Наблюдаемый, несколько контролируемый, но, в настоящее время, не приемлемо управляемый уровень заболеваемости злокачественными новообразованиями в различных ареалах распространения, обусловливает проблему противораковой борьбы как приоритетное направление научной и практической медицины. Здоровье людей в этом случае во многом определяется самочувствием и репродуктивными функциями женщин [6].
В рассматриваемо аспекте, рак яичников является одним из наиболее распространенных и психологически уязвимых заболеваний онкогинекологической природы, занимая в мировой статистике первое место в структуре причин смерти женщин от онкологических патологий [8]. Пятилетняя наблюдаемая выживаемость по данному заболеванию составляет 93 %, если удается обнаружить рак яичников и провести адекватную терапию до распространения опухоли за пределы органа, – но на ранних стадиях выявляется менее, чем в 20 % случаев [8]. В связи с этим, актуальность проблема диагностики онкологии яичников постоянно присутствует как одна из наиболее сложных задач онкогинекологии, поскольку существующие диагностические тесты (включая применение онкомаркеров) [7] не обладают приемлемой специфичностью на ранних стадиях развития.
Разрешению указанной проблемы способствует проектирование и эксплуатация автоматизированных систем поддержки принятия решений превентивного скрининга, представляемые в виде специализированных экспертных систем (ЭС), позволяющего на основе результатов тестового опроса населения и анализа крови, полученных в процессе планово проводимой государством диспансеризации [9], формировать рекомендации о ходе дальнейшего обследования. При этом на доклиническом этапе (превентивной медицины) первичного осмотра населения оценивается риск наличия заболевания.
В частности, в работе [1] показано, что развитие злокачественных новообразований детерминируется рядом показателей крови, полученных в ходе иммуноферментного анализа. Это обусловливает применение в специализированных ЭС характеристик состава крови как соединительной ткани, несущей информацию о всех процессах, протекающих в организме.
Рис. 1. Информационно-аналитическая модель экспертной подсистемы диагностики рака яичников
На рис. 1 представлена информационно-аналитическая модель ЭС скрининг-диагностики рака яичников. Интерфейс 1 осуществляет информационный обмен между пациентом и экспертной подсистемой. Превентивный скрининг рака яичников осуществляется по трем направлениям (с вычислением и указанием значений риска заболевания по каждому): результатам анкетирования по предлагаемому опроснику, значениям ряда показателей крови и концентрации онкомаркера СА-125. Сохранение информации об обследуемом организуется блоком «регистрация информации о пациенте». С помощью интерфейс 2 организуется обмен информацией между когнитологом-администратором и ЭС. Результаты работы ЭС сохраняются в блоке «база данных». Предварительно, на этапе обучения ЭС, идентифицируются решающие диагностические правила продукционного типа в блоке «формирования решающих правил».
Анкета опросника включает в себя 15 вопросов, каждый из которых оценивается определенным количеством баллов. Множества вопросов формировалось согласно общепринятым рекомендациям клинически подтвержденными. Для анализа по показателям крови используются формулы линейного дихотомического дискриминатного анализа, полученные согласно рекомендациям [4] в блоке «построение модели дискриминантной функции» и поступающие в блок «формирования решающих правил». В этот блок так же поступает информация об уровне содержания канцер-антигена СА-125, на основании которой применяется решающие правило для данного направления диагностики.
В итоге, ЭС соотносит человека к классам «Больные» или «Здоровые» по каждому направлению. Эта информация поступает в блок «принятия решения», где осуществляется формирование рекомендаций о необходимости дальнейшего проведения клинического обследования пациента на предмет выявления рака яичников с указанием рисков соотнесения по каждому из направлений Riski, (i = 1,2,3) и его интегрального значения RiskΣ.
Блок «БД скрининга» содержит информацию о прохождении диагностики различных пациентов: значения показателей крови, онкомаркера, результат прохождения опросника для каждого обследуемого. Эта информация также может быть использована для проверки решения, принятого согласно предлагаемым ЭС рекомендациям.
Формирование решающих диагностических правил продукционного типа на этапе обучения осуществлялось следующим образом.
