Методы и алгоритмы диагностики и лечения хронического аднексита на основе многовариантного моделирования и адаптивного подхода

Актуальность темы

Проблема гинекологических заболеваний является в настоящее время актуальной не только в России, но и во всем мире. Частота заболеваний и количество операций, связанных с ними, все время растут. Хронический аднексит, или сальпингоофорит, является наиболее распространенной патологией среди воспалительных заболеваний органов малого таза. По материалам ВОЗ среди женщин до 30 лет данная нозология встречается в 37−48% случаев.

Осуществление отбора признаков для диагностики хронического адне-ксита является необходимой процедурой, поскольку для решения классификационной задачи должны быть отобраны сведения, несущие полезную для данной задачи информацию. Диагностика гинекологических заболеваний строится на большом количестве различных признаков, в связи с чем встает вопрос о применении математических методов для обработки данных, что может значительно ускорить процесс постановки диагноза и выбора тактики лечения.

Помимо традиционных методов диагностики — клинических, лабораторных, инструментальных, в настоящее время стали использоваться методы акупунктурой диагностики. Многие исследователи склонны рассматривать систему акупунктурных точек, как биоэнергетическую и информационную систему. Зоны повышенной биологической активности — точки акупунктурыявляются одним из механизмов в функциональной системе адаптивной регуляции. Каждая точка акупунктуры обладает преимущественной связью с определенным органом или системой, что позволяет рассматривать точки акупунктуры как каналы информации о состоянии организма.

Для оценки активности каналов в настоящее время широко применяются различные замеры электрической активности или сопротивления в биологически активных точках. На наш взгляд, преимущество имеет метод термопунктурного исследования по тесту Акабане, в котором воздействие на точки производится с помощью точечного светодиода, к которому подводится импульсное напряжение, синхронизированное посредством специальной электронной системы слежения строго в такт с пульсовой волной.

Важной составляющей консервативного лечения больных хроническим аднекситом является физиотерапия, от дифференцированного подбора слагаемых которой существенно зависят результаты реабилитации. Использование физических факторов при лечении больных хроническим аднекситом позволяет избежать неблагоприятных моментов фармакологического воздействия, снизить дозу и продолжительность приема лекарственных препаратов.

Наряду с тем, что физиотерапия широко используется для лечения данного вида патологии, выбор конкретного метода зачастую является случайным и не всегда приводит к желаемому результату. Для оптимизации физиотерапевтического лечения необходима количественная оценка действия каждого физического фактора для подбора наиболее эффективного метода физиотерапевтического лечения, его дозирования с учетом индивидуальной реакции организма.

Отсутствие объективных способов оценки действия физиотерапевтических факторов, а также выраженности изменений механизмов регуляции при их применении диктует необходимость разработки нового способа оценки их действия, оптимально соответствующего современным требованиям клиники. Анализ исследований показывает, что в качестве возможных методик могут быть применены мои итерирование результатов термопунктурной канальной диагностики, математические и статистические методы.

Таким образом, актуальная научно-техническая задача диссертации заключается в необходимости разработки методов интеллектуальной поддержки процессов диагностики и лечения хронического аднексита на основе математических моделей и алгоритмов.

Диссертация выполнена в соответствии с основным научным направлением ФГБОУ В ПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления» при выполнении НИР ГБ 2010.27 «Моделирование и управление процессами в правоохранении».

Цель и задачи исследования

Целью диссертации является разработка методов, моделей и алгоритмов, повышающих эффективность процесса при-нмгия решений при циагностике и лечении хронического аднексита с использованием термопунктурной канальной диагностики, позволяющих монито-рировать терапев! ические эффекты для выработки рациональной тактики физической терапии больных.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие за ычп.

