CC BY
53
ИТ и диагностика
www.idmz.ru 2 00 7, №2
■■■■
W-ЩЯЯ
А.А.КОПЫЛОВ,
аспирант
Ф.А.ПЯТАКОВИЧ,
д.м.н. профессор,
БелГУ, кафедра пропедевтики внутренних болезней и клинических информационных технологий медицинского факультета, г.Белгород
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЭНДОСКОПИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЕРХНИХ ОТДЕЛОВ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА
Эффективность любой эндоскопической методики, в том числе и эзофагогастродуо-деноскопии, как показывает практика, зависит не только от наличия современной высокотехнологичной аппаратуры и высокой квалификации врача-эндоскописта, но и от способа регистрации результатов эндоскопической диагностики и их оценки. Узкое место цепочки «пациент»-«эндоскопист»-«клиницист», являющейся классической в отечественной медицине, отмечено уже давно - это возможность искажения диагностической информации о больном, поступающей к лечащему врачу за счет субъективизма протокола исследования [1]. К сожалению, ни одна из систем, разработанных для разрешения указанной проблемы, не нашла широкого распространения в российских медицинских учреждениях [2, 3].
Представленная информационная система врача-эндоскописта, направлена на оптимизацию работы доктора при эндоскопическом исследовании верхних отделов желудочно-кишечного тракта. Основными компонентами системы являются кодифицированная матрица симптомов, сервисный модуль, включающий диалоговый блок и базу данных, а также диагностический модуль.
Кодифицированная матрица является строго упорядоченной структурой, включающей все многообразие эндоскопических симптомов. При ее создании использовались не только стандартные термины OMED [4], но и разработки отечественных ученых [5, 6]. Указанные эндоскопические симптомы разделены на общие для пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки, такие как распространенность патологического процесса, описание признаков кровотечения, описание признаков стеноза и специфические для каждого органа, например, локализация патологического процесса, описание перенесенных операций, некоторые особенности имеет описание просвета и слизистой оболочки различных органов и др. (рис. 1).
Основными принципами построения матрицы являются наличие оригинального кода для каждого симптома, группировка симптомов по семантическому признаку, принцип «ветвящегося дерева», и «активизации нужного» (рис. 2). Таким образом, удается наиболее выгодно систематизировать информацию, избежать нагромождения терминов, скрывая неиспользуемые элементы, а также обеспечить достаточную подробность описания, углубляясь в подрубрики.
© А.А.Копылов, Ф.А.Пятакович, 2007 г.
37
ИТ и диагностика
Шр
W4UM
kJH
I и информационные
технологии
>
Эндоскопические симптомы
■ 1
Общие Специфические
Распространенность Признаки кровотечения Признаки стеноза
Просвет органа Содержимое Слизистая оболочка Патологические образования
Рис.1. Классификация эндоскопических симптомов
Рис. 2. Структура кодифицированной матрицы симптомов
Такие характеристики как «Локализация», «Распространенность», «Стеноз», «Кровотечение» и некоторые другие доступны при описании практически любого симптома или патологического образования. Указанная выше форма представления информации позволяет рассматривать каждый симптом в виде кода, что устраняет неоднозначность трактовки терминов и облегчает доступ к данным и их обработку с помощью ЭВМ. С другой стороны, работа с кодом термина, а не с самим термином непосредственно, придает системе необходимую гибкость.
Сервисные функции определяют удобство работы с системой, обеспечивают рациональный ввод, редактирование и доступ к данным, а также помогают наглядно расположить информацию на экране монитора (рис. 3). В отличие от диагностических, сервисные функции не скрыты от пользователя, являясь интерфейсом системы, то есть ее лицом.
В модуле сбора информации (диалоговом модуле) реализуются принципы, заложенные еще в кодифицированной матрице симптомов, такие как группировка симптомов по семантическому признаку, принцип «ветвящегося дерева», и «активизации нужного». Все это позволяет рационально разместить информацию в пределах диалоговых окон, избегая как нагромождения терминов, так и их дефицита. Изначально на визуальной форме в активированном виде содержится не более 5% информации, углубляясь в подрубрики пользователь без труда получает доступ к любому термину, хранящемуся в кодифицированной матрице. Просвет, содержимое и слизистая оболочка пищевода, желудка и 12-типерстной кишки описываются в различных диало-
ИТ и диагностика
www.idmz.ru 2 00 7, №2
■■■■
W-ЩЯЯ
Рис. 3. Структура информационного модуля для реализации сервисных функций
Рис.4. Диалоговое окно для ввода эндоскопических симптомов
говых окнах, так как имеют ряд существенных различий (рис. 4). Патологические образования, такие как язва, рубец и др., напротив, чаще лишены органспецифичности, поэтому описываются в одном диалоговом окне (рис. 5).
