Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

FORECASTING EFFICACY OF EXTRACORPOREAL SHOCK WAVE LITHOTRIPSY IN TREATING OF UROLITHIASIS WITH USING FUZZY LOGIC

Kotsar А.G. 1 Тsukanova M.N. 1
1 Southwest State University
The article describes a method of fuzzy logic for decision making predicting the effectiveness of extracorporeal shock wave lithotripsy in treating of urolithiasis. Formed dictionary informative features and alphabet of classes. developed the formula for calculating the membership functions according to the features, аnd using an iterative rule, calculate the coefficient of confidence in the examined object belonging to the desired class. By comparing the values ​​obtained with the threshold values ​​of the coefficients of confidence is defuzzification conclusion. To test the effectiveness of the operation synthesized decision rules were calculated ratios of confidence to patients with known outcomes of therapy, and a histogram distribution of patients according to the value the coefficients of confidence. Analyze the intersection histogram shows a good agreement between the results of expert evaluation s and synthesized decision rule in the control group: the diagnostic sensitivity – 0,9, the diagnostic specificity – 0,93, the positive predictive value – 0,9, the negative predictive value – 0,9 and diagnostic efficiency is 0,92.
urolithiasis
shock wave lithotripsy
forecasting
fuzzy logic
1. Apolikhin O.I. , Sivkov A.V. , Solntseva T.V. Byulleten meditsinskikh Internet – konferentsiy, 2011, Volume 1, no. 3, рр. 167–176.
2. Voshchula V.I. Mochekamennaya bolezn: etiotropnoye i patogeneticheskoye lecheniye, profilaktika [Urolithiasis: etiotropic and pathogenetic treatment, prevention]. Mn.: VEVER, 2006. 268 р.
3. Dzeranov N.K. Lechashchiy vrach, 2002, no. 11, рр. 4–9.
4. Tiktinskiy O.L., Aleksandrov V.P. Mochekamennaya bolezn [Urolithiasis]. S-Pb.: «Piter», 2000. 379 p.
5. Knoll T. Epidemiology, Pathogenesis, and Pathophysiology of Urolithiasis // Eur Urol Suppl. 2010. Vol. 9. рр. 802–806.
6. Leijte J.A., Oddens J.R., Lock T.M. Holmium laser lithotripsy for ureteral calculi: predictive factors for complications and success // J Endourol. 2008. Vol. 22, nо. 2. рр. 257 – 260.
7. Ramello A., Vitale C., Marangella D. Epidemiology of nephrolithiasis // J. Nephrol. 2000. Vol. 13. Suppl. 3. рр. 45–50.]
8. Tiselius H.-G. Epidemiology and medical management of stone disease // BJU international. 2000. no. 91. рр. 758–767.]
9. Wen CC, Nakada SY. Treatment selection and outcomes: renal calculi // Urol Clin North Am. 2007 Aug. no. 34. рр. 409–419.

Мочекаменная болезнь (МКБ) – социально значимое заболевание, затрагивающее значительную часть населения земного шара. Данные о заболеваемости МКБ разнятся, что связано как с истинными причинами, связанными с климато-геологическими, экологическими, социально-экономическими, этническими отличиями регионов [4], так и с разницей в предоставлении информации, недостаточной стандартизацией диагноза, отсутствием скрининга МКБ и, как следствие, неполной выявляемостью. Так, в Европе уролитиазом страдает в среднем 5–9 % населения, 1–5 % в Азии, 13 % в Северной Америке и до 20 % в Саудовской Аравии [7, 8], в то время как в России этот показатель в 2009 г. составлял 0,52 % [1]. У 68 % пациентов МКБ диагностируется в трудоспособном возрасте (20–60 лет) [3], преимущественно у мужчин, в соотношении 2/3 мужчин к 1/3 женщин [2]. Несмотря на значительный научно-технический прогресс и появление богатого ассортимента экстракорпоральных и малоинвазивных эндоскопических и диапевтических методов дезинтеграции и элиминации конкрементов, заболеваемость мочекаменной болезнью не только не снижается, но имеет явную тенденцию к росту [1, 5]. При всем многообразии методов выбор оптимальной стратегии лечения для конкретного пациента является нелегкой задачей, требующей творческого подхода и учета множества признаков. Как показали наши исследования, врачу-урологу приходится учитывать до 40 факторов, которые могут повлиять на выбор одного из как минимум 25 возможных вариантов лечения конкретного пациента с мочекаменной болезнью.

