Подагра — хроническое системное тофусное заболевание, характеризующееся отложением в различных тканях кристаллов моноурата натрия и развивающимся в связи с этим воспалением у лиц с гиперурикемией, обусловленной внешнесредовыми и/или генетическими факторами. Заболевание распространено среди 1–2% взрослого населения [1]. Для контроля подагры эффективен терапевтический подход «лечение до достижения целевого уровня уратов сыворотки крови», обозначенный в современных клинических рекомендациях. Долгосрочное снижение уровня мочевой кислоты до уровня менее 360 мкмоль/л приводит к растворению кристаллов и в итоге к подавлению обострений заболевания. Однако показатели своевременности начала и продолжения уратснижающей терапии до достижения цели во всем мире очень низки, и, следовательно, достижение лабораторных целевых значений мочевой кислоты в сыворотке крови регистрируется нечасто [1]. Необходимы стратегии улучшения качества оказываемой помощи пациентам.

Длительность времени установления диагноза подагры в России достигает 4–8 лет с момента первого приступа подагрического артрита [2–5], что приводит к появлению тяжелых осложнений и развитию коморбидных состояний.

Причин длительной постановки диагноза «подагра» существует много. Одна из проблем заключается в недостатке врачей-специалистов (врачей-ревматологов) в поликлиниках и других медицинских учреждениях. Согласно российскому законодательству [6], рекомендуется иметь одного врача-ревматолога на 30 000 человек населения. Однако реальное число специалистов на местах составляет 0,07 на 10 000 человек или 0,21 на 30 000 человек, что в 5 раз меньше рекомендуемого [7, 8]. Таким образом, происходит задержка в получении пациентами качественной и квалифицированной помощи.

Еще одна проблема связана с отсутствием возможности проведения поляризационной микроскопии, являющейся «золотым стандартом» в диагностике подагры [1, 9]. Метод не является «рутинным», не может быть масштабно использован на местах, более того, его могут применять только подготовленные специалисты [4, 9]. Все эти причины приводят к тому, что врачи вынуждены устанавливать диагноз на основании исключительно клинических признаков, что служит причиной возникновения ошибочной трактовки состояния при первичном обращении пациентов [10].

Современные технологические возможности способны снизить число врачебных ошибок и улучшить качество оказываемой помощи пациенту. Одна из таких возможностей — разработка и применение систем поддержки принятия врачебных решений, которые ведут с конца 1960-х — начала 1970-х гг. [11–13]. За более чем 50-летнее развитие этого направления был создан большой пул решений, многие из которых применяют и в настоящее время. В целом  существующие решения могут быть разделены на две группы [14]:

• системы, основанные на машинном обучении: генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети, методы опорных векторов и многие другие [15];
• системы, основанные на знаниях, в частности, экспертные системы [13].

Системы, основанные на машинном обучении (например обработка медицинских изображений), имеющие крупные базы данных (от нескольких тысяч случаев) и не требующие объяснения принятого решения системой специалисту, хорошо зарекомендовали себя в различных областях медицины. Однако для оказания поддержки принятия решений при диагностике и лечении подагры больше подходят системы, основанные на знаниях и позволяющие сформировать экспертные системы при отсутствии баз данных достаточного объема. Они могут быть основаны на текстологических источниках и экспертных знаниях и позволяют формировать обоснованные решения [12, 13, 16].

Созданием базы знаний занимается инженерия знаний, разрабатывающая различные методы их извлечения, структуризации и формализации. На текущем этапе развития инженерии знаний существует несколько устоявшихся моделей представления знаний, в частности, продукционные модели, фреймы, семантические сети и др. [12, 13, 17]. Однако существуют особенности знаний предметной области (модульность, противоречивость, неполнота и др.), которые сложно отобразить в существующих моделях [12]. Один из способов, позволяющих обойти подобного рода сложности, — использование онтологического подхода, в рамках которого рассматривают формирование номенклатуры медицинских понятий со строгим пониманием значения каждой сущности в отдельности и созданием их иерархии [12].

