ИИ в здравоохранении: ожидание и реальность

Андрей Мжельский

В книге представлена информация по базовой информационной модели, обеспечивающей выполнение алгоритмов искусственного интеллекта для формирования лечебно-диагностического плана.

Глава третья. Диагностика заболеваний

Диагностика заболеваний — это комплекс медицинских вмешательств, направленных на распознавание состояний или установление факта наличия либо отсутствия заболеваний. Осуществляется посредством сбора и анализа жалоб пациента, данных его анамнеза и осмотра, проведения лабораторных, инструментальных, патолого-анатомических и иных исследований в целях определения диагноза, выбора мероприятий по лечению пациента и (или) контроля за осуществлением этих мероприятий.

Для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний следует учитывать:

— постановку предварительного диагноза;

— постановку заключительного диагноза.

Для установления предварительного диагноза врач использует вспомогательную клиническую информацию и информацию о результатах объективного осмотра.

Блок вспомогательной клинической информации включает в себя сведения по следующим факторам, которые учитываются в диагностике заболеваний:

— базовые данные пациента (пол и возраст);

— анамнез;

— лист уточненных диагнозов;

— жалобы.

Для подтверждения или опровержения предварительного диагноза и установки заключительного диагноза используется информация о результатах лабораторных и инструментальных исследований.

Источники информации

В качестве основных источников информации для формирования алгоритмов ИИ по диагностике заболеваний используются клинические рекомендации по ранее выбранным заболеваниям (2 — 11).

Ячейка нейросети «Диагностика»

Ячейка нейросети «Диагностика», состоящая из семи узлов нейросети, представлена на рисунке 5.

Рисунок 5. Ячейка нейросети «Диагностика»

Алгоритм ИИ по формированию диагностических мероприятий в лечебно-диагностическом плане при каждом обращении пациента в МО может активироваться на первичном и повторном приемах пациента.

Первичный прием пациента. 1 этап

На первом этапе первичного приема пациента, до начала сбора информации и объективного осмотра пациента выполняется анализ имеющихся в ИЭМК данных для постановки предварительного диагноза — проверяется наличие актуальной информации в узлах нейросети:

1. Базовые данные пациента (УН 1).

2. Анамнез (УН 2), в том числе:

— анамнез заболевания;

— образ жизни;

— анамнез жизни, в том числе:

• наследственный анамнез;

• специфический анамнез;

• социальный анамнез;

• трудовой анамнез;

• эпидемиологический анамнез;

• иммунологический анамнез;

• аллергологический анамнез.

3. Лист уточненных диагнозов (УН 3).

4. Жалобы (УН 4).

Первичный прием пациента. 2 этап

На первом этапе первичного приема пациента, после сбора информации и объективного осмотра пациента выполняется расчет диагностической уверенности в пользу наиболее вероятного предварительного диагноза заболевания на основании узлов нейросети 1 — 5 (см. Рисунок 5).

Первичный приема пациента. 3 этап

После выполнения первых двух этапов первичного приема пациента выполняется включение в лечебно-диагностический план диагностических мероприятий:

1. Лабораторных исследований (УН 6);

2. Инструментальных исследований (УН 7);

3. Консультаций врачей-специалистов (УН 3 — установленный диагноз, как итог консультации врача-специалиста).

Повторный прием пациента

На повторном приеме пациента, после получения результатов назначенных диагностических мероприятий выполняется расчет диагностической уверенности в пользу наиболее вероятного заключительного диагноза заболевания на основании УН 3, 6, 7 (см. Рисунок 5).

Диагностическая уверенность — вероятность того, или иного заболевания, алгоритмически рассчитываемая на основании имеющейся в ИЭМК пациента клинической информации.

В следующих разделах приводится анализ информации по каждому из 7 УН ячейки нейросети «Диагностика».

Базовые данные пациента

В данном разделе рассматривается информация по полу и возрасту пациента, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Информация по полу и возрасту пациента, фигурирующая в клинических рекомендациях (2 — 11), представлена в таблице 2.

Знак + означает, что указанная информация по полу и возрасту пациента является дополнительным фактором в пользу подтверждения предварительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Таблица 2. Влияние ЕИ «Базовые данные пациента» на диагностику заболеваний

Анамнез

Анамнез заболевания — информация, излагаемая в хронологическом порядке о возникновении, течении и развитии настоящего заболевания с момента появления первых симптомов до текущего приема врача.

