kurskvestЧеловек и его здоровьеHumans and their health1998-57461998-5754Kursk State Medical University10.21626/vestnik/2024-3/02IWPONAkurskvest-1334Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL MEDICINEМодели и алгоритмы дифференциальной диагностики обструктивной патологии общего желчного протока на основе результатов эндоскопической ультрасонографии с использованием гибридных нечетких технологий принятия решенийModels and algorithms for differential diagnosis of obstructive pathology of the common bile duct based on the results of endoscopic ultrasonography using hybrid fuzzy decision-making technologieshttps://orcid.org/0000-0001-5258-5475ЛазаренкоВиктор АнатольевичLazarenkoVictor A.

д-р мед. наук, профессор, ректор, зав. кафедрой кафедры хирургических болезней института непрерывного образования (ИНО), КГМУ, г. Курск

Dr. Sci. (Med.), Professor, Rector, Head of the Department of Surgery Diseases of the Institute of Continuing Education (ICE), KSMU, Kursk, Russian Federation

kurskmed@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2028-746XБелозеровВладимир АнатольевичBelozerovVladimir A.

канд. мед. наук, врач отделения эндоскопии, КОМКБ, г. Курск

Cand. Sci. (Med.), Doctor at the Endoscopy department, KRMCH, Kursk, Russian Federation

b9102107495@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6685-3183ОхотниковОлег ИвановичOkhotnikovOleg I.

д-р мед. наук, профессор, профессор кафедры лучевой диагностики и терапии, КГМУ, г. Курск; зав. отделением рентгенохирургических методов диагностики и лечения № 2, КОМКБ, г. Курск

Dr. Sci. (Med.), Professor, Professor at the Department of Radiation Diagnostics and Therapy, KSMU, Kursk, Russian Federation; Head of the Department of X-ray surgical methods of diagnosis and treatment No. 2, KRMCH, Kursk, Russian Federation

oleg_okhotnikov@mail.ruБондаревГеннадий АлексеевичBondarevGennadiy A.

д-р мед. наук, доцент, профессор кафедры хирургических болезней института непрерывного образования (ИНО), КГМУ, г. Курск

Dr. Sci. (Med.), Associate Professor, Professor at the Department of Surgery Diseases of the Institute of Continuing Education (ICE), KSMU, Kursk, Russian Federation

gennadiy_bondarev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2048-0956КореневскийНиколай АлексеевичKorenevskyNikolay A.

д-р тех. наук, профессор, зав. кафедрой биомедицинской инженерии, ЮЗГУ, г. Курск

Dr. Sci. (Tech.), Head of the Department of Biomedical Engineering, SWSU, Kursk, Russian Federation

kstu-bmi@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0000-4720-8472БелозеровАнтон ВладимировичBelozerovAnton V.

аспирант кафедры биомедицинской инженерии, ЮЗГУ, г. Курск

Post-graduate student at the Department of Biomedical Engineering, SWSU, Kursk, Russian Federation

antotedd@yandex.ruГригорьевНиколай НиколаевичGrigorievNikolay N.

д-р мед. наук, профессор кафедры хирургических болезней института непрерывного образования (ИНО), КГМУ, г. Курск

Dr. Sci. (Med.), Professor at the Department of Surgery Diseases of the Institute of Continuing Education (ICE), KSMU, Kursk, Russian Federation

grigorevnn@kursksmu.nethttps://orcid.org/0000-0003-3898-5522БобровскаяЕлена АнатольевнаBobrovskayaElena A.

