Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения степени тяжести ишемического поражения анатомических зон нижних конечностей

Изобретение относится к области медицины, в частности к способам определения степени тяжести ишемического поражения нижних конечностей, включая ее злокачественную форму – критическую ишемию нижних конечностей (КИНК). Высокая частота ампутаций у пациентов с КИНК нижних конечностей в настоящее время делает проблему современной и точной оценки степени тяжести названного заболевания по различным зонам нижних конечностей особенно актуальной.

Точная и своевременная оценка степени тяжести ишемического поражения нижних конечностей позволяет своевременно начать лечебно-профилактические мероприятия, планировать индивидуальную тактику ведения больных за счет этого повысить качество оказания медицинских услуг пациентам с исследуемой патологией.

Известен способ определения степени тяжести ишемии тканей нижних конечностей у больных с облитерирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей (патент РФ №1473082). Способ определения степени тяжести ишемии у больных с облитерирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей. Захарова Н.Б, Никитина В.В., Бурев Ю.А. МПК 61N 33/48, опубликовано 20.01.2013бюл. №2.

Известный способ заключается в том, что в сыворотке крови больного определяют фактор роста эндотелия сосудов и моноцетарный хемотаксический белок - 1, рассчитывают отношение фактора эндотелия сосудов к моноцитарному хемотаксическому белку 1 и при значении его 0,89- 0,7 диагностируют I степень облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей, при значении коэффициента 0.69- 0,6 - II степень, при значении коэффициента 0,59- 0,5 – III степень, при значении коэффициента ниже 0,5 диагностируют IV степень облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей, однако этот способ имеет ограничение в рамках клинических ситуаций, когда на фоне хронической ишемии нижних конечностей происходит стимуляция фактора роста эндотелия сосудов (VGF) прогрессирующим опухолевым процессом, сердечно-лёгочной недостаточностью, скомпенсированным сахарным диабетом, что делает этот метод неспецифическим в рамках рассматриваемой патологии.

В качестве ближайшего аналога выбран способ оценки степени тяжести ишемического процесса нижних конечностей по показаниям гемеостаза описанный в работе - Быков А.В., Кореневский Н.А., Бойцова Е.А., Пархоменко С.А. «Синтез нечёткой математической модели оценки степени тяжести клинического процесса нижних конечностей по показаниям гамеостаза» //Системный анализ и управление в биомедицинских системах, 2018. – Т.17. - №1. - с 92- 100.

Суть известного способа заключается в том, что известным методом лабораторного анализа измеряются такие показатели гемостаза как Х₁- протромбиновый индекс; Х₂- гемоцестиин; Х₃- фибриноген; Х₄- активированное частичное протромбиновое время; Х₅- D- димер; Х₆- тромбоциты. Для этих показателей определяются функции принадлежности к понятию критическая степень тяжести ишемического поражения нижних конечностей- ,(i=1,…,6), а интегральная оценка степени тяжести нижних конечностей определяется по итерационной формуле вида:

(1)

где q = номер итерации; .

Недостатки этого метода заключаются в следующем:

1. Выбранная система признаков является избыточной, что приводит к увеличению стоимости и времени проведения лабораторных анализов.

2. Авторы указывают на то, что уверенность в принятии решений превышает 0,9, однако показатель уверенности характеризует субъективное мнение экспертов, участвующих в выборе формы и параметров функций принадлежности. Проведенные статистические исследования качества классификации, обеспечиваемые моделью (1), позволяют сделать вывод о том, что при достаточно высокой специфичности известная модель обладает низкой чувствительностью, что снижает классификационное качество в целом.

3. Непрерывная шкала ST хотя и позволяет оценивать степень тяжести ишемического поражения, но не формирует различные классы исследуемого параметра, что не позволяет дифференцировать степени тяжести оптимальные для различных схем лечебно-оздоровительных мероприятий.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение точности определения степени тяжести ишемического поражения нижних конечностей путем контроля показателей гемостаза и кровенаполнения сосудов в различных анатомических зонах нижних конечностей с расчетом степени тяжести ишемического поражения при использовании нечетких моделей принятия решений.

Сущность изобретения состоит в том, что используя общепринятые медицинские лабораторные методики определяются такие реологические показатели как:D-димер (D), лейкоциты (L), тромбоциты (T), фибринаген (F). С использованием аппаратов для ультразвуковых допплеровских исследований определяются показатели объемов скорости кровотока V и регионального систолического артериального давления для четырех зон нижних конечностей.

В ходе проведенных исследований было установлено, что показатели объемной скорости кровотока и регионального систолического артериального давления целесообразно измерять для четырех () зон нижней конечности.

Учитывая что кровоснабжение каждой из исследуемых зон обеспечивается магистральными и коллатеральными сосудами, вводится характеристика общего кровоснабжения зоны , определяемая по формуле:

(2)

где - объемная скорость кровотока, определяемая в магистральном сосуде на «входе» в зону ; - объемные скорости кровотока коллатеральных сосудов с номерами на входе в зоны.

В соответствии с общей методологией синтеза гибридных нечётких решающих правил, описанной в работах Кореневский, Н.А. Использование нечеткой логики принятия решений для медицинских экспертных систем [Текст] / Н.А. Кореневский //Медицинская техника, 2015, №1 (289) С.33-35.

Прогнозирование появления и развития гангрены нижних конечностей с использованием нечетких интеллектуальных технологий: монография /А.В. Быков, С.Н. Кореневекая, СА. Пархоменко, JLB. Стародубцева, И.И. Хрипина. - Курск: «Издательский дом ВИП», 2017. - 420 с.

