Повышение эффективности инсулинотерапии больных сахарным диабетов 1 типа методами многомерного статистического анализа и активного планироваия эксперимента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат медицинских наук Шамсутдинов, Сергей Хайдарович

• Шамсутдинов, Сергей Хайдарович
• кандидат медицинских наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат медицинских наук Шамсутдинов, Сергей Хайдарович

Список сокращений.

Общая характеристика работы.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Сахарный диабет.

12. Осложнения сахарного диабета.

1.3. Рациональная инсулинотерапия.

1.4. Контроль и самоконтроль уровня гликемии.

1.4.1 .Основные принципы контроля уровня гликемии.

1.4.2.Портативные глюкометры - основное средство самоконтроля уровня гликемии.

1.5. Методы формализации изучаемых процессов.

1.6 Использование системного анализа и методов моделирования для повышения эффективности прогнозирования развития заболевания и рационализации тактики лечения.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Модель компенсации сахарного диабета.

2.3. Материалы и методы исследования.

Глава 3. разработка методики мониторинга эффективности и оптимизация инсулинотерапии средствами самоконтроля больных сахарным диабетом и системного анализа.

3.1. Выбор информативного комплекса признаков (сокращение признакового пространства).

3.1.1. Формулировка проблемы.

3.1.2. Канонический корреляционный анализ.

Математическая модель.

Постановка эксперимента.

Выбор списков переменных.

Парные корреляции признаков.

Канонический корреляционный анализ экперименталъных данных

3.1.3. Снижение размерности факторного пространства (редукция).

3.2. Разработка алгоритма выбора оптимального дозирования инсулина методами математического планирования эксперимента.

3.2.1 .План эксперимента.

3.2.2. Подбор дозы инсулина.

3.2.3. Анализ результатов исследования выборки больных с использованием таблиц сопряженностей.

3.3. Разработка алгоритма проведения мониторинга инсулинотерапии средствами статистического контроля процессов.

3.3.1. Формулировка проблемы.

3.3.2. Математическая модель мониторинга при самоконтроле.

3.3.3. Инструментарий X-R контрольной карты.

3.3.4. Алгоритм применения контрольных карт для мониторинга эффективности инсулинотерапии.

Глава 4. Информационная технология мониторинга эффективности инсулинотерапии.

4.1. Описание экспертной системы «Диабет-эксперт».

4.1.1. «Электронный дневник самоконтроля».

4.1.2 Исследовательский модуль экспертной системы.

4.1.3 Экспертный модуль.

4.3. Сравнительный анализ результатов применения системы мониторинга инсулинотерапии.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности инсулинотерапии больных сахарным диабетов 1 типа методами многомерного статистического анализа и активного планироваия эксперимента»

Актуальность исследования. Сахарный диабет является одним из наиболее распространенных заболеваний, составляющим в структуре общей заболеваемости населения 4-5 %. В 1992 году ВОЗ выделила его как эпидемию неинфекционного заболевания, приводящей к ранней инвалидности и высокой смертности. В 2006 году ООН приняло Декларацию об эпидемии сахарного диабета и необходимости целенаправленной борьбы с ней.

Несмотря на то, что сахарный диабет не излечивается полностью, важнейшая задача системы здравоохранения состоит в том, чтобы дать пациенту возможность вести полноценный образ жизни и иметь при этом хорошую клиническую компенсацию заболевания, то есть дать почувствовать себя здоровым. Основные решения по лечению (управлению) заболеванием принимаются самим пациентом и его семьей при поддержке медицинского персонала. Индивидуальный подход к больному диабетом совершенно необходим. Он помогает избежать осложнений и кризисных ситуаций.

Управление диабетом состоит из обучения, планирования питания, физических нагрузок, введения инсулина и/или приема таблеток и из обязательного контроля (самоконтроля). В соответствии с планом питания подбирается индивидуальная доза инсулина или таблетированных препаратов. Но оценить соответствие плана питания и дозы сахаропонижающих препаратов возможно лишь при проведении контроля.

Широкое использование современных методов самоконтроля сахарного диабета затруднено наличием плохо исследованных вопросов. Во-первых, это решение некоторых теоретических проблем, таких как обработка больших массивов данных и оценка точности прогностических моделей. Во-вторых, это задача создания удобного и эффективного инструментария (алгоритмов, методик, программного обеспечения) для практического использования врачами и пациентами. И, в-третьих, это разработка методологии при6 менения методов системного и статистического анализа для обработки результатов самоконтроля. Три эти вопроса и были главной целью представленного исследования, они же и определяют актуальность исследования для современной эндокринологии.

