В последнее десятилетие стремительно растет популярность сети Интернет, и она уже стала неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Несомненно, произошло проникновение Интернета и в сферы здравоохранения. Когда технологии «веб 2.0» используются в здравоохранении, то уместно использование таких терминов, как «здравоохранение 2.0», «электронное здравоохранение» и «медицина 2.0». Когда данные технологии используются применительно к заболеваниям позвоночника, уместно использование термина «вертебрология 2.0».
Следует признать, что в некоторых странах Интернет сегодня более популярен, чем традиционные телевидение, радио или газеты. Большинство пациентов сегодня обращаются к интернет-ресурсам для поиска решений проблем со здоровьем. Британские эксперты пришли к выводу, что 99% людей, страдающих тем или иным заболеванием, обращаются за помощью не только к специалисту, но и получают информацию через Интернет. В ходе исследования 50% пациентов заявили, что обращались в Интернет за необходимой информацией о своем заболевании, а также проходили тестирование в онлайн-режиме. Из них 85% опрошенных были разочарованы тем, что результаты тестирования совпадали с заключениями специалистов, к которым они обращались за помощью. Эксперты рекомендуют использовать Интернет для получения нужной информации, поскольку это может стать верным средством улучшения амбулаторного лечения на дому, создаст удобство пациентам, освободив их от необходимости часто посещать врача, а также снизит нагрузку на специалистов медицинских центров и других лечебных учреждений. Кроме того, Интернет можно использовать для того, чтобы значительно повысить уровень медицинских знаний каждого человека. Однако для этого необходимо создавать профессиональные медицинские сайты вместо тех, которые зачастую предлагают неверную, а иногда и ложную информацию. Поскольку люди часто, попадая на такие сайты, получают неквалифицированные советы и недостоверную информацию о методах лечения, весьма важно исправлять ситуацию, чтобы предоставлять населению квалифицированную медицинскую онлайн-помощь [1].
Сегодня можно с уверенностью говорить о том, что электронное здравоохранение развивается крайне активно. Оно относится к новой области знаний, в которой пересекаются медицинская информатика, здравоохранение и бизнес. Надо признать, что информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) все сильнее влияют на современное общество. Достижения ИКТ уже оказали существенное влияние и на здравоохранение. Скорость распространения ИКТ в сфере здравоохранения крайне высока. На наш взгляд, сегодня главными являются три фактора, обусловливающие это развитие, демографический, достижения самой медицины и развитие информатики. Тем не менее пока мы стоим лишь на пороге бурного развития, последствия которого нам неизвестны, но очевидно, что успехи ИКТ несут огромные возможности в повышении качества и эффективности медицинской помощи.
Важной функцией ИКТ в здравоохранении является формирование специализированных информационных пространств для взаимодействия пациентов и врачей. Сегодня мы активно занимаемся привлечением пациентов к сотрудничеству со специалистами в ходе лечения. Речь идет об ориентации медицинской помощи на пациента, формировании целей лечения и их планомерного достижения. Согласно этому принципу, пациент активно вовлекается в клинический процесс. Недавние исследования показали, что такой подход увеличивает удовлетворенность пациента лечением, повышает заинтересованность в содержании его медицинских записей и улучшает общее состояние здоровья.
Важной задачей для интернет-технологий является обеспечение пациентов объективной информацией по интересующим их проблемам в сфере здравоохранения, начиная с организационных и заканчивая частными клиническими вопросами. Сегодня пациент с конкретным заболеванием ищет в Интернете ответы на вопросы: кто, где и как (с помощью какого метода) может ему помочь с наилучшим научно обоснованным клиническим результатом. С учетом эпидемиологических данных, свидетельствующих об увеличении количества пациентов с заболеваниями позвоночника, все вышесказанное крайне актуально для вертебрологии. Кроме того, быстрый отбор пациентов и направление их в клиники, эффективность работы которых по данной проблеме соответствует современному уровню, может помочь пациентам максимально быстро приступить к научно обоснованному лечению заболевания позвоночника.
Цель работы — разработать автоматическую виртуальную консультацию для пациентов с заболеваниями позвоночника и спинного мозга на базе портала vertebrologi.ru, функционирующую в режиме online.