Синтез искомых математических моделей реализуется следующим образом:

На первом этапе определяются нормированные функции кровоснабжения, сегментов, принимающие значение «1», если кровоснабжение сегментов достаточно для их полноценного функционирования и «0», если недостаток кровоснабжения сегмента приводит к катастрофическим последствиям для этого сегмента (стопа для последнего сегмента). Аналитически все четыре функции описываются выражением:

С учетом влияния регионального систолического артериального давления на входе в сегмент, на степень тяжести ишемического поражения вводится поправочный коэффициент ,определяющий «вклад» этого давления в уровень ишемического поражения.

(3)

Размерность - см³/сек.

(4)

С учетом свойства показателей истепень тяжести ишемического поражения каждого из сегментов определяется выражением:

(5)

Максимальное значение соответствует критическому состоянию сегмента j, порождающему критическое состояние последующих сегментов и стопы.

На втором этапе синтеза определяются функции степени тяжести ишемического поражения нижних конечностей по группе реологических показателей:

Анализ свойств функций показал, что и увеличением численных значений растет степень тяжести исследуемого заболевания. С учётом этого свойства, в соответствии с общей методологией синтеза гибридных нечётких решающих правил, оценку степени тяжести ишемического поражения по группе реологических показателей STR целесообразно производить используя выражение:

(6)

где q – номер итерации.

В ходе экспертного оценивания и математического моделирования было показано, что роль показателя в финальной (интегральной) оценке степени тяжести ишемического поражения для сегмента j возрастает по мере роста . Например, если близко к нулю величина практически не влияет на оценку степени тяжести ишемического поражения, наоборот, если стремится к единице, что соответствует критическим стадиям развития болезни, указывая на необходимость срочного принятия адекватных мер лечения, роль возрастает и его необходимо учитывать пи выборе тактики ведения пациента. С учетом этого для оценки влияния на был введен поправочный коэффициент , определяемый выражением:

(7)

С учетом поправочного коэффициента получено выражение для расчета величины IST_j

(8)

Оценка степени тяжести ишемического поражения всей нижней конечности ISTV производится в соответствии с выражением

(9)

Таким образом, анализу, прежде всего, подвергается сегмент с максимальной величиной IST.

Удобно для выбора тактики ведения пациента на шкалах IST_j, и (или) ISTV выделить четыре класса степени тяжести, каждому из которых ставится в соответствии индивидуальная тактика профилактики и лечения: - легкая; - средняя; - тяжелая; - критическая степень тяжести (стадия) ишемического поражения.

В соответствии с общей методологией синтеза гибридных нечетких решающих правил введенные классы состояний определяются соответствующими функциями принадлежностей: ;; ; :

Решение о принадлежности пациента к одному из классов принимается по максимальной функции принадлежности . При равенстве двух функций принадлежности решение принимается в пользу класса с большей степенью тяжести. Уверенность в классификации определяется величиной соответствующей функции принадлежности.

Ориентируясь на выделяемые классы целесообразно в выбираемые схемы лечения вводить соответствующие контрагентные медикаментозные составляющие: антиагреганты + сулодексид и (или) НМГ, антиагреганты + НМГ + солкосерил, что позволяет снизить количество ампутаций при КИНК на 65 % и для 80 % больных обеспечить социальную адаптацию с выполнением желаемых функций.

Полученные математические модели следует использовать в медицинской практике сосудистых хирургов и ангиологов как в виде программного обеспечения смартфонов и планшетных компьютеров так и в составе мощных систем поддержки принятия решений, включая телемедицинские системы.

Конкретные примеры реализации способа:

Пациент А

Исходные значения признаков

31; 31; 31; 30. 85; 85; 85; 84. D=0,51; T=380; L=5; F=3.

Рассчитываемые показатели

0; 0; 0; 0; STR=0; 0; 0; 0; 0; 0; =0; 0; =0; =0;

Результаты: Пациент А либо не имеет гангрены нижних конечностей, либо он имеет легкую степень тяжести, которая может быть подтверждена или опровергнута дополнительными исследованиями, либо повторным наблюдением.

Пациент Б

Исходные значения признаков

30; 251; 24; 23. 85; 65; 60; 55. D=0,71; T=400; L=12; F=3,7.

Рассчитываемые показатели

0; 0,13; 0,2; 0,27; STR=0,04; 0; 0,13; 0,2; 0,271; 0,271; =0,8; 0,2; =0; =0;

Результаты: Пациент Б либо имеет легкую степень тяжести ГНК, но появляются предпосылки перехода в класс средней тяжести.

Пациент В

Исходные значения признаков

35; 20; 15; 14. 90; 54; 50; 40. D=1,1; T=420; L=13; F=4,3.

Рассчитываемые показатели

0; 0,38; 0,63; 0,72; STR=0,25; 0; 0,4; 0,66; 0,75; 0,75; =0; 0; =1; =0;

Результаты: Пациент В имеет тяжелую степень тяжести ГНК.

Пациент Г

Исходные значения признаков

31; 31; 15; 140. 85; 85; 40; 20. D=1,5; T=440; L=15; F=5,1.

Рассчитываемые показатели

0; 0; 0,68; 0,91; STR=0,44; 0; 0; 0,74; 0,93; 0,93; =0; 0; =0; =1;

Результаты: Пациент Г находится в критическом состоянии.