2019 год № 1

Хирургия

УДК 616.342-002.44:576.2

П.М. Косенко¹, А.И. Попов², С.А. Вавринчук¹, Г.Д. Сунозова¹

Компьютерная система диагностики язвенного пилородуоденального стеноза

¹Дальневосточный государственный медицинский университет, 680000, ул. Муравьева-Амурского, 35, тел. 8-(4212)-30-53-11, e-mail: rec@mail.fesmu.ru, г. Хабаровск;
²Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, 163002, Набережная Северной Двины, 17, г. Архангельск

Контактная информация: П.М. Косенко, e-mail: kosenko@inbox.ru

Резюме:

Обследовано 57 пациентов с язвенным пилородуоденальным стенозом, разделенных по степени компенсации на 3 группы. Изучение моторики желудочно-кишечного тракта проводилось методом периферической электрогастроэнтерографии по стандартной методике. Установлено, что группа пациентов с субкомпенсированным пилородуоденальным язвенным стенозом является неоднородной по характеру нарушений моторики желудка с наличием переходных типов от компенсации моторики желудка (гипермоторный тип) к декомпенсации (гипомоторный тип). У пациентов с гипермоторным типом моторики желудка отмечено статистически значимое возрастание показателей электрической и перистальтической активности желудка после пищевой стимуляции. У пациентов с гипомоторным типом моторики желудка отмечено снижением этих показателей после пищевой стимуляции. На основе дискриминантного анализа показателей периферической электрогастроэнтерографии была создана математическая модель моторно-эвакуаторных нарушений желудочно-кишечного тракта у пациентов с язвенным пилородуоденальным стенозом. Значения чувствительности, специфичности и точности созданной модели в диагностике стеноза составили 96,2 %, 85,7 % и 96,9 % соответственно. На основе созданной математической модели создана компьютерная система диагностики и определения степени компенсации пилородуоденального стеноза. Созданная на основе дискриминантного анализа математическая модель прогнозирования моторно-эвакуаторных нарушений у пациентов с язвенным стенозом показала свою высокую эффективность в диагностике язвенного стеноза и определении степени его компенсации.

Ключевые слова:

язвенная болезнь, дуоденальный стеноз, электрогастроэнтерография, математическое моделирование, дискриминантный анализ

P.М. Kosenko¹, А.I. Popov², С.А. Vavrinchuk¹, G.D. Sunosova¹

Computer diagnostics of ulcerative pyloroduodenal stenosis

¹Far Eastern State Medical University, Khabarovsk;
²Northern (Arctic) federal university named after M.V. Lomonosov, Archangelsk

Summary:

The paper presents the results of a survey of 57 patients with ulcerative pyloroduodenal stenosis, divided by the degree of compensation into 3 groups. The study of motility of the gastrointestinal tract was performed by peripheral electrogastrogram. It was found out that the group of patients with ulcerative subcompensated pyloroduodenal stenosis is not homogeneous in character of the disorders of gastric motility with the presence of transient types of compensation motor (hyper-kinetic type) to decompensation (hypokinetic type). On the basis of discriminant analysis of peripheral electrogastrogram indicators, a mathematical model of the motility disorders was worked out. On the basis of a mathematical model of motor-evacuation disorders a computer decision support system to determine the degree of compensation of pyloric stenosis was developed, which allows performing the automated analysis of peripheral electrogastroenterography.

Key words:

peptic ulcer, gastric outlet obstruction, electrodiagnostics, electrogastroenterography, mathematical modeling, discriminant analysis

Введение

Пилородуоденальный стеноз (ПДС) является одним из наиболее частых осложнений язвенной болезни (ЯБ) двенадцатиперстной кишки (ДПК), которое приводит к характерному для него нарушению моторно-эвакуаторной функции (МЭФ) желудка и ДПК у 10,0-56,3 % больных с ЯБ [1, 4, 5].

В настоящее время единственным доступным в клинической практике методом изучения моторики ЖКТ, способным отразить изменения моторики желудка во взаимосвязи с другими отделами ЖКТ и непосредственную связь между изменениями перистальтической и электрической активности его отделов, по всеобщему признанию, является периферическая электрогастроэнтерография (ПЭГЭГ). Она не инвазивна и не имеет противопоказаний к её осуществлению [1, 3, 6, 7, 8].

Отличительной особенностью ПЭГЭГ от ранее используемой методики электрогастрографии (ЭГГ), является возможность одномоментного получения показателей электрофизиологической активности всех отделов ЖКТ. В стандартном протоколе исследования отражается одновременно 20 показателей ПЭГЭГ.

