cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2024-39-2-209-217cardiotomsk-2326Research ArticleЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДДЕРЖКИ РЕШЕНИЙ В МЕДИЦИНЕDIGITAL TECHNOLOGIES FOR DECISION SUPPORT IN MEDICINEГенерация базы знаний для создания системы поддержки принятия врачебных решений по управлению процессом леченияA knowledge base generation for creation a medical decision support system for managing the treatment processhttps://orcid.org/0000-0002-3063-1538БородулинаЕ. А.BorodulinaE. A.

Бородулина Елена Александровна, д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой фтизиатрии и пульмонологии

443099, Самара, ул. Пионерская, 48

Elena A. Borodulinа, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of the Department of Phthisiology and Pulmonology

89, Chapaevskaya, Samara, 443099

borodulinbe@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9393-351XГрибоваВ. В.GribovaV. V.

Грибова Валерия Викторовна, д-р техн. наук, чл.-корр. РАН, заместитель директора по научной работе

690041, Владивосток, ул. Радио, 5

Valeria V. Gribova, Dr. Sci. (Techn.), Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Deputy Director for Scientific Work

5, Radio Street, Vladivostok, 690041

gribova@iacp.dvo.ruОкуньД. Б.OkunD. B.

Окунь Дмитрий Борисович, канд. мед. наук, научный сотрудник, отдел информационных технологий и математического моделирования, лаборатория интеллектуальных систем

690041, Владивосток, ул. Радио, 5

Dmitry B. Okun, Cand. Sci. (Med.), Research Scientist, Department of Information Technology and Mathematical Modeling, Laboratory of Intelligent Systems

5, Radio Street, Vladivostok, 690041

okdm@dvo.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5909-4070ЕременкоЕ. П.EremenkoE. P.

Еременко Екатерина Павловна, канд. мед. наук, доцент, доцент кафедры фтизиатрии и пульмонологии

443099, Самара, ул. Пионерская, 48

Ekaterina P. Eremenko, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Department of Phthisiology and Pulmonology

89, Chapaevskaya, Samara, 443099

eremenko.ep@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8847-9831БородулинБ. Е.BorodulinB. E.

Бородулин Борис Евгеньевич, д-р мед. наук, профессор, профессор кафедры фтизиатрии и пульмонологии

443099, Самара, ул. Пионерская, 48

Boris E. Borodulin, Dr. Sci. (Med.), Professor, Department of Phthisiology and Pulmonology

89, Chapaevskaya, Samara, 443099

borodulinbe@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1704-2675КовалевР. И.KovalevR. I.

Ковалев Роман Игоревич, научный сотрудник, отдел проблем управления, лаборатория информационно-аналитических и управляющих систем и технологий

690041, Владивосток, ул. Радио, 5

Roman I. Kovalev, Research Scientist, Department of Management Problems, Laboratory of Information-Analytical and Control Systems and Technologies

5, Radio Street, Vladivostok, 690041

koval-995@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0039-6829ВдоушкинаЕ. С.VdoushkinaE. S.

Вдоушкина Елизавета Сергеевна, канд. мед. наук, доцент, кафедра фтизиатрии и пульмонологии

443099, Самара, ул. Пионерская, 48

Elizaveta S. Vdoushkina, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Department of Phthisiology and Pulmonology

89, Chapaevskaya, Samara, 443099

chumanovaliza@mail.ruАмосоваЕ. А.AmosovaE. A.