— провести выбор наиболее значимых признаков при диагностике хро-нп ее кого аднекси) 1 и исследовать возможность использования метода аку-П)! к I урной диагностики для выявления закономерностей формирования ответных реакций организма на заболевание на основе корреляционного и ре-грс сионного аналиа;

— разработать математическую модель процесса диагностики хрониче-с о аднексита с использованием дискриминантного анализа;

— разработать метод выбора физиотерапевтического лечения хрониче-сшо аднексита с учетом индивидуальных особенностей пациенток и исход-нь показателей теста Акабане на основе нейросетевого моделирования и ус повить эффективность лечебного воздействия при назначении различных ф, 'оIерапевтических процедур;

— построить ачгоритм выбора тактики лечения хронического аднексита с^ом динамики показателей термопунктурной диагностики на основе 811 11 ивного подхода;

— построить сетевую модель на основе сетей Петри, позволяющую принимать решения при планировании диагностического и лечебного процессов хронического аднексита;

— создать автоматизированную систему моделирования и управления промессами диагностики и выбора метода физиотерапевтического лечения хронического аднексита и провести ее клиническую апробацию.

Объект исследования. Пациентки, нуждающиеся в диагностике и ле-ч с I м м ] хронического аднексита.

Предмет исследования. Методы, модели и алгоритмы диагностики и лечечия хронического аднексита.

Содержание диссертации соответствует п. 1 «Исследование, разработка и ч ¦ 'ание медицинской техники, изделий, инструментов, методов и способов диагностики и лечения человека, которые рассматриваются как средства воет i ановления нарушенной поливариантной системы, представление кото-ро «озможно математической, физикои биотехнической, механической моленью, а также энергетической, физико-химической, химической, электрохимической моделью и т. д.» паспорта специальности 05.11.17 — Приборы, системы и изделия медицинского назначения.

Методы исследования. В работе использовались методы экспертного оценивания, системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики и теории управления биосистемами, нейросетевого моделирования и адаптивных алгоритмов. При разработке моделей в качестве инструментария использовалась среда Statistica 6.0.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, выносимые на защиту и характеризующиеся научной новизной:

— метод выбора наиболее значимых диагностических признаков хронического аднексита, отличающийся использованием априорного ранжирования и применением корреляционного и регрессионного анализа для оценки значимости показателей термопунктурной диагностики по тесту Акабане при постановке диагноза «хронический аднексит»;

— математическая модель постановки диагноза «хронический аднексит» на основе дискриминантного анализа, позволяющая учитывать выраженность признаков заболевания, включающих наряду с классическими клиническими, лабораторными и инструментальными исследованиями также показатели термопунктурной диагностики по тесту Акабане;

— метод выбора физиотерапевтического лечения хронического аднек-сита с учетом индивидуальных особенностей больных на основе нейронной сети, позволяющий назначить наиболее эффективное лечение, и способ определения эффективности лечебного воздействия при назначении различных методов физиотерапевтического лечения хронического аднексита на основе статистических критериев;

— адаптивный алгоритм процесса лечения хронического аднексита, позволяющий оптимизировать дозу воздействия физиотерапевтических факторов, опираясь на динамику изменения показателей теста Акабане;

— сетевая имитационная модель, позволяющая принимать рациональные решения при планировании диагностического и лечебного процесса хронического аднексита и включающая все основные этапы данных процессов начиная со сбора клинических, лабораторных и морфологических признаков заболевания и заканчивая анализом динамики показателей теста Акабане для принятия решения о лечении в соответствии с адаптивным алгоритмом;

— автоматизированная система, обеспечивающая интеграцию методов, моделей и алгоритмов рационального принятия решения для диагностики, выбора метода лечения и дозы физиотерапевтического воздействия при лечении хронического аднексита.

Практическая значимость и результаты внедрения. Разработаны модели, алгоритмы и программное обеспечение для автоматизации процесса диагностики и выбора тактики лечения хронического аднексита, позволяющие поднять на новый уровень качество медицинского обслуживания, в частности повысить эффективность диагностического и лечебного процессов благодаря применению термопунктурной диагностики и оптимизации лечения путем индивидуального подбора вида и дозы физиотерапевтического воздействия при лечении хронического аднексита.

Результаты работы в виде автоматизированной системы диагностики и выбора тактики лечения хронического аднексита внедрены в работу гинекологического отделения Городской клинической больницы скорой медицинской помощи № 10 «Электроника» (г. Воронеж), а также используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» при подготовке специалистов 200 401.65 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» (дисциплины «Методы обработки биомедицинских сигналов и данных», «Управление в биологических и медицинских системах»), что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на следующих конференциях: Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2010) — научно-практической конференции «Проблемно-ориентированные системы управления» (Воронеж, 2010, 2011) — Международной научно-технической конференции «Инноватика-2010» (Сочи, 2010) — Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2011, 2012) — научно-практической конференции «Актуальные вопросы организации, оказания первой медицинской помощи в условиях стационара и на догоспитальном этапе» (Воронеж, 2011, 2012) — научно-тематическом семинаре кафедры «Системный анализ и управление в медицинских системах» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (Воронеж, 2009;2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, приложения и списка литературы из 141 наименования. Основная часть работы изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 21 таблицу.

