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

COMPUTER MODELING AND PROGNOSTIC EVALUATION OF CARDIOVASCULAR DISEASE REGIONAL PREVALENCE

Gafanovich E.Y. 3 Korovin E.N. 1 Lvovich I.Y. 2 Sokolov I.M. 3
1 Voronezh State Technical University of the Ministry of Education of Russia
2 Voronezh institute of high technologies
3 Saratov State Medical University named after V.I. Razumovsky
The subject of the article is the results of the analysis of the regional prevalence of cardiovascular disease with the use of mathematical and computer modeling. Systematization of the epidemiological status is based on territorial distribution, the primary statistical information. At the first stage there was compared the regional prevalence of diseases of the circulatory system of people living in regional and sub-regional centres as well as the correlation between the three nosologies: arterial hypertension, breast pang and acute myocardial infarction was examined. Particular attention was paid to the use of geographic information system for cartographical classification of arterial hypertension areas of prevalence. Forecasting of its prevalence dynamics was conducted, that allowed developing of the measures of medical care improvement based on the ranking of sub-regional centres on the growth or decline of the above mentioned indicator.
cardiovascular disease
regional prevalence
classification
forecasting
1. Bolshakov A.A., Karimov R.N. Metody obrabotki mnogomernykh dannykh i vremennykh ryadov. Ucheb.posob. dlya vuzov. M.: Goryachaya liniya Telekom, 2007. 52 p.
2. Vorobyeva N.A. Razrabotka integralnogo pokazatelya tyazhesti techeniya arterialnoy gipertonii / N.A. Vorobyeva, A.P. Babkin, O.N. Choporov // Sistemny analiz i upravleniye v biomeditsinskikh sistemakh. 2009. T.8, no. 4. pp. 901–904.
3. Gafanovich Ye.Ya., Korovin Ye.N. Issledovaniye zabolevayemosti sistemy krovoobrashche-niya v regione na osnove vizualizatsii i transformatsii informatsii//Sistemny analiz i upravleniye v biomeditsinskikh sistemakh: zhurnal prakticheskoy i teoreticheskoy biologii i meditsiny. M., 2011. Tom 10, no. 4. pp. 744–746.
4. Gladskikh N.A. Primeneniye statisticheskikh metodov prognozirovaniya i GIS-tekhnology dlya monitoringa sistemy regionalnogo zdravookhraneniya / N.A. Gladskikh, V.A. Golub, S.N. Semenov, O.N. Choporov // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universite-ta. Seriya: Sistemny analiz i informatsionnye tekhnologii. 2008. no. 1. pp. 111–116.
5. Karimov R.N., Shvarts Yu.G. Statistika dlya vrachey, biologov i ne tolko … Chast1. Sbor, predstavleniye i predvaritelny analiz dannykh: monografiya: Saratov. Saratovsky med.un-t, 2007. 200 p.
6. Koshkarev A.V., Tikunov V.S. Geoinformatika. M.: Kartgeotsentr, 1993. 213 p.
7. Lvovich Ye.Ya. Mnogourovnevaya sistema upravleniya meditsinskoy pomoshchyu bolnym arterialnoy gipertenziyey// Sistemny analiz i upravleniye v biomeditsinskikh sistemakh: zhurnal prakticheskoy i teoreticheskoy biologii i meditsiny. M., 2007. Tom 6, no. 1. pp. 209–212.
8. Lifshits V.B., Buldakova T.I., Suyatinov S.I., Kolentyev S.V. Statistichesky i ney-rosetevoy metody identifikatsii i prognozirovaniya v meditsine.// Informatsionnye tekh-nologii. M., 2004. no. 3. pp. 60–63.
9. Choporov O.N. Metody predvaritelnoy obrabotki informatsii pri sistemnom ana-lize i modelirovanii meditsinskikh sistem / O.N. Choporov, N.V. Naumov, L.A. Kutashova, A.I. Agarkov // Vrach-aspirant. 2012. T.55, no. 6.2. pp. 382–390.
10. Choporov O.N. Ratsionalizatsiya upravleniya regionalnymi sistemami na osnove is-polzovaniya metodov sistemnogo analiza, informatsionnykh i GIS-tekhnology / O.N. Chopo-rov, N.A. Gladskikh, S.S. Pronin [i dr.] // Prikladnye informatsionnye aspekty meditsiny. 2007. no. 102. pp. 15–19.

