CC BY
38
КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННАЯ ПРОГНОЗНАЯ ДИАГНОСТИКА ТРАНЗИТОРНЫХ ИШЕМИЧЕСКИХ АТАК: ПРИОБРЕТЕННЫЙ ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ
(краткий историко-аналитический обзор)
Б.В. Дривотинов, А.Е. Семак, В.А. Головко, Е.Н. Апанель, Г.Ю. Войцехович, А.С. Мастыкин Брестский технический университет, Беларусь РНПЦ неврологии и нейрохирургии, Минск, Беларусь
B.V. Drivotinov, A.E. Semak, V.A. Golovko, E.N. Apanel, H.Yu. Vaitsekhovich, A.S. Mastykin
Brest State Technical University, Belarus Republican Research and Clinical Center of Neurology and Neurosurgery, Minsk, Belarus Computerize predictive diagnostics of transient ischemic attack: experiences and perspectives
(Brief historical and analytical review)
Резюме. Приведен краткий обзор сделанного за прошлые годы в решении проблемы диагностики, прогнозирования и проведения лечебно-профилактических мероприятий по предупреждению возникновения и развития транзиторных ишемических атак (ТИА). Дано краткое описание роботизированной системы прогнозной диагностики ТИА. Статистические параметры: чувствительность - 73%, специфичность - 89%, точность - 78%.
Ключевые слова: транзиторная ишемическая атака, прогнозная диагностика, нейроинтеллектуаль-ная ангионейропревентология, роботизированная система прогнозной диагностики. Summary. Brief review made over the past years to solve the problem diagnostics of the forecasting and conducting preventive and curative action by a warning occurrence and development of transient ischemic attack (TIA). Description of robotic system for predictive diagnostics TIA. Statistical parameters: sensitivity -73%, specificity - 89%, accuracy - 78%.
Keywords: transient ischemic attack, predictive diagnostics, neurointelligent angioneuropreventology, robotic system.
Транзиторные ишемические атаки (ТИА) - это результат нарушения естественного, гармонично функционирующего единства сосуда и крови. Выявление ТИА эмболического генеза сравнительно просто, если источник эмболии очевиден. Гораздо сложнее обстоит дело с определением причины раз-
вития ТИА, обусловленных локальным снижением кровоснабжения. В таком случае важную роль играет недостаточность коллатерального притока крови к зоне ишемии, показатели состояния крови, эндотелия, эластичности сосудистой стенки.
Системная скоротечная церебро-васкулярная динамика характеризу-
ется конфликтом: с одной стороны, стремлением защитных механизмов головного мозга сохранить кровоснабжение, с другой - слабовыражен-ными патогенными неустойчивыми влияниями. Этот конфликт с «устойчиво нестабильным паритетом сил» между адаптивно-саногенными и патогенными процессами сравнительно непродолжительный, за время которого первые, как правило, полностью не реализуются, а последние - не достигают завершающей стадии развития [1-5].
Несвоевременность диагностики и лечения пациентов с ТИА зачастую обусловлена отсутствием соответствующего специализированного лечебного учреждения. Стационары по типу stroke unit не ориентированы на эти цели. Фактически служба дезорганизована [6].
В наши дни проблема предотвращения ТИА приобретает все более выраженный превентологи-ческий характер. По мере освоения и осознания приобретенного опыта в проведении оздоровительных лечебно-профилактических мероприятий прочно укореняются такие понятия, как духовность и нравственность пациента, его индивидуальное исповедание духовно-нравственных ценностей [2-5, 7, 8]. Все больше акцентируется внимание на необходимости муль-тидисциплинарного подхода к ре-
шению проблемы предотвращения эпизодов ТИА.
цель работы - придерживаясь хронологического порядка, упорядочено изложить предыдущие результаты и представить новые веяния в решении проблемы диагностики, прогнозирования и проведения лечебно-профилактических мероприятий по предупреждению возникновения и развития острых преходящих цереброваскулярных нарушений по типу ТИА.