д-р мед. наук, профессор кафедры хирургических болезней института непрерывного образования (ИНО), КГМУ, г. Курск

Dr. Sci. (Med.), Professor at the Department of Surgery Diseases of the Institute of Continuing Education (ICE), KSMU, Kursk, Russian Federation

bobrovskajaea@kursksmu.netКурский государственный медицинский университет (КГМУ)РоссияKursk State Medical University (KSMU)Russian FederationКурская областная многопрофильная клиническая больница (КОМКБ); Курский государственный медицинский университет (КГМУ)РоссияKursk State Medical University (KSMU); Kursk Regional Multidisciplinary Clinical Hospital (KRMCH)Russian FederationКурский государственный медицинский университет (КГМУ); Курская областная многопрофильная клиническая больница (КОМКБ)РоссияKursk State Medical University (KSMU); Kursk Regional Multidisciplinary Clinical Hospital (KRMCH)Russian FederationЮго-Западный государственный университет (ЮЗГУ)РоссияSouthwest State University (SWSU)Russian Federation2024291120242731528Copyright © Лазаренко В.А., Белозеров В.А., Охотников О.И., Бондарев Г.А., Кореневский Н.А., Белозеров А.В., Григорьев Н.Н., Бобровская Е.А., 20242024Лазаренко В.А., Белозеров В.А., Охотников О.И., Бондарев Г.А., Кореневский Н.А., Белозеров А.В., Григорьев Н.Н., Бобровская Е.А.Lazarenko V.A., Belozerov V.A., Okhotnikov O.I., Bondarev G.A., Korenevsky N.A., Belozerov A.V., Grigoriev N.N., Bobrovskaya 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.kursk-vestnik.ru/jour/article/view/1334

Цель: улучшение результатов дифференциальной диагностики обструктивной патологии общего желчного протока на основе результатов эндоскопической ультрасонографии (ЭУС) с использованием гибридных нечетких технологий принятия решений. Материалы и методы. В исследование включены 173 пациента, лечившихся в Курской областной многопрофильной клинической больнице в 2013-2023 гг. Злокачественные опухоли общего желчного протока выявлены у 24 (13,9%) пациентов. Превалировал экзофитный тип холангиокарциномы, который диагностирован у 13 (54,2%) пациентов, инфильтративный тип диагностирован у 11 (45,8%) больных. Доброкачественная обструкция общего желчного протока диагностирована в 149 (86,1%) случаях. В подавляющем большинстве случаев выявлен холедохолитиаз - 97 (65,1%) больных. Доброкачественные стриктуры общего желчного протока обнаружены у 31 (20,8%) пациента, среди них преобладали рубцово-воспалительные стриктуры терминального отдела холедоха - 21 (67,7%) пациент. Послеоперационные стриктуры были у 10 (32,3%) больных. Компрессия общего желчного протока увеличенными лимфоузлами диагностирована у 10 (6,7%) пациентов, синдром Мириззи - у 4 (2,7%) больных. Среди редких причин нарушения желчеоттока были холангит (4 чел.), билиодигестивные свищи (2 чел.), киста холедоха (1 чел.). Для решения плохо формализуемых задач дифференциальной диагностики обструктивной патологии общего желчного протока на основе анализа эндосонографических изображений на кафедре биомедицинской инженерии Юго-Западного государственного университета разработан гибкий математический аппарат - методология синтеза гибридных нечетких решающих правил, используемый в данной работе. Математический аппарат интегрирует интеллект экспертов ультразвуковой диагностики, инженера-когнитолога и искусственного интеллекта. Результаты. Разработаны информативные эндосонографические критерии диагностики обструктивных заболеваний общего желчного протока, систематизированные и представленные в виде референсных изображений: эталонных эндосонограмм и их реперных схем, которые максимально полно отражают характеристики патологических изменений. По результатам экспертной оценки определены коэффициенты уверенности в принадлежности референсных изображений к доброкачественной и злокачественной патологии, являющиеся основой диагностического алгоритма. Результаты математического моделирования определили уверенность в корректной диагностике патологических состояний с использованием синтезированных нечетких алгоритмов свыше 0,92, что является приемлемым результатом для клинического применения. Заключение. Систематизация информативных ЭУС-критериев дифференциальной диагностики обструктивных заболеваний общего желчного протока, а также интеграция методов нечеткой логики в алгоритм принятия решений у этой категории больных позволяет объективизировать и улучшить результаты неинвазивной ЭУС-диагностики, обеспечивая ее эффективность на уровне не ниже 0,92.

