Хорошо известно, что при выполнении оперативных вмешательств на легких могут возникать послеоперационные осложнения, вероятность наступления которых в свою очередь оказывает непосредственное влияние на течение послеоперационного периода, длительность которого можно оценить с помощью математических моделей, ориентированных на решение этого класса задач [2, 3, 5].
Наибольшее число современных исследований в области медицинского моделирования посвящено оценке исхода заболевания, либо предполагаемому количеству летальных исходов, однако не менее важным направлением является медицинское прогнозирование, поскольку оно позволяет выявить факторы риска, определить их значимость и тем самым предположить начало возникновения заболевания либо определить вероятность возникновения осложнений, а также спрогнозировать длительность лечения [1, 4].
Цель настоящей работы состояла в прогнозировании послеоперационных осложнений после хирургических вмешательств на легких с применением методологии математического моделирования. В базу данных были внесены сведения о пациентах, прооперированных в торакальном отделении областной больницы. Нами было установлено, что в структуре оперативных вмешательств наибольшую долю составляют операции, выполненные по поводу абсцесса легкого и гангрены легкого. Исходя из этого, мы представляем в качестве примера модель прогнозирования длительности стационарного лечения у пациентов, перенесших данные оперативные вмешательства.
Для построения модели проведено одномоментное (поперечное) проспективное исследование, в ходе которого были проанализированы данные о 344 пациентах в возрасте от 15 до 76 лет (средний возраст – (44,3 ± 10,4 года).
Среди прооперированных (80,24 ± 0,02) % – мужчины, (19,76 ± 0,02) % женщины. При этом мужчины наиболее часто страдают гангренозными абсцессами легкого (30,60 ± 0,03) %, у женщин чаще всего встречаются гангрены легкого (33,33 ± 0,06) %. Среди сопутствующих заболеваний наибольшую долю составили болезни сердца (30,61 ± 0,02) %, алкогольная болезнь (26,12 ± 0,02) %, болезни ЖКТ (16,36 ± 0,02) %, реже болезни печени, почек.
В ходе исследования было также установлено, что при наличии у пациентов послеоперационных осложнений стационарное лечение по поводу гангрены легкого составило в среднем (38,7 ± 32,6) дней, при отсутствии осложнений (27,6 ± 6,7) дней. Следует отметить, что наиболее частым осложнением является возникновение острой эмпиемы плевры. Нередко осложнения протекают тяжелее основного процесса и существенно влияют как на исход болезни, так и на длительность лечения.
Было установлено, что при наличии у пациентов с гангренозным абсцессом легкого послеоперационных осложнений стационарное лечение составило в среднем (48,0 ± 34,5) дней, при отсутствии осложнений (25,8 ± 12,7) дней, в особенности на его продолжительность влияют такие осложнения, как наличие бронхиального свища и эмпиемы плевры.
Для прогнозирования и распознавания исхода заболевания, а также вероятности возникновения послеоперационных осложнений был использован дискриминантный анализ, представляющий собой метод распознавания образов, т.е. отнесения изучаемого объекта к одной из нескольких групп на основе измерения у него некоторого числа признаков (табл. 1).
Таблица 1
Результирующие переменные, используемые при выполнении дискриминантного анализа
Вид |
Вид заболевания |
|
Гангрена легкого |
Гангренозный абсцесс легкого |
|
Входные переменные |
Возраст |
Возраст |
Сторона поражения |
Сопутствующие болезни |
|
Степень дыхательной недостаточности |
Болезни легких |
|
Наличие легочных кровотечений |
Сопутствующие абсцессы |
|
Наличие белково-энергетического дефицита |
Кровопотеря |
|
Наличие сопутствующих болезней |
Продолжительность операции |
|
Вид операции |
Виды послеоперационных осложнений |
|
Продолжительность операции |
Вид повторной операции |
|
Способ обработки бронха |
Операция при повторной госпитализации |
|
Виды послеоперационных осложнений |
– |
|
Выходные переменные |
Степень тяжести послеоперационных |
Заключительный исход болезни |
Было установлено, что факторами риска для определения степени тяжести послеоперационных осложнений по поводу гангрены легкого является совокупность целого ряда информативных признаков: продолжительность операции, степень дыхательной недостаточности, объем кровопотери, способ обработки бронха, возраст пациента.
Были получены решающие правила в виде линейных классификационных функций (ЛКФ) (табл. 2) и канонических линейных дискриминантных функций (КЛДФ) (табл. 3), которые включают все факторы риска и позволяют решить задачу медицинской диагностики.
Совокупность наблюдений по каждой группе прооперированных пациентов с соответствующей тяжестью осложнений была нанесена на специальный график в координатах КЛДФ в виде «облака» точек, концентрирующихся вокруг соответствующих центероидов (рис. 1).
Из полученных результатов дискриминантного анализа следует, что доля правильно определенных случаев отсутствия послеоперационных осложнений составила 96,6 %, точность распознавания осложнений I степени тяжести – 42,9 %, II степени тяжести – 100 %, III степени тяжести – 85,7 %. При этом общий показатель точности решающих правил составил 82,5 %.
Недостаточная точность распознавания осложнений I степени тяжести обусловлена тем, что подобные осложнения встречаются крайне редко после оперативного лечения гангрен легкого.
Значения коэффициентов ЛКФ и КЛДФ для уравнений, определяющих заключительный исход лечения по поводу гангренозного абсцесса легкого, представлены в табл. 4, 5.
