Источник: http://www.surgeryserver.com/ntm2007art/ntm2007art003.htm

Введение

Гематогенный остеомиелит является одним из наиболее тяжелых заболеваний позвоночника, внезапно и быстро развивающимся и часто приводящим к инвалидизации больных [5]. Прогнозирование показателей жизнедеятельности больных с данной патологией на первых этапах лечения позволит своевременно определить наиболее эффективную тактику лечения, решить вопрос о виде нетрудоспособности, необходимости проведения медико-социальной экспертизы и перспективах лечения [1].

Учитывая разноразмерность исходной информации оптимальным методом прогнозирования в медицине являются нейронные сети [2]. Искусственные нейронные сети относятся к классу обучаемых интеллектуальных систем управления с нервно-системной организацией. Такие системы позволяют существенно повысить эффективность диагностики заболеваний и прогнозирования результатов их лечения за счет использования глубинных принципов организации нейронных структур центральной нервной системы человека и когнитивных методов, лежащих в основе его мыслительной деятельности [3].

Целью настоящей работы было исследование динамики и возможности прогнозирования показателей жизнедеятельности больных гематогенным остеомиелитом позвоночника на фоне проводимого консервативного и хирургического лечения.
Материалы и методы. В основу исследования положены результаты обследования и лечения 98 больных гематогенным остеомиелитом позвоночника. Характеристика исследуемой группы больных представлена в таблице 1.

Хирургические вмешательства не были выполнены 37 больным. Выраженность неврологических расстройств у больных данной группы соответствовала типам Е - у 9 (24.3%), R - у 19 (51.4%), D - у 9 (24.3%). Всем больным данной группы проводилось последовательно три-четыре курса инфузионной антибиотикотерапии с учетом индивидуальной чувствительности и переносимости. Кроме того, больные получали дезинтоксикационную и общеукрепляющую терапию.

Остальные 61 пациент были прооперированы. Выраженность неврологических расстройств у больных данной группы была значительно выше и соответствовала типам А - у 20 (32,8%), B - у 9 (14,8%), C - у 10 (16,4%), D - у 22 (36,0%). Объем проведенных оперативных вмешательств представлен в таблице 1. Всем больным в периоперационном периоде проводились курсы антибактериальной, дезинтоксикационной, общеукрепляющей терапии, физиотерапия и лечебная физкультура.

Исследование динамики нарушений жизнедеятельности проводилось при помощи Oswestry Index Questionare [8], адаптированном нами к данному контингенту больных. В качестве входных переменных при прогнозировании использовались следующие показатели: Х1 - возраст больного (в годах), Х₂ - пол (0 - мужской, 1 - женский), Х₃ - длительность заболевания (в месяцах), Х₄ - выраженность неврологических расстройств (0 - тип Е, 1 - тип R, ….. 6 - тип А, Х₅ - длительность неврологических расстройств (в месяцах), Х₆ - уровень поражения позвоночника, Х₇ - протяженность деструкции (количество пораженных позвонков), Х₈ - оперативное вмешательство (0 - не выполнялось, 1 - реконструктивно-восстановительное вмешательство, 2 - то же + декомпрессия спинного мозга), Х₉ - Х₁₈ - показатели, входящие в Oswestry Index Questionare на момент поступления в стационар (интенсивность боли, способность себя обслуживать, поднимать тяжести, ходить, сидеть, стоять, спать, вести половую и социальную жизнь, гулять). В качестве выходной переменной использовался Индекс Oswestry на момент выписки больного из стационара и через одни год после выписки. Для прогнозирования нарушений жизнедеятельности в различные сроки после лечения больных гематогенным остеомиелитом позвоночника применялся пакет прикладных программ "ST Neural Networks 4.0 E" [4].

Результаты исследования
Нарушения жизнедеятельности больных гематогенным остеомиелитом как исходные, так и в динамике существенно отличались в группах оперированных и неоперированных больных (рисунок 1). У неоперированных пациентов, имеющих лучшие исходные показатели, стабилизация критериев жизнедеятельности происходит быстрее, чем у оперированных пациентов, имеющих более плохие исходные показатели.