Традиционно оценку показателей ПЭГЭГ осуществляют путём визуального анализа графиков и сравнения базальных и стимулированных значений показателей ПЭГЭГ в различных отделах ЖКТ. Подобный подход к анализу данных выявляет лишь наиболее общие изменения и не позволяет оценивать имеющиеся взаимосвязи между отделами кишечника.

Решение проблемы системного анализа показателей ПЭГЭГ у больных с язвенным ПДС мы видим в моделировании систем и процессов путем создания математических моделей (ММ) прогнозирования, описывающих взаимосвязи между их ключевыми показателями, в том числе и моторно-эвакуаторных нарушений ЖКТ, на основе статистических методов прогнозирования [10, 11].

Однако, в настоящее время этот метод еще не получил распространения в клинических исследованиях. В литературе отсутствуют сведения о создании автоматизированных экспертных диагностических систем по скринингу нарушений моторики ЖКТ в автоматизированном режиме.

Цель исследования - совершенствование диагностики и механизма определения степени компенсации язвенного ПДС путем создания компьютерной диагностической системы на основе показателей ПЭГЭГ.

Материалы и методы

Обследовано 57 пациентов с язвенным ПДС. Мужчин было 39 человек и женщин - 18. Средний возраст пациентов составил 50,5±19,1 лет, средняя продолжительность язвенного анамнеза - 8,2±2,1 лет (M±σ).

Степень компенсации ПДС мы определяли по классификации Ю.М. Панцырева и А.А Гринберга (1979) [4]. Компенсированный ПДС нами был диагностирован у 25 (43,8 %) пациентов, субкомпенсированный у 24 (42,1 %) и декомпенсированный у 8 (14,1 %) обследованных.

Контрольную группу составили 28 здоровых лиц.

Для электрофизиологической оценки МЭФ желудка и кишечника использовали ПЭГЭГ, которую выполняли аппаратом "Гастроскан-ГЭМ" по стандартной методике [1, 6].

Полученные нами результаты обследования пациентов с субкомпенсированным ПДС отличались неоднородностью изменений МЭФ желудка в этой группе пациентов, что, по-нашему мнению, было связано с наличием в этой наиболее многочисленной группе пациентов переходных типов нарушения моторики желудка от компенсации к ее декомпенсации, которые не обнаруживаются стандартным методом сравнения значений средних показателей ПЭГЭГ [1].

Для выявления переходных типов нарушений моторики желудка у пациентов с субкомпенсированным ПДС, нами был использован кластерный анализ, в который включены 40 показателей ПЭГЭГ 24 пациентов с субкомпенсированным ПДС. Мерой сходства между объектами являлась метрика - евклидово расстояние [12].

Для математического моделирования моторно-эвакуаторных нарушений у пациентов с язвенным ПДС на основе показателей ПЭГЭГ нами был использован метод дискриминантного анализа (ДА), который проводился путем пошагового включения признаков в модель с итоговой оценкой вклада каждого показателя в долю вероятности правильной классификации [12].

Показателем информативности отобранных дискриминантных переменных и полезности применения дискриминантной функции для интерпретации межгрупповых различий мы считали процент правильно распознанных объектов с использованием вычисленных дискриминантных функций.

Оценку вклада каждого показателя в дискриминацию между группами проводили по показателю - частная лямбда Уилкса [12].

Число правильно распознанных новых объектов, как в целом, так и по отдельным группам, свидетельствовало о соответствии дискриминантной модели эмпирическим данным.

Математическое моделирование проводилось на основе анализа 40 переменных (20 базальных и 20 стимулированных показателей ПЭГЭГ), полученных при каждом исследовании.

ДА выполнялся методом пошагового включения показателей в модель по критериям Tolerance и F-статистике (F для включения 1,6; F для исключения 1,5). Группирующим признаком являлась степень компенсации ПДС.

Результаты и обсуждение

В результате кластеризации пациентов с субкомпенсированным ПДС нами были выявлены 2 группы. В первую группу вошли 10 (41,6%) пациентов, которых мы соответственно выявленному характеру изменений электрофизиологических показателей обозначили как группу с гипомоторным типом ПДС, и во вторую группу - 14 (58,3 %) пациентов, которых мы обозначили как группу с гипермоторным типом ПДС.

Анализ показателей ПЭГЭГ у пациентов с гипермоторным типом субкомпенсированного ПДС показал наличие у них крайней степени компенсации моторной функции желудка, что проявлялось повышением базальной электрической активности (Pi, Pi/Ps) и перистальтической активности (Kритм) желудка и кишечника со значительным их возрастанием после пищевой стимуляции (p<0,05).

