Разработка решающего правила для прогнозирования исхода стандартного стационарного лечения у больных с хронической обструктивной болезнью легких
На правах рукописи
Кондакова Анна Давидовна
РАЗРАБОТКА РЕШАЮЩЕГО ПРАВИЛА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИСХОДА СТАНДАРТНОГО СТАЦИОНАРНОГО ЛЕЧЕНИЯ У БОЛЬНЫХ С ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНЬЮ ЛЕГКИХ
05.13.01 - системный анализ, управление и обработка информации в медицине
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Москва – 2007
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»
Научный руководитель:
Доктор медицинских наук,
профессор Зарубина Татьяна Васильевна
Научный консультант:
Доктор медицинских наук,
профессор Утешев Даниил Борисович
Официальные оппоненты:
Доктор медицинских наук,
профессор Кобринский Борис Аркадьевич
Доктор медицинских наук Антонов Николай Сергеевич
Ведущая организация:
Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Российская медицинская академия последипломного образования Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию».
Защита состоится «19» февраля 2007 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета К 208.072.05 при Российском государственном медицинском университете по адресу: 117997, г. Москва, ул. Островитянова, д.1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.
Автореферат разослан 18 января 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат медицинских наук, доцент И.В. Буромский
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
В настоящее время хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) является одной из самых серьезных проблем клинической медицины, приводя к ранней инвалидизации и преждевременной смертности больных [Чучалин А.Г., 1998]. Заболеваемость и смертность от ХОБЛ растут, но они сильно варьируют в разных странах. Результаты зарубежных исследований показывают, что, например, в США ХОБЛ зарегистрирована у 14 млн. человек, причем среди лиц старше 55 лет ХОБЛ диагностируется у 10% [American Thoracic Society. Standards for diagnosis and care of patients with chronic obstructive pulmonary disease, 1995]. Уровень смертности в Европе колеблется от 41,4 на 100 000 в Венгрии до 2,3 на 100 000 в Греции [Siafakas N.M. et al., 1995]. В России, по данным официальной статистики, число больных ХОБЛ составляет около 1 млн., однако при более тщательном подсчете с учетом определения сущности заболевания и его критериев число больных ХОБЛ приближается к таковому в США и достигает 11 млн. больных [Айсанов З.Р. с соавт., 1999]. По данным Всемирной организации здравоохранения в течение ближайшего десятилетия предполагается еще более значительный рост заболеваемости и смертности от ХОБЛ. Для предотвращения подобного развития событий необходимо осуществление согласованных программ профилактики, диагностики и лечения.
В последнее десятилетие в России и за рубежом были опубликованы несколько национальных и межнациональных согласованных рекомендаций по оптимальной оценке и лечению ХОБЛ (Глобальная инициатива по хронической обструктивной болезни легких, Европейское соглашение, Федеральная программа и др.), которые способствовали стандартизации диагностики и лечения на международном уровне, а также улучшению ухода за больными [Хронические обструктивные болезни легких. Федеральная программа, 1999; Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease. NHLBI/WHO workshop report, 2001; Optimal assessment and management of chronic obstructive pulmonary disease. The European Respiratory Society Task Force, 1995].
В настоящее время в городских клинических больницах города Москвы лечение пациентов с ХОБЛ осуществляется в соответствии с «Московскими городскими стандартами стационарной медицинской помощи для взрослого населения» [Московские городские стандарты стационарной медицинской помощи для взрослого населения (Приказ Департамента здравоохранения Москвы № 163 от 24.03.97 г.)], которые обеспечивают необходимый минимум оказания стационарной помощи больным, при этом, предоставляя врачам возможность варьировать терапию в зависимости от клинической картины.
Прогнозирование исхода стандартного стационарного лечения на этапе поступления больного в стационар, на основе первоначальных данных о конкретном пациенте, поможет врачам рационализировать терапию в зависимости от клинических особенностей болезни в рамках стандартов и улучшить качество оказания медицинской помощи на госпитальном этапе.
В литературе нами было обнаружено достаточно много работ по использованию математических методов для решения задач прогнозирования при ХОБЛ, которые условно можно разделить на 3 группы в зависимости от поставленных задач:
1) прогнозирование заболеваемости ХОБЛ при воздействии провоцирующих факторов внешней среды;
2) прогнозирование динамики заболевания, его исходов и результатов лечения;
3) математическое моделирование системы дыхания и патологических процессов в ней.
Однако работ по прогнозированию исхода стандартного стационарного лечения обнаружено не было, что и определяет актуальность настоящей работы, ее цель и задачи.
Цель исследования: создание решающего правила для прогнозирования исхода стандартного стационарного лечения у больных с хронической обструктивной болезнью легких на основе клинических, лабораторных и инструментальных признаков, выявленных у пациента при поступлении в стационар.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1. Определить информативные признаки, выявляемые на этапе поступления больного в стационар, для прогнозирования удовлетворительного состояния и состояния средней тяжести при выписке у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких.
2. Создать решающее правило для прогнозирования степени тяжести состояния при выписке у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких на основе данных, полученных при поступлении в стационар.
3. Разработать программное средство, реализующее решающее правило для прогнозирования степени тяжести состояния при выписке у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких.
4. Внедрить программное средство по прогнозированию степени тяжести состояния при выписке в клиническую практику для поддержки решений врача при лечении пациентов с хронической обструктивной болезнью легких.