Objective: to improve the results of differential diagnosis of obstructive pathology of the common bile duct based on the results of endoscopic ultrasonography (EUS) using hybrid fuzzy decision-making technologies. Materials and methods. The study included 173 patients treated at the Kursk Regional Multidisciplinary Clinical Hospital in 2013-2023. Tumors of the common bile duct were detected in 24 (13.9%) patients, among whom 18 (75.0%) were women, 6 (25.0%) men, the exophytic type of cholangiocarcinoma prevailed, which was diagnosed in 13 (54.2%) patients, the infiltrative type was diagnosed in 11 (45.8%) patients. Benign obstruction of the common bile duct was diagnosed in 149 (86.1%) cases. In the vast majority of cases, choledocholithiasis was detected - 97 (65.1%) patients. Benign strictures of the common bile duct were found in 31 (20.8%) patients, among them cicatricial-inflammatory strictures of the terminal choledochus prevailed - 21 (67.7%) patients. Postoperative strictures were observed in 10 (32.3%) patients. Compression of the common bile duct by enlarged lymph nodes was diagnosed in 10 (6.7%) patients, Mirizzi Syndrome in 4 (2.7%) patients. Among the rare causes of impaired bile flow were cholangitis (4 people), biliodigestive fistulas (2 people), choledochus cyst (1 person). To solve poorly formalized problems of differential diagnosis of obstructive pathology of the common bile duct based on the analysis of endosonographic images at the Department of Biomedical Engineering of Southwestern State University, a flexible mathematical apparatus has been developed - a methodology for the synthesis of hybrid fuzzy decision rules used in this work. The mathematical apparatus integrates the intelligence of ultrasound diagnostics experts, a cognitive engineer and artificial intelligence. Results. Informative endosonographic criteria for the diagnosis of obstructive diseases of the common bile duct have been developed, systematized and presented in the form of reference images: reference endosonograms and their reference schemes, which fully reflect the characteristics of pathological changes. Based on the results of the expert assessment, the coefficients of confidence in the belonging of reference images to benign and malignant pathology, which are the basis of the diagnostic algorithm, were determined. The results of mathematical modeling have determined the confidence in the correct diagnosis of pathological conditions using synthesized fuzzy algorithms over 0.92, which is an acceptable result for clinical use. Conclusion. The systematization of informative EUS criteria for the differential diagnosis of obstructive diseases of the common bile duct, as well as the integration of fuzzy logic methods into the decision-making algorithm in this category of patients allows objectifying and improving the results of non-invasive EUS diagnostics, ensuring its effectiveness at a level not lower than 0.92.