Используемый способ ввода информации практически исключает печать вручную, чаще пользователю достаточно выбрать симптом из списка или активировать соответствующее поле. Лишь в крайних случаях допускается возможность печати в произвольной форме при отсутствии симптома в кодифицированной матрице. Указанный способ имеет ряд преимуществ, такие как высокая скорость ввода информации, жесткий контроль за соответствием симптомов стандартной эндоскопической терминологии, быстрая адаптация пользователя в среде сервисного модуля. Указанная выше возможность автоматического заполнения полей визуальных форм значениями соответствующими модели нормы «по умолчанию», исключает необходимость рутинного ввода большинства симптомов. Для описания эндоскопической картины нормы буквально достаточно нажатия нескольких клавиш.
Блок СУБД построен на принципах реляционной модели систематизации информации [7, 8]. Структура базы данных представлена на рис.6. База состоит из двух основных частей или отношений - отношение пациентов и отношение исследо-
«Патологические образования»
ИТ и диагностика
Шр
W4UM
ЬДМ
I и информационные
технологии
&Г4КП0
Год рех«**»
Пол
СтродооАпэтс Код об пост*
KMpotot»
Код якало» его пушто
Код
Рис. 6. Логические связи базы данных
ваний [9, 10]. Каждый кортеж отношения исследований включает паспортную и специальную части. Паспортная часть включает дату исследования, фамилию врача и т.д. Отличительной особенностью специальной части является сохранение каждого симптома, обнаруженного во время исследования, отличного от модели нормы в виде кода. Указанная особенность позволяет не только
Рис. 7. Виртуальный журнал эндоскопических исследований
оптимизировать процедуру диагностики в динамике, но и подвергать сохраненные симптомы повторному анализу врачом-экспертом. Необходимо отметить, что данная информация не подлежит редактированию врачом-пользователем.
Визуальное отображение данных из базы воплощается в виде двух основных форм. Отображение данных в форме журнала эндоскопических исследований представлено на рис. 7.
Данная форма представляет собой компиляцию нескольких отношений базы данных, позволяющую рационально упорядочить информацию о произведенных исследованиях. Фактически, это виртуальный журнал эндоскопических исследований. Отображение данных в форме виртуальной эндоскопической истории болезни пациента позволяет отслеживать динамику течения заболевания, а также его рецидивы (рис. 8).
С помощью сервисного модуля автоматически производятся статистические расчеты по основным нозологическим формам за любой промежуток времени с подсчетом количества наблюдений, нагрузки на эндоскопическую аппаратуру и необходимого количества расходных материалов (антисептики, анестетики и др.).
Диагностический модуль построен на базе моделей и алгоритмов с параболической зависимостью симптомов. Определение диагностического веса симптомов конкретных патологических образований производилось на основе теории распознавания образов. В первую очередь методом рандомизации была сформирована обучающая выборка, включающая 124
ИТ и диагностика
www.idmz.ru 2 00 7, №2
■■■■
W-ЩЯЯ
Таблица 1
Вероятность наличия признаков при различных патологических образованиях
№ п/п Информация о дефекте слизистой Трещина Рубец Язва Каллезная язва Язва-рак
Количество Встречаемость (%) Количество Встречаемость (%) Количество Встречаемость (%) Количество Встречаемость (%)
Количество случаев 102 104 124 47
Форма дефекта
i Округлая 0 0 6 5,8 117 94,4 35 74,5
2 Линейная 102 100 25 24 7 5,6 0 0
3 Звездчатая 0 0 73 70,2 0 0 0 0
4 Полигональная 0 0 0 0 0 0 12 25,5
Направление дефекта
5 Продольное 101 99 12 48 3 42,9 - -
6 Поперечное 1 1 13 52 4 57,1 - -
Разрыв таблицы
Рис. 8. Виртуальная эндоскопическая история болезни
случая диагностики язвы, 47 - язвы-рака, 104 - рубца, 102 - трещины при синдроме Меллори-Вейса. Изучаемые диагностические симптомы соответствовали разработанному формализованному протоколу эндоскопического исследования. При анализе полученных данных мы придерживались следующей последовательности: расчет
встречаемости признака (VJ, расчет вероятности признака (PJ, ранжирование признаков. Пример анализа признаков представлен в табл.1.
Встречаемость признака показывает, как часто признак имеет место у конкретного патологического образования и рассчитывается по формуле:
n
Vx =—х100%, x N
где n - количество случаев диагностики, при которых признак x имел место;
N - общее количество случаев диагностики одного патологического образования.
Вероятность наличия признака у патологических образований, подлежащих дифференциальной диагностике, вычислялась по формуле:
Px1=^Vx- х100%.