Научная новизна работы
Впервые создано решающее правило, позволяющее по данным при поступлении в стационар прогнозировать исход стандартного стационарного лечения у больных с ХОБЛ. На основе полученного решающего правила разработана компьютерная программа, использование которой позволяет врачам не только прогнозировать исход стандартного стационарного лечения у пациентов с ХОБЛ, но и помогает им правильно оценить степень тяжести состояния больного при поступлении в стационар.
Практическая значимость работы
Разработанное решающее правило и компьютерная программа позволяют врачам-клиницистам предположить вероятный исход стандартного стационарного лечения на этапе поступления больного в стационар, исходя из первоначальных данных конкретного пациента (антропометрических, анамнестических, клинических и лабораторных показателей). Их использование дает возможность врачам-терапевтам, пульмонологам, ординаторам рационализировать лечебную программу в рамках стандартов для улучшения состояния пациентов с ХОБЛ при выписке из стационара.
Компьютерная программа используется в терапевтических отделениях МСЧ № 1 АМО ЗИЛ и ГКБ № 79.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены и обсуждены на конференции, посвященной 40-летию медико-биологического факультета РГМУ (Москва, 5 декабря 2003 г.); на симпозиуме «Информационные технологии и общество - 2006» (Негомбо, Шри-Ланка, 3-12 апреля 2006 г.); на форуме «Информационные технологии и общество – 2006» (Каорли (Венеция), Италия, 18-25 сентября 2006 г.); на научных семинарах кафедры медицинской кибернетики и информатики ГОУ ВПО РГМУ Росздрава (Москва, 2003 - 2006 гг.).
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 6 работ, в том числе 2 статьи, 4 тезиса.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций и трех приложений. Список литературы включает 150 источников, из них 53 работы отечественных и 97 иностранных авторов. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста, иллюстрирована 9 рисунками и 16 таблицами.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Характеристика больных. В настоящем исследовании проанализирован массив данных по всем больным с диагнозом ХОБЛ, находящимся на стационарном лечении в МСЧ № 1 АМО ЗИЛ и ГКБ № 79, за период с 1998 по 2003 гг. Эти клиники являются базами кафедр госпитальной терапии московского факультета и госпитальной терапии № 2 лечебного факультета ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, совместно с которыми осуществлялась данная работа, и используют одинаковые подходы к лечению пациентов ХОБЛ.
Из массива были исключены больные, у которых отсутствовали данные о результатах обследований, необходимых в соответствии с “Московскими городскими стандартами стационарной медицинской помощи для взрослого населения”. Таким образом, в ретроспективную группу исследования вошли 200 историй болезней: 107 мужчин и 93 женщин. Средний возраст больных этой группы составил 58 ± 0,9 лет. Также были проанализированы все пациенты с диагнозом ХОБЛ, поступавшие в указанные клиники за период с декабря 2005 по апрель 2006 гг. В проспективную группу исследования вошли 18 больных, из них 9 мужчин и 9 женщин. Средний возраст пациентов этой группы составил 67 ± 3,5 лет.
Все больные поступали в стационар в состоянии средней тяжести, что являлось основным критерием включения пациентов в исследование.
Всем больным было проведено клинико-лабораторное и инструментальное обследование, которое включало: клинический и биохимический анализ крови, клинический анализ мочи, общее и микробиологическое исследование мокроты, исследование функции внешнего дыхания (ФВД), рентгенологическое исследование органов грудной клетки, электрокардиографию (ЭКГ). Комплексная лекарственная терапия у обследованных пациентов проводилась в соответствии с “Московскими городскими стандартами стационарной медицинской помощи для взрослого населения”.
Систематизация данных. На основании характерных признаков клинической картины и основных методов диагностики ХОБЛ, а также ретроспективных данных 200 пациентов, включенных в исследование, была составлена формализованная карта (175 признаков), которая включала следующие группы признаков: порядковый номер больного; антропометрические и анамнестические данные; данные о наличии осложнений ХОБЛ, сопутствующих и перенесенных заболеваний; жалобы и данные объективного обследования при поступлении в стационар; показатели лабораторных и инструментальных методов исследований, проведенных при поступлении больного в стационар.
Полученные качественные и количественные признаки вносились в электронную таблицу Microsoft Excel. По горизонтали вносились наименования признаков, по вертикали порядковый номер больного. Данные кодировались следующим образом:
1) качественные признаки заменялись на коды (номер градации), с нарастанием степени выраженности признака увеличивался номер градации (например: «анамнез курения» - а) не курит; б) бывший курильщик; в) безусловный курильщик; г) злостный курильщик);
2) количественные признаки также дискретизировались, для чего выделялись характерные диапазоны их изменений и тоже кодировались (например: «частота дыхания (дых./мин)» - а) <20; б) 20-25; в) 25-30; г) >30).
Статистический анализ данных. Анализ полученных данных проводился с помощью статистического непараметрического критерия, а именно точного метода Фишера (ТМФ), что было обусловлено следующим:
- данный критерий не зависит от характера распределения переменных;
- применим для сравнения дискретных переменных (обозначающих, например, наличие или отсутствие какого-либо симптома), причем его можно применять даже в тех случаях, когда какое-либо значение признака встречается редко [Гланц С., 1998].
Построение решающих правил и проверка правильности отнесения каждого индивидуума к одной из сравниваемых групп осуществлялись с помощью последовательной байесовской процедуры распознавания, что было обусловлено следующим:
- возможностью использования независимо от вида распределения переменных, в частности, как для дискретных, так и непрерывных (после их дискретизации), что позволяет организовать построение решающих правил по единому для всех переменных плану (широко используемые для построения решающих правил дискриминантные функции получаются с помощью формулы Байеса в случае многомерного нормального распределения совокупности переменных);
- данный метод широко используется и является в настоящее время «золотым стандартом», с эффективностью которого принято сравнивать эффективность других методов классификации;
- простотой в использовании прогностических правил на практике [Гублер Е.В., 1978].
