Ежегодно в России регистрируется около 600 тыс. случаев черепно-мозговых травм. И почти половина внутричерепных кровоизлияний — это субдуральные гематомы, когда кровь скапливается между мозгом и черепом, сдавливая ткани. Врачу нужно быстро решить: срочно оперировать или попробовать консервативное лечение?

Ошибка может стоить пациенту жизни. Ученые Пермского медуниверситета и Политеха создали инструмент, который помогает принимать это решение, опираясь не только на опыт, но и на математику. О том, как работает программа, какие данные анализирует и почему она не заменит хирурга, «Ъ-Науке» рассказывают разработчики Владислав Никитин, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук, и Анатолий Баландин, доцент кафедры анатомии ПГМУ им. академика Е. А. Вагнера, доктор медицинских наук, врач-невролог.

— Почему понадобилась программа?

Владислав Никитин: Программа понадобилась врачам в качестве экспертной системы для принятия решения при различных параметрах: возраст пациента, объем гематомы, ее локализация, время поступления в стационар с момента получения травмы и наличие антикоагулянтной терапии. Программа построена на быстром анализе указанных параметров путем выбора из предложенных диапазонов, в результате которого выдается оценка прогноза эффективности лечения.

— На первый взгляд ситуация выглядит понятно: есть гематома — нужно ее удалять. Но статистика говорит об обратном. В чем главная сложность выбора тактики лечения? Почему врачу бывает трудно решить, оперировать или нет, и какие факторы чаще всего вызывают сомнения?

Анатолий Баландин: В практике нейрохирурга, как и любого другого врача, существуют медицинские стандарты оказания помощи и клинические рекомендации. Однако в условиях персонифицированной медицины, индивидуального подхода к пациенту, невозможно прописать в стандартах все ситуации, с которыми может столкнуться врач. Поэтому подход «по наитию», когда врач взвешивает все риски в сложных ситуациях,— это достаточно регулярная практика.

К субдуральной гематоме существуют определенные стандарты и консервативные подходы, описанные в научной литературе. Например, если гематома менее 35 куб. см, назначается консервативное лечение. Его применяют, если есть тяжелые сочетанные травмы или возраст пациента не позволяет провести хирургическое вмешательство. С другой стороны, есть исследования, которые не рекомендуют консервативное лечение пациентам старческого возраста — им показано исключительно хирургическое лечение. Здесь все очень условно. Именно совокупность факторов: возраст, сопутствующие повреждения помимо черепно-мозговой травмы (травмы груди, живота), общее плохое состояние, наличие зависимостей — заставляет врача задуматься о целесообразности инвазивного вмешательства и попробовать консервативное лечение.

— Отдельная проблема — пациенты, принимающие препараты для разжижения крови. Среди них каждый третий сталкивается с повторным кровоизлиянием. Насколько сложно прогнозировать такой сценарий без математических моделей? Что происходит в организме и как программа учитывает эти риски?

АБ: Сейчас прием антикоагулянтов и антиагрегантов достаточно широк. Есть препараты, например варфарин, когда пациент и врач должны рассчитывать индекс МНО (международного нормализованного отношения), чтобы оценить реологические свойства крови. Если принимать их в неправильных дозировках, кровь становится сверхжидкой, теряет свои свойства.

При небольших травмах, ушибах, ударах может случиться спонтанное субарахноидальное кровоизлияние, которое очень плохо останавливается. Как мы выяснили в нашем исследовании, такие гематомы гораздо большего объема — кровь становится более текучей. Без математических моделей мы не можем точно прогнозировать такой сценарий. Конкретной математической модели у нас пока нет, это задача для дальнейших исследований.

Программа учитывает риски через наличие антикоагулянтной терапии в анамнезе как отягчающий фактор. По результатам нашего исследования, такие пациенты имеют более выраженный неврологический дефицит и гораздо более продолжительную реабилитацию.

— Если попросить вас заглянуть «под капот», на каких данных строится прогноз? Понятно, что учитываются снимки, давление, возраст. Но есть ли параметры, которые врачу сложно оценить «на глаз», а программа видит их как критически важные?

ВН: Программа строится на пяти параметрах: возраст пациента, объем гематомы, ее локализация, время поступления в стационар с момента получения травмы и наличие антикоагулянтной терапии. Данные о размерах и локализации гематомы оцениваются на томографических снимках.

В этой программе нет сложных параметров — врач может оценить их и без программы. Программа представляет собой в некотором роде калькулятор, где за каждым диапазоном выбранных параметров прячется значимость (весовой коэффициент) этой величины в общей оценке прогноза. Именно в значении весовых коэффициентов подчеркивается значимость того или иного диапазона значений параметра.

— Чтобы обучить нейросеть, нужны тысячи историй болезни. На каком массиве данных вы тренировали алгоритм? Были ли случаи, когда программа находила неожиданные закономерности, которые удивляли даже опытных нейрохирургов?

