© М.А. Суворов
УДК 616-08-039.71:681.142.37
Поступила 04.11.2004
Представлена концепция разработки скрининговой системы для обследования и лечения больных и моделирования патологии. При математической оценке информативности методов обследования разработан оптимальный алгоритм ведения больных.
A concept of a screening elaboration for examination and treatment of the patients and the pathology modelling is presented. An optimum algorithm of the patient treatment is elaborated at a mathematical assessment of the examination method informity.
Многочисленные исследования, проведенные в России и за рубежом, указывают на высокую распространенность заболеваний сердечнососудистой системы, прежде всего ИБС и артериальной гипертензии (АГ), неспецифических заболеваний легких, сахарного диабета и др. [1— 4]. Эти заболевания являются причиной высокой смертности и инвалидизации населения, вследствие чего необходимо раннее выявление патологии.
Безусловно, обследование следует начинать с простых методов диагностики и в случае необходимости переходить к более сложным, по специально разработанным алгоритмам, что позволяет снизить экономические затраты при выявлении больных [2, 4]. Улучшению данной ситуации способствует внедрение автоматизированных систем. Проблема создания эффективных компьютерных моделей связана с поиском оптимальных способов накопления и формализации врачебных знаний и клинического опыта. Следует отметить, что стройной системы обследования больных до настоящего времени не разработано. В какой-то степени решить эту проблему может создание математической многомерной модели внутренней патологии и выбора врачебной тактики. Планирование программы раннего выявления заболевания должно основываться на следующих принципах:
выявляемые заболевания должны быть важной проблемой по критериям частоты, летальности, инвалидизации;
в течении заболевания должна присутствовать латентная стадия, позволяющая своевременно поставить диагноз;
при массовых обследованиях следует использовать точные, доступные и легко применяемые методы диагностики заболевания;
должны существовать эффективные методы лечения и профилактики заболевания.
Нами разрабатывается алгоритм диагностики и моделирования таких заболеваний, как ИБС, АГ, аритмии, неспецифические заболевания легких, сахарный диабет (см. схему).
Настоящая скрининговая система служит для отбора контингента, подлежащего первоочередному обследованию при выявлении различных заболеваний. Система позволяет выделить три основные группы лиц, нуждающихся во врачебном исследовании, когда существуют высокая вероятность наличия заболевания; высокий риск заболевания; высокая вероятность отсутствия болезни.
На первом уровне определяется вероятность патологии; на втором — диагноз заболевания; на третьем уровне проводится дополнительное обследование больных с неясным диагнозом с использованием современных методов диагностики. Широкое применение может получить доврачебный скрининг, обеспечивающий увеличение активного выявления патологии.
Автоматизированный скрининг включает таблицу памяти, носитель информации в виде анкеты в электронном и бумажном вариантах, алгоритм и программу с использованием детерминистской вероятностной логики, теоремы Байеса и технических средств (персональных компьютеров «Пентиум-75» и «Пентиум-4»).
В диагностической программе для раннего выявления различной терапевтической патологии применяется вероятностный алгоритм и математический аппарат теории статистических решений. В заключении анкетного скрининга печатается перечень заболеваний, с вероятностью
развития заболевания и степенью выраженности факторов риска.
Вариант заключения по анкетному скринингу
ИБС - 70%
АГ - 55%
Неспецифические заболевания легких — 20%
Сахарный диабет — 25%
Факторы риска
Курение — 4-я степень
Повышенное артериальное давление — 3-я степень
Излишний вес — 2-я степень
Повышенный холестерин — 2-я степень
Повышение сахара крови — 1-я степень
Решение принимается при достижении диагностического порога. Сформированы обучающая выборка из 2453 и контрольная выборка из 2540 обследуемых. Чувствительность скрининга на обучающей выборке по вероятности развития ИБС — 85,3%, АГ — 85,5%, неспецифических заболеваний легких — 73,7%, сахарного диабета — 84,3%; специфичность ИБС — 76,8%, АГ — 73,5%, неспецифических заболеваний легких — 69,8%, сахарного диабета — 70,5%. На контрольной выборке чувствительность и специфичность несколько ниже.