Для оценки достоверности различий сравниваемых групп использовались общепринятые для медико-биологический исследований уровни значимости: p<0,05, p<0,01, p<0,001.
Использованное программное обеспечение. Статистическая обработка полученных данных осуществлялась с помощью программы для персонального компьютера, разработанной доцентом кафедры медицинской кибернетики и информатики ГОУ ВПО РГМУ Росздрава, к.б.н. В.В. Киликовским. Используя ТМФ, программа автоматически для каждого признака (из числа включенных в анализ) проводит попарное сравнение заданных групп пациентов (реализаций) и выявляет достоверные различия между ними, результаты выводит в выходные файлы в виде, удобном для визуального анализа, последующего редактирования текстовыми редакторами и распечатки на бумажном носителе в виде стандартных таблиц результатов.
После сравнения групп по каждому признаку в отдельности оценивалась информативность полного признакового пространства для различения заданных пользователем групп. Для получения такой оценки проводился скользящий экзамен правильности автоматического отнесения каждого индивидуума к одной из сравниваемых групп с помощью последовательной байесовской процедуры распознавания.
Высокие результаты экзамена (высокий процент отнесения пациентов к своей группе) позволили сделать вывод об информативности признакового пространства для различения заданных групп. При необходимости, полученные в результате проведенного статистического анализа частоты появления отдельных информативных градаций (значений) признаков в различных группах могут быть использованы для решения задачи автоматизированной диагностики или прогнозирования.
Программа вычисляет также диагностические коэффициенты для табличной диагностики, формирует таблицы достоверности различия признаков, список информативных признаков (и градаций признаков), упорядоченных по убыванию информативности.
Для создания компьютерной программы по прогнозированию исхода стандартного стационарного лечения был выбран современный объектно-ориентированный язык программирования Delphi.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Определение информативных признаков, выявляемых на этапе поступления больного в стационар, для прогнозирования удовлетворительного состояния и состояния средней тяжести при выписке у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. Основной задачей на этапе разработки решающего правила для прогнозирования является определение информативных признаков. В нашем исследовании в качестве показателя, определяющего исход стандартного стационарного лечения, был использован признак “степень тяжести состояния при выписке”. Таким образом, для определения информативных признаков, достоверно различающих степени тяжести состояния при выписке, было проведено сравнение частот выявления различных антропометрических, анамнестических, клинико-лабораторных и инструментальных показателей, полученных при поступлении больных в стационар, в двух группах пациентов с удовлетворительным состоянием и состоянием средней тяжести на момент выписки.
Результаты сравнения частот встречаемости антропометрических, анамнестических, клинико-лабораторных и инструментальных показателей приведены в таблице 1 и на рисунках 1-5.
Таблица 1. Частоты встречаемости антропометрических и анамнестических показателей у пациентов с ХОБЛ в группах с разным состоянием при выписке:
удовлетворительное состояние (группа 1) и состояние средней тяжести (группа 2).
| Признак | Состояние на момент выписки | Достоверность различий (ТМФ) | |
| удовлетворительное (группа 1) | средней тяжести (группа 2) | ||
| Возраст < 30 лет 30 – 50 лет >50 лет | 5 % 25 % 70 % | 0 % 4 % 96 % | *** *** |
| Профессиональные вредности отсутствие наличие | 59 % 41 % | 33 % 67 % | *** *** |
| Курение не курит бывший курильщик безусловный курильщик злостный курильщик | 72 % 10 % 6 % 12 % | 45 % 8 % 7 % 40 % | *** *** |
| Алкоголь не злоупотребляет злоупотребляет | 93 % 7 % | 80 % 20 % | ** ** |
| Настоящее обострение < 2 недель от 2 недель до 1 месяца 1 месяц | 44 % 26 % 30 % | 17 % 27 % 56 % | *** *** |
Достоверность различий определялась с использованием точного метода Фишера, уровни значимости различий p<0,05, p<0,01, p<0,001 обозначены *, **, *** соответственно.
1 ДН 2 ст. - дыхательная недостаточность 2 стадии
2 ДН 3 ст. - дыхательная недостаточность 3 стадии
3 ХЛС субкомп. - хроническое легочное сердце, субкомпенсированное
4 ХЛС декомп. - хроническое легочное сердце, декомпенсированноое
5 ЧД - частота дыхания
6 с/я – сегментоядерные нейтрофилы
7 СОЭ - скорость оседания эритроцитов
8 ЛДГ - лактатдегидрогеназа
9 Hb - гемоглобин
10 Ht - гематокрит
11 ЛФ - лимфоциты
12 ПТИ - протромбиновый индекс
13 ОФВ1 - объем форсированного выдоха за первую секунду
14 ФЖЕЛ - форсированная жизненная емкость легких
15 ПСВ - пиковая скорость выдоха
Анализ результатов сравнения информативных признаков, выявляемых на этапе поступления больного в стационар, показал, что у пациентов, выписывающихся в состоянии средней тяжести, достоверно чаще при поступлении в стационар выявляются дыхательная недостаточность 3 стадии и хроническое легочное сердце, осложненное развитием хронической сердечной недостаточности, что подтверждается результатами лабораторных и инструментальных методов исследования.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что изначально состояние больных не было одинаковым, несмотря на то, что по данным историй болезни все пациенты, включенные в исследование, поступали в стационар в состоянии средней тяжести. В таблице 2 представлены информативные признаки, подтверждающие обобщение об исходно разном состоянии больных, включенных в исследование.