В настоящей работе обобщены результаты исследований, выполненных автором в рамках основных научных направлений ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Биомедкибернетика и компьютеризация в медицине» и «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка методики оценки эффективности инсулинотерапии больных сахарным диабетом и методическое обеспечение процессов контроля (самоконтроля) при оптимизации лечебных эффектов.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи: исследовать и проанализировать особенности математического и информационного обеспечения процессов самоконтроля и вопросы оптимизации инсулинотерапии у больных сахарным диабетом I типа, дать характеристику методам оценки качества и эффективности инсулинотерапии на основе систематического мониторинга; оценить эффективность оптимизации суточных дозировок инсулина больным сахарным диабетом I типа; разработать систему мониторинга эффективности инсулинотерапии на основе статистических контрольных карт; реализовать разработанные алгоритмы и модели в рамках компьютерной системы поддержки принятия решений и провести апробацию в клинических условиях.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались клинические методы, основные положения теории системного анализа, управления и обработки информации в медицинских системах, многомерного статистического анализа, математического и компьютерного моделирования, экспертного оценивания.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены представительностью выборки, обширностью первичного материала, тщательностью его качественного и количественного анализа, системностью исследовательских процедур, применением современных методов статистической обработки информации.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: методика мониторинга эффективности и качества инсулинотерапии больных сахарным диабетом I типа на основе методов статистического контроля процессов; методика оптимизации суточных дозировок инсулина, позволяющий повысить эффективность проводимой терапии с использованием методов активного планирования эксперимента; информационно-автоматизированная система поддержки принятия решений при выборе тактики лечения, основанная на количественных результатах самоконтроля при инсулинотерапии; алгоритм процедуры оценки содержания глюкозы крови, позволяющий сократить количество ежедневных измерений содержания глюкозы в крови без потери клинической информативности с использованием метода канонического корреляционного анализа зависимости между суточными дозировками инсулинов короткого и продлённого действия и гликемией; регрессионная модель гликемии, позволяющая минимизировать суточные дозы инсулина.

Практическая значимость и результаты внедрения. Предложена структура и программная реализация системы поддержки клинико-диагностических решений врача интегрирующая модели повышения эффективности и выбора тактики самоконтроля при инсулинотерапии на основе методов математической статистики, системного анализа и многомерного статистического моделирования.

Проведена клиническая апробация предложенного подхода, подтвердившая эффективность выбора тактики самоконтроля на основе разработанных прогностических моделей.

Основные теоретические и практические результаты реализованы и внедрены в виде программного комплекса в клиническую практику общетерапевтического отделения Воронежской городской клинической больницы скорой медицинской помощи № 1; эндокринологического отделения Воронежской городской клинической больницы № 10 "Электроника"; кардиологического и общетерапевтического отделений Воронежской городской клинической больницы № 3; эндокринологического отделения Воронежской областной клинической больницы; терапевтического отделения стационара Медико-санитарной части ФСБ РФ по Воронежской области.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, съездах, симпозиумах и конгрессах: IV Международной научно-практической конференции «Обеспечение экологической безопасности в чрезвычайных ситуациях» (Воронеж, 2008); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2008), III Всероссийской конференции молодых учёных (Воронеж, 2009), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инновационных систем информатизации и безопасности» (Воронеж, 2009); научно-практическом семинаре «Проблемно-ориентированные системы управления»

Воронеж, 2007-2009); научно-методическом семинаре кафедры «Системный анализ и управление в медицинских системах» ВГТУ (Воронеж, 2007-2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из 4 глав объемом 122 страниц, списка литературы из 199 источников. Содержит в основном тексте 13 рисунков, 12 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Шамсутдинов, Сергей Хайдарович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе сформулированы и обоснованы научные результаты, связанные с проблемой повышения эффективности мониторинга инсулинотерапии больных сахарным диабетом I типа. Проблема решена с единых методологических позиций, учитывающих взаимосвязь и взаимодействие пациента, врача и математических, алгоритмических и технических средств компьютерных систем интеллектуальной поддержки терапевтических решений.

В ходе выполнения диссертации разработаны алгоритмы информационной технологии мониторинга. системы контроля качества инсулинотерапии больных сахарным диабетом, включающие математическое планирование эксперимента и применение многомерных методов статистического анализа.

В результате можно сделать следующие выводы:

1. Разработана методика решения задачи повышения эффективности инсулинотерапии больных сахарным диабетом I типа в результате обзора методов интеллектуальной поддержки врача при принятии врачебных решений и анализе их недостатков.

2. Проведен выбор типа математического моделирования для решения задачи оптимизации процесса самоконтроля при инсулинотерапии больных сахарным диабетом I типа с учётом характера признаков, подлежащих анализу.