После анкетного скрининга лицам с высокой вероятностью развития заболевания или риска его возникновения, а также лицам старше 40 лет выполняется автоматизированный электрокардиологический скрининг с помощью системы «Миокард-11, 12».
Автоматизированная система (АС) состоит из электрокардиографа трехканального ф. Fukuda Deashi Cordinax FX-326 U, компьютера Corper Pentium 60, принтера Epson 4x-300, электрокардиоанализатора компьютерного ЭК 12к01 (в компьютере).
Автоматическая система «Миокард-11, 12» предназначена для расшифровки ЭКГ при массовых обследованиях на выявление ИБС, АГ, а также для оказания консультативной помощи врачам, не имеющим достаточного опыта в расшифровке ЭКГ.
Программным путем по врачебной логике идет построение ЭКГ-синдрома. Например, если имеется зубец Q более 0,03 с и отношение R/Q более 25% при сегменте ST выше изолинии на 1—2 мм, выдается диагноз инфаркта миокарда с указанием локализации. Диагностируется 57 ЭКГ-синдромов. На жестком диске компьютера может быть записано 32 тыс. ЭКГ, на дискетах число записей не ограничено.
Усредненный показатель точности автоматической расшифровки ЭКГ составляет более 80%. Наибольшие трудности возникают при диагностике аритмий и гипертрофии желудочков. При расшифровке ЭКГ на компьютере возможны ошибки: пропуск заболевания или, напротив, гипердиагностика синдрома. Чувствительность и специфичность диагностируемых синдромов имеет существенные различия. Так, чувствительность колеблется от 82% при суправентрикулярной экстрасистолии до 95% при Q-инфаркте миокарда передней стенки. Специфичность указанных синдромов соответственно составляет от 76 до 94%.
На печать выдается контрольный милливольт, скорость записи ЭКГ, номер, присвоенный больному в банке данных, Ф.И.О. больного, год рождения, дата исследования, адрес, конституция, уровень АД, Ф.И.О. лечащего врача, диагноз, лекарственная терапия (если проводится) и Заключение.
На втором этапе выполняется врачебный осмотр (в качестве примера приводится моделирование ИБС). Использованы современные методы: клиническая характеристика коронарного синдрома на основе опросника, автоматическая расшифровка ЭКГ системой «Миокард-11, 12», велоэргометрия, мониторирование ЭКГ по Холтеру и некоторые другие виды исследований.
При построении математической модели использованы как относительно простые вероятностно-статистические описания ИБС, так и более сложные математические приемы в виде коррелятивных связей, дискриминантного, регрессивного и факторного анализа.
Для изучения особенностей болевого коронарного синдрома у 40 больных ИБС проведено сопоставление клиники и коронарографии. Наиболее тяжелые приступы стенокардии отмечены при сужении общего ствола левой коронарной артерии (ЛКА). Стенокардия по строгим критериям имела место в 97,5% случаях начиная со 2-й степени сужения ствола ЛКА. Провоцирующим моментом стенокардии являлась физическая нагрузка небольшой мощности (менее 70 Вт). Характер и тяжесть стенокардии при поражении правой межжелудочковой перегородки зависит от степени ее сужения. Стенокардия по строгим критериям при сужении огибающей ветви ЛКА наблюдалась только в 9% случаев. У больных нередко имеется сужение двух и более ветвей коронарных артерий. При выключении коронарного русла на 50% стенокардия по строгим критериям имела место в 21% случаев, от 51 до 75% - у 65% больных, более 75% - у 92,4% больных. Отмечена прямая зависимость между величиной суммарного выключения коронарного русла и суточной дозой нитроглицерина. Больным стенокардией с выключением коронарного русла до 50% требуется до 5 таблеток нитроглицерина в сутки, от 51 до 75% — до 15 таблеток, более чем на 75% — 20 и более таблеток нитроглицерина.