Таблица 2. Частоты встречаемости показателей, подтверждающих исходно разную тяжесть состояния пациентов в сравниваемых группах.
| Признак | Состояние на момент выписки | |
| удовлетворительное (группа 1) | средней тяжести (группа 2) | |
| Осложнения основного заболевания и сопутствующие заболевания | ||
| Дыхательная недостаточность_3-я стадия | 1 % | 36 % |
| Хроническое легочное сердце субкомпенсированное декомпенсированное | 5% 0% | 24% 31% |
| Ишемическая болезнь сердца_стенокардия напряжения 3 функционального класса | 5 % | 23 % |
| Ишемическая болезнь сердца_ диффузный кардиосклероз | 3 % | 24 % |
| Недостаточность кровообращения_2-я стадия | 14 % | 40 % |
| Клиническая картина при поступлении в стационар | ||
| Одышка в покое | 13 % | 55 % |
| Отеки нижних конечностей | 20 % | 60 % |
| Хрипы влажные смешанные | 1 % 12 % | 13 % 45 % |
| Печень увеличена более 3 см | 3 % | 40 % |
| Клинический и биохимический анализы крови, проведенные при поступлении в стационар | ||
| СОЭ значительно выше нормы (>41 мм/ч) | 6 % | 20 % |
| Фибриноген значительно выше нормы(>6 г/л) | 3 % | 20 % |
| Мочевина незначительно выше нормы (8,3-14,1 ммоль/л) | 15 % | 55 % |
| 1-глобулины выше нормы (>5%) | 0 % | 19 % |
| Протромбиновый индекс ниже нормы (<80%) | 2 % | 25 % |
| Исследование ФВД, проведенное при поступлении в стационар | ||
| ОФВ1 <20 % от должного 20-50 % от должного | 1% 48% | 16% 78% |
| ФЖЕЛ <50 % от должного | 32% | 80% |
| ПСВ <40 % от должного | 15% | 53% |
| Рентгенологическое исследование органов грудной клетки, проведенное при поступлении в стационар | ||
| Корни легких расширены | 1% | 22% |
| Плевродиафрагмальные спайки | 2% | 38% |
| Тень сердца расширена вправо расширена влево и вправо | 1% 3% | 15% 18% |
| Электрокардиография, проведенная при поступлении в стационар | ||
| ЧСС >110 сокращений в минуту | 6% | 22% |
| Гипертрофия правого желудочка | 24% | 56% |
| Гипертрофия правого предсердия | 34% | 60% |
| Экстрасистолы суправентрикулярные вентрикулярные смешанные | 7% 5% 0% | 17% 21% 11% |
Так, у пациентов, впоследствии выписывающихся из стационара в удовлетворительном состоянии (группа 1), практически не наблюдались дыхательная недостаточность 3 стадии и хроническое легочное сердце, в отличие от больных, выписывающихся из стационара в состоянии средней тяжести (группа 2).
Стенокардия напряжения 3 функционального класса и диффузный кардиосклероз в группе пациентов, выписывающихся из стационара в удовлетворительном состоянии, наблюдались только у 5% и 3% больных соответственно, в то время как у пациентов, выписывающихся из стационара в состоянии средней тяжести, стенокардия напряжения 3 функционального класса и диффузный кардиосклероз встречались гораздо чаще (у 23% и 24% больных соответственно). У пациентов 2 группы при поступлении в стационар гораздо чаще наблюдалась недостаточность кровообращения 2 стадии, по сравнению с пациентами 1 группы (40% против 14%) (таблица 2).
Одышка в покое, отеки нижних конечностей, влажные и смешанные хрипы, печень, выступающая от края реберной дуги больше 3 см, гораздо чаще наблюдались при поступлении в стационар у пациентов, впоследствии выписывающихся в состоянии средней тяжести.
По результатам клинического и биохимического анализов крови, проведенных при поступлении пациентов в стационар, также были выявлены некоторые различия, которые свидетельствуют об изначально более тяжелом состоянии больных 2 группы. Так, повышенные СОЭ, фибриноген, мочевина и 1-глобулины на этапе поступления в стационар значительно чаще отмечались у пациентов, впоследствии выписывающихся в состоянии средней тяжести. Также у больных 2 группы при поступлении в стационар чаще наблюдался сниженный протромбиновый индекс (таблица 2).
Результаты проведения инструментальных методов исследования при поступлении в стационар позволили сделать ряд заключений, подтверждающих изначально разную тяжесть состояния больных. Так, оценка функции внешнего дыхания, проведенная при поступлении в стационар, свидетельствует о том, что ОФВ1<50 % от должного, ЖЕЛ<50 % от должного, ПСВ<40 % от должного гораздо чаще наблюдались в группе пациентов, выписывающихся из стационара в более тяжелом состоянии. При рентгенографии легких, проведенной при поступлении в стационар, у больных 2 группы чаще обнаруживались расширенные корни легких, плевродиафрагмальные спайки, а также расширенные вправо границы сердца, по сравнению с пациентами 1 группы. По данным ЭКГ, проведенной на этапе поступления в стационар, у больных, выписывающихся впоследствии в состоянии средней тяжести, чаще обнаруживались гипертрофии правых отделов сердца и экстрасистолы. Повышение частоты сердечных сокращений более 110 в минуту при поступлении также чаще выявлялись у пациентов 2 группы.