Показатели ПЭГЭГ у пациентов с гипомоторным типом субкомпенсированного ПДС отражали начальные проявления декомпенсации моторики желудка, что проявлялось повышением базального тонуса желудка и его перистальтический активности (p<0,05) со снижением этих показателей после пищевой стимуляции, что характеризовало развитие недостаточности нервно-мышечного аппарата желудка и усугубление его двигательных расстройств.

В литературе уже описаны возрастные особенности моторики ЖКТ, а также показана необходимость учета этих изменений при анализе данных ПЭГЭГ [1]. В связи с этим для улучшения результатов прогнозирования в качестве контрольной группы нами была взята группа здоровых людей, средний возраст которых составил 63±7,25 лет (M±s). Контрольная группа (средний возраст - 63±7,25 лет) и группа пациентов с ПДС (средний возраст 57,5±13,7 лет) не имели статистически значимых различий по возрасту.

В результате ДА в созданную ММ вошли 23 показателя ПЭГЭГ, из которых статистически значимыми для дифференциальной диагностики оказались 17 показателей (таблица).

Таблица. Показатели ПЭГЭГ, дискриминирующие группы больных с ПДС
Показатели модели		Показатели дискриминантного анализа
Показатели модели		лямбда Уилкса	частичная лямбда	F статистика (1,20)	p	толерантность
Ps (мВ)	Базал.	0,009984	0,562800	5,049401	0,003	0,00010
Ps (мВ)	Стим.	0,010782	0,521127	5,972963	0,001	0,00748
Pi (мВ)	Желудок базал.	0,009187	0,611597	4,127920	0,01	0,00063
	Подвздошная к-ка базал.	0,011391	0,493280	6,677088	0,0007	0,00076
	Подвздошная к-ка стим.	0,011234	0,500158	6,495900	0,0009	0,00555
	Толстая к-ка базал.	0,010428	0,538803	5,563784	0,002	0,00041
Pi/Ps (%)	Желудок базал.	0,009611	0,584630	4,618146	0,005	0,02129
	Желудок стим.	0,007749	0,725072	2,464626	0,07	0,09847
	ДПК стим.	0,007852	0,715633	2,582869	0,06	0,04397
	Тощая к-ка стим.	0,007865	0,714439	2,598049	0,051	0,01820
	Подвздошная к-ка базал.	0,008328	0,674660	3,134483	0,03	0,08638
	Подвздошная к-ка стим.	0,008980	0,625714	3,888136	0,01	0,03464
	Толстая к-ка базал.	0,010377	0,541470	5,504353	0,002	0,01226
P(i)/P(i+1)	ДПК/тощая базал.	0,009570	0,587121	4,570966	0,006	0,08086
	ДПК/тощая стим.	0,007193	0,781168	1,820872	0,1	0,11125
	Тощая/ подвзд. стим.	0,008179	0,686963	2,961934	0,03	0,04528
	Подвзд./толстая базал.	0,009546	0,588582	4,543485	0,006	0,02598
Kритм	Желудка базал.	0,007125	0,788552	1,742954	0,1	0,00652
	Желудка стим.	0,010436	0,538402	5,572756	0,002	0,00735
	ДПК базал.	0,010723	0,523984	5,904972	0,001	0,01628
	Тощая к-ка базал.	0,006926	0,811287	1,511960	0,2	0,00874
	Подвздошная к-ка стим.	0,010271	0,547065	5,381590	0,002	0,00619
	Толстая к-ка базал.	0,012999	0,432267	8,537013	0,0001	0,00448

Примечание. 17 Шагов, переменных в модели - 23, число групп - 5. Лямбда Уилкса: 0,03502 approx. F (60,193)=4,3861; p<0,0000.

Значения чувствительности, специфичности и точности ПЭГЭГ в диагностике ПДС на основе созданных ММ составили 96,2 %, 85,7 % и 96,9 % соответственно.

Общий процент правильной классификации наблюдений в соответствующие группы составил 96,2 %.

Таким образом, в основе созданной ММ моторно-эвакуаторных нарушений у больных с язвенным ПДС на основе ДА показателей ПЭГЭГ, лежит объективная связь моторики ЖКТ с нарушением пассажа пищи как основного её стимулятора.

Включение в ММ электрофизиологических показателей всех отделов ЖКТ позволило нам учесть имеющиеся при этой патологии закономерности изменения их моторики, а не только изменение моторики желудка и ДПК.

Математическое моделирование моторно-эвакуаторных нарушений у больных с ПДС создало предпосылки к автоматизированному анализу показателей ПЭГЭГ.

