Моделирование и алгоритмизация оптимального выбора тактики лечения рассеянного склероза

Актуальность темы

Центральная нервная система (ЦНС) является слабо изученной областью биологии и медицины. В связи с сегодняшним образом жизни, быстрым темпом развития многих отраслей изучение этой системы достаточно актуально. Одним из заболеваний ЦНС, имеющих значительный удельный вес является демиелинизирующее заболеваниерассеянный склероз (РС).

Рассеянный склероз является тяжелейшим неврологическим заболеванием, вызывающим необратимые процессы и потерю трудоспособности у лиц молодого возраста. Молодой возраст больных РС, быстрое прогрессирование инвалидности, вовлечение в патологический процесс важнейших жизненно важных функций нервной системы ставят проблему РС по социальной значимости на одно из первых мест. Распространенность рассеянного склероза увеличивается по мере удаления от экватора. По данным ВОЗ (всемирная организация здравоохранения) в индустриальных странах северного полушария она составляет 60 случаев заболевания, а частота заболевания в год составляет 3 случая на 100 тыс. населения. За последние время произошло омоложение этой болезни: болеют в детском возрасте и даже отмечаются врожденные формы рассеянного склероза. Рассеянный склероз — болезнь развитых стран. В Англии, Франции, Канаде, США, России (Москва, Санкт-Петербург) заболевание встречается от 150 до 350 человек на 10 тысяч. В северных частях России 20−30 человек на 10 тысяч. Следует принимать во внимание, что возраст большинства больных с рассеянным склерозом не превышает 40 лет.

На современном этапе развития медицины основополагающими моментами при обследовании пациентов становятся быстрота и качество постановки диагноза, индивидуальный подход при выборе тактики лечения и реабилитации больных с рассеянным склерозом. Поэтому назрела необходимость широкого внедрения в клиническую практику методов интеллектуальной поддержки классификации, диагностики и выбора тактики лечения больных с рассеянным склерозом.

В процессе диагностики и. при выборе тактики лечения целесообразно использовать модели процессов* лечениякоторые разделяются на логические, информационные и математические. Логические модели применяются для реализации процедуры принятия решений при диагностике и выборе схемы лечения и интеллектуальной, поддержки, основанных" на априорной информации и логических действиях лечащего врача и позволяющих осуществлять процедуру человеко-машинного выбора. Математические модели процесса лечения позволяют реализовать выбор тактики лечения с использованием компьютерных средств для имитационного мoдeлиpoвaниЯi и прогнозирования, исхода лечения. Так как принятие решений при выборетактики леченияосуществляется лечащим врачом в условиях ряда неопределенностей, то в этом, случаеследует применять адаптивные методы принятия решений при выборе величины лечебных воздействий:

Таким образом, актуальность темы заключается' в необходимости разработки" методики, рационального выбора тактики лечения больных с рассеянным, склерозом наоснове методов интеллектуальнойподдержки принятия решений.

Работа выполнена в соответствии с областной целевой программой «Развитие здравоохранения’Воронежской области» и с основными, научными направлениями ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Проблемно-ориентированные системы, управления» и «Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине». '.

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка методов, моделей и алгоритмов интеллектуальной и инструментальной поддержки процесса диагностики и лечения больных с рассеянным склерозом и их применение в клинической практике.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— осуществить систематизацию признаков рассеянного склероза для диагностирования заболевания;

— провести анализ и выбор методов, направленных на повышение эффективности процесса диагностики и лечебных мероприятий при лечении рассеянного склероза;

— разработать комплекс моделей и алгоритмов для интеллектуальной поддержки рационального лечения рассеянного склероза;

— сформировать структуру и разработать информационное и программное обеспечение системы автоматизированного выбора тактики лечения рассеянного склероза;

— провести апробацию предложенных моделей и алгоритмов диагностики и рационального управления процессом лечения рассеянного склероза в клинических условиях.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории управления, логики и семиотики, математической статистики, математического и логического моделирования и адаптивного управления.

Научная новизна результатов исследования. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

— комплекс модифицированных методов интеллектуальной поддержки принимаемых решений при диагностике и рациональном лечении рассеянного склероза, основанных на адаптивном выборе тактики лечения, имитационном и логическом моделировании, позволяющий повысить эффективность лечебно-профилактических мероприятий;

— логическая модель диагностики и выбора лечения рассеянного склероза, обеспечивающая повышение точности диагноза и эффективности лечения и позволяющая осуществлять человеко-машинную реализацию в рамках автоматизированного принятия решений;

— процедура коррекции и рационального пошагового выбора текущих доз лекарства на основе двухуровневых адаптивных алгоритмов, обеспечивающая сокращение сроков лечения и минимизацию величины лечебных воздействий;

— процедура интеллектуальной поддержки принимаемых решений при диагностике и лечение больных с рассеянным склерозом на основе компьютерных технологий, обеспечивающих принятие решений в условиях индивидуальных характеристик больных, неопределенностей и неполной априорной информации;

— система интеллектуальной компьютерной диагностики и выбора тактики лечения, обеспечивающая человеко-машинную процедуру принятия решений на основе логического и имитационного моделирования, адаптивного управления процессом выбора лечебных воздействий для повышения точности диагноза и эффективности исхода лечения.

Практическая значимость работы.

Результаты данного диссертационного исследования представляют практическую ценность для лечебных учреждений неврологического профиля.