Материал и методы
На сайте vertebrologi.ru в период с 2013 по 2015 г. в разделе виртуальной консультации было проконсультировано более 170 пациентов с заболеваниями позвоночника и спинного мозга.
Как и в любой информационной системе, в разделе виртуальной консультации модуля «вертебрология 2.0» каждому пользователю присваивается своя роль: пользователь портала или консультант. Пользователь портала описывает жалобы, консультант формулирует рекомендации по дальнейшим действиям пользователя портала на основе полученной информации. Алгоритм работы с разделом виртуальной консультации представлен на рис. 1.
Представленный алгоритм состоит из следующих этапов:
1. Пользователь с помощью web-интерфейса отвечает на ряд вопросов, предлагаемых в разделе «виртуальная консультация».
2. Модуль виртуальной консультации сохраняет ответы пользователя и высылает консультанту уведомление о необходимости проконсультировать пользователя.
3. Консультант заходит в раздел виртуальной консультации, читает ответы пользователя и заполняет соответствующие разделы консультации.
4. После того как консультант завершит свою работу, система сохраняет введенную им информацию и высылает уведомление пользователю о том, что получен ответ на его вопрос.
5. Пользователь заходит в раздел виртуальной консультации и читает рекомендации консультанта.
Разработанная нами виртуальная консультация представлена на сайте vertebrologi.ru и доступна в режиме «онлайн» по ссылке: http://vertebrologi.ru/virt_consult/virt_consult.php. На рис. 2 и 3 представлены интерфейсы пользователя раздела «виртуальная консультация».
В рамках исследования разработана система правил, позволяющая получать ответы на вопросы виртуальной консультации автоматически.
В ходе проведения подготовительной работы нами было отобрано 33 вопроса, ответы на которые наиболее полноценно характеризуют пациентов с заболеваниями позвоночника и спинного мозга. На основании выбранных ответов в базу системы вносится информация о жалобах, симптомах, результатах обследования и полученной ранее медицинской помощи. В ходе работы для достижения поставленной цели нами была разработана схема, по которой определялась необходимость пациента в дообследовании, проведении очной консультации невролога, нейрохирурга или других специалистов, а также в выполнении хирургического лечения или альтернативных методов лечения. Схема сформирована из двух групп пациентов:
1-я группа — пациенты, которым выполнялась операция на позвоночнике. Этой группе пациентов, на основании полученных ответов, рекомендовалось проведение очной консультации нейрохирурга.
2-я группа — пациенты, у которых не было хирургического вмешательства на позвоночнике.
Во 2-й группе выделены пациенты, которым не проводилось комплексное обследование. Этим пациентам в заключение консультации было рекомендовано проведение очной консультации невролога для назначения необходимого обследования (МРТ, СКТ и т. д.).
Обследованные пациенты были поделены на подгруппы в зависимости от имеющейся у них патологии по данным томограмм. Пациентам, указавшим о наличии у них опухоли спинного мозга или перелома позвонка, рекомендовалось как и пациентам из 1-й группы, проведение очной консультации нейрохирурга для определения стратегии лечения.
Группа пациентов, у которых по данным томограмм выявлена грыжа межпозвонкового диска, спондилолистез, стеноз позвоночного канала с компрессией спинного мозга или его корешков, оценивалась по динамике жалоб и неврологической симптоматики и наличию/отсутствию проводимого консервативного лечения и в зависимости от ответов направлялась на очную консультацию невролога или нейрохирурга.
Пациентам, у которых по данным методов нейровизуализации нет грубых изменений и нет абсолютных показаний к хирургическому лечению, также выполнялась оценка динамики жалоб и неврологической симптоматики и наличие/отсутствие проводимого консервативного лечения. В зависимости от полученных ответов, эти пациенты направлялись на очную консультацию невролога, реабилитолога или специалиста по физиолечению с целью выявления генератора жалоб и выбора оптимального метода лечения.
На основании описанной выше схемы и результатов анализа полученных данных разработаны правила, которые формируют текст консультации.
Результаты
Путем анализа текстов консультаций была построена база правил.
Правилом называется упорядоченная тройка множеств П = (С, A, D) [2], где:
С — условие правила;
А — множество добавляемых правилом фактов;
D — множество удаляемых правилом фактов.