Рис. 1. Динамика восстановления нарушений жизнедеятельности у больных гематогенным остеомиелитом позвоночника на фоне лечения

Динамика основных критериев жизнедеятельности в обоих группах представлена на рисунках 2 а и б. При этом обращает на себя внимание, что наиболее динамичными показателями в обеих группах являются интенсивность боли, способность сидеть и спать без анальгетиков.

Рис. 2. Изменение основных критериев жизнедеятельности у больных гематогенным остеомиелитом позвоночника в процессе лечения и реабилитации

Для прогнозирования динамики нарушений жизнедеятельности в ближайшие и отдаленные сроки были построены искусственные нейронные сети. В обоих случаях сети по своей структуре представляли многослойный персептрон (рисунок 3 а и б).

Рис. 3. Структура построенных искусственных нейронных сетей для прогнозирования показателей жизнедеятельности больных гематогенным остеомиелитом позвоночника

В процессе построения искусственной нейронной сети для прогнозирования ближайших и отдаленных результатов лечения больных гематогенным остеомиелитом позвоночника, был применен алгоритм генетического отбора входных признаков (исходных параметров). В результате применения генетического алгоритма в качестве исходных параметров нейронной сети для прогнозирования ближайших результатов лечения (на момент выписки) были отобраны следующие показатели: Х1, Х3, Х4, Х5 и Х8. Нейронная сеть, построенная для прогнозирования степени выраженности нарушения жизнедеятельности в отдаленном периоде учитывала все показатели Х₁-Х₁₈. Точность прогнозирования рассчитывалась по формуле

где Р - точность прогноза в процентах, Р_i - результат лечения i-го больного, P_j - прогнозируемый результат лечения i-го больного, N - количество наблюдений. Проведенные исследования показали, что точность прогнозирования нарушения жизнедеятельности больных гематогенным остеомиелитом позвоночника при помощи искусственных нейронных сетей составляет: для ближайшего периода (момента выписки больного из стационара) - 92,3% , для отдаленного периода (через 1 год после завершения стационарного лечения) 90.6%.

Заключение
Таким образом, применение искусственных нейронных сетей позволяет с высокой точностью предсказать динамику нарушения жизнедеятельности больных гематогенным остеомиелитом позвоночника на фоне проводимого лечения. Данная методика может использоваться для моделирования и выбора наиболее эффективной тактики лечения больных, прогнозирования результатов медико-социальной экспертизы.

Литература
1. Афонин Д.Н. Передняя компрессия спинного мозга при туберкулезе и гематогенном остеомиелите позвоночника: Автореф. дис. … докт. мед. наук / СПбНИИФ. - СПб., 2003. - 42 с
2. Ежов А.А., Чечеткин В.Д. Нейронные сети в медицине // Откр. сист.- 1997. - № 4. · С. 34-37
3. Каллан Р. Основные концепции нейронных сетей. - М: "Вильямс", 2001.- 312 с.
4. Нейронные сети. Statistica Neural Networks: Пер. с англ.- М.: Горячая линия-Телеком, 2001.- 182 с.
5. Тиходеев С.А. Хирургическое лечение гематогенного остеомиелита позвоночника: Автореф. дис. … докт. мед. наук / Воен.-мед. акад. - Л., 1990. - 41 с.
6. Ульрих Э.В., Мушкин А.Ю. Вертебрология в терминах, цифрах, рисунках. - СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2002. - 187 с.
7. Frankel H.L., Hancock D.O., Hyslop G. et al. The value of postural reduction in the iniyial management of closed injuries of the spine with paraple-gia and tetraplegia // Paraplegia. - 1969. - N 7. - P. 179-192.
8. Hurri H., Slatis P., Soini J. Et al. Lumbar spinal stenosis: assessment of longterm outcome 12 years after operative and conservative treatment // J. Spinal Disord. - 1998. - V. 11, N. 2. - P. 110-115