Реализованная логическая модель (с методикой анализа результатов иммунологических исследований на основе использования композиций нечетких отображений) позволяет формализовать процесс классификации, диагностики и оптимального выбора тактики лечения демиелинизирующего заболевания рассеянный склероз. Точность постановки диагноза по логической модели составляет 96,7%.

Двухуровневый адаптивный алгоритм позволяет оптимизировать процесс расчета дозы лечебного воздействия при рациональном лечении рассеянного склероза. А также, сократить сроки лечения в среднем на 2 месяца, уменьшить величину лечебного воздействия на 28%, и тем самым, минимизировать вероятность появления побочных эффектов с учетом индивидуальных особенностей пациента.

Сформирована структура и разработано автоматизированное программное и информационное обеспечение экспертной системы интеллектуальной поддержки лечащего врача при лечении рассеянного склероза, позволяющее более эффективно проводить диагностику и лечение пациентов.

Результаты исследования использовались в учебном процессе кафедры системного анализа и управления — в медицинских системах ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» в курсе «Управление в биологических и медицинских системах».

Получены акты о внедрениив МУЗ ГО г. Воронежа «Городская клиническая больница скорой медицинской помощи № 10 «Электроника» «.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (секция «Интеллектуализация процессов.4 принятия^ решения в биомедицинских системах, здравоохранении, и экологии) — (Воронеж, ВГТУ 2009, 2010) — «Интеллектуальные информационные системы"* (Воронеж, ВГТУ 2008) — а также в научно-методических семинарах кафедры «Системный анализ и управление в медицинских системах» и научно-тематическом семинаре «Проблемно-ориентированные системы управления» ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (2009;20 Юг.г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 3- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, и списка литературы из 81 наименований. Работа изложена на 140 страницах, содержит 7 таблиц и 29 рисунков.

Выводы четвертой главы.

1. Осуществлена интеграция разработанных моделей и алгоритмов в рамках программного комплекса выбора рациональной тактики лечения больных рассеянным склерозом, включающего информационную базу, полученную в результате проведенного анализа. Разработанный комплекс позволяет не только классифицировать поступившего больного на основе результатов обследования, но и прогнозировать течение заболевания, производить выбор лечебных мероприятий с учетом индивидуальных особенностей больных, осуществлять поддержку деятельности врача при выборе рационального плана лечения.

2. Разработан и апробирован программный комплекс для обеспечения рациональной тактики лечения больных рассеянным склерозом.

Заключение

.

Медицина несомненно движется-вперед по многим показателям, и есть существенные сдвиги и в. диагностике, и в лечении РС. Но вместе с тем-существуют обширные проблемы раннего распознавания этогоковарного заболеванияа также полного выздоровления после лечения: Поэтому рассеянный склероз считается заболеванием интересным, сложным, загадочным и требующего обязательного его исследования.

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

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. Сформирована классификация? показателей демиелинизирующего заболевания'- РС (которому характерны клинические диссоциации) — позволяющая* учитывать индивидуальноесочетание различных симптомов каждого больного при постановке диагноза.

3. Для эффективного лечения РС выделены препараты гормональной’и иммунокорригирующей терапии, способные изменять течение заболеванияуменьшая частоту и тяжесть обострений, степень повреждения мозга и приостанавливать прогрессирование и переход к более тяжёлой стадии болезни.

4. Обоснованы методы и подходы, направленные на повышение эффективности реабилитационных мероприятий при коррекции РС.

5. Для оптимального управления процессом лечения РС предложены и — обоснованы алгоритмы, стохастической оптимизации, учитывающие,* что решения приходится принимать в условиях неопределенностей при неоднородности задачи управления.

6. Сформирована логическая модель, классификации, диагностикии оптимального^ выбора* тактики лечения* рассеянного склероза-, позволяющая" обеспечивать интеллектуальную— поддержку, диагностического процесса ЛВ с использованием человеко-машинной процедуры, учитывать признаки диагноза совместимых заболеваний-, формировать последовательность лабораторно-клинических обследований! пациентов и? оптимизируют выбор их обследования.*.

Т. Предложена процедура коррекции и рационального пошагового выборатекущих доз лекарства^ на-, основе, двухуровневых адаптивных алгоритмов-, обеспечивающая" сокращение: сроков леченияи минимизациювеличины лечебных воздействий:

8. Проведена верификация моделей и алгоритмов диагностики и рационального лечениядемиелинизирующего заболеваниярассеянный склерозна основе данных МУЗ ГО г. Воронежа1 «Городская» клиническая больницаскорой— медицинской помощи № 10 «Электроника» «*. которая подтверждает в 96,7% случаев постановку точного диагноза по логической модели:

9. Осуществлена интеграцияразработанных моделей и алгоритмов в рамках программногокомплекса выборарациональной* тактики лечения больных рассеянным склерозомвключающего: информационную базу, полученную^ в результате проведенного анализа. Разработанный, комплекс позволяет нетолько классифицировать поступившего’больного на основе результатов обследования, но и прогнозировать течение заболевания, производить выбор лечебных мероприятий с учетом индивидуальных особенностей больных, осуществлять поддержку деятельности врача при выборе рационального плана лечения.,.

10: Разработан иапробирован программный комплексдля-обеспечения рациональной тактики лечения-больных рассеянным склерозом,.