Ё Vx
i =1
41
ИТ и диагностика
Шр
W4UM
B.JH
I и информационные
технологии
где j - патологическое образование; Vx. - встречаемость признака x у патологического образования j; n - количество патологических образований, подлежащих дифференциальной диагностике;
Vx - встречаемость признака xу каждого из патологических образований, подлежащих дифференциальной диагностике.
Ранжирование признаков осуществлялось в зависимости от вероятности наличия признака. Для большей наглядности при анализе диагностической значимости симптомов их вероятности были представлены графически.
Так на рис.9 показаны варианты трактовки диагностической значимости различных признаков, так «Ригидность» - специфический признак для каллезной язвы (язвы-рака), «Глубина более 1 миллиметра» условно специфична для язвы и каллезной язвы (язвы-рака), а «Ровное дно» дефекта - неспецифический признак для трещины, рубца и язвы и т.д.
Однако, как показывает практика, один специфический симптом патологического образования, оцененный в 3 балла, не во всех случаях в три раза важнее для постановки диагноза по сравнению с неспецифическим, оцененным в 1 балл. Так же как три неспецифических признака не всегда могут быть равнозначны одному специфическому.
Исходя из этого, наиболее близкие к реальному диагностическому процессу количественные соотношения между дифференциально-диагностическим весом различных признаков описываются кривыми третьего порядка [10]. При этом варианте кодирования дос-
Рис. 9. Графическое представление вероятностей признаков
Таблица 2
Кодирование групп
дифференциально-диагностических симптомов
№ п/п Группы дифференциальнодиагностических симптомов Первичное кодирование /У=Х/ Параболическое кодирование /У=Х3/
i Специфические симптомы 3 27
2 Условно специфические симптомы 2 8
3 Неспецифические симптомы 1 1
4 Симптомы безразличные для диагноза 0 0
тигается значительное увеличение различий в дифференциальнодиагностической значимости отдельных симптомов, что способствует уточнению весовых характеристик (табл.2).
Основной структурной единицей в постановке диагноза является симптомокомплекс (синдром), математическим эквивалентом которого является сумма баллов симптомов, выявленных при обследовании заболевшего (Sj).
Затем были выделены пороги достоверного и вероятного диагнозов. Диагностическим порогом являлся уровень информации в симптомокомплексах с различной степенью обоснования диагноза.
Вероятность заболевания определялась по формуле:
S,х100
P =-L-----% ,
где: Pj - вероятность патологического состояния j или показатель степени близости выявленного симптомокомплекса S. к порогу достоверного диагноза (D.).
ИТ и диагностика
www.idmz.ru 2 00 7, №2
■■■■
W-ЩЯЯ
Последовательность принятия диагностических решений:
1. При соответствии вероятности определенного заболевания количеству информации, достаточной для диагностической гипотезы / Pj > PWj /, заболевание считалось возможным, а диагноз - вероятным.
2. При соответствии вероятности определенного заболевания количеству информации, достаточной для того, чтобы заключение не вызывало сомнений / Pj > PDj /, диагноз считался достоверным.
Общий алгоритм принятия решения представлен на рис. 10.
Для оценки эффективности системы распознавания при решении отдельных диагностических задач были использованы общепринятые критерии [12]. Тестовая выборка включает 306 случаев диагностики (табл.3).
Чувствительность (А/(А+С)) составила 92%, где А - истинно положительные результаты, С - ложноотрицательные.
Специфичность (B/(B+D)) или способность алгоритма реализовать функцию дифференциальной диагностики 78,6%, где B - истинно отрицательные результаты, D - ложноположительные результаты.
Прогностичность (A/(A+D)) или точность
- соответственно 93,5%, где А - истинно положительные результаты, а D - число случаев гипердиагностики.
Для оценки эффективности сервисных функций проанализировано 2700 протоколов эндоскопических исследований, из них 1900 были оформлены классическим способом, 800 - посредством сервисного модуля. Критериями оценки являлись полнота описательной части, соответствие стандартной схеме и терминологии эзофагогастроду-оденальной эндоскопии. Интегральные показатели свидетельствуют об уменьшении количества дефектных протоколов с 33,7% до 12%, а также улучшении таких субъективных показателей как читабельность и внешний вид (рис.11).