Проба с физической нагрузкой является доступным и информативным методом диагностики ИБС. Максимальная мощность переносимой физической нагрузки у больных стенокардией по нестрогим критериям составляет 744±23,0 кг/м; у больных стенокардией по строгим критериям — 492±25 кг/м (р Мониторирование ЭКГ по Холтеру позволяет повысить качество диагностики ИБС. Показанием к применению мониторирования по Холтеру следует считать болевой синдром, при котором больному по каким-либо причинам нельзя выполнить велоэргометрическую пробу, или когда она не доведена до конечных точек. У больных стенокардией по строгим критериям значительно чаще, чем при нестрогих критериях стенокардии, наблюдается болевая депрессия сегмента ST (73,7% против 25,8%), количество депрессий за сутки составило 4,7±0,9 и 1,7+0,6. Преходящий подъем сегмента ST отмечен у 19,7% больных стенокардией по строгим критериям и только у 9,7% больных стенокардией по нестрогим критериям, существенных различий по инверсии зубца Т не получено.
Использование алгоритма позволяет определить частоту оптимальной обращаемости к методам обследования при диагностике ИБС (табл. 1).
По вероятностной логике с помощью математических методов исследования определены диагностические коэффициенты методов исследования (табл. 2).
Разделение больных стабильной стенокардией напряжения на функциональные классы по результатам клинико-инструментального обследования является очень важным фактором для выбора дифференцированной терапии, выяснения трудоспособности и прогноза. Для определения степени тяжести ИБС проведен клинический и математический анализы таких показателей, как суточная доза нитроглицерина, максимальная мощность переносимой нагрузки, двойное произведение (частота сердечных сокращений х систолическое АД), суммарное выключение коронарного русла, конечно-систолическое и конечно-диастолическое давление в левом желудочке. Стратификация пациентов по функциональным классам стенокардии напряжения представлена в табл. 3.
Суточная доза нитроглицерина имеет отчетливую прямую корреляционную связь (r>0,9) у больных с различными функциональными классами стенокардии напряжения, что подтверждено и непараметрическими методами (коэффициенты Кендала — 0,4; Спирмена — 0,9607), факторным и регрессионным анализом.
Наиболее информативным неинвазивным тестом диагностики и определения тяжести является проба с физической нагрузкой (диагностический коэффициент — 8,4). Получены достоверные различия максимальной мощности переносимой нагрузки и двойного произведения.
Выявлена прямая корреляционная связь (г>0,9) между максимальной мощностью переносимой нагрузки и двойным произведением. У больных стенокардией напряжения I ФК достигнута максимальная мощность — 152±2,86 Вт, тогда как у больных стенокардией IV ФК — только 30±3,1 Вт. При I ФК стенокардии напряжения двойное произведение составляло 281+ 14,3, тогда как при IV ФК — только 159±8,2.
Пошаговая регрессия дала убедительное разграничение функциональных классов стенокардии по мощности переносимой нагрузки и двойному произведению, подтвердила, что регрессионная модель адекватна экспериментальным данным. Безусловно, функциональный класс стенокардии во многом зависит от локализации, характера и степени поражения коронарных артерий. Поэтому проведено сопоставление функционального класса стенокардии и суммарного выключения коронарного русла.
Корреляционный анализ показал высокую зависимость между функциональным классом стенокардии и суммарным выключением коронарного русла (r=0,77—0,95). Данная гипотеза убедительно подтверждена пошаговой регрессией и спектральным анализом.
С учетом того, что стенокардия сочетается с проявлениями сердечной недостаточности, проанализированы результаты зондирования полостей сердца. Это положение подтверждается исследованием конечно-диастолического давления в правом и левом желудочках. Так, конечно-диастолическое давление в левом желудочке при I ФК составило 13,9±1,73 мм рт. ст., при II ФК — 15,4±2,7 мм рт. ст., при III ФК - 23,7±2,4 мм рт. ст., при IV ФК — 28,1±4,76 мм рт. ст. Также у больных стенокардией нарастает конечно-диастолическое давление в правом желудочке. У больных стенокардией I ФК оно составляет 9,0±0,86 мм рт. ст., II ФК- 10,1±0,93 мм рт. ст., III ФК14,2±1,24 мм рт. ст., IV ФК - 16,8± 4,3 мм рт. ст.
Таким образом, внедрение автоматизированных скрининговых систем способствует более быстрому обследованию лиц и прежде всего групп с риском развития патологии, что особенно важно в условиях ограниченных экономических средств. Математические методы наиболее точно определяют диагностическую эффективность использованных методов.