общие представления о проблеме
Наиболее аргументированным представляется взгляд на проблему прогнозной диагностики ТИА с позиций пластичности и уязвимости мозга. Считается, что термин «пластичность» (мозга) в нейробиологию ввел итальянский психиатр Эрнесто Лугаро (1906).
Пластичность мозга - саногенно-адаптивный фактор, который может превратиться и в свою противоположность: «ряд физиологических стимулов при определенных условиях может сопровождаться формированием защитных реакций, направленность которых способна приобретать патологический характер» [9]. Тем не менее, четко обозначена естественная превен-тологическая предопределенность деятельности мозга и нервной системы - прежде всего, обеспечивать безопасность и защиту себя и всех
систем жизнеобеспечения в непростых внешних условиях пребывания организма, при влиянии на него как психогенных (дистрессовых), так и физических воздействий.
Исторически, в плане структурно-функциональных соотношений и взаимосвязей мозга и нервной системы в целом внимание привлекли результаты исследований Рамон-и-Кахала и Папеца.
Рамон-и-Кахал в своих гистологических исследованиях четко обозначил и доказал единство структуры и функции мозга как динамический процесс мышления, нейронной организации и реорганизации структур мозга. Мысли, повторяемые в ходе психической тренировки, укрепляют существующие нейронные связи и создают новые. Этот процесс особенно выражен в нейронах, контролирующих пальцы у пианистов, которые много времени уделяют эстетическим психоэмоциональным упражнениям в напряженных условиях духовно-нравственной сосредоточенности [10].
Не утрачивает своей актуальности теория Папеца о единстве структуры и функции мозга, сформулированной в его теории «циркуляции эмоционального возбуждения». Он писал: «Эмоции - это настолько важная функция, что каков бы ни был их механизм, он должен иметь морфологическую основу» [11]. Та-
кой морфологической основой является лимбическая система, или эмоциональное кольцо Папеца: гип-покамп - свод мозолистого тела -мамиллярное тело - переднее ядро таламуса - поясная извилина - гип-покамп.
Результаты классических основополагающих работ Рамон-и-Кахала и Папеца мы рассматриваем как исходный пункт начала отсчета для дальнейшего продолжения изучения механизмов мозга, в нашем случае -составления модели защитных механизмов его кровоснабжения в контексте пластичности и уязвимости.
Безусловно, ясно, что такая модель может быть разработана только благодаря усилиям специалистов из различных областей знаний и практической деятельности (в ключе современной обобщенной концепции нейронаук). Все более отчетливо обозначается необходимость в интеграции мультидисциплинарных усилий. «Реорганизация корковых структур в условиях неврологического дефицита представляет собой актуальную междисциплинарную проблему. Она объединяет тесным образом неврологов, физиологов, математиков, что дает возможность подойти к разработке реабилитационных мероприятий с учетом индивидуальных особенностей. Идеальной моделью для изучения процессов нейропластичности является иссле-
дование мелкой моторики кисти в условиях патологии двигательной функции» [12].
Неоднозначный взгляд на проблему медицинской прогностики высказывают В.Б. Симоненко и Е.А. Широков (2008): «Врач должен вносить поправки в прогноз в соответствии со своим субъективным впечатлением и клиническим опытом. Отсюда следует практически важный вывод: любой прогноз, даже основанный на достоверных исследованиях, применительно к конкретному пациенту, будет иметь значительные отклонения, а стремление получить надежную математическую модель индивидуального прогноза следует считать малоперспективным». [13]. Что касается первой клинической части этой цитаты, то здесь не нужно комментариев. Считаем себя вправе высказать свое мнение по заключительной части. Если под «надежной математической моделью индивидуального прогноза» понимать устаревшие статистические и экспертные модели на базе байесовских решений, то это, следует согласиться, бесперспективно. С другой стороны, распознавательно-класси-фикационные роботизированные системы на базе современных ней-роинтеллектуальных нейросетевых моделей уже прочно утвердились и значительно помогают в реше-
нии распознавательных прогнозно-диагностических задач, причем не только медицинских. С каждым годом они продолжают совершенствоваться.