В данном разделе рассматривается информация по анамнезу заболевания, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Информация по анамнезу заболевания пациента, фигурирующая в клинических рекомендациях (2 — 11), представлена в таблице 3.

Знак + означает, что указанная информация по анамнезу заболевания пациента является дополнительным фактором в пользу подтверждения предварительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Таблица 3. ЕИ узла нейросети «Анамнез заболевания»

Образ жизни

Образ жизни — это комплекс сведений о действиях и привычках пациента, формирующих привычный для него уклад жизни, являющихся факторами, оказывающими влияние как на возникновение ряда заболеваний, так и на их предотвращение.

В данном разделе рассматривается информация по образу жизни пациента, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Информация об образе жизни пациента, фигурирующая в клинических рекомендациях (2 — 11), представлена в таблице 4.

Знак + означает, что указанная информация об образе жизни пациента является дополнительным фактором в пользу подтверждения предварительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Таблица 4. ЕИ узла нейросети «Образ жизни»

Анамнез жизни

Анамнез жизни — cовокупность сведений о событиях из жизни пациента, имеющих клиническое значение для конкретных врачей, выполняющих определенные роли в клинико-диагностическом процессе.

В данном разделе рассматривается информация из анамнеза жизни пациента, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Примеры информации по анамнезу пациента, фигурирующей в клинических рекомендациях (2 — 11), представлены в таблице 5.

Знак + означает, что указанная информация по анамнезу жизни пациента является дополнительным фактором в пользу подтверждения предварительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Для формирования алгоритмов ИИ используются данные различного варианта анамнеза жизни. В их числе:

Наследственный анамнез — комплекс сведений, содержащих информацию о заболеваниях ближайших родственников пациента.

Специфический анамнез (акушерско-гинекологический, неврологический, трансфузиологический и др.) — совокупность специфической клинической информации по конкретному пациенту, представляющая в первую очередь интерес для врачей определенных специальностей.

Социальный анамнез — совокупность сведений социального характера по пациенту с момента его совершеннолетия до момента обращения к врачу.

Трудовой анамнез — комплекс сведений о трудовой деятельности пациента от момента ее начала до момента обращения к врачу.

Эпидемиологический анамнез — комплекс сведений, характеризующих эпидемиологическую обстановку, способы передвижения и контакты пациента на территории, где он находился последнее время (двойной инкубационный период конкретного инфекционного заболевания).

Иммунологический анамнез — комплекс сведений о всех случаях вакцинопрофилактики пациента, как плановой, так и по эпидемическим показаниям, а также сведений о медицинских отводах, противопоказаниях, и реакциях на прививки.

Аллергологический анамнез — совокупность сведений о всех случаях аллергических реакций конкретного пациента и их проявлений с момента рождения до момента текущего обращения к врачу.

Таблица 5. ЕИ узла нейросети «Анамнез жизни» (фрагмент)

Таблица 6. ЕИ узла нейросети «Жалобы» (фрагмент)

Таблица 7. ЕИ узла нейросети «Лист уточненных диагнозов» (фрагмент)

Жалобы

Жалобы — объективное, но не всегда достоверное описание пациентом своих ощущений и переживаний за определенный период времени, которыми он делится с врачом.

В данном разделе рассматривается информация по жалобам пациента, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Примеры жалоб, фигурирующих в клинических рекомендациях (2 — 11) представлены в таблице 6.

Знак + означает, что указанная информация по жалобам пациента является дополнительным фактором в пользу подтверждения предварительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Лист уточненных диагнозов

Лист уточненных диагнозов — перечень формализованных заключений о состоянии здоровья конкретного пациента в определенный период времени.

В данном разделе рассматривается информация по ранее выявленным у пациента заболеваниям, необходимым для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Примеры ранее выявленных у пациента заболеваний, фигурирующих в клинических рекомендациях (2 — 11), представлены в таблице 7.

Знак + означает, что заболевания, ранее выявленные у пациента, являются дополнительным фактором в пользу подтверждения предварительного диагноза перечисленных заболеваний и могут быть использованы в алгоритме ИИ.