Онтология — формальная спецификация разделяемой концептуальной модели, т. е. по сути онтологией является абстрактная модель предметной области, описывающая систему понятий данной области в явном виде, которая принята определенным сообществом и представлена в формализованном виде [12, 13]. Принятым вариантом отображения онтологии являются семантические сети, т. е. совокупность концептов, объединенных связями, однако онтология может быть представлена любым другим методом представления знаний, например фреймами или продукционными правилами.

Таким образом, создание онтологии является одним из ключевых этапов разработки экспертной системы, с помощью которой специалист сможет получить всю необходимую информацию по заболеванию, но для того, чтобы разработать онтологическую модель предметной области, требуется использовать номенклатуру медицинских понятий и логические схемы по диагностике и лечению [12, 13], однако на сегодняшний день не существует подобных информационных объектов.

Цель работы — разработать формализованные схемы диагностики и лечения подагры в условиях амбулаторной помощи для построения экспертной системы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Основным источником для формирования номенклатуры медицинских понятий и схем по диагностике и лечению подагры были федеральные клинические рекомендации, одобренные Министерством здравоохранения Российской Федерации [1]. Дополнительно использовали материалы, представленные в государственном реестре лекарственных средств [18], а также современные монографии и статьи.

Критерии подбора экспертов при разработке экспертных систем или аналогичных продуктов не регламентированы в отечественных нормативно-правовых актах в явном виде, поэтому были использованы формальные показатели их профессиональной компетентности (ученая степень, занимаемая должность, стаж работы в области ревматологии более 8 лет). Собранная группа экспертов-ревматологов, терапевтов состояла из трех высококвалифицированных специалистов кафедры факультетской терапии им. А. И. Нестерова лечебного факультета Российского национального исследовательского университета им. Н. И. Пирогова.

Разработку и ведение схем диагностики и лечения подагры осуществляли с помощью программных продуктов MS Excel (Microsoft; США), MS Excel Online (Microsoft; США) и MS Visio (Microsoft; США).

Разработка номенклатуры медицинских понятий в области диагностики и лечения подагры состояла из нескольких этапов:

• с помощью текстологических методов извлечения знаний осуществляли выделение понятий;
• каждый эксперт независимо от других специалистов осуществлял корректирование номенклатуры (изменение/ добавление/удаление выделенных понятий);
• полученные результаты валидировали методом сопоставления и методом общего голосования.

Метод сопоставления заключался в следующем. Каждому эксперту выдавали версию номенклатуры, сформированной на основе текстологических источников. Эксперты корректировали номенклатуру независимо друг от друга. Полученные версии сопоставляли между собой и выявляли различия, которые в дальнейшем выносили на общее голосование с целью итогового наполнения финальной номенклатуры понятий новыми позициями.

Схемы диагностики разрабатывали на основе международной классификации ACR/EULAR 2015.

Схемы лечения строили на сведениях из клинических рекомендаций Ассоциации ревматологов России [1, 19]. Разработка схем включала этапы, похожие на таковые при создании номенклатуры понятий.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Номенклатура медицинских понятий

Разработка номенклатуры медицинских понятий по диагностике и лечению подагры является многоэтапным процессом, результатом которого стало выделение 1174 понятий. В ходе разработки возникла необходимость сформировать ряд требований, для того чтобы предупредить чрезмерное расширение номенклатуры позициями, в дальнейшем не используемыми специалистом при принятии врачебных решений.

