МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ПРОГРАММА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФОРМЫ КАЛЬКУЛЕЗНОГО ХОЛЕЦИСТИТА У ЭКСТРЕННЫХ БОЛЬНЫХ

MATHEMATICAL MODELS AND PROGRAMS PREDICTION FORMS OF CALCULOUS CHOLECYSTITIS EMERGENCY PATIENTS

Bokhodir Magrupov

professor, Department of Pathology of the Tashkent Medical Academy,

Uzbekistan, Tashkent

Tatyana Vervekina

department of pathologic anatomy of the Republican Research Center of Emergency Medicine, a pathologist,

Uzbekistan, Tashkent

Vladlena Ubaydullaeva

phD, Department of pathologic anatomy

of the Republican Research Center of Emergency Medicine, a pathologist,

Uzbekistan, Tashkent

АННОТАЦИЯ

 В статье отображены результаты морфометрических исследований, которые выявили изменение толщины слоев стенки желчного пузыря и клеточного состава в различных зонах желчного пузыря при калькулезном холецистите. Эти исследования помогли разработать программу математического прогнозирования формы холецистита при наличии всего лишь нескольких показателей крови пациента при желчнокаменной болезни.

ABSTRACT

The article displays the results of morphometric studies, which have revealed variations in the thickness of layers of the gallbladder wall and cellular composition in various zones of the gallbladder in calculous cholecystitis. These studies have helped to develop a program of mathematical prediction cholecystitis form in the presence of only a few indicators of the patient’s blood at cholelithiasis.

Ключевые слова: желчнокаменная болезнь, калькулезный холецистит, морфометрия, прогнозирование.

Keywords: cholelithiasis, calculous cholecystitis, morphometry, mathematical prediction.

Введение. В наступившем веке медицина входит в новую фазу развития, связанную с постепенной математизацией, так как традиционные описательные подходы в многочисленных исследованиях по своей точности не могут полностью удовлетворить теоретические и практические запросы современной медицины [2]. На современном этапе развития инновационных технологий актуальным является математическое прогнозирование патологического процесса, разработка которого немыслима без консолидации медицины и математики. В последнее время благодаря хорошим результатам практического применения получил метод опорных векторов [4].

В экстренной медицине чрезвычайно важно оперативно поставить диагноз и выбрать правильную тактику лечения. Среди множества заболеваний, желчнокаменная болезнь (ЖКБ) занимает особое место. От того, насколько правильно хирург определит состояние желчного пузыря, зависит время оперативного вмешательства. Мы поставили цель – создать программу диагностики деструктивных и недеструктивных форм холецистита, т.к. именно от наличия или отсутствия деструкции, хирург решает вопрос об оперативном вмешательстве.

Материал и методы. Для создания математической модели, нами были изучены оперативно удаленные желчные пузыри от 1130 пациентов с различными формами калькулезного холецистита. На основании микроскопического исследования материал был разделен на 5 групп: острый простой холецистит (ОПХ), острый флегмонозный холецистит (ОФХ), острый гангренозный холецистит (ОГХ), хронический простой холецистит (ХПХ), хронический холецистит.

ОПХ диагностирован у 225 из 1130 (19,9 %) больных. Средний возраст пациентов составил 46,4±0,92 лет. ОФХ диагностирован у 237 из 1130 (20,97 %) больных. Средний возраст пациентов был 51,5±0,85 лет. ОГХ диагностирован у 120 из 1130 (10,61 %) больных. Средний возраст пациентов составил 58,4 ± 1,32 лет.

ХРХ диагностирован у 234 больных из 1130 (20,71 %) больных. Средний возраст пациентов составил – 48,3±0,88 лет. ХХ диагностирован у 314 из 1130 (27,79 %) больных. Средний возраст пациентов составил 47,21±0,74 лет.

Протокол макроскопического исследования включал определение длины и ширины органа. При светооптической микроскопии определялись изменения структуры слоев стенки в области дна, тела и шейки желчного пузыря, а также проводилось гистометрические исследования с определением толщины, как всей стенки, так и каждого слоя в отдельности в данных участках исследования. Для определения состава воспалительного инфильтрата и степени распространения по слоям стенки желчного пузыря было выполнено цитометрическое исследование в вышеуказанных зонах.