Примечание:

1. Заболевания, перечисленные в таблице для графы АГ — могут быть при симптоматической гипертонии.

2. Заболевания, перечисленные в таблице для графы ВИЧ — могут быть при стадии СПИД.

3. Заболевания, перечисленные в таблице для графы Цирроз — могут быть при стадии декомпенсации.

Данные объективного осмотра

В данном разделе рассматривается информация по данным объективного осмотра пациента, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Примеры данных объективного осмотра, фигурирующие в клинических рекомендациях (2 — 11), представлены в таблице 8.

Знак + означает, что указанная информация по данным объективного осмотра является дополнительным фактором в пользу подтверждения предварительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Таблица 8. ЕИ узла нейросети «Данные объективного осмотра» (фрагмент)

Результаты лабораторных исследований

В данном разделе рассматривается информация по результатам лабораторных исследований пациента, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию лечебно-диагностического плана в части диагностики заболеваний.

Примеры результатов некоторых лабораторных исследований пациента, фигурирующих в клинических рекомендациях (2 — 11), представлены в таблице 9.

Знак + означает, что указанная информация по результатам лабораторных исследований является одним из основных факторов в пользу подтверждения заключительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Таблица 9. ЕИ узла нейросети «Результаты лабораторных исследований» (фрагмент)

Результаты инструментальных исследований

В данном разделе рассматривается информация по результатам инструментальных исследований пациента, необходимая для формирования алгоритмов ИИ по формированию ЛДП в части диагностики заболеваний.

Примеры результатов некоторых инструментальных исследований, фигурирующих в клинических рекомендациях (2 — 11), представлены в таблице 10.

Знак + означает, что указанная информация по результатам инструментальных исследований является одним из основных факторов в пользу подтверждения заключительного диагноза перечисленных заболеваний и может быть использована в алгоритме ИИ.

Примечание:

Результаты исследований, представленные в графе ВИЧ:

— Не являются результатами специального инструментального исследования для диагностики данной инфекции.

— Могут наблюдаться при диагностике оппортунистических заболеваний, выявление которых может повлиять на исход заболевания и тактику лечения пациента.

Таблица 10. ЕИ узла нейросети «Результаты инструментальных исследований» (фрагмент)

Ожидаемый результат выполнения алгоритма ИИ

1 этап

Установлен наиболее вероятный предварительный диагноз заболевания, основанный на определении диагностической уверенности по следующим УН ячейки нейросети «Диагностика»:

— базовые данные пациента;

— анамнез;

— жалобы;

— лист уточненных диагнозов;

— данные объективного осмотра.

Упрощенный алгоритм расчета диагностической уверенности может быть представлен следующей формулой:

Значение ДУ в предварительном диагнозе = значение УН1 + значение УН2 + значение УН… n, где:

ДУ — диагностическая уверенность в предварительном диагнозе

УН1, УН2, УН… n — узлы нейросети, сумма значений которых определяет диагностическую уверенность. Чем выше итоговое значение — тем выше диагностическая уверенность в предварительном диагнозе.

В свою очередь:

Значение УН = значение ЕИ1 + значение ЕИ2 + значение ЕИ… n, где

ЕИ — единицы информации, сумма значений которых определяет значение УН, в который они входят.

В свою очередь:

Значение ЕИ = КоР ЕИ х КоВ ЕИ, где:

Коэффициент распространенности ЕИ (КоР ЕИ) — значение, характеризующее уровень распространенности определенной ЕИ при характеристике конкретного заболевания. Например, головная боль, встречающаяся у 90% пациентов, страдающих артериальной гипертензией, представляет собой КоР ЕИ = 0,9, что можно считать высоким значением.

Однако КоР ЕИ в данном примере сам по себе не будет играть решающего значения в расчете значения ЕИ, так как данная единица информации не имеет большого веса при характеристике конкретного заболевания — жалоба на головную боль характерна для многих заболеваний.

Коэффициент веса ЕИ (КоВ ЕИ) — значение, характеризующее вес определенной ЕИ при характеристике конкретного заболевания. Например, ЕИ, характеризующая симптом «Высыпания в виде звездочек», будет иметь вес, приближающийся к 100% (КоВ ЕИ ≈ 1,0), так как данный симптом характерен для ограниченного круга заболеваний (например, является одним из ведущих симптомов при менингококковой инфекции).

