Cпособ прогнозирования обострений бронхиальной астмы в зависимости от погодно-климатических условий

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБОСТРЕНИЙ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОГОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ(71) Заявители Витебский филиал НИИ радиационной медицины Минздрава РБ, Минский Республиканский эндокринологический диспансер НИИ радиационной медицины Минздрава РБ(73) Патентообладатели Витебский филиал НИИ радиационной медицины Минздрава РБ,Минский Республиканский эндокринологический диспансер НИИ радиационной медицины Минздрава РБ(57) Способ прогнозирования обострений бронхиальной астмы в зависимости от погодно-климатических условий, включающий ретроспективный анализ силы влияния комплексных погодных показателей температуры, атмосферного давления и влажности на больных бронхиальной астмой, математического моделирования и заключения о характере дня, отличающийся тем, что ретроспективный анализ проводят в течение не менее 24 месяцев, вычисляют дискриминантные функции и координаты групповых центроидов для благоприятной и неблагоприятной для астматиков погоды, используют показатели конкретного дня, рассчитывают новые значения дискриминантных функций, соотносят их с полученными координатами групповых центроидов для астмоопасных и астмобезопасных дней, при этом выделяют интервал зимние месяцы и при значении дискриминантной функции изучаемого дня (-0,414) и менее определяют день как астмоопасный,при значении более (-0,414) - астмобезопасный, выделяют интервал весенние месяцы и при значении дискриминантной функции изучаемого дня (1,057) и более определяют день как астмоопасный, при значении менее (1,057) - астмобезопасный, выделяют интервал летние месяцы и при значении дискриминантной функции изучаемого дня (-0,284) и менее определяют день как астмоопасный, при значении более (0,284) - астмобезопасный, выделяют интервал осенние месяцы и при значении дискриминантной функции изучаемого дня (-0,627) и менее определяют день как астмоопасный, при значении более (-0,627) - астмобезопасный.(56) 1. Федосеев Г.Б., Убайдуллаев А.М. Ранняя диагностика и первичная профилактика бронхиальной астмы. Изобретение относится к медицине, в частности к пульмонологии и аллергологии, и может быть использовано для прогноза обострений бронхиальной астмы. В качестве прототипа выбрана математическая модель обострений БА в зависимости от погодных условий, предложенная Г.Б. Федосеевым и А.М. Убайдуллаевым 1. Способ основан на построении модели множественной регрессии, где в качестве входных факторов использованы погодные показатели, а выходного - число обращений больных БА за экстренной медицинской помощью. Общими с прототипом признаками являются 1. Объект исследования - бронхиальная астма. 2. Формирование когорты наблюдения на основе данных обращаемости за экстренной медицинской помощью 3. Использование методов многомерной статистики 4. Общность показателей физического состояния атмосферы. 3546 1 Описанный способ имеет следующие недостатки 1. Небольшой срок наблюдения (до 1 года), что не позволяет обнаружить глобальные закономерности 2. Отсутствует оценка воспроизводимости моделей 3. Построение моделей для оценки течения, а не прогноза БА, так как не введено понятие пик обострений БА и невозможно оценить - много обострений БА или мало 4. Проведение анализа по годичному интервалу, в то время как известно, что в отдельные сезоны (зима,весна, лето, осень) влияние погодных условий на течение болезни различно 5. Для построения моделей берутся погодные показатели в тот же день, что и обострения БА, что неприменимо в практике, поскольку не позволяет проводить профилактические лечебные мероприятия. Задачей изобретения является повышение эффективности прогноза течения БА в зависимости от погодных условий. Предлагаемый способ основан на нескольких этапах. 