Из проведенного сравнения двух групп пациентов, выписывающихся в удовлетворительном состоянии (группа 1) и состоянии средней тяжести (группа 2) следует, что у больных 2-ой группы достоверно чаще при поступлении в стационар выявлялись дыхательная недостаточность 3 стадии, субкомпенсированное или декомпенсированное легочное сердце, стенокардия напряжения 3 функционального класса, диффузный кардиосклероз и недостаточность кровообращения 2 стадии. Эти выводы подтверждались данными клинической картины, результатами лабораторных и инструментальных методов исследования, проведенных при поступлении больных в стационар. Таким образом, несмотря на то, что оценка состояния пациентов с ХОБЛ при поступлении в стационар, фиксируемая в историях болезни, была одинаковой, подробный анализ информативных признаков, выявляемых на этапе поступления в стационар, показал, что исходно среди больных, состояние которых традиционно оценивалось как средней тяжести, можно выделить подгруппу пациентов с более выраженной симптоматикой.
Создание решающего правила для прогнозирования степени тяжести состояния при выписке у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких на основе данных, полученных при поступлении в стационар. После сравнения групп по каждому признаку в отдельности, оценивалась информативность полного признакового пространства. Для этого была использована Байесовская последовательная диагностическая процедура, а также ее вариант - диагностика с использованием диагностических коэффициентов. Оценка проводилась на общей выборке без выделения контрольной группы, но с использованием процедуры скользящего экзамена, которая позволяет получить оценку информативности, приближающуюся к таковой, полученной на контрольной выборке.
В соответствии с использованным алгоритмом в число информативных признаков включались только те, которые достоверно различали сравниваемые группы (68 признаков). При проведении скользящего экзамена на использованном списке признаков было получено 83% правильных отнесений в группе больных, которые выписываются в удовлетворительном состоянии (группа 1: 162 человека) и 76% правильных отнесений в группе больных, состояние которых после применения стандартной схемы лечения остается неизменным (т.е. состоянием средней тяжести) (группа 2: 38 человек).
Программа, с помощью которой проводилась статистическая обработка данных, позволяет получить индивидуальную диагностику для каждого больного в соответствии с байесовской классификацией. По результатам такой индивидуальной диагностики были выявлены 36 пациентов, которые байесовской процедурой были отнесены к группе больных, выписывающихся в состоянии, степень тяжести которого не соответствовала первоначальной оценке врачей. У нас возникли сомнения в правильности оценки их состояния на момент выписки из стационара, так как, например, по некоторым показателям (выраженные признаки недостаточности кровообращения по малому кругу, показатели крови) большую часть из этих 36 пациентов нельзя было отнести в группу больных с удовлетворительным состоянием при выписке.
Обсуждение историй болезни этих пациентов с ведущими специалистами и заведующими терапевтических отделений в МСЧ №1 АМО ЗИЛ и ГКБ № 79 привело к изменению оценки степени тяжести состояния на момент выписки у части из этих больных. У 17 из 36 пациентов удовлетворительное состояние было изменено на состояние средней тяжести. Возможно, эта ситуация объясняется тем, что оценка состояния больного имеет элемент субъективности, что особенно сказывается, когда диагноз ставят молодые врачи. По результатам пересмотра степени тяжести состояния при выписке у 17 больных, группы были сформированы заново (группа 1 - 145 человек, группа 2 - 55 человек). Проведенная заново байесовская процедура на скользящем экзамене показала лучшую точность диагностики на используемом списке признаков: 90% и 89 % правильных отнесений в группе больных, выписывающихся в удовлетворительном состоянии и состоянии средней тяжести соответственно.
Для всех информативных градаций признаков были вычислены диагностические коэффициенты (ДК) в баллах, определенные по формуле:
.
Используемый диагностический коэффициент является логарифмом отношения вероятностей симптомов при состояниях А1 и А2, взятый с двумя знаками после запятой и умноженный на 10. Получаемые ДК представляют собой целые положительные или отрицательные числа. Положительными они являются в случае преобладания вероятности состояния А1, отрицательными – в случае преобладания вероятности состояния А2.
Алгоритм диагностики с использованием ДК заключается в суммировании диагностических коэффициентов при тех градациях выявленных у пациента признаков, которые свидетельствуют в пользу каждого из дифференцируемых состояний, то есть суммируются коэффициенты со знаком +. Состояние, в пользу которого накопленная сумма баллов окажется выше, рассматривается как наиболее вероятное у конкретного пациента.
Для оценки точности прогнозирования в настоящем исследовании была использована процедура скользящего экзамена на обучающей выборке. Точность полученного решающего правила на основе прогностических коэффициентов составила 92% и 91% в группах пациентов, выписывающихся в удовлетворительном состоянии и состоянии средней тяжести соответственно.
Однако, список информативных признаков, на котором была проведена байесовская процедура, довольно большой и включал 68 признаков. Это может оказаться неудобным для использования полученного решающего правила клиницистами. Для минимизации признакового пространства мы оценили точность диагностики без использования некоторых групп признаков. Конечной целью такой минимизации являлось исключение из диагностики как можно большего числа признаков, определение которых является трудоемким и дорогостоящим.
Оценка вклада в диагностику групп признаков проводилась поэтапно:
На первом этапе мы исключили из списка признаков все показатели инструментальных методов обследования: показатели рентгенологического обследования, ЭКГ и ФВД. Несмотря на то, что эти инструментальные методы относятся к обязательным методам диагностики ХОБЛ и позволяют оценить наиболее важные аспекты состояния больного, оказалось, что, по результатам нашего исследования, на точность прогнозирования они не влияли. Точность диагностики после исключения из списка информативных признаков показателей рентгенологического обследования, ЭКГ и ФВД составила 92% и 91% в группах пациентов, выписывающихся из стационара в удовлетворительном состоянии и состоянии средней тяжести соответственно.
