CC BY
80
“■ и информационные
технологии
Диагностические системы
■Щ)
>
М.Н. КОВЕЛЬКОВА,
Е.Г. ЯКОВЛЕВА,
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва, Россия К.Г. КОРОТКОВ,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», г. Санкт-Петербург, Россия С.С. БЕЛОНОСОВ,
Т.В. ЗАРУБИНА,
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва, Россия
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ БОЛЬНЫХ С АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ
УДК 6J6.J2 - 008.331.1 - 073.7
Ковелькова М.Н., Яковлева Е.Г., Коротков К.Г., Белоносов С.С., Зарубина Т.В. Автоматизированная диагностическая система для выявления больных с артериальной гипертонией на основе метода газоразрядной визуализации (ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва, Россия; Федеральное ГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», г. Санкт-Петербург, Россия)
Аннотация. Данная работа посвящена созданию автоматизированной диагностической системы для выявления больных с артериальной гипертонией на основании данных нового инновационного метода газоразрядной визуализации (ГРВ) и определению значимых признаков ГРВ-грамм для выявления лиц с различной степенью артериальной гипертонии при диспансерных осмотрах. Диагностическая автоматизированная система основывается на построенных решающих правилах отдельно для мужчин и женщин.
Ключевые слова: артериальная гипертония, газоразрядная визуализация, автоматизированная система, решающее правило.
UDC 616.12 - 008.331.1 - 073.7
Kovelkova M.N., Yakovleva E.G., Korotkov K.G., Belonosov S.S., Zarubina T.V. Automated diagnostic system for detection of patients with arterial hypertension based gas discharge visualization technique (Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, Russia; Saint Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics, Saint Petersburg, Russia)
Abstract. This work is devoted to the creation of an automated diagnostic system for the detection of patients with hypertension on the basis of an innovative new method of gas discharge visualization (GDV) and the definition of significant signs of GDV-grams to identify individuals with varying degrees of hypertension in the dispensary examinations. Automated diagnostic system is based on the constructed decision rules separately for men and women. Keywords: hypertension, gas discharge visualization, automated system, the decision rule.
© М.Н. Ковелькова, Е.Г. Яковлева, К.Г. Коротков, С.С. Белоносов, Т.В. Зарубина, 2014 г.
28
Диагностические системы
Введение
Артериальная гипертония (АГ) является одним из самых широко распространенных в мире заболеваний как в развитых, так и в развивающихся странах. Это сложное, коварное и трудно диагностируемое заболевание, особенно на ранних стадиях.
В связи с тем, что артериальное давление (АД) может изменяться в достаточно широком диапазоне в течение дня, недели, месяцев и лет, артериальную гипертонию диагностируют на основании результатов повторного измерения давления при посещении врача. Однако в ряде случаев двукратного измерения недостаточно [3].
Во-первых, в клинических исследованиях было показано, что офисное артериальное давление (давление, которое измеряется на приеме у врача) слабо коррелирует со среднесуточным артериальным давлением (по данным суточного измерения артериального давления — СМАД) и показателями АД в обычной жизни. Во-вторых, у ряда больных возникает «эффект белого халата» — артериальное давление у пациента повышается только при посещении врача, однако дневное, среднесуточное и домашнее артериальное давление в пределах нормы. Данная гипертония примерно возникает у каждого 3го пациента с диагнозом артериальная гипертония. В-третьих, существует обратный феномен — скрытая артериальная гипертония или «гипертония белого халата наоборот» (маскированная гипертония, нормотония белого халата, амбулаторная гипертония). При данном типе артериальной гипертонии повышение артериального давления фиксируется в домашних условиях (повышается среднесуточное или домашнее АД), но при посещении врача артериальное давление остается в пределах нормы, наблюдается в 10-15% случаев (каждый 7-й пациент с нормальным офисным давлением попадает в эту категорию). Имеются данные, что «маскированная гипертония» повышает сердечно-сосудистый риск, который
www.idmz.ru
SOI 4, NB 3
■■■■
гш
сопоставим с таковым у пациентов с повышенным офисным и домашним АД [5].
Если повышение артериального давления незначительно, то для точного установления «обычного» артериального давления измерения необходимо повторять в течение нескольких месяцев. Однако если его повышение значительно и уже имеются поражения органов-мишеней и высокий/очень высокий риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, то повторные измерения АД проводятся в течение нескольких недель или дней. Таким образом, диагноз артериальная гипертония не всегда может быть установлен на основании двукратного измерения артериального давления при 2-х или 3-х визитах к врачу.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что поставить диагноз артериальная гипертония достаточно сложно, особенно при диспансерных осмотрах населения, когда может проявиться любой из недостатков обнаружения данной патологии.