Для микроскопического исследования вырезались кусочки ткани из дна, тела и шейки желчного пузыря, размерами 1х1 см. После фиксации ткани в 10 % нейтральном формалине на фосфатном буфере (рН 7,2–7,4) материал проводили через спирты возрастающей концентрации и заливали в парафин по методу Лойда З. и соавт. [3]. После этого изготавливали серийные срезы толщиной 4–5 мкм на ротационном микротоме “HM 360” (MICROM). Полученные срезы окрашивали гематоксилином и эозином на аппарате “Robot stainer HMS 760X” (MICROM). Изучение микропрепаратов для определения качественных изменений микроструктуры проводилось на микроскопе “Axiostar” (ZEISS).

Морфометрические исследования проводили в соответствии с разработанными методиками органо-, гисто- и цитометрии [1]. Протокол макроскопического исследования желчного пузыря предусматривал описание качественных изменений органа и измерение линейных размеров: длины и ширины. Длина измерялась от дна до шейки, ширина – на уровне дна желчного пузыря.

Гистометрические исследования проводились с помощью рабочей станции анализа изображений на основе компьютерной программы «Видео-ТесТ – Морфология 5.0». Захват изображения с гистологических срезов осуществляли при помощи цифровой камеры “ProgRes СТ3”. Исследование проводилось в области дна, тела, шейки желчного пузыря с раздельным измерением слизистого, мышечного и соедительнотканного слоев стенки.

По результатам морфологических изменений стенки желчного пузыря и ретроспективному анализу изменений показателей крови, на основе метода опорных векторов была разработана программа прогнозирования формы холецистита. Результатом работы метода опорных векторов является решающее правило классификации в форме линейной функции, задающей гиперплоскость в пространстве признаков с применением метода нециклического графа и регрессионного анализа [4].

Результаты исследования. Анализ лабораторных данных при различных формах калькулезного холецистита показал, что все формы холецистита при ЖКБ характеризовались повышением в крови количества базофильных лейкоцитов и уровня скорости оседания эритроцитов (СОЭ) у мужчин. Повышение уровня других показателей крови зависело от длительности течения заболевания и степени деструктивных процессов. При ОПХ к вышеуказанным показателям присоединялось увеличение уровня креатинина и аспартатаминотрансферазы (АСТ). ОГХ характеризовался увеличением общего количества лейкоцитов, креатинина и фракций билирубина. При ОФХ определялось только увеличение числа базофильных лейкоцитов и СОЭ у мужчин. ХХ приводил к увеличению уровня креатинина. Наличие ХРХ сопровождалось увеличением креатинина и АСТ.

Данные органометрии показали, что наличие воспалительного процесса характеризуется увеличением длины и ширины желчного пузыря. Длина желчного пузыря в контрольной группе (КГ) составила 8,8 ±0,23 см, при ОПХ – 9,75 ±0,14 см, при ОФХ – 11,38 ±0,13 см, ОГХ – 12,8 ±0,18 см, ХРХ – 9,9 ±0,14 см, ХХ – 10,24 ±0,12 см. Сопоставление полученных результатов между группами показало, что только при ХРХ и ХХ длина желчного пузыря имеет недостоверное отличие (р>0,05), и следовательно не может быть критерием диагностики данных форм холецистита. Ширина желчного пузыря в КГ – 3,93 ±0,12 см, при ОПХ – 4,17 ±0,08 см, ОФХ – 4,88 ±0,07 см, ОГХ – 5,35 ±0,09 см, ХРХ – 4,32 ±0,08 см, ХХ – 4,22 ±0,06 см. Сопоставление полученных результатов показало, что при всех формах холецистита отмечается увеличение ширины желчного пузыря по сравнению с КГ. При этом достоверное отличие по данному параметру возможно только между деструктивными (ОФХ, ОГХ) и недеструктивными холециститами (ОПХ, ХРХ, ХХ).

Гистометрия выявила, что ЖКБ характеризуется утолщением стенки желчного пузыря в области тела за счет мышечного и соединительнотканного слоев, причем последнего за счет жировой клетчатки.

Холецистит при ЖКБ характеризовался увеличением толщины стенки желчного пузыря во всех зонах исследования относительно КГ (р<0,05). Максимальная толщина стенки при всех формах холецистита определялась в области тела желчного пузыря и составила при ОПХ – 4,70±0,09 мм, ОФХ – 5,37±0,05 мм, ОГХ – 4,6±0,03 мм, ХРХ – 4,75±0,2 мм, ХХ – 5,4±0,7 мм. При этом толщина стенки желчного пузыря в зоне тела имела схожие результаты при ОПХ, ХРХ, и ХХ, ОФХ (р>0,05). Полученные результаты также показали, что только при ОПХ толщина дна незначительно больше толщины шейки желчного пузыря (р>0,05). При остальных формах воспаления, в отличие от контрольной группы, отмечается истончение зоны дна, относительно как тела, так и шейки желчного пузыря (р<0,05).