3. Проведена оценка оптимизации лечебных и профилактических мероприятий на основе показателей, характеризующих процесс инсулинотерапии.

4. Научно обосновано применение методов многомерного статистического анализа данных и активного планирования эксперимента в качестве основы математического моделирования процесса самоконтроля при инсулиноте-рапии больных сахарным диабетом I типа.

5. Экспериментально изучена количественная взаимосвязь между схемой инсулинотерапии и содержанием глюкозы в крови.

6. Разработано программное и информационное обеспечение комплекса для самоконтроля при инсулинотерапии больных сахарным диабетом I типа.

7. Показана эффективность и статистическая достоверность разработанных положений о процессе самоконтроля больных сахарным диабетом I типа.

8. Реализован модульный программный комплекс, соответствующий современным требованиям технологии "клиент-сервер". Процесс проектирования выполнен при использовании CASE-средств, входящих в поставку среды разработчика, что способствует устойчивости системы к исключительным ситуациям, возможности интеграции с другими комплексами за счет использования стандартизированных механизмов OLE, реализованных на программной платформе Windows, возможности дальнейшего наращивания функциональности комплекса без внесения существенных изменений в структуру программного комплекса.

Список литературы диссертационного исследования кандидат медицинских наук Шамсутдинов, Сергей Хайдарович, 2009 год

1. Айвазян С.А. Классификация многомерных наблюдений / С.А. Айвазян, З.И. Бежаева, О.В. Староверов. М.: Статистика, 1974. -147 с.

2. Айвазян С.А. Прикладная статистика и основы эконометрики: учебник для вузов / С.А. Айвазян, B.C. Мхитарян. М.: ЮНИТИ, 1998. -1022 с.

3. Айвазян С.А. Прикладная статистика: основы моделирования и первичная обработка данных / С.А. Айвазян, B.C. Мхитарян. -М.: Статистика, 1983.-487 с.

4. Алгоритмы диагностики и лечения болезней эндокринной системы /под ред. И.И. Дедова. — М.: Latvijac enciklopedia, 1995. 256 с.

5. Алгоритмы специализированной медицинской помощи больным сахарным диабетом / под ред. И.И.Дедова, М.В.Шестаковой. изд.З, до-пол. - М.: Медиа Сфера, 2007. - 112 с.

6. Александров В.В. Алгоритмы и программы структурного метода обработки данных/ В.В. Александров, Н.Д. Горский Л.: Наука, 1983- 209 с.

7. Александров В.В. Анализ данных на ЭВМ (на примере системы СИТО)/ В.В. Александров, А.И. Алексеев, Н.Д. Горский. М.: Финансы и статистика, 1990.-192 с

8. Аметов А.С. Перспективы влияния гипотензивной терапии на патогенетические механизмы синдрома инсулинорезистентности/ А.С. Аметов, Т.Ю. Демидова, Л.В. Смагина. // Проблемы эндокринологии. 2005-Т.51, №1.-С. 34-40.,

9. Аметов А.С. Перспективы развития диабетологии/ А.С.Аметов // Тер. архив. 2005. - № 10. - С. 5-9.

10. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. М.: Физматгиз, 1963. - 500 с.

11. Антономов Ю.Г. Моделирование биологических систем / Ю.Г. Ан-тономов. Киев, 1977. - 156 с.

12. Анфилатов B.C. и др. Системный анализ в управлении: Учеб. пособие / B.C. Анфилатов, А.А. Емельянов, А.А. Кукушкин; Под ред. А.А. Емельянова. — М.: Финансы и статистика, 2002. 368 с.

13. Аристархова М. М. Математическая оценка влияния различных факторов на развитие диабетической микроангиопатии / М. М. Аристархова, В.К. Беликов, Б.Б. Салтыков. // Вестник новых медицинских технологий. 1999. - Х2 3 4. - С. 27 -29.

14. Артериальная гипертензия и сахарный диабет / A.M. Шилов и др. / Российские медицинские вести. 2004. - №1. - С. 17-22.

15. Астахов Ю.С. Естественное прогрессирование диабетической ретинопатии / Ю.С. Астахов, Ф.Е. Шадричев, А.Б. Лисочкина // Тезисы докладов 7 Съезда офтальмологов России.- М., 2000. -Т. 1.- С. 412— 413.

16. Астахов Ю.С. Диабетологические центры новый этап в создании специализированной помощи больным с диабетической ретинопатией/ Ю.С. Астахов, Ф.Е. Шадричев// Клиническая офтальмология. - 2001. -Т. 2, №4.-С. 3-15.

