Software & Systems

Типичной задачей, возникающей перед медиками в процессе лечения, является выбор тактики лечения с учетом медико-биологических и социальных особенностей пациента и прогнозирование исхода заболевания. Очевидно, что решение этой задачи может быть получено в результате анализа опыта лечения большого числа пациентов. Этот опыт в концентрированном виде сосредоточен в массивах информации, в огромных объемах накопленной медицинскими учреждениями.

Приведем описание и структуру программного комплекса, предназначенного для прогнозирования исхода болезни и выбора тактики лечения на примере псориаза – хронического рецидивирующего кожного заболевания.

Псориаз является общесистемным заболеванием, для лечения различных клинических форм которого пока не разработано единого подхода, учитывающего возрастные, психофизиологические и социальные особенности пациентов [1]. Еще недавно было принято считать, что при хроническом заболевании достаточно поддерживать в норме основные клинические показатели, а вопрос о том, насколько полноценна при этом жизнь пациента, не рассматривался вообще. Сейчас для повышения качества жизни больного лечащий врач должен иметь возможность достоверно прогнозировать исход заболевания при различных методах и тактиках лечения и в случае необходимости совместно с пациентом принимать решение о выборе лечения, обеспечивающего смещение обострения заболевания по времени без общего ухудшения состояния больного.

Для решения поставленной задачи разработан программный комплекс прогнозирования результатов лечения и выбора тактики лечения на основе анализа и обработки многомерных разнотипных массивов медико-биологической информации. При обработке информационных массивов использована новая информационная технология [2], сочетающая как классические статистические методы, так и эвристические методы анализа данных.

В состав программного комплекса входят база данных и пакет программных модулей (рис. 1). Взаимодействие пользователей с программным комплексом осуществляется через графический пользовательский интерфейс.

База данных состоит из набора связанных таблиц (входные данные, результаты обработки, справочники) и представляет собой массивы медико-биологической информации о больных, методах и результатах их лечения. Для структурирования информации используется реляционная модель, позволяющая естественно отобразить данные в таблице типа «объект–свойство». Массивы данных хранятся в электронных таблицах формата Excel. Данные разнотипные, часть из них измеряется в количественных, а часть – в качественных (номинальных, порядковых) шкалах. Предварительно проводится подготовка исходных данных, которая включает в себя выявление и устранение аномальных и пропущенных значений, дублирующих и противоречивых записей о больном, формализацию данных. Качественные параметры – клиническая форма, стадия, сезонность заболевания и ряд других – сводятся к набору бинарных величин. Параметры, которые имеют число градаций более двух, редуцируются в набор бинарных величин.

Пакет состоит из модуля расчета весовых коэффициентов входных параметров больных и модуля прогнозирования неизвестных выходных параметров нового больного по его известным входным данным. Программные модули реализованы в среде визуального объектно-ориентированного программирования C++Builder 6. Для обмена данными между электронной таблицей и программными модулями используется механизм автоматизации технологии OLE (Object Linking and Embedding) [3]. При разработке комплекса использовался модульный объектно-ориентированный подход, позволяющий создавать легко модифицируемые прикладные программы по технологии RAD (Rapid Application Development). Строгое соблюдение модульности в сочетании с принципом скрытия информации позволяет проводить модификацию любого модуля комплекса, не затрагивая остальных его частей. Для внешних потребителей доступен только защищенный от несанкционированного изменения пользовательский интерфейс, который создан на основе редактора форм в среде C++Builder.

Уровень доступа к комплексу настраивается в соответствии с пользовательской ролью и учитывает специфику медицинских учреждений и уровень компьютерной грамотности потенциальных пользователей.

Предусмотрен защищенный иерархический доступ к базам данных и программным модулям следующим категориям пользователей: врач, администратор, разработчик.

Врач вводит, редактирует и сохраняет исходные данные новых больных и получает результат расчета прогнозируемых параметров при выбранном методе лечения, просматривает данные больных, завершивших курс лечения и имеющих схожие с новым больным показатели.

Администратор обновляет и поддерживает базы данных, обеспечивает выполнение расчетных процедур по подбору весов входных параметров для различных комбинаций качественных величин медико-биологических данных.

Рис. 1. Структурная схема программного комплекса

Разработчик имеет полный доступ к программному комплексу и возможность модифицировать программный код.

Пользовательский интерфейс обеспечивает ввод исходных данных и представление результатов расчета (рис. 2).

Рис. 2. Процедуры, реализуемые пользовательским интерфейсом

Интерфейс программы ввода исходных данных представляет собой многостраничную панель, состоящую из четырех снабженных закладками страниц: «Данные больного», «Список больных», «Выбор параметров», «Служебная информация».

Интерфейс программы представления результатов расчета также построен на основе многостраничной панели и состоит из трех страниц: «Результаты расчета весовых коэффициентов», «Результаты прогноза», «О программе».

