Прогнозирование развития жизнеугрожающих осложнений воспалительных заболеваний кишечника с использованием нейронных сетей: инструменты для практического здравоохранения

Введение. Болезнь Крона (БК) и язвенный колит (ЯК) относятся к категории воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) и являются одной из наиболее актуальных проблем гастроэнтерологии во всем мире, в том числе из-за развития специфических жизнеугрожающих осложнений с последующей инвалидизацией пациентов. Цель исследования: разработать применимый в клинической практике инструмент прогнозирования развития жизнеугрожающих осложнений ВЗК на основе математического моделирования. Материалы и методы. В ретроспективный анализ была включена когорта из 291 взрослого пациента с верифицированным диагнозом ВЗК (48% - пациенты с БК, 52% - пациенты с ЯК), обратившихся за амбулаторной и стационарной медицинской помощью за период с 2020 по 2022 гг. В рамках исследования были собраны демографические данные, клинические данные об особенностях течения ВЗК, используемой в анамнезе терапии ВЗК. Изучаемыми исходами было развитие жизнеугрожающих осложнений (в т. ч.подгруппа состояний, потребовавших выполнения ургентного хирургического вмешательства).Для моделирования данных двух категорий исходов были использованы логистическая регрессия, деревья классификации и нейросетевой анализ. Результаты исследования. Частота развития жизнеугрожающих осложнений составила 22,3% для БК и 9,9% для ЯК. Частота развития ургентных хирургических осложнений составила 16,5% у пациентов с БК и 1,3% у пациентов с ЯК.Среди построенных математических моделей для обоих типов исходов наибольшую чувствительность и специфичность продемонстрировали нейросетевые модели. На основании полученных нейросетевых моделей разработаны две компьютерные программы «Прогноз ВЗК - риск жизнеугрожающих осложнений» и «Прогноз ВЗК: риск ургентных хирургических осложнений». Для первой программы прогностическая ценность положительного результата составила 65,0% (95% ДИ: 52,4-75,8), прогностическая ценность отрицательного результата составила 97,0% (95% ДИ: 93,9-98,5). Для второй программы прогностическая ценность положительного результата составила 77,4% (95% ДИ: 60,2-87,4), прогностическая ценность отрицательного результата составила 99,2% (95% ДИ:97,2-99,8). Выводы. В результате исследования разработаны две программы¸ предназначенные для использования в клинической практике врачами-гастроэнтерологами, терапевтами и врачами общей практики. Выявление высокого риска развития жизнеугрожающего осложнения у пациента с ВЗК может рассматриваться как основания для усиления терапии, используемой в лечении данного пациента.

воспалительные заболевания кишечника, болезнь Крона, язвенный колит, осложнения, жизнеугрожающие осложнения, хирургические осложнения, прогноз, моделирование, нейронные сети, программа

1. Ivashkin V.T., Shelygin Yu.A., Belousova E. A. et al. Project of clinical recommendations for the diagnosis and treatment of ulcerative colitis. Coloproctology. 2019;18(4):7-36. (in Russ.) Doi: 10.33878/2073-7556-2019-18-4-7-36.@@ Ивашкин В. Т., Шелыгин Ю. А., Белоусова Е. А. и соавт. Проект клинических рекомендаций по диагностике и лечению язвенного колита. Колопроктология. 2019;18(4):7-36. Doi: 10.33878/2073-7556-2019-18-4-7-36.

2. Ivashkin V.T., Shelygin Y. A., Abdulganieva D. I. et al. Clinical recommendations for the diagnosis and treatment of Crohn’s disease in adults (project). Coloproctology. 2020;19(2):8-38. (in Russ.) Doi: 10.33878/2073-7556-2020-19-2-8-38.@@ Ивашкин В. Т., Шелыгин Ю. А., Абдулганиева Д. И. и соавт. Клинические рекомендации по диагностике и лечению болезни Крона у взрослых (проект). Колопроктология. 2020;19(2):8-38. Doi: 10.33878/2073-7556-2020-19-2-8-38.