обструктивная патологияобщий желчный протокэндоскопическая ультрасонографиягибридные нечеткие технологииobstructive pathologycommon bile ductendoscopic ultrasonographyhybrid fuzzy technologiesReferencesРатников В.А., Скульский С.К. Магнитно-резонансная томография в лучевой диагностике обструкции дистального отдела общего желчного протока. Клиническая больница. 2015;14(4):42-52. EDN: VJXBFZ.Ratnikov V.A., Skulskiy S.K. MRI of diagnosis obstruction of the distal part of the common bile duct. The hospital. 2015;14(4):42-52 (in Russ.). EDN: VJXBFZ.Гарелик П.В., Милешко М.И., Дешук А.Н. Транспапиллярные, малоинвазивные и традиционные технологии при доброкачественной обструкции общего желчного протока. Журнал Гродненского государственного медицинского университета. 2021;19(5):496-500. DOI: 10.25298/2221-8785-2021-19-5-496-500. EDN: INWJNE.Harelik P.V., Mileshko M.I., Dziashuk A.N. Transpapillary, miniinvasive and traditional techniques in benign obstruction of the common bile duct. Journal of the grodno state medical university. 2021;19(5):496-500 (in Russ.). DOI: 10.25298/2221-8785-2021-19-5-496-500. EDN: INWJNE.Переходов С.Н., Долгов О.А., Ванюшин П.Н., Григорьев К.Ю. Эндохирургическое лечение желчнокаменной болезни, осложненной холедохолитиазом и стриктурой дистального отдела холедоха. Саратовский научно-медицинский журнал. 2008;4(4):101-10. EDN: KPHLGP.Perekhodov S.N., Dolgov О.А., Vanjushin P.N., Grigorjev K.Yu. Endosurgical treatment of gall-stone disease complicated by choledocholithiasis and distal structure of common bile duct. Saratov Journal of Medical Scientific Research. 2008;4(4):101-104 (in Russ.). EDN: KPHLGP.Stinton L.M., Shaffer E.A. Epidemiology of gallbladder disease: cholelithiasis and cancer. Gut Liver. 2012;6(2):172-187. DOI: 10.5009/gnl.2012.6.2.172.Stinton L.M., Shaffer E.A. Epidemiology of gallbladder disease: cholelithiasis and cancer. Gut Liver. 2012;6(2):172-187. DOI: 10.5009/gnl.2012.6.2.172.Бредер В.В., Базин И.С., Косырев В.Ю., Ледин Е.В. Практические рекомендации по лечению билиарного рака. Злокачественные опухоли. 2020;10(32):475-491. DOI: 10.18027/2224-5057-2020-10-3s2-26. EDN: CLBQQH.Breder V.V., Bazin I.S., Kosyrev V.Yu., Ledin E.V. Practical recommendations for the drug treatment of biliary cancer. Zlokachestvennye opukholi. 2020;10(32):475-491 (in Russ.). DOI: 10.18027/2224-5057-2020-10-3s2-26. EDN: CLBQQH.Dorrell R., Pawa S., Zhou Y., Lalwani N., Pawa R. The Diagnostic Dilemma of Malignant Biliary Strictures. Diagnostics (Basel). 2020;10(5):337. DOI: 10.3390/diagnostics10050337.Dorrell R., Pawa S., Zhou Y., Lalwani N., Pawa R. The Diagnostic Dilemma of Malignant Biliary Strictures. Diagnostics (Basel). 2020;10(5):337. DOI: 10.3390/diagnostics10050337.Fernandez Y. Viesca M., Arvanitakis M. Early Diagnosis аnd Management оf Malignant Distal Biliary Obstruction: A Review On Current Recommendations And Guidelines. Clin Exp Gastroenterol. 2019;5(12):415-432. DOI: 10.2147/CEG.S195714.Fernandez Y. Viesca M., Arvanitakis M. Early Diagnosis аnd Management оf Malignant Distal Biliary Obstruction: A Review On Current Recommendations And Guidelines. Clin Exp Gastroenterol. 2019;5(12):415-432. DOI: 10.2147/CEG.S195714.Фомичева Н.В., Ульянов Д.Н. Диагностика стриктур внепеченочных желчных протоков: оптимальные варианты решения. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2014;106(6):66-72. EDN: SZUURT.Fomicheva N.V., Ulyanov D.N. Diagnosis strictures extrahepatic bile ducts: the optimal solution. Experimental and clinical gastroenterology journal. 