Существует несколько методов измерения артериального давления. Одним из них является классический аускультативный метод измерения АД по Короткову. Однако, являясь золотым стандартом, метод имеет ряд недостатков. К сожалению, измерение артериального давления по методу Короткова не всегда позволяет заподозрить ряд форм АГ. Для этой цели подходит суточное мониторирова-ние артериального давления. Еще одним принятым методом измерения артериального давления является самоконтроль пациента [4]. Однако СМАД и самоконтроль пациента не всегда позволяют заподозрить артериальную гипертонию на ранних стадиях, а тем более обнаружить ее при диспансерных осмотрах населения. В связи с этим практическому здравоохранению нужны новые высокочувствительные и общедоступные скрининговые тесты [2]. Особое внимание уделяется методам, позволяющим на более ранних стадиях выявить характерные для артериальной гипертонии нарушения.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 29 ■
“■ и информационные
технологии
Диагностические системы
Сегодня все больше внимания уделяют различным неинвазивным, в том числе электрофизиологическим методам. Применение компьютерных технологий в обработке электрофизиологической информации позволяет значительно ускорить получение результатов исследования, стандартизировать методику, а также снизить влияние субъективного фактора. Одним из перспективных электрографических методов оценки функционального состояния организма является метод газоразрядной визуализации (ГРВ) или биоэлектрографии — регистрация с помощью программно-аппаратного комплекса и анализ свечения, индуцированного объектами, в том числе и биологическими, при стимуляции их электромагнитным полем с усилением в газовом разряде.
Цель и задачи
Цель данного исследования: создание
диагностической автоматизированной системы для выявления больных артериальной гипертонией на основе метода ГРВ-биоэлек-трографии в ходе диспансерных осмотров населения.
Цель работы предполагала решение следующих задач: изучить диагностические возможности метода ГРВ-биоэлектрографии для выявления пациентов с артериальной гипертонией; построить решающие правила для выявления пациентов с артериальной гипертонией; изучить, как меняется качество решающих правил при учете пола пациентов; разработать информационное, алгоритмическое и программное обеспечение диагностической автоматизированной системы для выявления пациентов с артериальной гипертонией в ходе диспансерных осмотров.
Материал и методы
Материалом для данного исследования послужили результаты обследования 794 человек в возрасте от 18 до 84 лет с различными стадиями артериальной гипертонии с помощью прибора ГРВ-Камера. Обследова-
ние пациентов проводилось на базе клинической больницы № 85 ФМБА России. Диагноз — артериальная гипертония — у пациентов был полностью верифицирован высококвалифицированным врачом-терапевтом.
После обработки полученной информации о пациентах и уточнения стадии АГ материал был разбит на 4 группы. В первую группу — контрольную были отнесены пациенты с отсутствием артериальной гипертонии. Количество пациентов в группе составило 198 (63 мужчины в возрасте от 18 до 82 лет и 135 женщин от 18 до 65 лет). Во вторую группу были отнесены пациенты с первой стадией артериальной гипертонии — 137 пациентов (52 мужчины в возрасте от 23 до 73 лет и 85 женщин от 30 до 70 лет). Третью группу составили пациенты с наличием второй стадии артериальной гипертонии — 347 пациентов (158 мужчин в возрасте от 32 лет до 81 года и 189 женщин от 34 до 83 лет). В четвертую группу вошли пациенты с третьей стадией артериальной гипертонии. Количество пациентов, вошедших в данную группу, составило 112 (66 мужчин в возрасте от 45 до 84 лет и 46 женщин от 46 до 81 года).
Компьютерная регистрация и анализ ГРВ-грамм проводились с помощью программноаппаратного комплекса «ГРВ-Камера», обработка в пакете прикладных программ «ГРВ-Софт», созданном в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий механики и оптики. Полученные данные были занесены в программу «Excel» и затем обработаны с помощью критерия Колмогорова-Смирнова, Т-критерия Стьюдента, пошагового дискриминантного анализа. Использовалась программа «SPSS Statistics 17.0». Автоматизированная система написана на языке Delphi 7.
Обследование больных проводилось в утренние часы. Пациенту обеспечивали условия психологического и физического комфорта. Съемка ГРВ-изображения осуществлялась с 10 пальцев рук. После регистрации и сох-
30
Диагностические системы
ранения черно-белых ГРВ-грамм в формате bmp они обрабатывались с последующим их окрашиванием информативно значимыми цветами и построением математической модели распределения ГРВ-параметров вокруг тела человека. Построение изображения основывалось на диагностической карте, в которой отражена корреляция между областями свечения пальцев рук и разными системами и органами человека [2].
В работе анализировались такие параметры ГРВ-изображения, как площадь изображения, нормализованная площадь, плотность, ширина спектра, яркость и изрезанность изображения. Исследовались сектора ГРВ-грамм, отражающие состояние сердца, сосудистой системы, коры головного мозга, сосудов головного мозга, почек, надпочечников, гипофиза, эпифиза, гипоталамуса, нервной системы.