Выход.

Рис. 4.14. Окно контроля лечения.

Врач может добавить информацию о новой процедуре, нажав на кнопку «Добавить информацию о процедуре» (рис. 4.15) и рассчитать оптимальную длительность следующей процедуры в соответствии с адаптивным алгоритмом — для этого необходимо выбрать параметр расчета и нажать кнопку «Задать длительность следующей процедуры» (рис. 4.16).

Длит^оь-нлт проиА.2уры А> аоане плсое лроиед лры.

Добавить I Отменить.

Рис. 4.15. Добавление информации о процедурах лечения.

Параметры слэпуюшей процедуры (адаптивный алгоритм).

Выбрать паргг.1етры для расеы I Ратчайиие сроки лечсиня С Шадяшее возденете!* на пациента.

I Задать длительность — Г^ следчюшей процедуры ыхаа I.

Рис. 4.16. Расчет длительности следующей процедуры по адаптивному алгоритму.

1. Построена имитационная сетевая модель на основе сетей Петри, позволяющая принимать решения при планировании диагностического и лечебного процессов хронического аднексита.

2. Создана автоматизированная система моделирования диагностики и выбора метода физиотерапевтического лечения хронического аднексита, позволяющая сократить трудозатраты лечащего врача на 26% по сравнению с традиционными системами и ускорить процесс диагностики и лечения хронического аднексита.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Сформулировано общее состояние проблем гинекологических заболеваний, в частности ХС, его классификация и факторы риска. Проведен анализ современных методов диагностики ХС, определяются недостатки существующих подходов к диагностике данного заболевания.

2. Основываясь на изучении энергетических процессов, как вариант рассматривается новый способ, позволяющий распознать изменения организма на функциональном уровне. Отмечаются отличия и преимущества метода термопунктурной канальной диагностики от ранее известных способов аку-пунктурного тестирования.

3. Акцентируется внимание на особенностях и достоинствах физиотерапевтических методов лечения. Проводится анализ современных методик физиотерапевтического воздействия при лечении больных с применением КВЧи лазерои интерференцтерапии.

4. Проведен выбор наиболее значимых признаков при диагностике хронического аднексита на основе методов экспертного оценивания и априорного ранжирования, отобраны 15 наиболее значимых признаков заболевания, на основе которых возможно поставить адекватный диагноз.

5. Доказана эффективность использования метода акупунктурной диагностики для выявления закономерностей формирования ответных реакций организма на заболевание на основе корреляционного и регрессионного анализа.

6. Разработана математическая модель процесса диагностики хронического аднексита с использованием дискриминантного анализа. Полученная модель позволяет автоматизировать постановку диагноза хронического аднексита на основе отобранных наиболее значимых признаков заболевания.

7. Исследованы закономерности формирования ответных реакций организма при назначении различных методов физиотерапевтического лечения хронического аднексита на основе статистических критериев. Из пяти исходно рассматриваемых методов выбраны три наиболее эффективныхинтравагинальная лазеротерапия, КВЧ-7,1 мм и интерференцтерапия — для дальнейшего исследования.

8. Разработан метод выбора лечения хронического аднексита с учетом индивидуальных особенностей пациентов и исходных показателей тер-мопунктурной диагностики на основе нейросетевого моделирования.

9. Разработан адаптивный алгоритм для рационального выбора тактики физиотерапии при лечении хронического аднексита с использованием результатов термопунктурной канальной диагностики.

10. Построена имитационная сетевая модель на основе сетей Петри, позволяющая принимать решения при планировании диагностического и лечебного процессов хронического аднексита.

11. Создана автоматизированная система моделирования диагностики и выбора метода физиотерапевтического лечения хронического аднексита, позволяющая сократить трудозатраты лечащего врача на 26% по сравнению с традиционными системами и ускорить процесс диагностики и лечения хронического аднексита.