Амосова Евгения Андреевна, канд. мед. наук, доцент, кафедра фтизиатрии и пульмонологии

443099, Самара, ул. Пионерская, 48

Evgeniya A. Amosova, Cand. Sci. (Med.), Associate Professor, Department of Phthisiology and Pulmonology

89, Chapaevskaya, Samara, 443099

amosova80@mail.ruСамарский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России)РоссияSamara State Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationИнститут автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)РоссияInstitute of Automation and Control Processes of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202411072024392209217Copyright © Бородулина Е.А., Грибова В.В., Окунь Д.Б., Еременко Е.П., Бородулин Б.Е., Ковалев Р.И., Вдоушкина Е.С., Амосова Е.А., 20242024Бородулина Е.А., Грибова В.В., Окунь Д.Б., Еременко Е.П., Бородулин Б.Е., Ковалев Р.И., Вдоушкина Е.С., Амосова Е.А.Borodulina E.A., Gribova V.V., Okun D.B., Eremenko E.P., Borodulin B.E., Kovalev R.I., Vdoushkina E.S., Amosova E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/2326

В стратегии научно-технологического развития Российской Федерации в приоритете обозначено формирование новых подходов к лечению туберкулеза, включая формы с множественной лекарственной устойчивостью. В современных условиях выполнение данной задачи невозможно без интенсивного внедрения передовых цифровых и интеллектуальных технологий, роботизированных систем и систем, использующих методы искусственного интеллекта. Данный подход должен начинаться с важного компонента – создания базы знаний.

Цель работы

Цель работы: разработка базы знаний медикаментозной терапии на основе соответствующей онтологии, сборка прототипа системы поддержки принятия врачебных решений для управления процессами лечения туберкулеза легких.

Материал и методы

Материал и методы. В качестве модели использован туберкулез легких, где для лечения применяются единые стандартные подходы с ограниченным набором специфической химиотерапии. Использованы актуальные научные данные и рекомендации по лечению туберкулеза легких у взрослых, согласно клиническим рекомендациям, утвержденным Министерством здравоохранения Российской Федерации в 2022 г. Для реализации интеллектуального сервиса применяется платформа IACPaaS.

Результаты

Результаты. Создана база знаний для управления процессом лечения пациентов с туберкулезом легких, которая позволяет структурировать знания о медикаментозной терапии туберкулеза, определить понятия, отношения и аксиомы, описывающие данный процесс. Каждый элемент онтологии включает сложно структурированный блок условий, позволяющий описать в формальном представлении необходимые клинические критерии, которые определяют условия создания интеллектуального ассистента врача фтизиатра.

Заключение

Заключение. Генерация базы знаний позволит перейти к персонализированной медицине за счет рационального применения препаратов, что даст возможность сократить сроки и повысить эффективность лечения заболевания.

The strategy of scientific and technological development of the Russian Federation prioritizes the formation of new approaches to the treatment of tuberculosis, including forms with multidrug resistance. In modern conditions the fulfillment of this task is impossible without the intensive introduction of advanced digital and intelligent technologies, robotic systems and systems using artificial intelligence methods. This approach should start with an important component –the creation of a knowledge base.

Aim

Aim: To create a knowledge base of drug therapy based on the appropriate ontology, to assemble a prototype of a medical decision support system for managing the treatment of patients with pulmonary tuberculosis.

Material and Methods

Material and Methods. Current scientific data and recommendations for the treatment of pulmonary tuberculosis in adults were used, according to clinical recommendations approved by the Ministry of Health of the Russian Federation in 2022. The IACPaaS platform is used to implement the intelligent service.

Results

Results. A knowledge base has been created to manage the treatment of patients with pulmonary tuberculosis, which allows you to structure knowledge about drug therapy of tuberculosis, define concepts, relationships and axioms describing this process. Each element of the ontology includes a complexly structured block of conditions that allows you to describe in a formal presentation the necessary clinical criteria that determine the conditions for creating an intelligent assistant to a phthisiologist.

Conclusion

Conclusion. The generation of the knowledge base will make it possible to switch to personalized medicine through the rational use of anti-tuberculosis drugs, which will reduce the time and improve the effectiveness of tuberculosis treatment.