Повышение эффективности медицинской помощи больным сердечно-сосудистыми заболеваниями в большой степени зависит от достоверности анализа региональной распространенности с учетом территориальной распределенности первичной информации.

В условиях интенсификации использования компьютерных технологий традиционные статистические методы [1, 9] исследований дополняются возможностью применения геоинформационных систем и других инструментальных средств визуальной трансформации исходных данных и результатов моделирования [3, 4] для прогнозирования эпидемиологического состояния [8, 10]. Комплексный подход способствует принятию более обоснованных управленческих решений в системе регионального здравоохранения [7, 2].

Целью настоящего исследования является формирование достоверных прогностических оценок территориальной распространенности сердечно-сосудистых заболеваний с использованием сравнительного визуального анализа, классификационного моделирования по результатам картографической трансформации первичной информации и анализа динамики временных рядов.

На первом этапе было оценено соотношение основных сердечно-сосудистых заболеваний по Саратовской области и городу Саратову с использованием визуальной трансформации исходных данных (рис. 1). Из полученной гистограммы видно, что распространенность сердечно-сосудистых заболеваний в городе Саратове выше, чем по области, также стоит отметить, что среди этих заболеваний наиболее распространена артериальная гипертония.

pic_7.tif

Рис. 1. Соотношение заболеваний системы кровообращения в регионе

Использование ГИС [6] позволяет установить новые зависимости между выборками медицинских и географических данных, их пространственного анализа и представляет пользователю возможность оптимизировать процесс выбора стратегий в составлении плана лечебно-профилактических мероприятий. Геоинформационное моделирование проводилось с использованием пакета ArcView 3.0. Применение ГИС-вьювера ArcView 3.0 позволило более наглядно представить ситуацию по заболеваниям середечно-сосудистой системы по районам Саратовской области.

На рис. 2 представлена картограмма, отражающая классификацию районов распространенности артериальной гипертензии.

Как показали исследования, проведенные при помощи ГИС-анализа, неблагоприятными районами по распространенности артериальной гипертонии являются Балаковский, Балашовский, Воскресенский, Духовницкий, Калининский и Хвалынский районы; по распространенности стенокардии – Аркадакский, Саратовский и Хвалынский районы; по распространенности острого инфаркта миокарда – Балаковский, Балтайский и Лысогорский районы.

Для оценки динамики распространенности заболеваний сердечно-сосудистой системы были определены цепные коэффициенты роста Eqn4.wmf и базисный прирост Eqn5.wmf [10].

Была получена оценка динамики распространенности различных сердечно-сосудистых заболеваний.

На рис. 3 представлена динамика распространенности АГ за шесть лет. Сведения о приросте по заболеваниям сердечно-сосудистой системы приведены в табл. 1.

Анализ динамики сердечно-сосудистых заболеваний по Саратовской области (табл. 1) показал, что по всем рассматриваемым нозологическим формам наблюдается увеличение распространенности сердечно-сосудистых заболеваний, особо стоит отметить рост распространенности артериальной гипертонии: по области на 68,05 %, а по г. Саратову на 96,24 %.

Для исследования дальнейшей тенденции распространения сердечно-сосудистых заболеваний по Саратовской области было проведено краткосрочное прогнозирование с применением метода экспоненциального сглаживания [10] на 2010–2012 гг. Прогнозирование осуществлялось при помощи пакета Statistica 5.0.