17. Астахов Ю.С. Проблемы диагностики и лечения диабетической ретинопатии/ Ю.С. Астахов, Ф.Е. Шадричев, А.Б. Лисочкина // Ученые записки СПбГМУ им. акад. И.П.Павлова.- СПб, 1997.- С.74-81.

18. Афифи А., Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. -М.: Мир. 1982. 488 с.

19. Ахунбаев М.И. Диабетическая ангиопатия нижних конечностей и диабетическая стопа / М. И. Ахунбаев, А. П. Калинин, Д. С. Рафибеков. -Бишкек, 1997.- 86 с.

20. Баев А.А., Грищенко В.И., Козлов Д.Н. Методы организации и обработки баз знаний. Киев: Наукова думка.-1993.-246с.110

21. Балаболкин М.И. Диабетология/ М.И.Балаболкин. М.: Медицина, 2000. - 672с.

22. Балаболкин М.И. Дифференциальная диагностика и лечение эндокринных заболеваний: руководство / М.И.Балаболкин, Е.М.Клебанова, В.М.Креминская. М.: Медицина, 2002. - 752с.

23. Балаболкин М.И. Лечение сахарного диабета и его осложнений: Руководство для врачей / М.И.Балаболкин, Е.М. Клебанова, В.М. Кремин-ская. М.: Медицина, 2005. - 512с.

24. Балаболкин М.И. Патогенез ангиопатий при сахарном диабете / М.И.Балаболкин, Е.М.Клебанова, В.М.Креминская // Сахарный диабет. 1999. - № 1(2). - С. 2-9.

25. Балаболкин М.И. Патогенез и механизмы развития ангиопатий при сахарном диабете / М.И. Балаболкин, Е.М. Клебанова, В.М. Креминская // Кардиология.- 2000.- №10.- С.96.

26. Балаболкин М.И. Полноценная жизнь при диабете / М.И.Балаболкин, Е.М.Клебанова, В.М.Креминская. М., 2004. - 115с.

27. Балаболкин М.И. Эндокринология: учебник / М.И. Балаболкин -М.,1998. 582с.

28. Барра Ж. Основные понятия математической статистики/ Ж. Барра. -М.: Мир.-275 с.

29. Беллман Р. Математические модели в медицине / Р. Беллман. М.: Мир, 1987.-208с.

30. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок.-М.: Статистика.-1980.-263с.

31. Биологическая и медицинская кибернетика: Справочник / Минцер О.Г., Угаров Б.Н., Попов А.А. и др. -Киев: Наукова думка.-1986.- 374с.

32. Бир С. Наука об управлении. -М.:Энергия, 1971. 112 с.

33. Благосклонная Я.В. Эндокринология: учебник для мед. вузов/ Я.В. Благосклонная, Е.В.Шляхто, А.Ю.Бабенко СПб.: Спецлит, 2007. - 400 с.111

34. Богданович Б.Л. Интенсивная и неотложная терапия в эндокринологии / Б.Л.Богданович. Н. Новгород: НГМА, 2000. - 324с.

35. Болезни органов эндокринной системы: руководство для врачей / под ред. акад. РАМН И.И.Дедова. М.: Медицина, 2000. - С. 149-251.

36. Боровиков В. П. Популярное введение в программу STATISTICA / В.П. Боровников . Компьютер Пресс, 1998- 254 с.

37. Боровиков В.П., Боровиков И.П. Statistica. Статистический анализ и обработка данные в среде Windows. М.: Информационно-издательский дом «Филин», 1997. - 608 с.

38. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. -М.: Сов. радио, 1958. 215 с.

39. Вучков И. Прикладной линейный регрессионный анализ. М.: Мир, 1987. - 238 с.

40. Выявление экспертных знаний / О.И.Ларичев и др.- М.: Наука, 1989.- 192 с.

41. Галстян Г.Р. Хронические осложнения сахарного диабета: этиопатогенез, клиника, лечение / Г.Р. Галстян // Российский медицинский журнал. 2002.- № 27, Т.10. - С. 23-3 1 .

42. Генкин А.А Новая информационная технология анализа медицинских данных (программный комплекс ОМИС) / А.А. Генкин. СПб.: Политехника, 1999.- 191с.

43. Гланц С. Медико-биологическая статистика / С.Гланц. М: Практика, 1999.-459с.

44. Глинский В.В., Ионин В.Г. Статистический анализ. Учебное пособие. Издание 2-е, переработанное и дополненное. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 1998. 264 с.

45. Горский В.Г. Планирование кинетических экспериментов. М.: Наука, 1984.-241 с.46.49,50,5152,53,54