На втором этапе из списка признаков исключались такие показатели биохимического анализа крови, как общий белок, его фракции, фибриноген, определение которых необходимо для уточнения активности воспалительного процесса. При исключении этих показателей из списка информативных признаков точность диагностики снизилась и составила 85% и 81% в группах пациентов, выписывающихся из стационара в удовлетворительном состоянии и состоянии средней тяжести соответственно.
Попытка исключить из признакового пространства показатели свертывания крови (протромбиновый индекс, активированное частичное тромбиновое время) и показатель ферментного обмена (ЛДГ) также приводила к снижению точности диагностики.
Из сказанного выше можно сделать вывод о том, что показатели инструментальных методов обследования не влияют на точность прогнозирования степени тяжести состояния, тогда как показатели биохимического анализа крови, характеризующие активность воспалительного процесса, показатель ферментного обмена и показатели свертывания крови вносят значительный вклад в диагностику и должны быть сохранены в признаковом пространстве, используемом для прогнозирования степени тяжести состояния при выписке у больных с ХОБЛ.
Дальнейшая минимизация признакового пространства не имела смысла, так как приводила к еще большему снижению точности диагностики.
Таким образом, оценив вклад различных групп информативных признаков в диагностику, мы уменьшили их количество с 68 до 50.
В результате проведения Байесовской последовательной процедуры на скользящем экзамене с использованием диагностических коэффициентов, после минимизации признакового пространства, получено решающее правило, позволяющее прогнозировать со специфичностью 92% и чувствительностью 91% исход стандартного стационарного лечения (удовлетворительное состояние и состояние средней тяжести при выписке соответственно).
В таблице 3 представлены прогностические коэффициенты для некоторых информативных признаков, выявленных при поступлении больных в стационар.
Таблица 3. Прогностические коэффициенты для оценки степени тяжести состояния
при выписке из стационара.
| Признак | Состояние на момент выписки | |
| удовлетворительное | средней тяжести | |
| Курение не курит злостный курильщик | 1 - | - 5 |
| Хроническое легочное сердце_стадии отсутствие субкомпенсированное декомпенсированное | 3 - - | - 5 16 |
| Кожа нормальная цианоз | 4 - | - 1 |
| Отеки нижних конечностей отсутствие наличие | 2 - | - 4 |
| Дыхание ослабленное жесткое | - 2 | 2 - |
| Хрипы сухие влажные смешанные | 3 - - | - 8 5 |
| Размеры печени норма увеличена на 1-3 см увеличена более 3 см | 5 - - | - 4 9 |
Алгоритм прогноза с использованием таблицы 3 состоит в следующем: 1) у пациента последовательно выявляется наличие признаков, занесенных в таблицу, и по таблице находятся прогностические коэффициенты, соответствующие каждому из двух состояний; 2) накапливается сумма прогностических коэффициентов в каждом из 2-ух столбцов таблицы; 3) при завершении обследования наиболее вероятным считается состояние, набравшее наибольшую сумму баллов.
Разработка программного средства, реализующего решающее правило для прогнозирования степени тяжести состояния при выписке у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. Для удобства использования врачами разработанной прогностической таблицы с помощью объектно-ориентированного языка программирования Delphi была создана компьютерная программа, позволяющая в первые дни стационарного лечения получить прогноз «ожидаемое состояние больного при выписке”. Программа снабжена дружественным интерфейсом, который представляет собой четыре последовательных окна, разделенных по следующим группам признаков: анамнез, осложнения основного заболевания, сопутствующие и перенесенные заболевания, клиническая картина, методы исследования (рисунок 6), а также имеет упрощенную систему ввода данных и вывода результата в виде всплывающего окна «Результат» (например, «Состояние средней тяжести») (рисунок 7).
Рисунок 6. Окно интерфейса пользователя.
Рисунок 7. Всплывающее окно «Результат» («Состояние средней тяжести»).
Обязательным условием использования этой программы и предсказания правильного результата является наличие информации о каждом из используемых в диагностике признаков. При отсутствии данных о каком-либо признаке появляется всплывающее окно «Информации недостаточно».
Анамнестические, клинические и лабораторные показатели, на основе которых создано решающее правило, становятся известны в первые дни стационарного лечения больного. Таким образом, использование программы по прогнозированию степени тяжести состояния больного при выписке (исхода стандартного стационарного лечения) позволит врачам на начальном этапе лечения предположить, как конкретный пациент будет реагировать на стандартный протокол, рационализировать терапию в рамках протокола, и тем самым повысить эффективность лечения.
Внедрение программного средства по прогнозированию степени тяжести состояния при выписке в клиническую практику для поддержки решений врача при лечении пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. Для оценки эффективности использования разработанного решающего правила и поддержки принятия врачебного решения при лечении пациентов с ХОБЛ в проспективном исследовании программное средство было установлено в МСЧ № 1 АМО ЗИЛ и ГКБ № 79. В период с декабря 2005 по апрель 2006 года данные всех больных с диагнозом ХОБЛ, поступавших в указанные клиники в состоянии средней тяжести, подставлялись в созданное программное средство для осуществления прогнозирования степени тяжести состояния при выписке. У 18 пациентов было спрогнозировано состояние средней тяжести при выписке из стационара. Эти больные были пролечены в соответствии с Московскими городскими стандартами стационарной медицинской помощи для взрослого населения под особым наблюдением профессора, д.м.н. Д.Б. Утешева. В результате лечения 10 пациентов были выписаны из стационара в удовлетворительном состоянии. Однако у 8 больных добиться улучшения общего состояния не удалось, они были выписаны из стационара в состоянии средней тяжести.