Краткий исторический экскурс Соблюдая историческую последовательность, публикации прошлых лет представлены в хронологическом порядке с 1976 по 1999 годы [15-20].
Начало интенсивного развития компьютеризированных диагностических и прогнозно-диагностических систем пришлось на вторую половину прошлого столетия. Методически они строились на байесовских и статистических решениях, экспертных оценках. В то время такой подход представлялся обнадеживающим, но широкого распространения в повседневной практике не получил из-за ряда методологических несовершенств, которые представлялись незначительными (эффект «мусор на входе, мусор на выходе», GIGO; «переобучивание», overfitting; корреляционное «зашумливание» и т. д.). Однако результаты тех лет послужили основой и стимулом для дальнейшего поиска подходов к решению прогнозно-диагностических задач в неврологии.
Современный подход к проблеме предотвращения эпизодов ТИА Разработана концепция нейроин-теллектуальной ангионейропревенто-логии, коотрая основана на принципах
нейроинтеллектуальной методологии и нейросетевого моделирования. Также концептуально изменился подход к анализу и выводам диагностической информации [14-19].
В настоящее время сделан акцент на индивидуализированный подход (в клинике сердечно-сосудистых заболеваний перешли от унификации и стандартизации к индивидуализированным превентивным профилактическим мероприятиям). Речь идет об определении резервов адаптации индивидуумов в зависимости от предполагаемого направления лечения. Это может быть коронарный, мозговой, почечный кровоток. Попытка стандартизировать нагрузочные диагностические пробы уходит в прошлое, прокладывая дорогу индивидуализированному подходу [20]. В неврологии все четче озвучивается та же мысль, но с акцентом на сформировавшееся новое нейропрофилактическое направление (нейропревентологию), которое как раздел неврологии исходит из индивидуальных интересов пациента избежать возникновения и дальнейшего развития заболевания. При использовании термина «превентивный» предусматривается личная ориентация и более высокая ответственность индивида за свое физическое, нервно-психическое и духовное благополучие. Речь идет о смене акцентов в научной и практи-
ческой деятельности от общества к конкретному человеку [7-8].
Мы исходим из общей схемы системного кардиоангионеврологиче-ского подхода к этиопатогенетиче-ской гетерогенности ТИА, который предполагает индивидуализированный комплекс лечебно-профилактических (превентивных) мероприятий. При нестабильных острых преходящих цереброваскулярных нарушениях гомеостатическая динамика жизнедеятельности организма, нелинейная и стохастическая по своему характеру, обеспечивается неразрывным защитным «союзом сосуда и крови».
Концепция «Нейроинтеллектуальная ангионейропревентология»
Разработана прогнозно-диагностическая система по распознанию этиопатогенетических подтипов ТИА, которая концептуально позиционируется как «Нейроинтеллектуальная ангионейропревентологическая система прогнозной диагностики этиопатогенетических подтипов ТИА». Как сформированное направление в неврологии она базируется на общих неврологических принципах, на основах клинической пре-вентологии и нейросетевых моделях распознавания образов. Блок-схема формирования этой концепции приведена на рис. 1.
Концепция нейроинтеллектуаль-ной ангионейропревентологии - про-
Рис. 1. Блок-схема формирования концепции «Нейроинтеллектуальная ангионейропре-вентология»
изводное от неврологии, клинической превентологии и нейроинтеллекту-альных технологий. То есть изучение механизмов мозга, в том числе и защитных механизмов мозгового кровоснабжения, - это мультидисци-плинарный комплекс исследований нейрофизиологов, нейроклиницистов и математиков. Об этом прямо или косвенно упоминается в отечественных и зарубежных публикациях по философии, теоретической биологии и медицине, в статьях и монографиях по клинической медицине.
Учитывая произошедшие за последние годы существенные значимые изменения в представлениях о прогнозе и профилакти-
ке ТИА, считаем целесообразным обозначить эту концепцию как научно-практическое направление в неврологии. фундаментально-теоретическая база концепции «нейроинтеллектуальная агионейропревентология» Фундаментально-теоретической базой нейроинтеллектуальной ан-гионейропревентологии является разработанная концепция эшелонировано упорядоченной структурно-функциональной модели защитных механизмов обеспечения нормального кровоснабжения мозга. В основу функциональной части положен защитный рефлекс Парина [21, 22].