Таблица 3
Результаты верификации комплексного алгоритма распознавания
№ п/п Класс нозологии Общее число Правильно распознано Неправильно распознано
Ист+ (A) Ист- (B) Гипод-ка (C) Гиперд-ка (D)
1 Трещина 60 50 2 8 -
2 Язва жел. 110 79 21 10 -
3 Рубец 96 58 32 - 6
4 Язва-рак 40 30 - 1 9
Итого 306 217 (70,9%) 55 (18%) 19 (6,2%) 15 (4,9%)
43
ИТ и диагностика
ШР
W4UM
kJH
и информационные
технологии
r«rwnii(wRavM)
Э|ц«к)1пт* twMiH
Дн. М 1201 £*я*м.м TC'>*2 Ufa 1303
4ito jittuntM к к4фш То
Лт>р«а
Ж*Щ ,111 ПГ«Х**1 6** С«*фА|11 щефении* Ь*1ИЧМГ»а<*«Ш ■ «**** ' ***+!0*АВ*И**М
ми ■ нц Mipii* »ц«и A«i|txrjitKi«l t4tni»l inhpiu, я' у пп 1 щмп( итп 11гii■ i i^ijiim Пг^ктииаи HIHIMIM. к PUf HI
Я*» *ЬрЯ*Ф* |~)llll !Ц.111|>А*ПЧЦ ,f.l^<|ll I И ЛВ t W4 . t *Fp1M«# »p»1* Ж*|¥,»р. № Ыж*« ЬрМЬфИаф* *>.■*
■АЫ ГЯ#«*, p**H*i*. M# iUlMN* *f*lb* At* *»U f 84111 ТМЦ#Н< 1И bp**» H
ItW-HVMXtlKI П*
Рис.11. Внешний вид протоколов ФЭГДС, оформленных «от руки» и с помощью сервисного модуля
Таким образом, разработанная информационная система, реализованная в виде АРМ-а вра-ча-эндоскописта, позволила оптимизировать процедуру формирования заключения ФЭГДС, повысить качество протокола исследования, снизить трудоемкость процесса его написания, а также предоставила возможность начинающему врачу пользоваться функциями дифференциальной диагностики. База данных информационной системы на настоящий момент содержит данные более чем 10 000 пациентов, позволяя производить эффективный поиск информации о больном по любым параметрам, отслеживать динамику течения заболевания, а также автоматически формировать любые виды отчетов за любой промежуток времени, вести электронный журнал эндоскопических исследований и учет расходных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечипай А.М., Давыдов М.И., Архипов В.В. и др. Современные способы регистрации результатов эндоскопической диагностики. Медицинские аспекты модуля «Фиброскопия верхних отделов желудочно-кишечного тракта» разрабатываемого АРМа врача-эндоскописта //Вест. ОНЦ РАМН им. Н.Н.Блохина. - 1996. - №2. -С.47-53.
2. Донсков А.М., Салогуб Д.А., Макуха П.И. Экспертная система скрининговой диагностики хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта//Всесоюз. конф. «Методы исследования и лечения, аппаратные системы и ЭВМ в гастроэнтерологии». 9-10 октября 1991 г. - Железноводск; Ессентуки, 1991. - С. 282-283.
3. Пятакович Ф.А. Автоматизированное рабочее место врача-гастроэнтеролога//Всесоюз. конф. «Методы исследования и лечения, аппаратные системы и ЭВМ в гастроэнтерологии». 9-10 октября 1991 г. - Железноводск; Ессентуки, 1991. - С.321-322.
4. Маржатка З. Терминология, определение терминов и диагностические критерии в эндоскопии пищеварительного тракта. - 3-е изд., перераб. И доп. - Эндоскопия пищеварительного тракта: Номенклатура OMED (Всемирной организации эндоскопии пищеварительного тракта). - Нормед Верлаг, 1996. - 141 с.
5. Эндоскопия пищеварительного тракта/В.Е.Назаров, А.И.Солдатов, С.М.Лобач и др. - М.: «Триада-Х», 2002. - 132 с.
6. Руководство по клинической эндоскопии /В.С.Савельев, Ю.Ф.Исаков, Н.А.Лопаткин и др./Под ред. В.С.Савельева. - М.: Медицина, 1985. - 544 с.
7. Дейт К. Введение в системы баз данных //6-издание. - Киев: Диалектика, 1998. - 784 с.
8. Codd E.F. Relation Model of Data for Large Shared Data Banks //Comm. ACM. - 1970. - V.13. - №6. - P.377-383.
9. Cooper G., Sivak M. V. More on endoscopy databases. Gastrointestinal endoscopy, June 2000. - Vol. 51. №6. -759 р.
10. Kruss D.M. The ASGE database: computers in the endoscopy unit. - Endosc Rev. - 1987. - №4. - Р.64-70.
11. Якунченко Т.И. Биоуправляемые системы для хронофизиотерапии, клиническая оценка их эффективности// Дисс. ... докт.мед.наук. - Белгород, 1999. - 280 с.
12. Yerushalmy J. Statistical problems in assessing methods of medical diagnosis with special reference to X-ray techniques//Publ.Health.Rep. - 1947. - Vol.62. - №10. - P.1432-1449.