В результате расчета диагностической уверенности в предварительном диагнозе:

Определен единственный предварительный диагноз заболевания — если значение ДУ по нему значительно выше значений по другим заболеваниям.

Или:

Определены несколько предварительных диагнозов заболеваний — если значения ДУ по ним приблизительно одинаковы.

2 этап

Назначены диагностические мероприятия, позволяющие установить заключительный диагноз заболевания.

В качестве основных источников информации для формирования базовой информационной модели по назначению диагностических мероприятий у взрослых могут использоваться следующие нормативно-правовые акты:

— приказ Минздрава России от 02.11.2020 N 1193н «Об утверждении стандартов медицинской помощи взрослым при артериальной гипертензии» (18);

— приказ Минздрава России от 28.04.2021 N 410н «Об утверждении стандарта медицинской помощи взрослым при стабильной ишемической болезни сердца (диагностика, лечение и диспансерное наблюдение)» (19);

— приказ Минздрава России от 02.06.2022 N 376н «Об утверждении стандартов медицинской помощи взрослым при раке молочной железы» (20);

— приказ Минздрава России от 08.02.2022 N 63н «Об утверждении стандартов медицинской помощи взрослым при раке предстательной железы» (21);

— приказ Минздрава России от 20.12.2012 N 1213н «Об утверждении стандарта первичной медико-санитарной помощи при пневмонии» (22);

— временные методические рекомендации «Профилактика, диагностика и лечение новой коронавирусной инфекции (COVID-19)» — версия 18 от 26.10.2023 (7);

— приказ Минздрава России от 13.12.2023 N 682н «Об утверждении стандарта медицинской помощи взрослым при туберкулезе (диагностика и лечение)» (23);

— приказ Минздрава России от 23.06.2022 N 438н «Об утверждении стандарта первичной медико-санитарной помощи взрослым при ВИЧ-инфекции (диагностика, лечение и диспансерное наблюдение)» (24);

— приказ Минздрава России от 28.12.2022 N 810н «Об утверждении стандарта медицинской помощи взрослым при циррозе и фиброзе печени (диагностика и лечение)» (25);

— КР «Очаговая травма головного мозга» (11).

Некоторые из диагностических мероприятий, позволяющих установить заключительный диагноз заболевания, представлены в таблице 11.

Мероприятия, рекомендуемые для диагностики заболеваний, отмечаются знаком + в соответствующей ячейке.

Мероприятия при диагностике заболеваний, выделенные в соответствующих ячейках цветом — являются обязательными.

Не выделенные цветом мероприятия — являются опциональными и рекомендуются к выполнению по определенным показаниям.

Таблица 11. Мероприятия для постановки заключительного диагноза (фрагмент)

Всего по результатам анализа приведенных выше НПА для диагностики рассмотренных заболеваний рекомендуется:

— консультации врачей 21 специальности;

— лабораторных исследований — 94;

— инструментальных исследований — 107.

При этом, обязательные диагностические мероприятия по составляют менее 5% от общего числа рекомендуемых диагностических мероприятий.

Следовательно, ИИ должен получить дополнительную информацию для назначения опциональных диагностических мероприятий для конкретного пациента.

Рассмотрим данные, которые могут составить новую ячейку нейросети на примере некоторых диагностических мероприятий рака молочной железы (4).

Хотя сами узлы нейросети будут такими же, как в ячейке нейросети «Диагностика», единицы информации будут другими, поэтому правильнее говорить о новой ячейке нейросети, характеризующей назначение опциональных диагностических мероприятий при раке молочной железы — «Опциональная диагностика РМЖ».

Узлы нейросети и единицы информации, необходимые для алгоритма ИИ по назначению трех опциональных диагностических мероприятий рака молочной железы, рассмотренных в качестве примера, представлены в таблице 12.

Таблица 12. УН и ЕИ, необходимые для алгоритма «Назначение опциональных диагностических мероприятий при РМЖ»

По результатам анализа показаний для назначения трех диагностических мероприятий определены УН и ЕИ для ячейки нейросети «Опциональная диагностика РМЖ», изображенная на рисунке 6.