Задача правил — сформировать текст консультации на естественном языке на основе значений признаков. Весь текст консультации можно разделить на несколько разделов, которые потом объединяются в единый текст консультации:
1. Приветствие.
2. Формирование жалоб, влияющих на качество жизни.
3. Рекомендации.
4. Завершение консультации.
Каждый из этих разделов консультации формируется отдельными множествами правил. Кроме правил, формирующих разделы консультации, присутствуют правила, анализирующие противоречия в ответах пациента.
Приведем несколько примеров правил. Для удобства написания и восприятия информации все примеры правил опишем в нотации «если., то…».
Правило, формирующее приветственную часть консультации:
П1: ЕСЛИ в ответах пациента отсутствуют противоречия, ТО добавить в текст консультации приветственную часть.
Текст приветственной части консультации выглядит следующим образом: «Добрый день, … Мы проанализировали предоставленную Вами информацию. Анализ этих данных указывает на наличие определенной истории заболевания позвоночника». Вместо многоточия подставляются имя и отчество пациента.
Приведем примеры правил, формирующих раздел предъявляемых жалоб. Эти правила формируют полный список жалоб пациента, в зависимости от его ответов на соответствующие вопросы.
П2: ЕСЛИ пациент указал жалобы, влияющие на качество жизни, ТО добавить в раздел консультации по формированию жалоб фразу: «В настоящий момент Вы предъявляете жалобы, которые отрицательно влияют на качество Вашей жизни:…».
П3: ЕСЛИ значение степени выраженности боли ≥3 и значение степени выраженности боли ≤5, ТО добавить в раздел консультации по формированию жалоб фразу: «Болевой синдром средней степени выраженности».
П4: ЕСЛИ пациента беспокоит слабость в одной ноге, ТО добавить в раздел консультации по формированию жалоб фразу: «Слабость в ноге».
П5: ЕСЛИ пациента беспокоит онемение в обеих ногах, ТО добавить в раздел консультации по формированию жалоб фразу: «Онемение в ногах».
Следующие примеры правил формируют раздел, посвященный выработке рекомендаций по дальнейшей тактике действий. Рекомендации формируются на основе анализа результатов ранее проведенных обследований и лечения, проведения консервативного лечения в момент консультации и других параметров.
П6: ЕСЛИ в результате проведенных исследований была выявлена опухоль, ТО добавить в раздел рекомендаций фразу: «Наличие объемного образования по данным томограмм делает необходимой проведение очной консультации у нейрохирурга для определения стратегии лечения».
П7: ЕСЛИ пациент ранее не проводил никаких обследований и консультаций, ТО добавить в раздел рекомендаций фразу: «С учетом того, что Вы не проходили комплексное обследование, целью которого является выявление причины Ваших жалоб, эффективность лечения будет низка. В Вашем случае оптимально обратиться в многопрофильную клинику, где Вас проконсультирует невролог (изучит Ваши симптомы), назначит обследование (МРТ, СКТ и т. д.) и Вам будет предложен курс лечения. При необходимости Вас может проконсультировать реабилитолог, физиотерапевт и нейрохирург».
П8: ЕСЛИ пациенту проводилось хирургическое лечение, ТО добавить в начало раздела рекомендаций фразу: «Наличие в анамнезе хирургического лечения».
П9: ЕСЛИ специалист, у которого ранее консультировался пациент, считает, что необходимо провести повторную операцию, ТО добавить в раздел рекомендаций фразу: «И самое главное — наличие мнения специалиста о необходимости проведения повторной операции».
Кроме правил, формирующих текст консультации, в базе имеются правила, отслеживающие противоречия в ответах пациента. В качестве противоречия может выступать то, что пациент указал, что ему не проводились операции на позвоночнике, а при ответе на другой вопрос отметить, что ему проводились стабилизирующие вмешательства. Ниже приведен пример правила, срабатывающего в случае наличия противоречия.
П10: ЕСЛИ количество ранее проведенных операций равно нулю и пациент указал, что ему ранее проводились стабилизирующие вмешательства, ТО добавить в текст консультации фразу: «В представленной Вами информации есть противоречия, которые не позволяют предложить для Вас объективную и структурированную консультацию. Необходимо повторно внимательно прочитать предложенные вопросы и выбрать соответствующие ответы. При возникновении трудностей, если Вам необходима помощь в организации очной консультации невролога и/или нейрохирурга, Вы можете связаться с нами по телефону, представленному на сайте».
