей популяцией. В исследовании также проводилась сравнительная оценка КЖ в зависимости от возраста, пола, семейного положения, уровня образования пациента, протяженности стриктуры. Так же было отмечено снижение показателей КЖ с увеличением возраста, длительности заболевания, развития протяженных стриктур пищевода, сочетанной стриктуры пищевода и желудка. У женщин были более низкие показатели по шкалам: физическая активность, социальная активность, психическое здоровье.
Л.В. Матвеева [2010] в своей работе проводила анкетирование для определения КЖ больных с послеожоговыми Рубцовыми стриктурам пищевода до БД и в период более одного года после БД. Все больные отвечали на вопросы Российской версии международного опросника SF — 36.
Результаты показали, что после баллонной эзофагопластики КЖ пациентов по сравнению с периодом при поступлении в стационар было повышено по всем выше указанным категориям опросника. Повышение жизненной активности, отражающей психологический компонент здоровья, говорило о ранней активизации больных после БД [Матвеева Л.В., 2010].
Таким образом, анализ литературы показывает, что исследования по изучению КЖ пациентов с послеожоговыми Рубцовыми стриктурами пищевода единичны, проводят их с помощью неспециализированных опросников. Также нет исследований, посвященных сравнительной оценке КЖ пациентов с послеожоговыми стриктурами пищевода после различных методов лечебного воздействия.
Авторы при оценке эффективности лечения уделяют большое внимание клиническим показателям, а не анализу самочувствия пациентов, их физического и психологического благополучия. При поиске оптимальных методов лечения исследование КЖ больных является важным индикатором оценки результатов терапии.
Построение, «обучение» и тестирование искусственной нейронной сети прогнозирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода
Для проведения нейросетевых исследований использовали пакет прикладных программ Matlab Neural Networks Toolbox. Использовали язык программирования Java. Работу выполняли совместно с сотрудником кафедры «Системы автоматизированного проектирования» Пензенского государственного университета (соисполнитель - ассистент кафедры, к.т.н. А.А. Акимов).
Построение, «обучение» и тестирование ИНС осуществляли на основе ретроспективного анализа клинических наблюдений, т.е. созданной базой данных.
В качестве входных переменных для ИНС использовали 24 наиболее информативных показателя, отобранного в результате статистического анализа.
Все входные данные были нормированы в интервале от -1 до 1. Выбор именно этого диапазона был обусловлен тем, что в качестве функции активации использовали гиперболический тангенс, диапазоном чувствительности которого являлся отрезок [-1; 1].
Показатель на выходе ИНС устанавливали в виде номинального значения: «выздоровление» или «послеожоговая рубцовая стриктура пищевода».
Далее проводили выбор архитектуры нейронной сети. Для решения задачи прогнозирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода использовали многослойный персептрон (персептрон - математическая модель восприятия информации головным мозгом). В качестве функции применяли гиперболический тангенс: tansig(n)= + ехр( 2л Экспериментально в пакете Matlab подбирали число слоев ИНС и количество нейронов на каждом слое. Испытания проводили на трехслойной сети (входной, скрытый и выходной нейроны).
Количество нейронов входного и выходного слоев определяли количеством входных и выходных переменных, оно равнялось соответственно 24 и 1. Количество нейронов в скрытом слое подбирали, используя гипотезу B.C. Медведева [2002], согласно которой количество нейронов в скрытом слое (К) определяется формулой: К = 2п+1, где п — число входов.
Эксперимент начинали с архитектуры ИНС 24-49-1, т.е. 24 нейрона во входном слое, 49 нейронов в скрытом слое, 1 нейрон в выходном слое.
Для каждого варианта архитектуры рассчитывали ошибку в процентах и проводили по 70 экспериментов. Это было связано с тем, что при инициализации сети, веса и смещения устанавливались случайным образом, и это могло влиять на конечный результат.
Оптимальной конфигурацией ИНС определили архитектурное построение с 24 входными параметрами, 1 выходным показателем (послеожоговая рубцовая стриктура пищевода или выздоровление) и 25 нейронами в скрытом слое (средняя ошибка составила 12,7%, а минимальная ошибка - 6,3 %) (рис. 8). Усложнение архитектуры ИНС не давало улучшения результата.
Созданная ИНС прогнозирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода состояла из следующих модулей, предназначенных для автоматизации отдельных этапов прогнозирования:
1) модуль загрузки и преобразования данных - осуществлял загрузку данных, извлеченных из базы данных пациентов с химическим ожогом пищевода в абстрактные типы данных, используемые системой. Модуль обеспечивал преобразование данных к внутреннему формату нейронной сети.
2) модуль извлечения данных - обеспечивал доступ к базе данных пациентов с химическим ожогом пищевода, а также извлечение данных из базы.
3) модуль прогнозирования - предназначен для обучения и настройки ИНС, проведения нейросетевого моделирования возможности развития послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода.
4) модуль интерфейса пользователя — обеспечивал взаимодействие пользователя с информационной системой.
Схема разработанной искусственной нейронной сети представлена на рисунке 9.
ИНС «обучали» на клинических примерах 293 пострадавших с химическим ожогом пищевода, которые вошли в I группу ретроспективного исследования.
Для «обучения» ИНС использовали расширенную версию алгоритма обратного распространения ошибки (enhanced backprop or backprop momentum). Алгоритм осуществлял «обучение» сети на данных из обучающего множества. На каждой итерации (эпохе) все наблюдения из обучающего множества по очереди подавались на вход сети. Сеть обрабатывала их и выдавала выходные значения. Эти выходные значения сравнивались с целевыми выходными значениями, которые также содержались в наборе исходных данных, и ошибка, то есть разность между желаемым и реальным выходом использовалась для корректировки весов сети так, чтобы уменьшить эту ошибку. Алгоритм находил компромисс между различными наблюдениями и менял веса таким образом, чтобы уменьшить суммарную ошибку на всем обучающем множестве. Схема процесса «обучения» ИНС прогнозирования послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода представлена на рисунке 10.