Высокоэффективным и наименее инвазивным методом лечения МКБ является дистанционная ударно-волновая литотрипсия (ДУВЛ), позволяющая достичь положительного результата в более чем 90 % случаев [9, 3]. Однако возможности метода ограничены техническими характеристиками аппарата; невозможностью адекватной фокусировки на камень; химической структурой камня; анатомо-физиологическими особенностями мочевых путей, исключающих возможность самостоятельного отхождения фрагментов дезинтегрированного конкремента; наличием противопоказаний. В данной ситуации необоснованное применение ДУВЛ приводит к затягиванию лечебного процесса, бессмысленной травматизации тканей почки или мочеточника, усугублению или усложнению исходной ситуации, в то время как альтернативные эндоскопические методики при средней инвазавности и соответственно большем риске осложнений, но с эффективностью до 98 % могут обеспечить избавление пациента от конкремента [6].

Цель исследования – разработка методов и средств прогнозирования эффективности дистанционной литотрипсии при мочекаменной болезни, управляемых автоматизированной системой поддержки принятия решений врача-уролога, обеспечивающей высокое качество оказания медицинских услуг в условиях неопределенности и неполноты представления данных при пересекающихся структурах классов.

Материал и методы исследования

Учитывая многообразие и нечеткую природу признаков, определяющих отнесение объекта (пациента) к одному из классов (возможных лечебных групп), возможность одновременного присутствия объекта со сходными значениями одного и того же признака в различных классах, четкая логика неприменима для однозначного вывода в принятии решений по лечебной тактике. Поэтому в качестве основного математического аппарата выбрана нечеткая логика принятия решений с расчетом коэффициентов уверенности в принадлежности к искомым классам.

Согласно общей концепции синтеза нечетких решающих правил, задача нечеткого прогнозирования эффективности ДУВЛ рассматривается как задача разделения обследуемых на два класса: wдлт+ – показана ДУВЛ, wдлт- – противопоказана ДУВЛ.

Проводится обследование пациента согласно стандартам оказания медицинской помощи больным мочекаменной болезнью, утвержденным Министерством здравоохранения и социального развития Российской Федерации. По результатам обследования информативным признакам присваиваются цифровые значения: х1 – локализация камня: 1 – локализация неизвестна, 2 – верхняя чашка, 3 – средняя чашка, 4 – нижняя чашка, 5 – лоханка, 6 – лоханочно-мочеточниковый сегмент, 7 – верхняя треть, 8 – средняя треть, 9 – нижняя треть на уровне костного тазового кольца, 10 – нижняя треть вне тазового кольца, 11 – предпузырный, интрамуральный отдел мочеточника, х2 – возможность и способ визуализации камня: 1 – не визуализируется, 2 – лоцируется при УЗИ, 3 – рентгенконтрастный, 4 – рентгенегативный, визуализация «по концу контраста», х3 – размер камня, мм, х4 – форма камня: 1 – гладкий, овальный или округлый, 2 – неправильной формы, шиповатый, х5 – плотность камня по результатам СКТ (хаунсфилд), х6 – рентгенинтенсивность камня по результатам урографии: 1 – неконтрастный, 2 – слабоконтрастный, 3 – контрастный, 4 – интенсивно контрастный, х7 – четкость контуров: 1 ‒ нечеткие, размытые, 2 – четкие, ровные, х8 – наличие просветлений, х9 – химическая структура камня (в анамнезе): 1 – моногидратный оксалат, 2 – неизвестно, 3 – фосфат, 4 – дигидратный оксалат, 5 – урат, 6 – смешанный, х10 – длительность стояния конкремента в мочеточнике, сут., х11 – толщина паренхимы почки, см, х12 – сократительная способность мочеточника по данным экскреторной урографии: 1 – мочеточник не расширен/расширен до 10 мм, 2 – мочеточник расширен 10–15 мм, 3 – мочеточник расширен более 15 мм, извитой, х13 – стриктура нижележащего отдела мочеточника, рубцовый периуретерит: 1 – сужение просвета мочеточника на экскреторных урограммах без выраженного супрастенотического расширения, 2 – протяженное до 1 см сужение с диаметром мочеточника 1–2 мм с супрастенотическим расширением, 3 – протяженное более 1 см сужение с диаметром мочеточника 1–2 мм с супрастенотическим расширением, 4 – протяженное более 1 см сужение с диаметром мочеточника менее 1 мм с супрастенотическим расширением, 5 – протяженное менее 1 см сужение с диаметром менее 1 мм с супрастенотическим расширением, х14 – фиксированный С-образный перегиб мочеточника ниже камня, в градусах, х15 – S-образный перегиб мочеточника ниже камня: 0 – нет, 1 – есть, х16 – нижележащий камень мочеточника (множественная обструкция): 0 – нет, 1 – есть,х17 – уретероцеле: 0 – нет, 1 – есть, х18 – аденома простаты с субтригональным ростом с девиацией нижних отделов мочеточников: 0 – нет, 1 – есть, х19 – цистоцеле: 0 – нет, 1 – есть, х20 – компрессия мочеточника извне фибромиомой матки, обьемными образованиями: 0 – нет, 1 – есть, х21 – злокачественная опухоль почки: 0 – нет, 1 – есть, х22 – ангиомиолипома почки: 0 – нет, 1 – есть, х23 – злокачественная опухоль различных органов и тканей в проекции камня: 0 – нет, 1 – есть, х24 – степень развития подкожно-жировой клетчатки: 1 – обычного питания или ожирение 1 ст., 2 – ожирение 2 ст., 3 – ожирение 3 ст., 4 – ожирение 4 ст., х25 – наличие дренажа: 1 – катетер, 2 – ЧПНС, 3 – стент, х26 – наличие аортальных и/или почечных аневризм: 0 – нет, 1 – есть, х27 – нарушения свертывающей системы крови: 0 – нет, 1 – есть, х28 – беременность: 0 – нет, 1 – есть, х29 – общесоматический статус больного, степень анестезиологического риска ASA: 1 – ASA1, 2 – ASA2, 3 – ASA3, 4 – ASA 4, 5 – ASA5, х30 – серозный пиелонефрит: 0 – нет, 1 – есть, х31 – гнойный пиелонефрит: 0 – нет, 1 – есть, х32 – некупирующийся болевой синдром: 0 – нет, 1 – есть, х33 – часто рецидивирующая почечная колика, необходимость вводить иньекционные анальгетики более 4 раз в сутки: 0 – нет, 1 – есть, х34 – отсутствие эффекта от камнеизгоняющей терапии в течение 2 недель: 0 – нет, 1 – есть.