После заполнения всех предыдущих разделов консультации в конец текста консультации добавляется раздел «Завершение консультации».
П11: ЕСЛИ раздел приветствия не является пустой строкой, ТО добавить в текст консультации фразу: «Если у Вас возникли вопросы, Вы можете связаться с нами по телефону, представленному на сайте, и мы на них ответим. С уважением, коллектив сайта».
Всего в базе знаний виртуальной консультации реализовано более 40 правил.
Правила выполняются в соответствии со стратегией управления, которая в общем виде состоит из следующих шагов [2]:
1. Выбрать очередное правило из множества правил.
2. Проверить выполнимость условия правила в текущем состоянии рабочей памяти.
3. Если условие правила выполнено, поместить правило в конфликтное множество.
4. Если множество применимых правил исчерпано, выбрать какое-либо правило из конфликтного множества правил и применить его.
5. Перейти к шагу 1.
Условиями остановки являются пустое конфликтное множество, либо достижение целевого состояния.
Приведенная стратегия порождает недетерминированный процесс, поскольку она не устанавливает, каким образом следует выбирать правило из множества применимых правил.
В большинстве случаев информации, доступной стратегии управления, недостаточно для точного решения задачи выбора. Поэтому работу систем, основанных на правилах, можно охарактеризовать как процесс поиска, при котором правила подвергаются испытанию до тех пор, пока не обнаружится, что некоторая их последовательность порождает состояние рабочей памяти, удовлетворяющее целевому условию. При этом часто используются различные эвристики, сокращающие перебор.
При решении задачи автоматической виртуальной консультации было разработано несколько эвристик. Первая эвристика заключается в том, что если в некоторых ответах пациента были выявлены противоречия, то применять только правила по обработке противоречий, остальные правила не применяются.
Следующая эвристика заключается в том, что если противоречий нет, то правила по формированию текста консультации выполняются в следующем порядке: сначала выполняются правила, формирующие приветственную часть консультации; далее правила, формирующие жалобы, влияющие на качество жизни пациента; потом — рекомендации и завершающая часть консультации.
Кроме эвристики, формирующей порядок разделов текста консультации, есть эвристики, формирующие порядок предложений и сами предложения в разделе рекомендаций. Если пациенту ранее проводилось хирургическое вмешательство, то сначала применяется правило, добавляющее фразу: «Наличие в анамнезе хирургического лечения»; потом применяются правила, оценивающие необходимость в постоянном приеме анальгетиков; далее применяются правила, определяющие в ответах пациента отклонения по результатам компьютерной или магнитно-резонансной томографии; далее — применяются правила, выявляющие в ответах пациента мнение специалиста, у которого пациент консультировался раньше; в конце применяется правило, формирующее рекомендацию по дальнейшим действиям.
Были сформированы более 10 эвристик, накладываемых на правила.
После отработки всех необходимых правил все разделы собираются в один текст консультации. Ниже приведены несколько примеров результата работы правил автоматической виртуальной консультации. Из примеров были исключены персональные данные пациентов.
Пример 1: «Добрый день, … ! Мы проанализировали представленную Вами информацию. Анализ этих данных указывает на наличие определенной истории заболевания позвоночника. Наличие перелома позвонка, по данным томограмм, делает необходимым проведение очной консультации у нейрохирурга для определения стратегии лечения. Для консультации необходимо иметь МРТ- и СКТ-исследования. Если Вам необходима помощь в организации этой консультации, Вы можете связаться с нами по телефону, представленному на сайте. Если у Вас возникли вопросы, Вы можете связаться с нами по телефону, представленному на сайте, и мы на них ответим. С уважением, коллектив сайта».