Детальный анализ лечения этих двух групп пациентов показал, что практически всем больным были назначены антибактериальные препараты, бронхолитики, муколитики и глюкокортикостероиды. Лечение правожелудочковой недостаточности проводилось согласно основным принципам терапии сердечной недостаточности: салуретические средства, препараты калия. Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента, антиангиальные средства и антагонисты кальция для лечения сопутствующих заболеваний сердечно-сосудистой системы принимала большая часть пациентов. Дозы и способы введения препаратов у пациентов значительно не различались.
Однако нами было отмечено, что внутри некоторых фармакологических групп пациентам, выписывающимся из стационара в удовлетворительном состоянии и в состоянии средней тяжести, назначались разные препараты. Так, больным, выписывающимся из стационара в удовлетворительном состоянии, в качестве глюкокортикостероида был назначен дексаметазон, а пациенты, выписывающиеся из стационара в состоянии средней тяжести, принимали преднизолон. Известно, что дексаметазон оказывает гораздо больший по сравнению с преднизолоном противовоспалительный и антигистаминовый эффекты. Однако, дексаметазон вызывает сильное угнетение гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, выраженные нарушения углеводного, жирового, кальциевого обмена, оказывает психостимулирующее действие, поэтому не рекомендуется назначать его на длительный срок [Страчунский Л.С., Козлов С.Н., 1997]. В связи с этим у пациентов, находящихся на длительной кортикостероидной терапии, препаратом выбора являлся преднизолон.
Еще одно отличие было выявлено по использованию препаратов группы «отхаркивающие средства и сурфактанты». Так, больным, выписывающимся из стационара в удовлетворительном состоянии, в качестве муколитического препарата был назначен амброксол, а пациентам, выписывающимся в состоянии средней тяжести – бромгексин. По фармакологическим свойствам и механизму действия эти препараты существенно не отличаются. Оба являются муколитическими средствами, улучшающими реологические показатели мокроты, уменьшающими ее вязкость и адгезивные свойства, облегчающими ее выведение из бронхов. Однако практически все исследователи отмечают более низкий фармакологический эффект бромгексина по сравнению с его активным метаболитом – амброксолом, который дает более выраженный отхаркивающий эффект [Зайцева О.А., 2002].
Таким образом, из 18 пациентов, включенных в проспективное исследование, 10 были выписаны в удовлетворительном состоянии, что составляет 56 %, тогда как в ретроспективном исследовании только у 5 из 55 пациентов (9 %) был получен удовлетворительный исход, что достоверно ниже (p<0,001) (таблица 4).
Таблица 4. Сопоставление исходов лечения у пациентов с ХОБЛ в ретроспективной и проспективной группах исследования.
| Группа исследования Прогноз/исход (состояние) | ретроспективное исследование | проспективное исследование |
| средней тяжести / удовлетворительное | 9% | 56% |
| средней тяжести / средней тяжести | 91% | 44% |
То есть, внедрение программного средства по прогнозированию степени тяжести состояния при выписке (исхода стандартного стационарного лечения) в клиническую практику показало, что состояние большей части пациентов с ХОБЛ можно улучшить в процессе лечения путем подбора препаратов в рамках одной фармакологической группы.
ВЫВОДЫ
1. Определены информативные признаки, выявляемые при поступлении в стационар, достоверно различающиеся у пациентов с ХОБЛ, выписывающихся в удовлетворительном состоянии и состоянии средней тяжести: антропометрический признак (1), анамнестические признаки (4), данные о наличии осложнений ХОБЛ, сопутствующих и перенесенных заболеваний (12 признаков), жалобы и данные объективного обследования при поступлении в стационар (16 признаков), показатели лабораторных методов исследований, проведенных при поступлении больного в стационар (17 признаков).
2. Анализ сравнения двух групп пациентов, выписывающихся в удовлетворительном состоянии (группа 1) и состоянии средней тяжести (группа 2) показал, что у больных 2-ой группы достоверно чаще при поступлении в стационар выявляются дыхательная недостаточность 3 стадии, хроническое легочное сердце в стадии субкомпенсации или декомпенсации, стенокардия напряжения 3 функционального класса, диффузный кардиосклероз и недостаточность кровообращения 2 стадии. Эти обобщения подтверждаются данными клинической картины, результатами лабораторных и инструментальных методов исследования, проведенных при поступлении пациентов в стационар. То есть при поступлении в стационар больные различались по тяжести состояния, хотя оценка состояния пациентов, фиксируемая в историях болезни, была одинаковой.
3. На основании анамнестических, клинических и лабораторных показателей, которые становятся известны в первые дни стационарного лечения больных, создано решающее правило, позволяющее прогнозировать со специфичностью 92% и чувствительностью 91% исход стандартного стационарного лечения (удовлетворительное состояние и состояние средней тяжести при выписке). Полученное решающее правило реализовано в компьютерной программе, разработанной на объектно-ориентированном языке программирования Delphi.
4. Внедрение программного средства по прогнозированию степени тяжести состояния при выписке в клиническую практику позволяет врачам на начальном этапе лечения оценить, как пациент будет реагировать на стандартный протокол лечения, варьировать терапию в рамках протокола, что дает возможность повысить эффективность лечения и изменить степень тяжести состояния при выписке у большей части больных.