В качестве основной модели ряда рассматривается его представление в виде полинома невысокой степени, коэффициенты которого медленно меняются со временем:

Eqn6.wmf (1)

где α – параметр сглаживания.

pic_8.tif

Рис. 2. Классификация районов Саратовской области по распространенности артериальной гипертонии

pic_9.tif

Рис. 3. Динамика распространенности артериальной гипертонии

Таблица 1

Темпы приростов сердечно-сосудистых заболеваний

№ п/п

Нозология

T2005

T2006

T2007

T2008

T2009

Тенденция

Саратовская область

1

Артериальная гипертония

16,83

-3,25

34,92

1,97

8,07

68,05

+

2

Стенокардия

3,71

-8,60

41,91

-13,22

-3,00

13,23

+

3

Острый инфаркт миокарда

18,33

-2,11

-0,72

1,45

2,14

19,17

+

Город Саратов

1

Артериальная гипертония

15,75

20,47

12,85

13,22

10,14

96,24

+

2

Стенокардия

9,42

6,97

1,15

1,52

5,60

26,91

+

3

Острый инфаркт миокарда

7,14

-6,67

0,00

-21,43

30,00

2,14

+

Начальное значение тренда зависит от его типа:

для экспоненциального тренда

Eqn7.wmf

Eqn8.wmf (2)

для линейного тренда

Eqn9.wmf

Eqn10.wmf (3)

для демпфированного (затухающего) тренда

Eqn11.wmf

Eqn12.wmf (4)

где φ – параметр сглаживания демпфированного (затухающего) тренда.

На рис. 4 представлены результаты прогнозирования распространенности артериальной гипертонии по Саратовской области. Результаты краткосрочного прогнозирования показали, что в целом по Саратовской области и городу Саратову прогнозируется увеличение распространенности артериальной гипертонии.

Сводные данные по прогнозированию различных показателей по районам Саратовской области на 2010–2012 гг. приведены в табл. 2, где показано количество районов, в которых наблюдается рост или снижение рассматриваемого показателя.

Таким образом, установлено, что имеется тенденция к увеличению количества заболеваний артериальной гипертонией, рост которых прогнозируется в 37 районах Саратовской области из 39 районов (97,37 %), прогнозируется также рост стенокардии (68,42 %) и острого инфаркта миокарда (63,16 %).

pic_10.tif

Рис. 4. Краткосрочный прогноз распространенности артериальной гипертонии по Саратовской области

Таблица 2

Сводные данные по прогнозированию различных показателей по районам Саратовской области на 2010–2012 гг.

Показатель

Прогноз на 2010–2012 гг.

Рост

Снижение

Артериальная гипертония

37 (97,37 %)

1 (2,63 %)

Стенокардия

26 (68,42 %)

12 (31,58 %)

Острый инфаркт миокарда

24 (63,16 %)

14 (36,84 %)

Общая смертность от болезней системы кровообращения

11 (28,95 %)

27 (71,05 %)

Смертность трудоспособного населения от болезней системы кровообращения

12 (31,58 %)

26 (68,42 %)

Анализ результатов прогнозирования и динамики развития ССЗ показал, что сочетание традиционных статистических методов и компьютерных технологий визуальной трансформации позволяет получить достоверные прогностические оценки для решения задач разработки мероприятий совершенствования медицинской помощи, лечебно-диагностического процесса по различным нозологическим формам ССЗ и в первую очередь для артериальной гипертонии как имеющей наибольший удельный вес среди ССЗ (рис. 1).

Рецензенты:

Разинкин К.А., д.т.н., доцент, профессор кафедры технологических и автоматизированных систем электронного машиностроения Воронежского государственного технического университета, г. Воронеж;

Чопоров О.Н., д.т.н., профессор, проректор по научной работе Воронежского института высоких технологий, г. Воронеж.

Работа поступила в редакцию 16.09.2013.