По результатам анкетирования
Первоночально формировалось множество вопросов {Q}, позволяющее проводить превентивный скрининг заболевания на ранних стадиях формирования опухоли. 12 тестовых вопросов имеют три варианта ответов: а) «да, часто» – 2 балла; б) «да, иногда» – 1 балл; в) «нет, никогда» – 0 баллов. (Ответ «да, часто» подразумевает, что жалобы от пациентки поступают 3–4 раза в неделю, «да, иногда» – 1–2 раза в неделю, «нет, никогда» – обследуемая не испытывала указанного в вопросе состояния в сроки от 3 до 6 месяцев). Три вопроса теста (13, 14 и 15) подразумевают бинарные варианты ответов: «да» – 2 балла; «нет» – 1 балл. Диагностическое множество {Q} включает в себя следующие вопросы:
Присутствует у Вас боль в пояснице, области таза? (ответ – Y1); Испытываете Вы тянущие боли в животе? (ответ – Y2); Вам приходилось сталкиваться с острыми болями в животе? (ответ – Y3); Бывают у Вас различного рода парестезии (ощущения онемения, чувства покалывания, ползания мурашек)? (ответ – Y4);
1) Замечали ли вы кровяные выделения из половых путей? (ответ – Y5); Часты ли позывы к мочеиспусканию? (ответ – Y6); Вы испытываете болевые ощущения во время полового акта? (ответ – Y7); Часто у Вас присутствует чувство переедания; метеоризм, вздутие живота? (ответ – Y8); Бывает у Вас тошнота; постоянное несварение желудка? (ответ – Y9); Чувствуете Вы постоянную усталость? (ответ – Y10); Бывают у Вас запоры? (ответ – Y11); Отмечается у Вас одышка в настоящее время? (ответ – Y12); Наблюдается у Вас ухудшение аппетита? (ответ – Y13); Вы замечали в последнее время потерю в массе тела? (ответ – Y14); Наблюдается у Вас увеличение объема талии? (ответ – Y15).
Ответы на вопросы позволяют определить общую сумму баллов Σ. Пациент соотносится к одной из групп с рисками: ««не болен РЯ» (Risk1 ≤ 0,14), «Низкая вероятность наличия заболевания» (0,14 ≤ Risk1 ≤ 0,32), «Необходимо дальнейшее обследование» (0,32 ≤ Risk1 ≤ 0,68), «Высокая вероятность наличия заболевания» (Risk1 > 0,62). Численное значение риска вычисляется согласно идентифицированной по клинически подтвержденным результатам формуле:
Risk1 = 0,225∙Ln(Σ + 1). (1)
Для ЭС продукционного типа при данном аспекте решающие диагностические правила имеют вид (Z – возраст обследуемого в годах):
1. ЕСЛИ (Z ≤ 50)&(3 ≤ х < 9), ТО «не болен РЯ»;
2. ЕСЛИ ((Z > 50)&(3 ≤ х < 17)) or ((Z ≤ 50)&(9 ≤ х < 17)) or ((50 < Z ≤ 69)& (9 ≤ х ≤ 17)&((Y2 = 0)&(Y6 = 0)& (Y8 = 0))), ТО «Низкая вероятность заболевания РЯ»;
3. ЕСЛИ ((50 < Z ≤ 69)&(9 ≤ х ≤ 17)& ((Y2 = 2)&(Y6 = 2)&(Y8 = 2)) or (Z ≥ 70)& (9 ≤ х ≤ 17)) or ((Z ≤ 69)&(17 ≤ х ≤ 30)& ((Y2 = 0)&(Y6 = 0)&(Y8 = 0)), ТО «Необходимо дальнейшее обследование»;
4. ЕСЛИ (Z ≤ 69)&(17 ≤ х ≤ 30)& ((Y2 = 2)&(Y6 = 2)&(Y8 = 2)) or ((Z ≥ 70)& (17 ≤ х ≤ 30)), ТО «Высокая вероятность заболевания РЯ».