3. Flynn S. Eisenstein S. Inflammatory Bowel Disease Presentation and Diagnosis. SurgClin North Am. 2019; 99(6):1051-1062. Doi 10.1016/j.suc.2019.08.001

4. Hodson R. Inflammatory bowel disease. Nature. 2016;540(7634): S97. Doi: 10.1038/540s97a

5. Veselov A.V., Belousova E. A., Bakulin I.G et al. Economic burden and current status of the drug supply management for immune inflammatory diseases (by example of ulcerative colitis and Crohn’s disease) in Russian Federation. Problems of social hygiene, health care and history of medicine. 2020;28(S2):1137-1145. (in Russ.) Doi: 10.32687/0869-866X-2020-28-s2-1137-1145.@@ Веселов А. В., Белоусова Е. А., Бакулин И. Г. и соавт. Оценка экономического бремени и текущего состояния организации лекарственного обеспечения пациентов с иммуновоспалительными заболеваниями (на примере язвенного колита и болезни Крона) в Российской Федерации. Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины. 2020;28(S2):1137-1145. Doi: 10.32687/0869-866X-2020-28-s2-1137-1145.

6. Uspenskiy Y.P., Ivanov S. V., FominikhYu.A., Galagudza M. M. Features of inflammatory bowel diseases in St. Petersburg and peculiarities of basic therapy in the regional healthcare system: cross-sectional study results. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2021;190(6):29-39. (In Russ.) Doi 10.31146/1682-8658-ecg-190-6-29-39.@@ Успенский Ю. П., Иванов С. В., Фоминых Ю. А., Галагудза М. М. Клиническая характеристика воспалительных заболеваний кишечника в Санкт-Петербурге и особенности использования базисной терапии в системе городского здравоохранения: результаты одномоментного эпидемиологического исследования. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2021;190(6):29-39. doi: 10.31146/ 1682-8658-ecg-190-6-29-39.

7. Shchukina O. B. Ivanov S. V., Shotik A. V. Practical recommendations for therapists on the diagnosis and treatment of ulcerative colitis. University Therapeutic Journal. 2021;1:58-70. (in Russ.)@@ Щукина О. Б., Иванов С. В., Шотик А. В. Практические рекомендации для терапевтов по диагностике и лечению язвенного колита. University Therapeutic Journal. 2021;1:58-70.

8. Shchukina O. B. Ivanov S. V., Shotik A. V. Practical recommendations for therapists on the diagnosis and treatment of Crohn’s disease. University Therapeutic Journal. 2021;1:71-85. (in Russ.)@@ Щукина О. Б., Иванов С. В., Шотик А. В. Практические рекомендации для терапевтов по диагностике и лечению болезни Крона. University Therapeutic Journal. 2021;1:71-85.

9. Ivanov S.V., UspenskiyYu.P., Fominykh Yu.A., Khoroshilov I. E. The relationship between undernutrition and anemiain ulcerative colitis patients: a cross-sectional study results. University Therapeutic Journal. 2019;1(1):6-13.

10. Uspenskiy Y.P., Fominykh Y. A., Nadzhafova K. N., Veduta O. I. Pathogenetic mechanisms of the formation of anemic syndrome in patients with inflammatory bowel diseases. Medicalalphabet. 2021:20;29-34. (in Russ.) Doi: 10.33667/2078-5631-2021-20-29-34.@@ Успенский Ю. П., Фоминых Ю. А., Наджафова К. Н., Ведута О. И. Патогенетические механизмы формирования анемического синдрома у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Медицинский алфавит. 2021:20;29-34. Doi: 10.33667/2078-5631-2021-20-29-34.

11. Koliani-Pace J.L., Siegel C. A. Prognosticating the Course of Inflammatory Bowel Disease. Gastrointest Endosc Clin N Am. 2019;29(3):395-404. doi: 10.1016/j.giec.2019.02.003.

12. Sharashova E.E., Kholmatova K. K., Gorbatova M. A., Grjibovski A. M. Application of the multivariable logistic regression analysis in healthcare using SPSS software. Science and Healthcare. 2017;4:5-26. (in Russ.)@@ Шарашова Е. Е., Холматова К. К., Горбатова М. А., Гржибовский А. М. Применение множественного логистического регрессионного анализа в здравоохранении c использованием пакета статистических программ SPSS. Наука и Здравоохранение. 2017;4:5-26.

13. Narkevich A.N., Vinogradov K. A., Paraskevopulo K. M., Grjibovski A. M.Intelligent Data Analysis in Biomedical Research: Artificial Neural Networks. Human Ecology. 2021;4:55-64. (In Russ.) doi:10.33396/1728-0869-2021-4-55-64.@@ Наркевич А. Н., Виноградов К. А., Параскевопуло К. М., Мамедов Т. Х. Интеллектуальные методы анализа данных в биомедицинских исследованиях: нейронные сети. Экология человека. 2021;4:55-64. doi:10.33396/1728-0869-2021-4-55-64.