база знанийтуберкулезлечениелекарственная устойчивостьknowledge basetuberculosistreatmentdrug resistanceРабота частично финансировалась при поддержке Минобрнауки, гос. задание ИАПУ ДВО РАН № FWFW-2021-0004.The study was partially funded with the support of the Ministry of Education and Science, the project of the IACP FEB RAS No. FWFW-2021-0004.ReferencesВасильева И.А., Белиловский Е.М., Борисов С.Е., Стерликов С.А. Туберкулез с множественной лекарственной устойчивостью возбудителя в странах мира и в Российской Федерации. Туберкулез и болезни легких. 2017;95(11):5–17. DOI: 10.21292/2075-1230-2017-95-11-5-17.Vаsilyevа I.А., Belilovsky E.M., Borisov S.E., Sterlikov S.А. Multi drug resistant tuberculosos in the countries of the outer world and in the Russian Federation. Tuberculosis and Lung Diseases. 2017;95(11):5–17. (In Russ.). DOI: 10.21292/2075-1230-2017-95-11-5-17.Омарова А.Р., Ибрагимова С.И. Мультирезистентный туберкулез легких (литературный обзор). Теория и практика современной науки. 2018;32(2):453–456.Omarova A.R., Ibragimova S.I. Multidrug resistant lung tuberculosis (literature review). Theory and practice of modern science. 2018;32(2):453– 456. (In Russ.). 11 ист.Эльгали А.И., Асеев А.В., Рясенский Д.С., Гришкина Н.А. Отдаленные результаты лечения у больных лекарственно-резистентным туберкулезом легких при неэффективности предшествующей терапии. Эпидемиология и инфекционные болезни. 2019;24(2):88–91. DOI: 10.18821/1560-9529-2019-24-2-88-91.E`l`gali A.I., Aseev A.V., Ryasenskij D.S., Grishkina N.A. Long-term outcomes of treatment in patients with drug-resistant pulmonary tuberculosis and non-efficiency of previous therapy. Epidemiology and infectious diseases. 2019;24(2):88–91. (In Russ.). DOI: 10.18821/1560-9529-2019-24-2-88-91.Дьяков А.В. Эффективность лечения больных туберкулезом с широкой лекарственной устойчивостью возбудителя, проживающих в сельской местности. Вестник Центрального научно-исследовательского института туберкулеза. 2021;(1):161–162. DOI: 10.7868/S2587667821050721.D`yakov A.V. Effectiveness of treatment of tuberculosis patients with broad drug-resistant pathogen living in rural areas. Bulletin of the Central Research Institute of Tuberculosis. 2021;1:161–162. (In Russ.). DOI: 10.7868/S2587667821050721.Савинцева Е.В., Алиева А.Р., Иванова Л.М., Козлова Т.П., Битнева А.М. Медико-социальный портрет больных туберкулезом легких с лекарственной устойчивостью МБТ. Форум молодых ученых. 2019;32(4):922–928.Savinceva E.V., Alieva A.R., Ivanova L.M., Kozlova T.P., Bitneva A.M. Medico-social portrait of patients with pulmonary tuberculosis with drug resistance of MBT. Forum of young scientists. 2019;32(4):922–928. (In Russ.).Комиссарова О.Г., Чумакова Е.С., Абдуллаев Р.Ю., Одинец В.С. Эффективность лечения впервые выявленных больных туберкулезом с МЛУ возбудителя при раннем определении лекарственной устойчивости МБТ к рифампицину. Уральский медицинский журнал. 2018;163(8):47–52. DOI: 10.25694/URMJ.2018.05.50.Komissarova O.G., Chumakova E.S., Abdullaev R.Yu., Odinecz V.S. Efficacy of treatment of newly detected patients with MDR tuberculosis in early detection of drug resistance of m. tuberculosis to rifampicin. Ural Medical Journal. 2018;163(8):47–52. (In Russ.). DOI: 10.25694/URMJ.2018.05.50.Лепшина С.М., Атаев О.В., Сердюк О.