2014;106(6):66-72 (in Russ.). EDN: SZUURT.Шабунин А.В., Тавобилов М.М. Роль эндосонографического исследования в определении возможности эндобилиарного стентирования у больных с опухолевым поражением периампулярной зоны. Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2013;21(4):95-103. EDN: RVWJPP.Chabounine A.V., Tavobilov M.M. Endoscopic ultrasound role of research in the determination of the possibility endo-biliary stenting in patients with neoplastic lesions periampulyary zone. I.P. Pavlov Russian medical biological herald. 2013;21(4):95-103 (in Russ.). EDN: RVWJPP.Шабунин А.В., Бедин В.В., Тавобилов М.М., Карпов А.А., Дроздов П.А., Коржева И.Ю. Оптимизация лечебно-диагностической тактики у больных с холедохолитиазом. Московский хирургический журнал. 2018;61(3):24. EDN: WXEQNS.Shabunin A.V., Bedin V.V., Tavobilov M.M., Karpov A.A., Drozdov P.A., Korzheva I.Yu. Optimization of therapeutic and diagnostic tactics in patients with choledocholithiasis. Mоscоw surgical journal 2018;61(3):24 (in Russ.). EDN: WXEQNS.Hawes R.H., Fockens P. Endosonography. Elsevier Inc., 2006. 329 p.Hawes R.H., Fockens P. Endosonography. Elsevier Inc., 2006. 329 p.Щедров Д.Н., Соколов С.В., Соколов А.В., Луговкин А.В., Виноградова А.А., Морозов Е.В. Методы объективизации ультразвукового исследования при острых заболеваниях органов мошонки. Вестник Российского научного центра рентгенорадиологии. 2018;18(4):131-147. EDN: YZAWXJ.Shedrov D.N., Sokolov S.V., Sokolov A.V., Lugovkin A.V., Vinogradova A.A., Morozov E.V. Methods of objectification of ultrasound examination for acute scrotum syndrome. Vestnik of the russian scientific center of roentgenoradiology. 2018;18(4):131-147 (in Russ.). EDN: YZAWXJ.Бродская Ю.А. Математические методы и типы задач распознавания образов и применение этих методов. Компьютерные науки и информационные технологии: Материалы Международной научной конференции, Саратов, 30 июня 03 июля 2014 года. Саратов: ИЦ «Наука», 2014:66-70.Brodskaya Yu.A. Mathematical methods and types of pattern recognition tasks and the application of these methods. Materialy Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii, Saratov, 30 June - 03 July 2014. Saratov: ITs "Nauka", 2014:66-70 (in Russ.)Краснобаев Е.А., Чистобаев Д.В., Малышев А.Л. Сравнение бинарных дескрипторов особых точек изображений в условиях искажений. Компьютерная оптика. 2019;43(3):434-445. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-434-445. EDN: FBYOBH.Krasnabayeu E.A., Chistabayeu D.V., Malyshev A.L.Comparison of binary feature points descriptors of images under distortion conditions.Computer optics. 2019;43(3): 434-445 (in Russ.). DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-3-434-445. EDN: FBYOBH.Сулавко А.Е., Еременко А.В. Метод сжатия собственных областей классов идентифицируемых образов в пространстве малоинформативных признаков. Искусственный интеллект и принятие решений. 2014;(2):102-109. EDN: SFBOKL.Sulavko A.E., Eremenko A.V.Compression method of own areas of identified classes of images in the space of signs that contains small portions of information. Artificial intelligence and decision making. 2014;(2):102-109 (in Russ.). EDN: SFBOKL.Кореневский Н.А., Родионова С.Н., Хрипина И.И. Методология синтеза гибридных нечетких решающих правил для медицинских интеллектуальных систем поддержки принятия решений. Старый Оскол: ТНТ; 2019. 472 с.Korenevskiy N.A., Rodionova S.N., Khripina I.I. Methodology of synthesis of hybrid fuzzy decision rules for medical intelligent decision support systems. Staryy Oskol: TNT; 2019. 