При запуске программного комплекса на экране появляется диалоговое окно «Режим доступа», в котором пользователь c учетом своего статуса (врач, администратор, разработчик) выбирает режим доступа к пакету и информационную базу данных, используемую в текущем сеансе. После выбора указанных полей пользователь может продолжить процесс запуска или нажать кнопку «Отмена» для завершения сеанса. Справочный раздел позволяет перейти к описанию решаемых пакетом задач и медико-биологических данных, хранящихся в информационных базах. После завершения работы в этом окне на экран буден выведен стандартный диалог «Авторизация доступа», в котором пользователю необходимо ввести свой пароль для продолжения процесса авторизации или отказа от него.

Если в выпадающем списке «Статус» диалогового окна «Режим доступа» выбрано «Врач», на экран выводится страница «Данные больного». Здесь врач может ввести индивидуальные сведения о больном, такие как анамнез, клинико-функциональные, метаболические, иммунологические показатели, сопутствующие заболевания. На странице также предусмотрен раздел, куда заносятся результаты лечения. После завершения лечения все данные о больном, включая результаты лечения, передаются в информационные базы данных и включаются в обучающие выборки. Это обеспечивает постоянное увеличение обрабатываемой информации и рост достоверности прогнозируемых параметров. Предусматривается работа врача со списком больных, проходящих лечение в настоящее время, данные этих больных выводятся в таблицу на странице «Список больных». Здесь врач может просматривать список своих пациентов, выбирать конкретного больного из списка для просмотра и редактирования его данных.

После заполнения или редактирования полей страницы «Данные больного» и последовательного выбора операций «Сохранить» и «Продолжить» врач переходит на страницу «Выбор параметров». Эта страница имеет четыре раздела: «Тип задачи», «Метод лечения», «Параметры исхода лечения» и «Параметры разбиения выборки на подвыборки по качественным признакам».

Раздел «Тип задачи» определяет режим работы комплекса и выбор программного модуля, который будет активирован. Врачу на этой странице доступны два раздела: «Метод лечения» и «Параметры исхода лечения». Здесь он выбирает тактику лечения пациента и параметр исхода лечения, прогноз которого ему (а может быть, и больному) хотелось бы получить. Если врач прогнозирует сразу несколько параметров исхода лечения, он должен ввести коэффициент значимости для каждого прогнозируемого параметра.

После заполнения страницы «Выбор параметров» врач переходит на страницу «Результаты прогноза». Выбор операции «Прогноз» инициирует вывод расчетных прогнозируемых параметров исхода лечения и ранжированного списка пациентов, проходивших лечение ранее и имевших сходные с новым больным характеристики заболевания. После этого врач может вернуться на предыдущие страницы для редактирования данных и получения нового прогноза или завершить работу приложения.

Если в выпадающем списке «Статус» диалогового окна «Режим доступа» выбрано «Администратор», пользователь сразу попадает на страницу «Выбор параметров», где, помимо выбора метода лечения и параметров исхода лечения, ему доступен раздел, в котором задаются ограничения на объем и количество локальных информативных массивов для различных комбинаций качественных величин медико-биологических данных. Выбор ограничений зависит в основном от технических характеристик и структуры вычислительного комплекса, на котором работает описываемый программный продукт. После перехода на страницу «Результаты расчета весовых коэффициентов» администратор может запустить алгоритм обучения, позволяющий вычислить вес входных параметров больных, находящихся в информационных массивах. Расчет весовых коэффициентов проводится с использованием метода Монте-Карло для экстремальных задач функции многих переменных, что дает возможность прервать работу алгоритма, нажав кнопку «Остановить расчет», а затем в любое время его продолжить, нажав кнопку «Расчет» (что позволяет выполнять расчет весовых коэффициентов в те интервалы времени, когда комплекс не занят врачом). Алгоритм обучения работает с каждым информативным подмножеством больных последовательно. Текущие результаты решения экстремальной задачи, общее количество итераций, количество последних непродуктивных итераций и время работы алгоритма выводятся в таблицу экранной формы. Полученное решение (текущий набор весовых коэффициентов) используется врачом при прогнозиро- вании.

Если в выпадающем списке «Статус» диалогового окна «Режим доступа» выбрано «Разработчик», открыт доступ ко всем страницам интерфейса и к программному коду. Поля страницы «Служебная информация» используются для установки и изменения паролей пользователей, просмотра информационных массивов, экспорта и импорта данных.

Предусмотрены возможность последовательной работы на одном компьютере нескольких врачей и решение вспомогательной задачи (расчет весовых коэффициентов).

Программный комплекс ориентирован на работу на персональном компьютере под управлением операционной системы Windows, при его разработке учитывались уровень и состояние информационных технологий в современных российских лечебных учреждениях, а также уровень компьютерной грамотности медицинского персонала.

Список литературы

1. Молочков В.А., Бадокин В.В., Альбанова В.И., Волнухин В.А. Псориаз и псориатический артрит. – М.: Изд-во КМК, 2007.

2. Цыганкова И.А. Численный метод прогнозирования исхода заболевания. // Врач и информационные технологии. – 2007. – № 2. – С. 22–25.

3. Архангельский А.Я., Тагин М.А. Программирование в C++Builder 6 и 2006. – М.: Изд-во Бином, 2007.