Медицинская нейроинформатика

Система дифференциальной диагностики "острого живота".

Задача дифференциальной диагностики "острого живота", несмотря на огромное количество разработок в этой области, для практической хирургии остается одной из самых актуальных проблем. Свыше 90% больных хирургических стационаров - больные с острыми хирургическими заболеваниями органов брюшной полости; оперативные вмешательства при этой патологии составляют от 20 до 40% всей оперативной деятельности хирургических стационаров.

При постановке диагноза и планировании лечения от хирурга требуется принятие единственно правильного решения, от которого часто зависит жизнь больного. Решение должно быть принято как можно в более сжатые сроки, причем в условиях, зачастую не позволяющих получить развернутые данные лабораторных и инструментальных исследований.

Опыт практической хирургии показывает, что наиболее часто встречающимися острыми заболеваниями брюшной полости являются следующие: острый аппендицит ( ОА ), острый холецистит ( ОХ ), острый панкреатит ( ОП ), осложнения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, острая кишечная непроходимость ( ОКН ), дифференциальная диагностика которых представляет в некоторых случаях значительные сложности, особенно при поступлении больных в клинику в отдаленные сроки от начала заболевания или с изначально атипичным или стертым процессом.

Изучены 216 историй болезней из архивов клинических больниц г. Красноярска, специализирующихся на приеме экстренной хирургической патологии - ГКБ N 7, ККБ N1, ГБСМП, что позволило работать с уже верифицированными диагнозами, подтвержденными комплексными клинико-лабораторными исследованиями, данными гистологического исследования и операционных находок. Данные еще о 49 пациентах были получены в результате непосредственного клинического наблюдения от момента поступления в хирургический стационар и до постановки окончательного диагноза.

Всего проанализировано 265 клинических примеров ( ОА - 63, ОХ - 64, ОП - 52, ОКН - 27, КЯБ - 37, ПЯБ - 22 ).

При определении входных параметров, необходимых для работы ЭС, проанализирована структура историй болезней различных клиник, данные литературы, возможности лабораторно-инструментальных баз хирургических стационаров. Таким образом, набор входных параметров отражает клинический минимум обследования пациента, используемый врачами хирургических отделений в практической деятельности.

Для сбора клинических данных была разработана анкета, содержащая набор входных параметров и диагноз, являющийся ответом (всего 131 показатель).

При постановке задачи для обучения нейросетей мы исходили из того, что ЭС должна выбирать один или несколько предполагаемых диагнозов из заданного набора ( 6 диагнозов) на основании 131 параметра пациента при поступлении в клинику. Для экспериментов создавались наборы из 7 нейросетей. В каждом наборе одна нейросеть представляля собой шестиклассовый классификатор, выдающий в качестве ответа один диагноз из шести, а остальные шесть нейросетей - бинарные классификаторы, обучающиеся отличать каждый из рассматриваемых диагнозов от всех остальных.

Для обучения нейросетей были взяты 216 примеров, данные которых были взяты из историй болезни пациентов с уже подтвержденными диагнозами. Остальные 49 примеров больных, наблюдавшихся в клинике, были оставлены для тестирования ЭС.

Результаты клинической проверки приведены в таблица 5.8.

Прогностическая способность ЭС после стартового обучения составила 83,7%. Однако мы провели тщательный разбор всех случаев ошибок, который выявил следующие закономерности.

Основное количество ошибок возникало при диагностике острого холецистита и острого панкреатита, причем в этих случаях нейросистема путала эти диагнозы между собой. Более того, при этом правильный диагноз набирал вес (сумму выходных сигналов нейронов нейросетей, ответственных за данный класс), находящийся на втором месте. Это означает, что в случае диагностики острого холецистита (наибольший вес) острый панкреатит оказывался на втором месте (следующий по величине вес) и наоборот. Как известно, при развитии патологического процесса в одном из органов панкреато-дуоденальной системы другие органы, как правило, не остаются интактными, и клинически решить вопрос о преобладании патологии в одном из них зачастую не представляется возможным. В таких случаях больному выставляется диагноз холецистопанкреатит. 5 из 6 примеров, которые при тестировании распознавались ошибочно (острый холецистит как панкреатит и наооборот) относились, судя по анализу клинических данных, как раз именно к такой группе. Поэтому результаты, выданные нейросистемой для этих примеров, не являются явными диагностическими ошибками, так как в этих случаях оба диагноза занимали первые два места по набранным весам.

Для нейросистемы представлял определенные трудности дифференциальный диагноз между острым панкреатитом и перфоративной язвой ( 2 ошибки), что имеет место и в клинической практике - при остром панкреатите с выраженным болевым синдромом в 4 случаях из 265 проанализированных клинических примеров, врачами приемного покоя выносились оба диагноза в качестве предварительного и предпочтение одному из них отдавалось уже в процессе динамического наблюдения за состоянием пациента. Также следует учитывать, что достаточно небольшое количество примеров 6 класса (перфоративная язва - 22 ), как показали результаты теста, несомненно, недостаточно для качественного обучения нейросетей.

В одном случае ЭС распознавала пример 4 класса ( ОКН ) как острый аппендицит. При анализе примера выявлено, что оба диагноза вынесены врачом приемного покоя в качестве предварительного и в дальнейшем, при изучении данных истории болезни выяснилось, что больная после проведения консервативной терапии была выписана с диагнозом "кишечная колика". Данная ошибка достаточно серьезная и говорит о необходимости расширения списка диагнозов, определяемых ЭС.

При создании ЭС мы исходили из необходимости выведения полной информации о весах всех диагнозов, выдаваемых системой в каждом случае. Так как диагнозы холецистопанкреатита подразумевают наличие одновременно 2 ответов (два класса), случаи, когда веса этих двух ответов находятся рядом, не могут рассматриваться как ошибки работы системы, при этом наиболее вероятный диагноз формулируется как холецистопанкреатит. С учетом этой поправки, прогностическая способность системы составляет 93,9% ( 3 ошибки из 49 примеров).

Проведенный анализ значимости обучающих данных показал, что тремя наиболее значимыми параметрами являются боль в правом подреберье, симптом Ортнера и наличие камней в желчевыводящих путях. В число наиболее значимых параметров попали основные характеристики болевого синдрома, важные диагностические признаки (симптомы Кохера, Щеткина - Блюмберга, Ровзинга, Воскресенского) и большинство основных характеристик клинического состояния пациента. Минимально допустимым для работы ЭС является набор из 29 параметров, при этом необходимо учитывать, что увеличение числа вводимых параметров существенно повышает диагностическую точность системы.