Рисунок 6. Ячейка нейросети «Опциональная диагностика РМЖ»

Необходимо заметить, что при анализе показаний для других опциональных мероприятий при диагностике рака молочной железы, в ячейку нейросети могли быть добавлены другие узлы нейросети с единицами информации, необходимыми для реализации данного алгоритма ИИ.

Подобным образом могут быть смоделированы и реализованы ячейки нейросети для опциональной диагностики других заболеваний.

В результате выполнения алгоритмов 2 этапа сформирован ЛДП, включающий диагностические мероприятия, в том числе:

— даты и наименования запланированных лабораторных исследований;

— даты и наименования запланированных инструментальных исследований;

— даты запланированных консультаций врачей-специалистов.

3 этап

Проведена оценка результатов по факту выполнения назначенных мероприятий:

— лабораторных исследований (по примеру данных, представленных в таблице 9);

— инструментальных исследований (по примеру данных, представленных в таблице 10);

— консультаций врачей-специалистов (по анализу установленных врачами-специалистами диагнозов в ЛУД).

4 этап

Установлен наиболее вероятный заключительный диагноз заболевания, основанный на определении диагностической уверенности по следующим узлам нейросети:

— консультациям врачей-специалистов (по установленным диагнозам в ЛУД);

— результатам лабораторных исследований;

— результатам инструментальных исследований.

Также, как и алгоритм расчета диагностической уверенности в предварительном диагнозе, алгоритм диагностической уверенности в заключительном диагнозе может быть представлен следующей формулой:

Значение ДУ в заключительном диагнозе = значение УН1 + значение УН2 + значение УН… n, где:

ДУ — диагностическая уверенность в заключительном диагнозе.

УН1, УН2, УН… n — узлы нейросети, сумма значений которых определяет диагностическую уверенность. Чем выше итоговое значение — тем выше диагностическая уверенность в заключительном диагнозе.

В свою очередь:

Значение УН = значение ЕИ1 + значение ЕИ2 + значение ЕИ… n, где

ЕИ — единицы информации, сумма значений которых определяет значение УН, в который они входят.

В свою очередь:

Значение ЕИ = КоР ЕИ х КоВ ЕИ, где:

КоР ЕИ — значение, характеризующее уровень распространенности определенной ЕИ при характеристике конкретного заболевания.

КоВ ЕИ — значение, характеризующее вес определенной ЕИ при характеристике конкретного заболевания.

Также, как и при алгоритме диагностической уверенности в предварительном диагнозе, необходимо учитывать различный вес единиц информации в данном алгоритме, то есть — ведущую роль определенных диагностических мероприятий (чаще всего — лабораторных и инструментальных исследований) в подтверждении заключительного диагноза заболевания.

В результате расчета диагностической уверенности в заключительном диагнозе могут быть следующие результаты алгоритма ИИ на данном этапе:

1. Проведенные диагностические мероприятия не выявили заболевания (заболеваний) у пациента. Дополнительных диагностических мероприятий не требуется.

2. Проведенные диагностические мероприятия не подтвердили диагноз, по которому проводилось обследование, но выявили другое заболевание (или подозрение на него). При этом:

— дополнительные диагностические мероприятия не требуются;

— дополнительные диагностические мероприятия требуются.

3. Проведенные диагностические мероприятия подтвердили диагноз, по которому проводилось обследование.

5 этап

В зависимости от результата выполнения алгоритма 4 этапа, на данном этапе к формированию лечебно-диагностического плана нейросеть применит следующие правила:

1. Если заболевание не выявлено — в лечебно-диагностическом плане останутся неизменными ранее запланированные профилактические мероприятия по данному пациенту.

2. Если диагноз заболевания не подтвержден, но выявлено другое заболевание или подозрение на него:

— в лечебно-диагностическом плане будут запланированы лечебные мероприятия по выявленному заболеванию пациента;

— в лечебно-диагностическом плане будут запланированы диагностические мероприятия по новому заболеванию (или подозрению на него), выявленному у пациента.

3. Если диагноз заболевания подтвержден — в лечебно-диагностическом плане будут запланированы лечебные мероприятия по выявленному заболеванию пациента.