Таблица 2
Значения коэффициентов ЛКФ для уравнений, определяющих степень тяжести послеоперационных осложнений по поводу гангрены легкого
Переменная |
ЛКФ1 |
ЛКФ2 |
ЛКФ3 |
ЛКФ4 |
Возраст (X1) |
38,22 |
37,94 |
37,61 |
37,79 |
Сторона поражения (X2) |
7,26 |
6,29 |
10,70 |
6,91 |
Дыхательная недостаточность (X3) |
–37,49 |
–34,57 |
–32,12 |
–35,21 |
Легочные кровотечения (X4) |
7,07 |
5,76 |
9,91 |
6,85 |
Белково-энергетический дефицит (X5) |
32,13 |
30,68 |
28,38 |
30,38 |
Сопутствующие болезни (X6) |
1,68 |
1,50 |
1,64 |
1,66 |
Операция (X7) |
–20,00 |
–19,36 |
–20,17 |
–19,77 |
Продолжительность операции (X8) |
66,75 |
66,14 |
65,38 |
65,75 |
Обработка бронха (X9) |
–13,88 |
–13,18 |
–14,42 |
–13,15 |
Виды послеоперационных осложнений (X10) |
–2,41 |
–1,14 |
0,14 |
–2,09 |
Таблица 3
Значения коэффициентов КЛДФ для уравнений, определяющих степень тяжести послеоперационных осложнений по поводу гангрены легкого
Переменная |
КЛДФ1 |
КЛДФ2 |
Возраст (X1) |
0,08 |
0,23 |
Сторона поражения (X2) |
–0,07 |
–0,03 |
Дыхательная недостаточность (X3) |
–0,82 |
–0,81 |
Легочные кровотечения (X4) |
0,02 |
–0,22 |
Белково-энергетический дефицит (X5) |
0,48 |
0,85 |
Сопутствующие болезни (X6) |
0,03 |
–0,04 |
Операция (X7) |
–0,09 |
0,17 |
Продолжительность операции (X8) |
0,18 |
0,55 |
Обработка бронха (X9) |
–0,07 |
–0,33 |
Виды послеоперационных осложнений (X10) |
–0,37 |
0,13 |
Рис. 1. Совокупность наблюдений, соответствующих степени тяжести послеоперационных осложнений по поводу гангрены легкого (в координатах КЛДФ)
Таблица 4
Значения коэффициентов ЛКФ для уравнений, определяющих заключительный исход лечения по поводу гангренозного абсцесса легкого
Переменная |
ЛКФ1 |
ЛКФ2 |
ЛКФ3 |
Возраст (X1) |
23,56 |
23,44 |
22,86 |
Сопутствующие болезни (X2) |
–0,64 |
–0,60 |
–0,50 |
Болезни легких (X3) |
–3,42 |
–3,58 |
–3,52 |
Сопутствующие абсцессы (X4) |
–5,28 |
–4,42 |
–3,82 |
Кровопотеря (X5) |
73,20 |
73,26 |
72,88 |
Продолжительность операции (X6) |
51,99 |
51,04 |
50,94 |
Виды послеоперационных осложнений (X7) |
–2,43 |
–1,90 |
–2,33 |
Вид повторной операции (X8) |
–0,98 |
–5,33 |
–3,45 |
Операция при повторной госпитализации (X9) |
–1,64 |
–1,95 |
–1,78 |
Таблица 5
Значения коэффициентов КЛДФ для уравнений, определяющих заключительный исход лечения по поводу гангренозного абсцесса легкого
Переменная |
КЛДФ1 |
КЛДФ2 |
Возраст (X1) |
–0,12 |
0,37 |
Сопутствующие болезни (X2) |
0,05 |
–0,13 |
Болезни легких (X3) |
–0,08 |
–0,10 |
Сопутствующие абсцессы (X4) |
0,25 |
–0,19 |
Кровопотеря (X5) |
–0,02 |
0,16 |
Продолжительность операции (X6) |
–0,24 |
–0,03 |
Виды послеоперационных осложнений (X7) |
0,23 |
0,67 |
Вид повторной операции (X8) |
–0,18 |
–0,20 |
Операция при повторной госпитализации (X9) |
–0,08 |
–0,15 |
Рис. 2. Совокупность наблюдений, соответствующих заключительному исходу после лечения гангренозного абсцесса легкого (в координатах КЛДФ)
Из полученных результатов следует, что доля правильно определенных случаев полного выздоровления после операции на легком составила 98,8 %, точность распознавания смерти после операции – 80,0 %, точность распознавания исхода с осложнениями – 66,7 %. При этом общий показатель точности решающих правил составил 81,8 %.
На рис. 2 представлен график совокупности наблюдений заключительного исхода после лечения абсцесса легкого.
В результате исследования было определено, что метод моделирования с помощью дискриминантного анализа позволяющий решать задачи классификации, оптимизации и прогнозирования, способствует довольно точному прогнозированию риска возникновения послеоперационных осложнений, что приводит к уменьшению длительности лечения пациентов, позволяет ускорить работу специалистов, а также планировать работу клиник с высокой хирургической активностью.
Рецензенты:
Рогалев К.К., д.м.н., главный врач клиники № 1, ФГБУ «Всероссийский центр экстренной и радиационной медицины им. А.М. Никифорова» МЧС России,
г. Санкт-Петербург;
Калинин А.Г., д.м.н., профессор кафедры общественного здоровья, здравоохранения и социальной работы, ГОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет», г. Архангельск.
Работа поступила в редакцию 06.11.2014.
Библиографическая ссылка
Басова Л.А., Карякина О.Е., Мартынова Н.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПРОГНОЗИРОВАНИИ ПОСЛЕОПЕРАЦИОННЫХ ОСЛОЖНЕНИЙ ПОСЛЕ ХИРУРГИЧЕСКИХ ВМЕШАТЕЛЬСТВ НА ЛЕГКИХ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 10-5. – С. 822-826;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35745 (дата обращения: 29.03.2024).