1. Выделять понятия, которые используют только при диагностике и лечении подагры. Понятия, которые не касаются данного заболевания, не включать в номенклатуру. Например, понятия «Изжога» или «Язва желудка» не используют в диагностике или лечении подагры, поэтому они не были включены в номенклатуру.
2. Извлекать уточненные понятия. Например, понятие «Мочевая кислота» не включать в номенклатуру, поскольку термин не является в достаточной степени детализированным: мочевую кислоту изучают в сыворотке крови, в моче пациента, синовиальной жидкости и др. и она имеет различные показатели нормы, используемые в ходе диагностики заболевания или контроля лечения пациента. Поэтому термин необходимо уточнить до «Сывороточный уровень мочевой кислоты». При добавлении понятия в номенклатуру осуществляли его маппинг с терминологической базой данных SNOMED, что позволило детализировать ряд понятий.
3. Формировать синонимичные группы понятий. Отдельные медицинские школы могут использовать различные термины для описания одного и того же явления. Такие понятия необходимо добавлять в номенклатуру медицинских понятий и объединять в синонимичные группы, которые описывают определенное явление в медицине. Например, «Подагра интермиттирующего течения вне обострения» и «Подагра. Межприступный период». В рамках синонимичной группы необходимо выделять основное понятие, которое в дальнейшем будет использоваться системой, и синонимичные понятия, которые перенаправят систему на основное понятие. Обычно за основное понятие принимают наиболее часто используемое. Все сокращения и аббревиатуры считают синонимами.
4. Извлекать обобщающие понятия для группировки уточненных понятий. Например, понятие «Тофус» обобщает группу понятий «Подкожный тофус», «Внутрикостный тофус» и др.
5. Выделять в качестве лекарственных препаратов исключительно действующие вещества. Не включать в номенклатуру торговые наименования.
6. Извлекать количественные понятия. Например, «Сывороточный уровень мочевой кислоты» необходимо сопроводить указанием референтных интервалов.

Перед началом работы над номенклатурой медицинских понятий экспертная группа сформулировала перечень конечных диагнозов по подагре на основе собственного опыта и верифицированных источников литературы [1, 19]. Диагноз состоит из клинической стадии подагры и функционального класса пораженного сустава (табл. 1).

По окончании работы с текстологическими источниками номенклатура медицинских понятий в области диагностики подагры включала 132 основных и 77 синонимичных понятий, после уточнения номенклатуры экспертной группой — 179 основных и 470 синонимичных понятий. Номенклатура медицинских понятий в области лечения подагры по окончании первого этапа состояла из 324 основных и 213 синонимичных понятий; по окончании второго этапа — 387 основных и 515 синонимичных понятий.

Часть выделенных понятий используется в обеих номенклатурах, поэтому при их объединении общее число основных понятий составило 495, синонимичных — 679.

Основные понятия были сгруппированы в восемь типов (табл. 2). В дальнейшем эти типы понятий будут использованы для построения онтологии по диагностике и лечению подагры.

Разработка схем для диагностики подагры

Разработка схем для диагностики подагры включала несколько этапов и была осуществлена на основе федеральных клинических рекомендаций [1, 19] с последующим уточнением экспертами. Схему формировали для каждого из 20 уточненных понятий диагноза подагры. Всего было создано 40 схем (табл. 3), для описания которых использовали 52 симптома.

Уточненные понятия диагноза подагры являются окончательно сформированными вариантами диагнозов, в рамках которых осуществлен перебор двух частей: клинической стадии подагры и функционального класса пораженного сустава [19, 20] (см. табл. 1). С точки зрения диагностики заболевания обе части можно рассматривать как отдельные составляющие. Алгоритм определения функционального класса пораженного сустава полностью соответствует требованиям федеральных клинических рекомендаций [19].

Алгоритм диагностики клинических стадий строили на основе международной классификации ACR/EULAR 2015 [1]. Алгоритм состоит из трех шагов. Первый шаг связан с выявлением приступа подагрического артрита, в рамках которого рассматривают симптомы воспаления голеностопного, 1-го плюснефалангового суставов и суставов средней части стопы. На этапе уточнения информации экспертной группой список был расширен симптомами воспаления коленного сустава и симптомами воспаления периферических суставов как единого понятия для обобщения 59–61 суставов, которые могут быть поражены с меньшей степенью вероятности. Каждый признак вносит свой вклад в диагностику заболевания, который выражен в баллах. Для диагностики подагры специалисту необходимо определить набор признаков, которые суммарно оценивают по шкале ACR/EULAR в 8 и более баллов. Однако набор баллов по данной классификации дополняется следующими условиями.