 Цитометрия показала, что в 3 из 5 групп (ОПХ, ОФХ, ХРХ) клеточный инфильтрат локализуется преимущественно в зоне шейки, при ОГХ и ХХ в области дна и тела желчного пузыря соответственно. Клеточный инфильтрат при ОХ в области дна и тела представлении преимущественно нейтрофильными и базофильными лейкоцитами, а в зоне шейки – мононуклеарными клетками. ХХ характеризуется преобладанием в инфильтрате мононуклеарных клеток во всех зонах исследования, но максимальным их количеством в области тела желчного пузыря. При ХРХ в зоне шейки, как и при ХХ, преобладают мононуклеарные клетки, в то время как в области дна и тела, как и при остром воспалении – нейтрофильные и базофильные лейкоциты (рис. 1).

Рисунок 1. Удельное количество клеток в зависимости от зоны исследования при различных формах холецистита

Проведенные морфологические и морфометрические исследования, сопоставление их с результатами лабораторных данных позволило сделать заключение о возможности прогнозирования морфологической формы холецистита.

Совместно с научными сотрудниками Института математики и информационных технологий АН РУз под руководством д-р мед. наук, профессора Адыловой Ф.Т. разработана программа прогнозирования морфологической формы холецистита с достоверностью 79 %.

В основу программы, в соответствии с поставленными задачами (прогнозирование формы холецистита), положен метод опорных векторов, регрессионный анализ, метод прямого нециклического графа, с выделение трех классов. Исходными данными являлась матрица данных (обучающая выборка), строками которой были векторы, составленные из признаков объекта. В качестве признаков были взяты: уровень билирубина, АСТ, количество лейкоцитов крови, сегментоядерных лейкоцитов, лимфоцитов, моноцитов, СОЭ, результаты органо- и гистометрии. Обучающая выборка состояла из 545 пациентов: КГ – 45 человек, ОПХ – 80 человек, ОФХ – 110 человек, ОГХ – 85 человек, ХРХ – 116 человек, ХХ – 109 человек. Для тестирующей выборки результаты органо- и гистометрии определялись методом n – мерной линейной регрессии с использованием результатов органо- и гистометрии при различных формах холецистита.

Для получения прогноза формы холецистита в разработанную программу необходимо ввести лишь результаты лабораторных исследований, после чего программа дает заключение о морфологической форме холецистита: деструктивный холецистит (флегмонозный или гангренозный), требующий срочного хирургического вмешательства или недеструктивный холецистит (катаральный, хронический), который не требует экстренного хирургического вмешательства. Морфологическая форма калькулезного холецистита будет достоверно установлена до операции у 79 % пациентов уже на дооперационном этапе с прогнозированием длины, ширины, а также и толщины стенки в области дна, тела и шейки желчного пузыря, что может определить тактику ведения больного с определением вида хирургического доступа в брюшную полость (рис. 2).

Таблица 1.

Этапы работы программы по прогнозированию формы холецистита

Для работы данной программы необходимы следующие минимальные системные требования: процессор Intel Pentium, Intel Celeron, AMD – 1GHz (рекомендуется Intel Pentium 4–2,4 GHz); оперативная память 512 Mb; 100 Mb свободного дискового пространства; операционная система WinXP SP2.

Заключение. Таким образом, сопоставление морфологической картины с результатами лабораторных исследований позволило создать математическую модель диагностики деструктивных и недеструктивных форм холецистита, дающих в руки хирурга дополнительные данные о состоянии желчного пузыря, что, несомненно, поможет ему в выборе правильной тактики ведения больного.

Список литературы:

1. Автандилов Г.Г. Основы количественной патологической анатомии. – М: Медицина, 2002. – 237 с.
2. Акбаров М.М., Касымов Ш.З., Сайдазимов Э.М. Причины конверсий при лапароскопических холецистэктомиях. // Материалы 6 научно-практической конференции. – Ташкент, 2006. – С. 66–67.
3. Лойд З., Гроссрау Р., Шинблер Т. Гистохимия ферментов. – М. Мир, 1982. – 270 с.
4. Nguyen M.N., Rajapakse J.C. Multi-Class Support Vector Machines for Protein Secondary Structure Predictio. // Genome Informatics. – 2003. – № 14. – P. 218–227.