В., Юровская Е.И. Эффективность лечения больных мультирезистентным туберкулезом в зависимости от сроков выявления туберкулеза. Вестник гигиены и эпидемиологии. 2019;23(4):360–363.Lepshina S.M., Ataev O.V., Serdyuk O.V., YUrovskaya E.I. The influence of the timing of the detection of pathology on the effectiveness of treatment in patients with multidrugresistant tuberculosis. Bulletin of Hygiene and Epidemiology. 2019;23(4):360–363. (In Russ.).Арбузова Е.В., Джазыбекова П.М., Аденов М.М. Цифровые технологии в национальной туберкулезной программе республики Казахстан. Фтизиопульмонология. 2022;1:236–239. DOI: 10.56834/26631504_2022_1_236.Arbuzova E.V., Dzhazybekova P.M., Adenov M.M. Digital technologies at Kazakhstan’s national tb program. Phthisiopulmonology. 2022;1:236– 239. (In Russ.). DOI: 10.56834/26631504_2022_1_236.Наркевич А.Н., Виноградов К.А., Гржибовский А.М. Интеллектуальные методы анализа данных в биомедицинских исследованиях: деревья классификации. Экология человека. 2021;3:54–64. DOI: 10.33396/HUMECO0354-64-47297.Narkevich A.N., Vinogradov K.A., Grzhibovskij A.M. Intelligent data analysis in biomedical research: classification trees. Human Ecology. 2021;3:54–64. (In Russ.). DOI: 10.33396/HUMECO0354-64-47297.Gribova V., Kovalev R., Okun D. A Specialized Shell for Intelligent Systems of Prescribing Medication. Scientific and Technical Information Processing. 2021; 48 (5):1–11. DOI: 10.3103/S0147688221050038.Gribova V., Kovalev R., Okun D. A Specialized Shell for Intelligent Systems of Prescribing Medication. Scientific and Technical Information Processing. 2021; 48 (5):1–11. DOI: 10.3103/S0147688221050038.Грибова В.В., Окунь Д.Б. Онтологии для формирования баз знаний и реализации лечебных мероприятий в медицинских интеллектуальных системах. Информатика и системы управления. 2018;57(3):71–80. DOI: 10.22250/isu.2018.57.71–80.Gribova V.V., Okun D.B. Ontologies for the formation of knowledge bases about disease treatment in medical intelligent systems. Computer Science and Management systems. 2018;57(3):71–80. (In Russ.). DOI: 10.22250/isu.2018.57.71–80.Туберкулез у взрослых: Клинические рекомендации. Общероссийская общественная организация «Российское общество фтизиатров», Национальная ассоциация некоммерческих организаций фтизиатров «Ассоциация фтизиатров». Утверждены Министерством здравоохранения Российской Федерации. М.; 2022:45–48.Tuberculosis in adults – Russian Society of Phthisiologists, National association of non-profit organizations of phthisiatricians “Association of phthisiatricians”. Moscow; 2022:45–48. (In Russ.).Переволоцкий В.С., Грибова В.В. Подход к автоматическому формированию баз знаний на основе онтологий. Научный аспект. 2023;2(2):213–221.Perevolockij V.S., Gribova V.V. Approach to the automatic formation of knowledge bases based on ontologies. The Scientific Aspect. 2023;2(2):213–221. (In Russ.).Бородулин Б.Е., Бородулина Е.А., Еременко Е.П. Амбулаторная фтизиатрия: учебное пособие. М.: КноРус; 2022:432.Borodulin B.E., Borodulina E.A., Eremenko E.P. Outpatient phthisiology. M.: KnoRus; 2022:432. (In Russ.).Гайда А.И., Абрамченко А.В., Романова М.И., Тоичкина Т.В., Бурыхин В.С., Борисов С.Е. и др. Обоснование длительности химиотерапии больных туберкулезом с множественной и преширокой лекарственной устойчивостью возбудителя в Российской Федерации. Туберкулез и болезни легких. 