472 p. (in Russ.)Карякин В.В. Гибридные интеллектуальные системы как симбиоз естественного и искусственного интеллектов. Россия: тенденции и перспективы развития: Ежегодник. Материалы XXI Национальной научной конференции с международным участием, Москва, 16-17 декабря 2021 года. Отв. редактор В.И. Герасимов. Том Выпуск 17. Часть 1. Москва: Институт научной информации по общественным наукам РАН, 2022. С. 652-655.Karyakin V. V. Hybrid intelligent systems as a symbiosis of natural and artificial intelligence. Rossiya: tendentsii i perspektivy razvitiya: Yezhegodnik. Materialy XXI Natsional′noy nauchnoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem, Moscow, 16-17 dec 2021. Editor, V.I. Gerasimov. Vol. 17. Pt 1. Moscow: Institut nauchnoy informatsii po obshchestvennym naukam RAN, 2022. P. 652-655Анохин К.В., Алмазов А.А., Зингерман Б.В., Рыжов А.П. Тайны искусственного интеллекта. Материалы XI Международного конгресса «ОргЗдрав 2023» Москва, 7-9 июня. URL: http://congress.orgzdrav.com (Accessed December 09, 2023)Anokhin K.V., Almazov A.A., Zingerman B.V., Ryzhov A.P. The secrets of artificial intelligence. Materialy XI Mezhdunarodnogo kongressa "OrgZdrav 2023". URL: http://congress.orgzdrav.com (Accessed December 09, 2023)Shortliffe E.H, Cimino J.J. Biomedical Informatics: Computer Applications in Health Care and Biomedicine. London: Springer London. 965 p. DOI: 10.1186/1475-925X-5-61.Shortliffe E.H, Cimino J.J. Biomedical Informatics: Computer Applications in Health Care and Biomedicine. London: Springer London. 965 p. DOI: 10.1186/1475-925X-5-61.Тарасов В.Б. Лотфи Заде и Россия: страницы биографии и научное наследие. Мягкие измерения и вычисления. 2018;5(4):21-25. EDN: YMBGHR.Tarasov V.B. Lotfi Zadeh and Russia: biography pages and scientific heritage. Soft measurements and computing. 2018;5(4): 21-25 (in Russ.). EDN: YMBGHR.Khashab M.A., Fockens P., Al-Haddad M.A. Utility of EUS in patients with indeterminate biliary strictures and suspected extrahepatic cholangiocarcinoma (with videos). Gastrointest Endosc. 2012;76(5):1024-1033. DOI: 10.1016/j.gie.2012.04.451.Khashab M.A., Fockens P., Al-Haddad M.A. Utility of EUS in patients with indeterminate biliary strictures and suspected extrahepatic cholangiocarcinoma (with videos). Gastrointest Endosc. 2012;76(5):1024-1033. DOI: 10.1016/j.gie.2012.04.451.Nikolaidis P., Hammond N.A., Day K., Yaghmai V., Wood CG 3rd, Mosbach D.S., Harmath C.B., Taffel M.T., Horowitz J.M., Berggruen S.M., Miller F.H. Imaging features of benign and malignant ampullary and periampullary lesions. Radiographics. 2014;34(3):624-641. DOI: 10.1148/rg.343125191.Nikolaidis P., Hammond N.A., Day K., Yaghmai V., Wood CG 3rd, Mosbach D.S., Harmath C.B., Taffel M.T., Horowitz J.M., Berggruen S.M., Miller F.H. Imaging features of benign and malignant ampullary and periampullary lesions. Radiographics. 2014;34(3):624-641. DOI: 10.1148/rg.343125191.Yu X.R., Huang W.Y., Zhang B.Y., Li H.Q., Geng D.Y. Differentiation of infiltrative cholangiocarcinoma from benign common bile duct stricture using three-dimensional dynamic contrast-enhanced MRI with MRCP. Clin Radiol. 2014;69(6):567-573. DOI: 10.1016/j.crad.2014.01.001.Yu X.R., Huang W.Y., Zhang B.Y., Li H.Q., Geng D.Y. Differentiation of infiltrative cholangiocarcinoma from benign common bile duct stricture using three-dimensional dynamic contrast-enhanced MRI with MRCP. Clin Radiol. 2014;69(6):567-573. DOI: 10.1016/j.crad.2014.01.001.

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