По показателям крови
На основе статистического анализа приведенных в [5] показателей крови, применяемых при диагностике рака яичников, согласно проведенным статистическим исследованиям сформировано множество наиболее информативных – {GIB}, которое использовалось для идентификации дискриминантной функции DF({GIB}) ({GIB}={GIB1, GIB2 GIB3}, GIB1 – гемоглобин, GIB2 – моноциты, GIB3 – эонозофилы) вида:
. (2)
Согласно (2), для обследуемых, у которых DF<-0,5 вероятность наличия рака яичника существенно ниже при DF>-0,5. Для вычисления численного значения риска наличия заболевания по клинически подтвержденным данным идентифицирована формула:
, (3)
где
. (4)
Решающие диагностические правила в данном случае имеют вид:
1. ЕСЛИ (DF ≤ – 0,6), ТО «не болен РЯ»;
2. ЕСЛИ (– 0,55 ≥ DF > – 0,6), ТО «Низкая вероятность заболевания РЯ»;
3. ЕСЛИ (– ,55 < DF ≤ – 0,5,) ТО «Необходимо дальнейшее обследование»;
4. ЕСЛИ (DF > – 0,5), ТО «Высокая вероятность заболевания РЯ»;
По онкомаркеру СА-125
Для данного онкомаркера согласно рекомендациям экспертов в ЭС предлагается применять решающие диагностические правила вида:
1. ЕСЛИ (СА-125 < 65), ТО «не болен РЯ»;
2. ЕСЛИ (100 > СА-125 ≥ 65). ТО «Низкая вероятность заболевания РЯ»;
3. ЕСЛИ (1500 > CA-125 ≥ 100,) ТО «Необходимо дальнейшее обследование»;
4. ЕСЛИ (СА-125 ≥ 1500), ТО «Высокая вероятность заболевания РЯ».
Численное значение риска наличия заболевания вычисляется в этом случае по идентифицированной на клинически подтвержденными данными формуле:
, (5)
где
. (6)
На рис. 2 представлены фрагменты поведения функций риска.
а) по результатам анкетирования б) по показателям крови в) по маркеру СА-125
Рис. 2. Поведение функций риска по предлагаемым вариантам обследования
Используя метод аналогий и рекомендации работы [2], интегральное значение риска вычисляется по следующим, последовательно применяемым формулам:
, (7)
где
;
, (8)
где
,
где p – точность вычислений, не превышающая точность выполняемых измерений – рекомендуется р ⊂ [0, 0,1].
В случае если какое-либо из трех обследований не проводилось (или не определялось ему соответствующее значение риска), значение функции риска следует принять равным 0,5 для данного способа исследования. Для формирования итоговых рекомендаций рекомендуется в зависимости от региональной составляющей рассматриваемого заболевания применять минимальный и максимальный пороговые значения рисков для принятия решений о проведении дальнейшей профилактической работы и-или определенного терапевтического воздействия.
Полученные решающие правила формировались на основе субъективных представлений экспертов о решаемом классе задач и клинически подтвержденной информации. Для объективизации полученных результатов проводились статистические испытания решающих правил на репрезентативных контрольных выборках, объемы которых определялись в соответствии с рекомендациями [3] (по 40 человек в каждом классе).
Для рассматриваемых методов превентивного скрининга рака яичников получены следующие значения показателей качества [4]: по опроснику – ДЧ = 0,65, ДС = 0,85, ДЭ = 0,75; по показателям крови – ДЧ = 0,7, ДС = 0,85, ДЭ = 0,78; по онкомаркеру – ДЧ = 0,75, ДС = 0,9, ДЭ = 0,83; при одновременном применении предлагаемых методов – ДЧ = 0,78, ДС = 0,93, ДЭ = 0,85 (ДЧ, ДС, ДЭ – диагностические чувствительность, специфичность и эффективность, соответственно).
Выводы
1. Идентифицированные в процессе исследования диагностические решающие правила превентивного скрининга рака яичников позволяют проектировать соответствующие специализированные экспертные системы с приемлемым качеством ранней диагностики заболевания, что позволяет улучшить медицинское обслуживание населения в процессе массовой диспансеризации и снизить экономические затраты в области его профилактики и лечения.
2. В среднем, рассмотренные показатели качества диагностического процесса с применением предлагаемых правил вывода одновременно по всем направлениям на 8–12 % выше, чем по каждому из них по отдельности.
3. Полученные решающие правила позволяют повысить объективность обследования женщины на предмет выявления рака яичников на ранней стадии развития заболевания в процессе диспансеризации населения без применения дорогостоящих клинических исследований.