Для каждого признака рассчитывается значение функций принадлежности μωl (xi) (i = 1,…, 34) к классам wдлт+, wдлт- на основании формул, синтезированных группой высококвалифицированных экспертов – специалистов в области урологии, под руководством инженера по знаниям.

Рассчитывается общий коэффициент уверенности в отнесении обследуемого к классам wдлт+ (КУДЛТ+), wдлт- (КУДЛТ-) с помощью итерационного правила логического вывода вида:

Eqn1.wmf

где КУ(r) – коэффициент уверенности в классе ω на r-м шаге итерации; причем КУ(r) = μω(x1); μω(xi+1) – функция принадлежности для вновь вводимого признака с номером i+1, i = 1,…, 34,

На основании сравнения полученного коэффициента уверенности с пороговыми значениями Eqn2.wmf, Eqn3.wmf, Eqn4.wmf формируется четкий вывод:

ЕСЛИ Eqn5.wmf И Eqn6.wmf, ТО [«целесообразно выполнение ДУВЛ ввиду предполагаемой высокой эффективности»],

ЕСЛИ Eqn7.wmf И Eqn6.wmf, ТО [«возможно выполнение ДУВЛ, однако предполагаемая эффективность умеренная»],

ИНАЧЕ [«нецелесообразно выполнение ДУВЛ ввиду предполагаемой низкой эффективности или наличия противопоказаний»].

Результаты исследования и их обсуждение

Для проверки эффективности «срабатывания» синтезированных решающих правил были рассчитаны Eqn8.wmf и Eqn9.wmf для пациентов с известными исходами лечения МКБ. Из пациентов с Eqn10.wmf сформированы 2 группы: 1 группа – больные уретеролитиазом у которых ДЛТ была эффективна (300 больных), 2 группа – больные уретеролитиазом, которым выполнена контактная литотрипсия или открытая операция (100 больных), и построены гистограммы распределения больных (в %) по значению КУдлт+ (рисунок).

pic_37.wmf

Гистограммы распределения групп больных по значению КУдлт+

На основании анализа пересечения гистограмм распределения классов по КУдлт+ относительно пороговых значений Eqn11.wmf, обеспечивающих минимальные значения ошибочных решений, рассчитаны показатели качества работы решающих правил (таблица).

Сводная таблица показателей качества прогнозирования эффективности ДУВЛ при МКБ

Диагностическая чувствительность

Диагностическая специфичность

Прогностическая значимость положительных результатов

Прогностическая значимость отрицательныхрезультатов

Диагностическая эффективность

0,9

0,93

0,93

0,9

0,92

Анализ полученных результатов показывает хорошее совпадение результатов экспертного оценивания и проверки качества работы, синтезированных решающих правил на контрольной выборке.

Выводы

Синтезированная система нечетких решающих правил для прогнозирования эффективности дистанционной литотрипсии при МКБ обеспечивает при приемлемых временных и технико-экономических затратах уверенность в принимаемых решениях на уровне 0,9 и выше в зависимости от количества и качества регистрируемой информации и позволяет научно обоснованно решать задачи рационализации выбора метода лечения уролитиаза.

Рецензенты:

Бежин А.И., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой оперативной хирургии и топографической анатомии ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет», г. Курск;

Новиков А.В., д.м.н., ассистент кафедры урологии ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет», врач-уролог 2 урологического отделения ОБУЗ «Курская городская клиническая больница скорой медицинской помощи», г. Курск.

Работа поступила в редакцию 22.02.2013.