ВН: Эта программа построена на экспертной оценке: эксперты отмечали, какой прогноз соответствует конкретному варианту параметров. Мы выбрали такой подход, потому что в распоряжении не было очень большого массива данных. Случаев, когда программа удивляла бы опытных нейрохирургов, пока не было.

— Почему вы считаете, что этот подход точнее традиционных методов? В чем его преимущество перед профессиональной интуицией и существующими клиническими шкалами?

ВН: Программа по точности пока сопоставима с точностью эксперта. Она основана на экспертной оценке ранее изученных случаев: экспертами предложена балльная система, отражающая принадлежность каждого параметра тому или иному диапазону. Для молодого врача программа выступает как быстрое мнение экспертов, реализованное в компьютерной программе. Для опытного врача, уже обладающего профессиональной интуицией, программа — просто «второе» мнение, на которое как минимум можно обратить внимание. Преимуществ перед профессиональной интуицией у программы нет, лишь только четкий алгоритм, основанный на экспертном мнении. Преимуществ перед клиническими шкалами практически тоже нет — программа частично реализовала их, включив мнение эксперта.

— Давайте смоделируем ситуацию. В приемное отделение поступает пациент с травмой. Опишите по шагам, как происходит взаимодействие врача с программой. Медперсонал вручную вводит данные или система интегрирована с оборудованием? Сколько времени занимает получение прогноза?

ВН: Пациенту проводится томографическое исследование, позволяющее оценить объем и локализацию гематомы. Врач вносит данные о возрасте пациента, объеме гематомы, ее локализации, времени поступления и наличии антикоагулянтной терапии в программу и получает результат в виде сообщения о благоприятном, среднем или неблагоприятном прогнозе. Прогноз выдается практически мгновенно после выбора параметров из предложенных диапазонов.

— Программа выдает рекомендацию. Но окончательное решение все равно за врачом. Что если интуиция хирурга расходится с прогнозом алгоритма? К кому прислушиваться в такой ситуации и не возникает ли конфликта «человек против машины»?

ВН: Прислушиваться нужно во многом к интуиции хирурга, его опыту. Программа построена на экспертной оценке: какой вариант прогноза присвоить, зависело от данных, которые дали эксперты. Здесь нет никакого конфликта. В медицине ответственность всегда лежит на плечах врача, а все экспертные системы должны выступать в качестве «второго» мнения. Это позволяет врачу не пропустить ситуацию и не выпустить ее из-под контроля, дает больше информации, подсказывает, на что нужно обратить пристальное внимание.

— Вы говорите, что программа помогает «объективно оценивать шансы на восстановление». Для врача это еще и тяжелый разговор с родственниками. Может ли цифровой прогноз стать тем самым аргументом, который помогает семье понять реальную картину и настроиться на долгую реабилитацию?

АБ: Опираясь на программу как на «второе» мнение, у врача появляется помощник, позволяющий аргументированно дать прогноз при беседе с родственниками. Врачу психологически становится чуть легче при такой беседе.

— Программа запатентована, но это только начало пути. Где она может применяться уже сейчас? Требуется ли для ее использования разрешение регулирующих органов или пока это инструмент для исследовательских целей?

ВН: Сейчас программа может применяться только для исследовательских целей и с большой натяжкой как «второе» мнение без обязательного принятия ее выводов, так как на нее нет соответствующих медицинских разрешений.

— Кому эта разработка нужнее всего? Крупным федеральным нейрохирургическим центрам, где и так работают асы, или районным больницам, где нет круглосуточного дежурства нейрохирурга и программа могла бы подсказать, нужно ли пациента срочно везти в областную клинику?

АБ: Эта программа подойдет как для федеральных нейрохирургических центров в качестве системы «второго» мнения, где врач может взглянуть на прогноз и задуматься о тактике лечения, так и для районных больниц. В районной больнице при поступлении пациента можно оценить степень эффективности лечения при выбранных параметрах и принять решение о срочной транспортировке в специализированное учреждение — областную клинику.

— Какие планы на будущее? Собираетесь ли адаптировать программу для других типов кровоизлияний или, скажем, для прогнозирования послеоперационных осложнений? И видите ли вы перспективу, что алгоритм когда-нибудь будет не просто советовать, а помогать планировать ход операции?

ВН: Программу еще следует развивать в области того, какие параметры являются более значимыми, а какие менее значимыми, так как от этих весовых коэффициентов зависит прогноз. Сейчас эти коэффициенты выбраны врачами на основе их опыта работы с пациентами с гематомами. Программу можно развивать для других кровоизлияний, но при условии, что собрана база данных, на основе которой можно разработать систему поддержки принятия врачебного решения.

Конечно, хочется, чтобы программа стала не только советчиком в качестве «второго» мнения, но и помогала на этапе планирования операции. Но это уже затрагивает очень большие вопросы с оперативным доступом к пострадавшей области, что требует значительного объема дополнительных данных по анатомии и физиологии головного мозга.

Анна Героева