Практические рекомендации
Для использования разработанного в настоящей работе решающего правила, позволяющего прогнозировать степень тяжести состояния пациента с ХОБЛ при выписке из стационара, должны быть получены следующие параметры:
- антропометрические характеристики (возраст (года));
- анамнестические данные (профессиональные вредности (да/нет), курение, алкоголь (да/нет), настоящее обострение ___ );
- сведения об осложнениях ХОБЛ, сопутствующих и перенесенных заболеваниях (дыхательная недостаточность (стадии), хроническое легочное сердце (стадии), ишемическая болезнь сердца (стенокардия напряжения (стадии) и кардиосклероз), недостаточность кровообращения (стадии), мерцательная аритмия (да/нет), заболевания верхних дыхательных путей (да/нет), дисциркуляторная энцефалопатия (стадии), детские инфекции (да/нет), частые ОРЗ, ангины и острые бронхиты в анамнезе (да/нет));
- данные клинической картины при поступлении в стационар (продуктивность кашля, выраженность одышки, удушье (да/нет), изменение питания, цвет кожных покровов, влажность кожи, отеки нижних конечностей (да/нет), дыхание через нос, форма грудной клетки, дыхание, хрипы, границы сердца, частота дыхания (дых./мин), ритм, размеры печени, мочеиспускание);
- данные клинического анализа крови, проведенного при поступлении в стационар (гемоглобин (г/%), гематокрит (%), сегментоядерные нейтрофилы (%), лимфоциты (%), СОЭ (мм/ч));
- данные биохимического анализа крови, проведенного при поступлении в стационар (общий белок (г/л), фибриноген (г/л), мочевина (ммоль/л), ЛДГ (1/л), 1-глобулины (%), 2-глобулины (%), альбумины (%), ПТИ (%), активированное частичное тромбиновое время (сек));
- данные клинического анализа мочи, проведенного при поступлении в стационар (количество мочи (л/сут), белок в моче (г/л), лейкоциты в осадке мочи);
Все признаки, используемые для прогнозирования, должны быть выявлены в первые дни нахождения пациента в стационаре, до начала лечения.
Для получения прогноза тяжести состояния больного с ХОБЛ при выписке надо воспользоваться прогностической таблицей, приведенной на станицах 90 - 93 диссертации (глава «Результаты и их обсуждение»). Необходимо просуммировать прогностические коэффициенты, соответствующие выявленным у пациента признакам, для каждого из дифференцируемых состояний. То состояние, в пользу которого накопленная сумма баллов окажется выше, рассматривается как наиболее вероятное у конкретного больного.
Для удобства использования врачами данной прогностической таблицы разработано специальное программное средство, описание которого приведено на страницах 95 – 99 диссертации (глава «Результаты и их обсуждение»). После запуска компьютерной программы пользователю необходимо отметить наличие каждого из используемых в диагностике признаков в четырех последовательных окнах интерфейса. Результат расчета предоставляется после нажатия на кнопку «Результат».
Список опубликованных работ по теме диссертации
- Киржнер (Кондакова) А.Д., Зинченко М.А. Прогнозирование эффективности стандартного лечения хронического обструктивного бронхита в стационаре // Материалы Пироговской студенческой научной конференции – 2004. Материалы конференции, посвященной 40-летию медико-биологического факультета РГМУ. Вестник Российского Государственного Медицинского Университета. – 2004. - № 3 (34). – С. 209.
- Кондакова А.Д., Зинченко М.А., Киликовский В.В., Олимпиева С.П., Утешев Д.Б. Прогнозирование исхода стационарного лечения хронической обструктивной болезни легких. // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». - 2005. - №3. - С. 56 – 61.
- Кондакова А.Д. Прогнозирование степени тяжести состояния у больных с хронической обструктивной болезнью легких. // Материалы симпозиума «Информационные технологии и общество - 2006», 3-12 апреля 2006 г. - Негомбо, Шри-Ланка. – М.: 2006. - С. 116-118.
- Кондакова А.Д., Зарубина Т.В., Киликовский В.В., Олимпиева С.П., Утешев Д.Б. Оценка степени тяжести состояния у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких и индивидуализация стандартного стационарного лечения этих больных. // Материалы форума «Информационные технологии и общество – 2006», 18-25 сентября 2006 г. - Каорли (Венеция), Италия. – М.: 2006. - С. 217-220.
- Кондакова А.Д., Зарубина Т.В., Киликовский В.В., Олимпиева С.П., Утешев Д.Б. Внедрение программного средства по прогнозированию степени тяжести состояния при выписке в клиническую практику при лечении больных хронической обструктивной болезнью легких // Экология человека. – 2006. – № 12. – Приложение № 2. – C. 457.
- Зарубина Т.В., Киликовский В.В., Кондакова А.Д., Олимпиева С.П., Утешев Д.Б. Разработка решающих правил для прогнозирования исхода стандартного стационарного лечения у больных с хронической обструктивной болезнью легких // Вестник новых медицинских технологий. – 2006. – Т. XIII, № 4. – С. 91 – 94.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ДК – диагностический коэффициент
ДН – дыхательная недостаточность
ЛДГ – лактатдегидрогеназа
ЛФ – лимфоциты
ОФВ1 – объем форсированного выдоха за первую секунду
ПСВ – пиковая скорость выдоха
ПТИ – протромбиновый индекс
СОЭ – скорость оседания эритроцитов
c/я – сегментоядерные нейтрофилы
ТМФ – точный метод Фишера
ФВД – функция внешнего дыхания
ФЖЕЛ – форсированная жизненная емкость легких
ХЛС – хроническое легочное сердце
ХОБЛ – хроническая обструктивная болезнь легких
ЭКГ – электрокардиография
Hb – гемоглобин
Ht – гематокрит