Подсчет баллов на примере временных характеристик

Некоторые признаки влияют на диагностику заболевания только при совместном использовании. Например, «Длительность наступления максимальной боли во время приступа» со значением «< 24 ч» и «Длительность приступа артрита» со значением «10–14 сутки» совместно имеют 1 балл. При этом добавление третьего признака «Наступление полной регрессии симптомов артрита» со значением «10–14 сутки» никак не повлияет на совместное число баллов. При этом каждый признак в отдельности не имеет собственных баллов. Не менее важно сочетание временных признаков с повторением типичных эпизодов, что позволяет увеличить суммарное число баллов до 2.

Подсчет баллов на примере признака «Сывороточный уровень мочевой кислоты»

В зависимости от значения этого показателя число баллов может быть от наибольшего значения «4» до отрицательного значения «–2». Наличие отрицательных значений необходимо учитывать при разработке решающих правил экспертной системы.

Подсчет баллов на примере результата поляризационной микроскопии синовиальной жидкости

При описании результатов поляризационной микроскопии синовиальной жидкости, согласно клиническим рекомендациям, необходимо использовать три разных значения: наличие кристаллов моноурата натрия в синовиальной жидкости (оценивается в 8 баллов); отсутствие кристаллов моноурата натрия в синовиальной жидкости (оценивается в –2 балла); отсутствие результатов исследования (оценивается в 0 баллов).

При проектировании экспертной системы требуется поддерживать не бинарную систему (наличие или отсутствие симптома), а систему, состоящую из трех состояний симптома (наличие симптома, отсутствие симптома или отсутствие информации о симптоме).

Все схемы были описаны в MS Excel с указанием баллов и логики их пересчета для дальнейшего построения

онтологии. Симптомы, которые имеют численное выражение, содержат значение в виде интервала и единицы измерения, соответствующие значению справочника «Единицы измерения» [21].

Схемы по диагностике подагры прошли проверку группой экспертов методом сопоставления, в результате которой эксперты признали сформированные схемы верифицированными и подтвердили возможность их использования при разработке онтологии.

Разработка схем лечения подагры

Разработка схем лечения отличается от разработки схем диагностики подагры. Схемы лечения разбиты на несколько частей: 1) выбор общей тактики лечения пациента; 2) подбор оптимального действующего вещества или нескольких действующих веществ; 3) определение условий, при которых осуществляют госпитализацию пациента.

Для описания тактики лечения совместно с экспертами была сформирована логическая модель из 50 сценариев, предназначенных для лечения обострения подагрического артрита. В ходе разработки логические схемы были представлены в MS Visio (рис. 1), что позволило детально обсудить каждый сценарий, избегая технических деталей. Каждый сценарий включает в себя:

• указание приема группы препаратов (уточнение конкретного действующего вещества будет осуществляться на следующем этапе). Выбор необходимо сделать между колхицином, нестероидными противовоспалительными препаратами (НПВП), ингибиторами протонной помпы, глюкокортикоидами, канакинумабом и сочетаниями всех указанных групп. Ввиду особенности приема глюкокортикоидов в сценариях глюкокортикоиды указаны с уточнением пути введения препарата: внутрисуставного, внутримышечного или перорального;
• обозначение границ проведения консультаций, которые являются точками перехода между различными сценариями, и госпитализации пациента;
• формирование условий выбора и переключения между сценариями.

Отдельно следует рассмотреть сценарии для профилактики приступов подагрического артрита (малые дозы колхицина, нестероидных противовоспалительных препаратов и глюкокортикостероидов) и снижения уровня мочевой кислоты в сыворотке крови (аллопуринол и фебуксостат).

На втором этапе необходимо осуществить выбор одного или нескольких действующих веществ, которые в дальнейшем будут рекомендованы специалисту к назначению с учетом разовой дозы, кратности и пути введения, лекарственной формы и дополнительных условий. К каждому такому веществу сформулирован перечень противопоказаний, что позволит избежать его назначения в случаях, когда действующее вещество не должно быть назначено.

Описание схем лечения осуществляли в виде таблицы MS Excel (рис. 2), включающей информацию, которую система сможет рекомендовать специалисту для назначения при выполнении заданных условий.

При наполнении схем по лечению подагры потребовалось ввести следующие правила и ограничения.