В лаборатории информатизации прикладных исследований САФУ им. М.В. Ломоносова на основе выявленных нами закономерностей и по представленным нами эталонным базам показателей ПЭГЭГ у здоровых лиц и больных с ПДС с различной степенью тяжести нарушений моторики желудка была создана программа DiaSten (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016614008.

Программа DiaSten позволяет осуществлять ввод персональных данных пациента и соответствующих ему значений показателей ПЭГЭГ. На основе ДА она классифицирует показатели ПЭГЭГ и предоставляет полученные результаты в числовом и графическом виде с формированием HTML-отчета об обследовании пациентов.

Список используемых параметров и значения коэффициентов функций классификации считываются программой из CSV-файла. При обработке новых данных ПЭГЭГ пациентов с достоверным диагнозом язвенного ПДС и степенью его компенсации коэффициенты уточняются в автоматизированном режиме.

Таким образом, программа DiaSten может быть встроена в обучаемую систему диагностики в качестве модуля, задачей которого является, применение текущих знаний системы к данным конкретного обследования.

На рисунке показан пример диагностики язвенного ПДС при помощи компьютерной программы DiaSten.

Положительное решение об отнесении обследования к некоторой группе принимается, если данной группе соответствует наибольшее значение показателя классификации.

Рис. Пример использования программы DiaSten. Высоты столбцов соответствуют значениям показателей классификации для различной степени компенсации язвенного ПДС

Компьютерная программа DiaSten выполнена дополнением к аппарату "Гастроскан-ГЭМ".

Перечень включаемых в ДА признаков не является строго фиксированным, что допускает более широкое применение программы DiaSten.

Она является легковесной и кроссплатформенной. Тестирование её проводилось на операционных системах Windows 7 и Ubuntu 14.04.

При разработке программы использовались только свободные инструменты.

Таким образом, созданная на основе ДА математическая модель прогнозирования моторно-эвакуаторных нарушений у пациентов с язвенным ПДС показала свою высокую эффективность при диагностике ПДС и определении степени его компенсации, что позволило осуществлять автоматизированную компьютерную диагностику ПДС и определение степени его компенсации.

Литература

1. Вавринчук С.А., Косенко П.М. Системный анализ показателей периферической электрогастроэнтерограффии у больных с осложненной язвенной болезнью. - Хабаровск: Ред.-изд. Центр ИПКСЗ. - 2012. - 189 с.
2. Вильдеман А.В., Ташкинов А.А., Бронников В.А. Многомерный метод индивидуального прогнозирования индекса моторики // Информационные технологии и вычислительные системы. - 2010. - № 3. - С. 79-85.
3. Дронова О.Б., Третьяков А.А., Каган И.И., Щетинин А.Ф. Периферическая электрогастроэнтерография в диагностике ГЭРБ: пособие для врачей. - М.: ИД "МЕДПРАКТИКА-М", 2011. - 32 с.
4. Панцырев Ю.М., Гринберг А.А. Ваготомия при осложнённых дуоденальных язвах. - М.: Медицина, 1979. - 159 с.
5. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ Statistica. - М.: Медиасфера, 2002. - 312 с.
6. Рухляда Н.В., Назаров В.Е., Ермолаев И.А. Диагностика и лечение язвенной болезни, осложнённой стенозом. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2006. - 240 с.
7. Семерякова Е.Г., Берестнева О.Г., Макарова Л.С. Математические методы в задачах медицинской диагностики // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 6. - С. 29.
8. Ступин В.А. и др. Периферическая электрогастроэнтерография в диагностике нарушений моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта // Лечащий врач. - 2005. - № 2. - С. 60-62.
9. Ткаченко Е.И., Авалуева Е.Б., Ситкин С.И., Жигалова Т.Н., Сказываева Е.В., Миргородская Е.В., Петренко В.В. Интестинальная двигательная активность у пациентов с синдромом раздраженного кишечника // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. - 2008. - № 4. - С. 7-10.
10. Тропская Н.С., Васильев В.А. и др. Теоретические предпосылки и экспериментальное обоснование использования электрогастроэнтерографии // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии и колопроктологии. - 2005. - № 5. - C. 82-88.
11. Matsuura Y., Yamamoto T., Takada M., Shiozawa T., Takada H. Application of electrogastrography to public health. Nihon Eiseigaku Zasshi (Japanese Journal of Hygiene). - 2011. Jan; Vol. 66 (1). - Р. 54-63. PMID: 21358135.
12. Yin J., Chen JD. Electrogastrography: methodology, validation and applications // J Neurogastroenterol Motil. - 2013. Jan; Vol. 19 (1). - Р. 5-17. doi: 10.5056/jnm.2013.19.1.5. Epub 2013.