При прогоне всех данных выявили, что фактические выходы сети и целевые выходные значения не различаются, ошибки между ними отсутствуют и суммарная ошибка по каждому наблюдению минимальна — 0,00311.
Качество «обучения» ИНС и ее прогностическую способность оценивали на клинических примерах 112 пострадавших с химическим ожогом пищевода, которые вошли во II группу ретроспективного исследования. Исход химического ожога пищевода у данных пациентов был заранее известен: у 103 (92,0%) больных - выздоровление, у 9 (8,0%) — формирование послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода. Для ИНС они были представлены как неизвестные, для чего в выходном поле класс примера намеренно не проставляли. Результаты тестирования ИНС приведены в таблице 19.
Оценка качества жизни пациентов с послеожоговой рубцовой стриктурой пищевода после внутрипросветного лечения
Изучение КЖ пациентов проведено с помощью русифицированного специализированного опросника GSRS [Кудряшова И.В., 2003] у 68 (71,6%) человек через три месяца и спустя один год после внутрипростветного лечения послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода. Из них 24 пациентам (1а группа) было выполнено лечебно-профилактическое стентирование пищевода, 44 больным (2а группа) - ранее бужирование пищевода.
В случае отказа пациентов от контрольных осмотров, смены места жительства, в случае смерти пациентов исключали из исследования. Обработка результатов выполняли в соответствии с прилагающейся к опроснику инструкцией. Проводили анализ показателей шкал (показатели каждой шкалы колебались от одного до семи — более высокие значения соответствовали более выраженным симптомам и более низкому качеству жизни).
Через три месяца после внутрипросветного лечения послеожоговой рубцовой стриктуры пищевода показатели шкал у пациентов, которым было выполнено стентирование пищевода, были меньше, соответственно симптомы были менее выражены, чем у больных, которым осуществляли ранее бужирование пищевода (табл. 25, рис. 31).
Показатель шкалы "Абдоминальная боль» у пациентов 1а группы оказался равным 3, у больных 2а группы — 5, то есть боль в верхней части живота через 3 месяца после лечебно-профилактического стентирования пищевода беспокоила пациентов немного, после бужирования пищевода — значительно. Это связывали с частыми рецидивами заболевания, при которых возникала необходимость в повторных курсах бужирования пищевода, сопровождающихся болевым синдромом.
Изжога, отрыжка с кислым и горьким привкусом, тошнота немного беспокоили пациентов 1 а группы, беспокоили умеренно больных 2а группы.
Показатель шкалы «Синдром диареи» у пациентов через 3 месяца после стентирования пищевода имел значение 2, у больных после бужирования пищевода - 2,5, то есть, учащение стула, потребность безотлагательно опорожнить кишечник, неоформленный стул почти не беспокоили пациентов или немного беспокоили (различие оказалось статистически незначимым, р 0,05).
Симптомы диспепсии после стентирования пищевода почти не беспокоили пациентов, после раннего бужирования пищевода - беспокоили немного.
Запоры, ощушение неполного опорожнения кишечника почти не беспокоили пациентов обеих групп.
Рубцовыми стриктурами пищевода через три месяца после лечения.
Исследование показало, что через три месяца после внутрипросветного лечения послеожоговых рубцовых стриктур пищевода, менее выраженные симптомы и соответственно более высокий показатель КЖ наблюдались у пациентов, которым было выполнено лечебно-профилактическое стентирование пищевода (12 баллов), чем у больных после манипуляции раннего бужирования пищевода (16,5 баллов). Различия оказались статистически значимыми (р 0,05).
Спустя один год после лечения пациентов с Рубцовыми стриктурами пищевода по результатам исследования по всем пяти шкалам опросника в 1а группе выраженность симптомов была меньше, чем у больных в 2а группе (табл. 26, рис. 32).
Боль в верхней части живота почти не беспокоила пациентов 1а группы и умеренно беспокоила больных 2а группы.
Показатель шкалы «Рефлюкс-синдром» у пациентов, через один год после стентирования пищевода оказался равным 2,5 — изжога, отрыжка с кислым и горьким привкусом, тошнота немного беспокоили пациентов. Спустя один год после бужирования пищевода показатель данной шкалы имел значение 5 - изжога, отрыжка с кислым и горьким привкусом, тошнота беспокоили больных значительно.
Показатели шкалы «Синдром диареи» в 1а группе и во 2а группе не отличались (р 0,05).
Урчание в животе, чувство переполнения, вздутие живота, отрыжка воздухом немного беспокоили пациентов, которым было выполнено стентирование пищевода, и умеренно беспокоили пострадавших, которым осуществляли бужирование пищевода. Показатель шкалы «Синдром запоров» у пациентов 1а группы был равным 2, у больных 2а группы - 3.
Таким образом, более высокое значение шкалы суммарного измерения (18), свидетельствующее о более выраженных симптомах и более низком КЖ спустя один год после лечения послеожоговых Рубцовых стриктур пищевода было у пациентов, которым проводили раннее бужирование (2а группа). Показатель КЖ у пациентов через 1 год после лечебно-профилактического стентирования пищевода был равным 11. Различия оказались статистически значимыми (р 0,05).
Похожие диссертации на Прогнозирование и профилактика рубцовых стриктур пищевода после химических ожогов