Результаты
После исследования групп на соответствие нормальному распределению с помощью Т-критерия Стьюдента были определены параметры, по которым существуют статистически значимые отличия между здоровыми лицами из контрольной группы и пациентами с различными стадиями артериальной гипертонии (р < 0,05).
На первой стадии артериальной гипертонии наибольшие различия по сравнению с контрольной группой имелись в секторах ГРВ-грамм, отражающих состояние нервной и эндокринной систем, почек; на второй и третьей стадиях добавлялись сектора, характеризующие органы-мишени: сердце, сосудистую систему. При прогрессировании артериальной гипертонии увеличивается уровень значимости различий средних значений выборок по секторам, отражающим состояние нервной системы, гипоталамуса, надпочечников и почек.
Далее данные анализировались с учетом пола пациентов, так как патогенез артериальной гипертонии отличается у мужчин и женщин.
www.idmz.ru
SOI 4, NB 3
■■■■
гш
Женщины имеют ряд дополнительных факторов риска развития заболевания: беременность и лактация, контрацепция, предменструальный синдром, гистер- и овариоэктомия и менопауза. И сам характер артериальной гипертонии у женщин имеет ряд отличий [7]. Из данных литературы известно, что имеются гендерные различия также и по ГРВ-параметрам [6].
В результате проведенного теста Колмого-рова-Смирного оказалось, что при делении по полу почти все параметры имеют нормальное распределение (от 78 до 98%). Данные результаты заметно отличались от результатов теста для всего массива данных без разделения по гендерному признаку (68-86%).
С помощью Т-критерия Стьюдента были выявлены статистически значимые различия контрольной группы и групп с 1, 2 и 3 стадиями артериальной гипертонии с учетом пола пациентов. Уже при 1 стадии артериальной гипертонии у женщин поражаются сосуды головного мозга. У мужчин с увеличением стадии в большей степени страдают нервная, сосудистая системы и сердце. У женщин поражается сосудистая система в целом, сосуды головного мозга, но в большей степени — почки. Таким образом, метод ГРВ отражает известный факт, что количество органов-мишеней увеличивается с утяжелением стадии заболевания. С утяжелением стадии артериальной гипертонии увеличиваются различия по полу в картине течения заболевания. Полученные результаты подтверждают диагностические возможности метода ГРВ-биоэлектрографии.
Был проведен пошаговый дискриминантный анализ с участием пациентов из контрольной группы и группы больных (пациенты с 1, 2 и 3 стадиями артериальной гипертонии) в целом. В полученное решающее правило для всего массива вошли параметры, отвечающие за состояние сосудов коры головного мозга, почек, сердца, надпочечников, гипофиза. Специфичность и чувствительность
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■■ ! п ■■ ■ ■ ■■■ ■■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■■ ■ ■
“■ и информационные
технологии
Диагностические системы
Таблица 1
Результаты построения решающих правил для разделения групп
(после кросс-проверки)
Группа в целом Мужчины Женщины
Разделение групп специфич- ность чувстви- тельность специфич- ность чувстви- тельность специфич- ность чувстви- тельность
1 (контрольная группа и 2+3+4 70,2% 72,5% 78,6% 77,0% 80,4% 79,8%
2 (пациенты с 1 стадией АГ) и 3+4 74,4% 79,5% 85,6% 89,8% 83,4% 87,2%
3 (пациенты со 2 стади-
ей АГ) и 4 (пациенты с 3 стадией АГ) 79,7% 84,5% 80,1% 78,2% 83,5% 79,1%
полученной функции после проведения кросспроверки (скользящего экзамена) представлены в таблице 1. После разделения по полу в решающее правило для мужчин вошли параметры, отвечающие за сектора, отражающие состояние щитовидной железы и почек. В решающее правило для женщин вошли сектора: кора головного мозга, сосуды головного мозга, надпочечник, щитовидная железа, эпифиз, сердце и почки (см. табл. 1).
При проведении пошагового дискриминантного анализа с участием пациентов с 1 стадией артериальной гипертонии и группы пациентов со 2 и 3 стадиями А Г, а также отдельно для мужчин и женщин в решающее правило для всего массива вошло большое количество параметров по пальцам целиком, а также, в отличие от предыдущего разделения, вошли параметры, отвечающие за правые отделы сердца и коронарные сосуды, что отражает более глубокие нарушения при увеличении стадии артериальной гипертонии. В решающем правиле для мужчин преобладают параметры, отвечающие за гипофиз, надпочечники, гипоталамус, щитовидную железу и почки. В решающем правиле для женщин преобладали параметры, отвечающие за левые и правые отделы сердца, сердце в целом и коронарные сосуды. Данный результат отражает известный факт, что ишемическая
болезнь сердца, как следствие повышенного артериального давления, чаще наблюдается у женщин [7]. Результаты проведения скользящего экзамена представлены в таблице 1. Таким образом, была подтверждены и уточнены результаты, полученные нами ранее [1].