Pi ll' IL AwiVilKI I [l?-l EUMC ipi IЧСI'KiLH )|1>ДС,|1 11Г L kJ. Jf 11 HU I кровеносных сасудив (НОРМА). wcc-гасчивающкх кровоснабжение мозга.
1 - i.ineii uü i lidiiiiü ci юл с яш ki пыл pc^. icktwi Пирх hi. 2 - млижссшснпыс
имгшкг smf.iíiHU RfTB-iíннп гn f НИМ) г -ткяльнымн спщня.иинрлпанньпп! МСКЙШЮПМЯ П-
ШН1Ы №;рти.Ш1и| и WCC11C4CHIU 3 -1)Й™ЛС1|ЛЫЙ «lytTH YJJ1C L ЫЛ И-
nmLifHüií. анянпснч максимально удаленный от комплгкга ирдмопня кгпжрстгжяно пртлнжпшый к структурам >кпга (Bilihijii» круг).
V. f*JIr[WBU. UUQVUaemjC tunpoil) штекшик ВЛНШШН К ^¡LH LUJ.44I рИСКа».
AotipaxTiflt схематическое njKjciil.liirat деформирования cipynypnfr-
фсНК[|||<1Н11кНйГА BílMIl.nfKfS 'Л1111ПН1К мпаннпшя KpftEOCHSOSIM1ния unira ППД ВЛИЯНИЕМ
различных патогенных гредопоскы* ^ОздгйетЕшй. факторов риска, их DMtnuK.Tbitifr (отор-
ЖП1НС, ¡III lpyшш) J HUp^liklblEOC lipiíKillIKn'in'IDÍllllUX [I|H>HCCCUB ЖИШВДеЖЛЫПЛЯ чр-
ганнзча. Начало Самоорганизующейся активации алзптациоип ых н (люгешил мншпимСо ú iipoiniiwimiiDi D]xjunvi'iiiii)i и.шнплм,
Рис. 2. Формализованная модель эшелонированного упорядочения защитных механизмов кровоснабжения мозга по экстра- и интракраниальным сосудам в норме и при патологии
Структурная часть построена на базе геометрии Пифагора («дерево Пифагора») и концепции фрактальной геометрии в приложении к анализу гетерогенных систем. Применительно к клинике сердечно-сосудистых заболеваний «у постели больного» это было сделано в медицинских учреждениях США (Harvard
Medical School, Institute for Nonlinear Dynamics in Medicine) [23].
Графическое изображение концепции структурно-функциональной модели защитных механизмов обеспечения нормального кровоснабжения мозга приведена на рис. 2а, при патогенных влияниях -на рис. 2б.
Фактически любая острая преходящая дисфункция мозга, обусловленная неврологическим дефицитом любого генеза, может рассматриваться как синдром ТИА. Защитное «единство сосуда и крови» привязано к конкретному месту кровообеспечения - мозгу. Напрашивается мысль о параллелизме кардиоангионейро-превентологического комплекса мероприятий и здорового образа жизни, но едва ли об этом следует говорить - они конвертируют, существенно пересекаясь в условиях «почти единства» первичных и вторичных профилактических мероприятий. В таком случае речь идет о взаимопересечении, взаимопроникновении и взаимодополнении этих лечебно-профилактических мероприятий. Эти понятия могут быть объединены единой нейропревентологической парадигмой, в которой здоровый образ жизни, прогнозная диагностика и ангионейропревентологические мероприятия сгруппированы для достижения одной цели - не допустить возникновения и развития острой ангиоцереброваскулярной патологии, обеспечить целевое этиотропное профилактическое патогенетическое лечение.
Реализация этой концепции осуществляется с помощью нейросе-тевого моделирования роботизиро-
ванной прогнозно-диагностической системой.
роботизированная система
прогнозной диагностики тиА
Разработана роботизированная система прогнозной диагностики ТИА, индивидуализировано по подтипам, рис. 3.