1. Приоритет следует отдавать более высокому по позиции препарату, т. е. система будет рекомендовать его в первую очередь, если условия назначения выполнены и отсутствуют противопоказания к препарату.
2. В случае когда невозможно указать приоритет между разными действующими веществами или разные условия назначения, эти позиции следует объединять в группу (поле «Номер группы») (рис. 2).
3. В случае когда назначается несколько действующих веществ, эту информацию следует отображать в таблице способом, представленным на рис. 3. Например, назначен совместный прием одного действующего вещества из блока НПВП и одного действующего вещества из блока ингибиторов протонной помпы (ИПП). Приоритет использования препарата соответствует предыдущим правилам, но рассматривается отдельно в каждом блоке.

Таким образом, с одной стороны, появляется возможность отобразить все лечение в формализованном виде, с другой стороны, указанные правила могут быть изучены экспертами.

Схемы по лечению подагры тоже прошли проверку группой экспертов методом сопоставления, в результате которой эксперты признали сформированные схемы верифицированными и подтвердили возможность их использования при разработке онтологии.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Разработанная и верифицированная номенклатура медицинских понятий в области диагностики и лечения подагры является основой разрабатываемой онтологии. Строгая типизация и обобщение понятий позволяют в дальнейшем говорить о разрабатываемой спецификации концептуальной модели, т. е. создании такой модели, в которой каждая сущность имеет свое назначение, описанное в явном виде. Разделение всех понятий на основные и синонимичные также важно для будущей онтологии, поскольку позволяет учитывать терминологию различных медицинских школ и в случае необходимости расширять имеющуюся терминологическую базу. Таким образом реализуется принцип разделяемой концептуальной модели. Однозначное определение диагнозов позволило в дальнейшем заняться разработкой логических схем ведения пациентов.

Разработанные и верифицированные логические схемы диагностики подагры будут использованы для создания структуры онтологии в части диагностики заболевания. Выявленные закономерности, в частности наличие этапов диагностики, специфическая логика работы с отдельными понятиями или группой понятий, необходимость использования трех состояний некоторых понятий, которые в явном виде влияют на установку диагноза подагры, лягут в основу разрабатываемой структуры онтологии, ее наполнения, а также будут использованы в ходе разработки алгоритмов экспертной системы. Однозначное определение использованных единиц измерений для всех количественных симптомов также позволяет нам говорить о создании спецификации концептуальной модели.

Разработанные и верифицированные логические схемы в области лечения подагры будут использованы при разработке структуры онтологии в части лечения заболевания, последующем наполнении онтологии и при разработке экспертной системы в части выбора оптимальной тактики лечения и контроля проводимого лечения.

Описание разработанных логических схем в программном продукте MS Excel позволяет нам, с одной стороны, говорить о формализации имеющейся информации, что дает возможность использовать эти данные для наполнения онтологии посредством специализированных программных продуктов, предназначенных для этого, а с другой стороны — использовать интерфейс и средства MS Excel для работы с экспертами при дальнейшем ведении разрабатываемой онтологии.

Разработанную номенклатуру медицинских понятий в области подагры не удалось сравнить с аналогами, поскольку существующие экспертные системы либо основаны на другом подходе [22], либо не предоставляют необходимые для сопоставления данные [23]. Вместе с тем существуют различные работы, использующие аналогичные методы извлечения, структуризации и формализации знаний в других областях медицины, например при стенокардии [24], кишечных кровотечениях [25]. Однако объективно сопоставить полученные результаты с указанными работами не представляется возможным.

ВЫВОДЫ

Разработана номенклатура медицинских понятий по диагностике и лечению подагры на основе источников литературы и экспертного мнения, включающая 179 основных понятий и 470 синонимичных понятий по диагностике и 387 основных и 515 синонимичных понятий по лечению подагры. Созданы формализованные схемы по диагностике и лечению подагры, содержащие в себе 40 и 50 схем соответственно, которые позволят разработать экспертную систему, направленную на помощь специалистам при постановке диагноза и определении алгоритма лечения конкретного больного подагрой в рамках оказания амбулаторной помощи.