Пример 2: «Добрый день, … ! Мы проанализировали представленную Вами информацию. Анализ этих данных указывает на наличие определенной истории заболевания позвоночника. В настоящий момент Вы предъявляете жалобы, которые отрицательно влияют на качество Вашей жизни: болевой синдром средней степени выраженности. По данным методов нейровизуализации, у Вас нет грубых изменений. Но с учетом того, что в последнее время Ваше самочувствие не улучшается и Вам не проводится комплексное консервативное лечение, наиболее оптимально обратиться в клинику, где Вас одновременно проконсультирует невролог, реабилитолог и специалист по физиотерапии с целью выявления генератора жалоб. Это позволит рационально определить тактику лечения, и Вы получите больше информации о Вашей ситуации. Для консультации необходимо иметь данные МРТ-исследования и функциональные спондилограммы. Если у Вас возникли вопросы, Вы можете связаться с нами по телефону, представленному на сайте, и мы на них ответим. С уважением, коллектив сайта».
Пример 3: «Добрый день, … ! Мы проанализировали представленную Вами информацию. Анализ этих данных указывает на наличие определенной истории заболевания позвоночника. В настоящий момент Вы предъявляете жалобы, которые отрицательно влияют на качество Вашей жизни: болевой синдром высокой степени выраженности, онемение в ноге, слабость в ноге. По данным методов нейровизуализации выявлена грыжа межпозвонкового диска. Отсутствие эффекта от проводимого консервативного лечения и нарастание симптомов свидетельствуют о высокой вероятности необходимости хирургического лечения. Поэтому наиболее оптимально обратиться в клинику, где Вас одновременно проконсультируют невролог и нейрохирург. Это позволит рационально определить тактику лечения, и Вы получите больше информации о Вашей ситуации. Для консультации необходимо иметь данные МРТ-исследования и функциональные спондилограммы. При необходимости Вас также проконсультируют специалисты по ЛФК и физиотерапии. Если у Вас возникли вопросы, Вы можете связаться с нами по телефону, представленному на сайте, и мы на них ответим. С уважением, коллектив сайта».
Обсуждение
Проблеме разработки систем автоматической консультации уделяют внимание не только в России, но и в других странах. Примером одной из уже существующих систем виртуальной консультации является Virtual Consultation Spine [3]. Эта система реализована в виде мобильного приложения и содержит информацию по заболеваниям и диагнозам спинальной патологии. Кроме информационной части, она содержит и консультативную. Пациенту предлагается ответить на ряд вопросов, касающихся его самочувствия, локализации боли, данных МРТ-исследования и др. Анализируя эту информацию, система в результате высылает пациенту на электронную почту документ, в котором содержится информация о возможном диагнозе, методах лечения и рекомендации о дальнейших действиях. В этой системе отсутствуют функции обработки МРТ-исследований, предоставляется возможность пациенту самому указывать область поражения. Стоит отметить, что эта система выдает рекомендации преимущественно о тактике лечения, ссылаясь на справочную информацию, которая в ней содержится. Диагноз не является точным. Тем самым она фактически берет на себя функции врача [4], при этом система избегает сложных и экстренных случаев. На наш взгляд, это не совсем верный подход. Система автоматической консультации должна рекомендовать тактику дальнейшего взаимодействия врача и пациента, но ни в коем случае не заменять специалиста. Именно на выработку таких рекомендаций направлена описанная в данной работе система автоматической виртуальной консультации.
При разработке автоматической виртуальной консультации стоял выбор между двумя подходами: системой баллов и системой правил. Балльный подход хорошо зарекомендовал себя при разработке ряда диагностических калькуляторов. При таком подходе каждому ответу на вопрос экспертами была дана его количественная характеристика (баллы). После того как пациент завершает отвечать на вопросы, все баллы суммируются. Путем экспертного анализа было выделено семь классов, к которым можно отнести пациентов. Каждому классу соответствует числовой интервал для набранных баллов и рекомендации по дальнейшим действиям. Например, если пациент принадлежит к первому классу (этому классу соответствуют пациенты, которые ранее не проходили консультацию), то ему необходимо рекомендовать обратиться на очную консультацию к неврологу, выполнить РГ, МРТ, СКТ, привлечь, при необходимости, других специалистов (реабилитолога, методиста, физиотерапевта и др.). Для отнесения пациента к определенному классу необходимо, чтобы набранные баллы принадлежали соответствующему интервалу.
Для подсчета интервалов значений баллов для классов все пациенты, которым были проведены консультации в разделе «Виртуальная консультация» [5] на портале vertebrologi.ru, были разбиты на классы. Для каждого пациента были подсчитаны баллы, набранные им, и рассчитаны интервалы для каждого класса путем взятия минимального и максимального значений баллов, набранных пациентами одного класса.