По тридцати восьми диагностическим признакам-предикторам (входной вектор) классифицируются четыре возможных состояния (выходной вектор).
Дифференциация прогнозных диагнозов ТИА осуществляется по четырем этиопатогенетическим подтипам:
1. Атеротромботический.
2. Кардиоэмболический.
3. [ипертензивный.
4. Прочие состояния (другие нозологии «неТИА»), включая состояние «НОРМА».
Обучение проведено на тестовой выборке по методу обратного распространения ошибки (back propagation algorithm). Значения основных статистических параметров по тестированию следующие:
• чувствительность - 73%;
• специфичность - 89%;
• точность - 78%.
В последних экспериментальных разработках точность превышает 90%.
Место нейроинтеллектуальной ангионейропревентологической си-
Рис. 3. Пользовательский интерфейс системы прогнозной диагностики ТИА
стемы в достационарном обследовании пациента с подозрением на ТИА
Предлагаемая схема амбула-торно-поликлинического обследования дает возможность пациенту значительно сократить промежуток времени, в течение которого ему приходится переживать неприятный период неопределенности от первого амбулаторного обследования до последующих нейровизуализацион-ных исследований, который может длиться несколько дней и более.
Следует особо подчеркнуть различие между реальной и прогнозной диагностикой. Традиционное клиническое мышление в повседневной
работе ориентировано на реальный диагноз, исходя из реальной симптоматики. Хотя и здесь не все так однозначно. В повседневной работе поставить стопроцентно исчерпывающий и точный диагноз невозможно, в каком-то смысле клинический диагноз - это всегда нераскрытая до конца «вещь в себе». Останутся проигнорированными «незначимые нюансы», что может повлечь серьезные непоправимые последствия. Возможность реализации прогнозного диагноза неопределенна, обозначена нечетко, сомнительна. В предлагаемой ангионейропревен-тологической прогнозной системе
диагноз - это не окончательный «диагноз-приговор», но виртуальный «диагноз-предупреждение», указывающий на возможную угрозу его реализации, на необходимость принятия своевременной безотлагательной лечебно-профилактической коррекции.
Традиционный подход к профилактическому лечению ТИА не утрачивает своей актуальности (эту проблему приходится решать неврологу или врачу общего профиля). Сегодня основное направление решения -это симптоматические патогенетические мероприятия [24, 25].
В последние годы наблюдается повышенное обострение депрессивных и дистрессовых состояний, что связано с информационными перегрузками человека. Такая ситуация настоятельно диктует необходимость смещения превентологического акцента на действия, которые позволят подавление кардиальный стресс, стимулировать индивидуальную стрессоустойчивость. В последних экспериментальных сериях проводимого исследования по прогнозной диагностике ТИА внимание акцентируется на дистрессовых и депрессивных, тревожных, тревожно-мнительных состояниях, связанных с кардиальными нарушениями которые в целом представляют собой кардиальный стресс.
заключение
Таким образом, усилия специалистов направлены на достижение следующих целей:
• уточнение релевантных дифференциально-диагностических признаков прогнозного диагноза ТИА;
• совершенствование нейросе-тевого моделирования интеллектуальной дифференциально-распознавательной деятельности врача, повышение разрешающей способности прогнозной дифференциально-диагностической системы;
• внедрение разработанной ней-росетевой прогнозно-диагностической системы в повседневную практическую работу.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Верещагин Н.В. Системный подход в изучении нарушений мозгового кровообращения при атеросклерозе и артериальной гипертензии: результаты и перспективы. Мозг. Теоретические и клинические аспекты. - М., 2003. - С. 521-533.
2. Апанель Е.Н. Транзиторные ишемические атаки: системный анализ. - ВЕСЦ1 НАН Беларуси, сер. мед. навук. - 2011. - № 1. - С. 81-90.
3. Апанель Е.Н. Формализованная интерпретация модели защитных механизмов кровоснабжения мозга // Военная медицина. - 2013. - № 4. -С. 77-80.