14. Siegel C.A., Horton H., Siegel L. S. et al. A validated web-based tool to display individualized Crohn’s disease predicted outcomes based on clinical, serologic and genetic variables. Aliment Pharmacol Ther. 2016;43(2):262-71. doi: 10.1111/apt.13460.

15. Park Y., Cheon J. H., Park Y. L., Ye B. D. et al. IBD Study Group of the Korean Association for the Study of Intestinal Diseases (KASID). Development of a Novel Predictive Model for the Clinical Course of Crohn’s Disease: Results from the CONNECT Study. Inflamm Bowel Dis. 2017;23(7):1071-1079. doi: 10.1097/MIB.0000000000001106.

16. Khan N., Patel D., Shah Y., Lichtenstein G, Yang Y. X. A Novel User-Friendly Model to Predict Corticosteroid Utilization in Newly Diagnosed Patients with Ulcerative Colitis. Inflamm Bowel Dis. 2017;23(6):991-997. doi: 10.1097/MIB.0000000000001080.

17. Cesarini M., Collins G.S, Ronnblom A., et al. Predicting the individual risk of acute severe colitis at diagnosis. J Crohns Colitis 2017;11(3):335-341. Doi 10.1093/ecco-jcc/jjw159.

18. Meldo A.A., Utkin L. V., Trofimova T. N. Artificial intelligence in medicine: current state and main directions of development of intellectual diagnostics. Radiation diagnostics and therapy. 2020;11(1):9-17. (In Russ.) doi: 10.22328/2079-5343-2020-11-1-9-17.@@ Мелдо А. А., Уткин Л. В., Трофимова Т. Н. Искусственный интеллект в медицине: современное состояние и основные направления развития интеллектуальной диагностики. Лучеваядиагностика и терапия. 2020;11(1):9-17. doi: 10.22328/2079-5343-2020-11-1-9-17.

19. Guliyeva A. A. Development of artificial intelligence based on neural networks. Actual research. 2022;34(113):6-9. (In Russ.)@@ Гулиева А. А. Развитие искусственного интеллекта на основе нейронных сетей.Актуальные исследования. 2022;34(113):6-9.

20. Grjibovski A.M., Ivanov S. V., Gorbatova M. A. Analysis of nominal and ordinal data using Statistica and SPSS software. Science and Healthcare. 2016;6:5-39. (In Russ.)@@ Гржибовский А. М., Иванов С. В., Горбатова М. А. Анализ номинальных и ранговых переменных данных с использованием программного обеспечения Statistica и SPSS. Наука и Здравоохранение. 2016;6:5-39.

21. Narkevich A.N., Vinogradov K. A., Grjibovski A. M.Intelligent Data Analysis in Biomedical Research: Classification Trees. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2021;3:54-64 (In Russ.)@@ Наркевич А. Н., Виноградов К. А., Гржибовский А. М. Интеллектуальные методы анализа данных в биомедицинских исследованиях: деревья классификации. Экология человека. 2021;3:54-64.

22. Uspenskiy Y.P., Ivanov S. V., Fominykh Y. A., Grjibovski A. M. Prognosis of IBD - the risk of life-threatening complications. Certificate of registration of the computer program 2023613644, 17.02.2023. Application No. 2022683673 dated 02.12.2022.(In Russ.)@@ Успенский Ю. П., Иванов С. В., Фоминых Ю. А., Гржибовский А. М. Прогноз ВЗК - риск жизнеугрожающих осложнений. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2023613644, 17.02.2023. Заявка № 2022683673 от 02.12.2022.

23. Uspenskiy Y.P., Ivanov S. V., Fominykh Y. A., Grjibovski A. M. Prognosis of IBD - the risk of urgent surgical complications. Certificate of registration of the computer program 2022684897, 19.12.2022. Application No. 2022683638 dated 02.12.2022. (In Russ.)@@ Успенский Ю. П., Иванов С. В., Фоминых Ю. А., Гржибовский А. М. Прогноз ВЗК - риск ургентных хирургических осложнений. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2022684897, 19.12.2022. Заявка № 2022683638 от 02.12.2022.

24. Shlyakhto E.V., Konradi A. O., Galagudza M. M. Translational medicine: yesterday, today, tomorrow. Vestnik Roszdravnadzora. 2016;1:47-51. (In Russ.)@@ Шляхто Е. В., Конради А. О., Галагудза М. М. Трансляционная медицина: вчера, сегодня, завтра. Вестник Росздравнадзора. 2016. № 1. С. 47-51.