Второй подход подробно описан в настоящей работе.
Эксперименты показали, что при первом подходе ввиду того, что интервалы для разных классов пересеклись, система начала выдавать неверные консультации. При втором подходе ошибок при формировании консультации не было. Эксперименты проводились на 170 пациентах, которые ранее были проконсультированы экспертами. В рамках работы нами произведена оценка точности сделанных в консультации заключений. Эта оценка проводилась путем визуального экспертного сравнения текстов консультаций, автоматически сформированных системой и написанных врачом-консультантом. Точность консультаций врача равна 98%. Результаты экспериментов показали, что подход, основанный на правилах, работает лучше балльного подхода.
Следующим шагом в проведении экспериментов по созданию системы автоматической виртуальной консультации является оценка результатов ее работы. Эта оценка показывает, воспользовались ли пациенты результатами виртуальной консультации и насколько они точны. Для проведения этой оценки использовалась рассылка со специально разработанным опросником всем пациентам, которые приняли участие в исследовании. Проведение этих экспериментов требует длительного времени, и их результаты будут описаны в дальнейших работах.
Заключение
В работе описана система автоматической виртуальной консультации, разработанная совместно специалистами Института системного анализа РАН, НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко и Клинической больницы № 1 «Волынская».
Для разработки виртуальной консультации было предложено два подхода: с применением балльной системы и с помощью базы правил. В результате проведенных экспериментов подход, основанный на применении системы правил, оказался эффективнее балльного. При использовании системы баллов выдавались неверные рекомендации. В системе правил все рекомендации в экспериментах были верны.
В настоящий момент система автоматической виртуальной консультации функционирует на портале vertebrologi.ru в качестве одного из его модулей [5]. Ввиду того что динамика использования мобильных устройств при работе в сети Интернет растет [6], планируется разработать мобильную версию системы виртуальной консультации для охвата большего количества пациентов.
Комментарий
Статья посвящена новой и крайне актуальной теме — применению информационно-компьютерных технологий для решения частных клинических задач. На сегодняшний день электронное здравоохранение — новая область лечебно-консультационной практики, в которой пересекаются информатика и здравоохранение. Обращает на себя внимание примененный авторами нестандартный подход к разработке системы и ее представления в сети Интернет. Иными словами, речь идет о развитии нового направления — «Медицина 2.0» или, что уместнее, «Вертебрология 2.0».
Широкий доступ к компьютерной сети Интернет влияет на качество и эффективность медицинской помощи. Сегодня ресурсы Интернета очень популярны, и большинство людей обращаются в мировую компьютерную сеть для решения проблем со здоровьем и получения необходимой информации о своем заболевании. Пациент с конкретным заболеванием ищет в Интернете ответы на вопросы, начиная с организационных и заканчивая клиническими. Нередко люди попадают на сайты, которые содержат непрофессиональную информацию, что может привести в отдельных случаях к нежелательным последствиям.
Создание профессиональных медицинских сайтов позволяет получить достоверную информацию о состоянии здоровья, улучшить качество амбулаторного лечения и уменьшить необходимость пациентов в частом обращении к врачу, что в свою очередь снижает нагрузку на специалистов медицинских центров и других лечебных заведений.
На базе портала vertebrologi.ru авторами разработан модуль автоматической виртуальной консультации для пациента с болью в спине, функционирующий в режиме online. Для разработки данного модуля авторами была проанализирована большая группа пациентов (170 человек) и предложено два подхода: с применением балльной системы и с помощью базы правил. На основании экспериментальных данных доказано, что подход, основанный на применении системы правил, эффективнее балльного.
В предложенной вниманию работе проанализирован большой массив данных, позволяющий выполнять быстрый отбор пациентов и направлять их к специалистам (нейрохирургу, неврологу, реабилитологу или специалисту по физиолечению) для выполнения хирургического лечения или иными методами в клиники, эффективность помощи в которых при данной проблеме соответствует современному уровню. Тем самым обеспечивается своевременная и квалифицированная медицинская помощь.
Материал, представленный в статье, является весьма актуальным и полезным для нейрохирургов, неврологов и врачей общей практики.
А.А. Кулешов (Москва)