4. Войцехович Г.Ю., Апанель Е.Н, Головко В.А., Мастыкин А.С. Разработка модели распознавания образов для прогнозной диагностики тран-зиторных ишемических атак // Военная медицина. - 2013. - № 1. - С. 148-151.
5. Golovko V, Voytsehovich H, Apanel E, Mastykin А. Neural network model for transient ischemic attacks diagnostics // Optical Memory And Neural Networks (Springer Link) . - 2012. - Vol. 21, N 3. - P. 166-176.
6. Goldstein L.B. // Nat. Rev. Neurol. - 2011. - Vol. 7, N 4. - P. 190-192.
7. Трошин В.Д. Духовная доминанта и старение организма // Бюлл. сибирской медицины. -2009. - № 3 (2). - С. 67-71.
8. Шахов Б.Е., Трошин В.Д. Клиническая превен-тология. - М., 2011. - 736 с.
9. Кульчицкий В.А Нейрофизиология защитных рефлексов. - Минск, 1998. - 142 с.
10. Cajal S.R. Textura del sistema nervioso del hombre y los vertebrados. - Madrid, 1899-1904.
11. Papez JW. // Arch. Neuropsychiatry. - 1937. -Vol. 38. - P. 725-743.
12. Шавловская О.А. Пластичность корковых структур в условиях неврологического дефицита, сопровождающегося расстройством движения в руке // Современные подходы в реабилитации. Физиология человека. - 2006. - Т. 32, № 6. - С. 119-126.
13. Симоненко В.Б., Широков Е.А. Превентивная кардионеврология. - М., 2008. - 224 с.
14. Семак А.Е., Смычек В.Б., Карнацевич Ю.С., Дражина Л.С. Прогнозирование повторных мозговых инсультов: Юбилейный сборник к 100-летию клиники Аствацатурова. - СПб, 1997. -С. 178-179.
15. Shalkevich V, Mastykin A. Prognostic symptomatology of transient ischemic attacks // European J. of Neurol. - 1998. - Vol. 5 (suppl. 3). -P. S6-S9.
16. Семак А.Е., Евстигнеев В.В., Адамович В.И. Система прогнозирования возникновения мозговых инсультов и их профилактики: Методические рекомендации. - Минск, 1999.
17. Мастыкин А.С., Дривотинов Б.В, Апанель Е.Н. Алгоритмы транзиторных ишемических атак // Бел. мед. журн. - 2005. - № 3. - С. 60-62. 18 Дривотинов Б.В, Мастыкин А.С., Апанель Е.Н. Пирамидный или спастический синдром? // Мед. журн. - 2005. - № 4. - С. 123-126.
19. Дривотинов Б.В, Апанель Е.Н, Мастыкин А.С. Прогноз-диагностика транзиторных ишемических атак и их лечебно-профилактическое предупреждение // Мед. журн. - 2006. - № 3. - С. 116-119.
20. Дривотинов Б.В, Головко В.А., Апанель Е.Н, Войцехович Г.Ю, Мастыкин А.С. Прогнозная диагностика транзиторных ишемических атак // Военная медицина. - 2013. - № 3. - С. 38-41.
21. Сидоренко Г.И. Развитие учения о преконди-ционировании миокарда // Весц НАН Беларуси. Сер. мед. навук. - 2010. - № 2. - С. 108-111.
22. Сидоренко Г.И. Академик Парин глазами его ученика. Материалы V научно-практич. конференции «Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы». - М., 2003. - С. 26-29.
23. Parin V.V. The role of pulmonary vessels in reflex control of blood circulation // Am. J. M. - 1947. -Vol. 214 (2). - P. 167-175.
24. GoldbergerA. Nonlinear dynamics for clinicians: chaos theory, fractals, and complexity at the bedside // Lancet. - 1996. - Vol. 347. - P. 1312-1314.
25. Лихачев С.А., Астапенко А.В., Белявский Н.Н, Кузнецов В.И. Лечение и профилактика транзиторных ишемических атак // Мед. новости. - 2004. - № 1. - С. 32-37.
26. Транзиторные ишемические атаки: лечение или профилактика? //http://neurosite.biz/statiAiaiip.html.