Следующим шагом было построение решающего правила для разделения групп со 2 и 3 стадиями артериальной гипертонии как в целом, так и отдельно для мужчин и женщин.
Таким образом, в результате проведенной работы было создано 9 решающих правил для разделения первой группы (контрольная группа), второй группы (пациенты с 1 стадией АГ), третьей группы (пациенты со 2 стадией АГ) и четвертой группы (пациенты с 3 стадией АГ). Однако в дальнейшей работе использовались только 6 решающих правил, разделяющие группы мужчин и женщин, так как специфичность и чувствительность решающих правил для групп без раздела по полу были значительно ниже. На основании 6 решающих правил была разработана автоматизированная диагностическая система для выявления больных с артериальной гипертонией на основании данных газоразрядной визуализации.
Система позволяет хранить основную информацию о пациенте (рис. 1).
После ввода информации о пациенте в соответствующей вкладке загружаются: полу-
32
Диагностические системы
www.idmz.ru
SOI 4, NB 3
■■■■
гш
Рис. J. Окно «Карточка пациента»
Рис. 2. Окно «Диагностика артериальной гипертонии на основе данных ГРВ-биоэлектро-графии»
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 33 ■
“■ и информационные
технологии
Диагностические системы
ченный в программе «ГРВ-процессор» текстовый (txt) файл с параметрами ГРВ-изображе-ния, а также само ГРВ-изображение. Далее открывается окно «автоматизированной диагностической системы для выявления артериальной гипертонии и ее осложнений».
Поля «Ф.И.О.», «Дата рождения», «Дата обследования» и «Возраст» заполняются автоматически, основываясь на внесенной в карту пациента информации. В поле «ГРВ-изображение» появляется изображение, загруженное ранее совместно с текстовым файлом.
В поле «Предварительный диагноз» генерируется заключение по данному пациенту на основе поочередного расчета дискриминантных функций в зависимости от пола и результата предыдущего расчета (рис. 2). Существуют несколько вариантов заключения, соответствующих отнесению пациента в одну из четырех групп: пациент не имеет артериальной гипертонии, артериальная гипертония (АГ) 1 стадии, АГ 2 стадии, АГ 3 стадии.
В поле «Дополнение к предварительному диагнозу» врач имеет возможность написать комментарии к заключению.
В окне «Ф.И.О. врача функциональной диагностики» врач вводит свою фамилию. Ниже находится кнопка «Печать», позволяющая распечатать результаты исследования.
Таким образом, впервые для выявления пациентов с артериальной гипертонией различных стадий при скрининговых осмотрах был использован метод «ГРВ-биоэлектрография». Выделен набор ГРВ-параметров, который позволяет выявить пациентов с артериальной гипертонией. На основе этих параметров разработаны решающие правила для определения стадии артериальной гипертонии. Разработана автоматизированная система для выявления больных с артериальной гипертонией различных стадий на основании данных ГРВ-биоэлектрографии, которая может быть использована при скрининговых осмотрах населения в поликлиниках, на предприятиях, в кабинетах здоровья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александрова Е.В., Зарубина Т.В., Ковелькова М.Н., Стручков П.В., Яковлева EI ГРВ-технология — новое в диагностике артериальной гипертонии//Вестник новых медицинских технологий. — 2010. — Т. XVII. — № 1. — С. 122-125
2. Коротков К.Е. Принципы анализа в ГРВ биоэлектрографии. — СПБ.: «Реноме», 2007. — 286 с.
3. Рекомендации 2007 года по лечению артериальной гипертонии. Рабочая группа по лечению артериальной гипертонии Европейского общества гипертонии (ESH) и Европейского общества кардиологов (ESC). Кардиология. 2008, Приложение к № 1-2.
4. Рекомендации по Артериальной гипертонии 2009 г. Европейского общества гипертонии//Артериальная гипертензия. — 2009. — №1.
5. Российское медицинское общество по артериальной гипертонии (РМОАГ), Всероссийское научное общество кардиологов (ВНОК). Диагностика и лечение артериальной гипертензии. Российские рекомендации (четвертый пересмотр). — М.; 2010.
6. Струков Е.Ю. Возможности метода газоразрядной визуализации в оценке функционального состояния организма в периоперационном периоде//Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — СПб.: ВМедА, 2003.
7. Чазов Е.И. Руководство по артериальной гипертонии. — М.: Медиа Медика, 2005. — 734 с.
34