2022;100(12):44–53. 10.21292/2075-1230-2022-100-12-44-53.Gaida A.I., Abramchenko A.V., Romanova M.I., Toichkina T.V., Burykhin V.S., Borisov S.E. et al. Substantiation of the duration of chemotherapy for tuberculosis patients with multiple and broad drug resistance of the pathogen in the Russian Federation. Tuberculosis and lung diseases. 2022;100(12):44–53. (In Russ.). DOI: 10.21292/2075-1230-2022-100-12-44-53.Рыжкова О.А, Стрельцова Е.Н. Структура лекарственной устойчивости M. Tuberculosis у впервые выявленных больных туберкулезом органов дыхания. Вестник ЦНИИТ. 2021;(3):54–60. DOI: 10.7868/S2587667821030067.Ryzhkova O.A., Strel’tsova E.N. Structure of M. Tuberculosis drug resistance in newly diagnosed patients with respiratory tuberculosis. Bulletin of the Central Research Institute of Tuberculosis. 2021;3:54–60. (In Russ.). DOI: 10.7868/S2587667821030067.Gribova V., Moskalenko P., Timchenko V., Shalfeyeva E. Intelligent services development technology using the IACPaaS cloud platform. In: Golenkov V., Krasnoproshin V., Golovko V., Shunkevich D. (eds.) Open semantic technologies for intelligent systems. OSTIS 2021. Communications in computer and information science. Springer, Cham. 2022;1625:19–38. (In Russ.). DOI: 10.1007/978-3-031-15882-7_2.Gribova V., Moskalenko P., Timchenko V., Shalfeyeva E. Intelligent services development technology using the IACPaaS cloud platform. In: Golenkov V., Krasnoproshin V., Golovko V., Shunkevich D. (eds.) Open semantic technologies for intelligent systems. OSTIS 2021. Communications in computer and information science. Springer, Cham. 2022;1625:19–38. (In Russ.). DOI: 10.1007/978-3-031-15882-7_2.Грибова В.В., Москаленко Ф.М., Тимченко В.А., Шалфеева Е.А. Платформа IACPaaS для разработки систем на основе онтологий: десятилетие использования. Искусственный интеллект и принятие решений. 2022;4:55–65. DOI: 10.14357/20718594220406.Gribova V.V., Moskalenko Ph.M., Timchenko V.A., Shalfeeva E.A. The IACPaaS Platform for Developing Systems Based on Ontologies: a Decade of Use. Artificial intelligence and decision making. 2022;4:55–65. (In Russ.). DOI: 10.14357/20718594220406.Грибова В.В., Окунь Д.Б., Шалфеева Е.А., Щеглов Б.О., Щелканов М.Ю. Облачный сервис для дифференциальной клинической диагностики острых респираторных вирусных инфекций (в том числе – связанных с особо опасными коронавирусами) методами искусственного интеллекта. Якутский медицинский журнал. 2020;2:44–47. DOI: 10.25789/YMJ.2020.70.13.Gribova V.V., Okun D.B., Shalfeeva E.A., Scheglov B.O., Shchelka nov M.Yu. Cloud service for the differential clinical diagnostics of acute respiratory viral diseases (including those associated with highly contagious coronaviruses) with an application of methods of artificial intelligence. Yakut Medical Journal. 2020;2:44–47. (In Russ.). DOI: 10.25789/YMJ.2020.70.13.Wong W., Liu W., Bennamoun M. Ontology learning from text: A look back and into the future. ACM Comput. Surv. 2012;44(4):1–36. (In Russ.). DOI: 10.1145/2333112.2333115.Wong W., Liu W., Bennamoun M. Ontology learning from text: A look back and into the future. ACM Comput. Surv. 2012;44(4):1–36. (In Russ.). DOI: 10.1145/2333112.2333115.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.