1 этап. Формирование компьютерной базы данных, которая включает 1) число обращений больных БА за экстренной медицинской помощью в течение не менее чем 2-х лет 2) погодно-климатические показатели, включающие ежедневно оцениваемые средняя температура воздуха (1) максимальная температура воздуха (Х 6) минимальная температура воздуха (Х 7) количество осадков в 2100 (Х 9) количество осадков в 900 (10) количество осадков за сутки (11) скорость ветра в 2100(12) скорость ветра в 900 (Х 13) средняя относительная влажность (Х 18) минимальная относительная влажность (Х 22) атмосферное давление (Х 24) направление ветра (Х 28) изменения абсолютных показателей градиент средней температуры (Х 3) модуль градиента средней температуры (Х 4) разница между максимальной и минимальной температурой воздуха в пределах одного дня (Х 8) градиент изменения скорости ветра за ночь (14) модуль изменения скорости ветра за ночь (Х 15) градиент изменения скорости ветра за день (16) модуль изменения скорости ветра за день (17) градиент изменения средней влажности (Х 20) модуль градиента средней влажности (Х 21) градиент изменения атмосферного давления за сутки (Х 25) модуль градиента изменения атмосферного давления (Х 26), комплексный коэффициент жесткости погоды(Х 23) 1, в котором учитываются среднесуточная температура воздуха, среднесуточная скорость ветра, относительная влажность и суточная изменчивость температуры воздуха, индекс патогенности температуры воздуха (Х 2) индекс патогенности влажности (19) индекс патогенности изменения атмосферного давления(Х 27) индекс патогенности скорости ветра (Х 30) индекс патогенности изменения температуры воздуха (Х 5) индекс патогенности метеорологических условий (Х 31) вычисляется путем суммации частных индексов патогенности. Учитывались также погодные показатели за 1 (Х 41-Х 431), 2 (Х 51-Х 531), 3 (61-631), 4 (71-731),5 (1-831), 6 (91-931) дней до вызова скорой помощи. Формирование базы проводят в интервале не менее чем 24 месяца, для того, чтобы включить в исследование года с различными погодно-климатическими режимами, например 1991 и 1993 гг. 2 этап. Проводят однофакторный дисперсионный анализ силы влияния погодных показателей на частоту обострений БА и отбирают те из них, влияние которых статистически значимо. Рассматривают погодные факторы в дни, на 3-е суток предшествующих обострению БА. При анализе указанной базы были отобраны показатели Х 61, Х 63, Х 64, Х 66, Х 68 (температурные показатели), Х 618, Х 620 (показатели влажности),Х 624, Х 625, Х 626 (показатели давления) со сдвигом на 3 дня. 3 этап. Строят классификационный ряд обострений БА, для чего рассчитывают среднегодичное число обострений БА за 2 года, с которым арифметически суммируют 1,5 ( - среднеквадратичное отклонение). Дни, в которых количество вызовов было меньше (Хср 1,5), считают благоприятными (1), больше - неблагоприятными для астматиков (2) (Приложение 1). 4 этап. С помощью прикладной статистической программы (например,3.1) рассчитывают коэффициенты дискриминантных функций (Приложение 2), координаты групповых центроидов и срединной точки, делящей расстояние между ними строго пополам (Приложение 3), и эффективность отнесения дней по классам (Приложение 4). 5 этап. В уравнения дискриминантных функций подставляют значения погодных факторов и рассчитывают ее числовое значение. В зависимости от приближения полученного результата к тому или иному центроиду (что оценивают путем его сравнения со срединной точкой, делящей расстояние между центроидами строго пополам) выносят суждение о принадлежности дня к астмобезопасному (1) и астмоопасному (2). п. 1. Для повышения точности из указанной базы выделяют осенние периоды, что позволяет существенно повысить эффективность прогнозирования. 1 этап. Из общей базы данных выделен осенний интервал (сентябрь, октябрь, ноябрь 1991 и 1993 гг.). 2 этап. Проведен однофакторный дисперсионный анализ силы влияния погодных факторов на число обострений БА. Статистически значимы оказались показатели Х 61, Х 63, Х 64, Х 66, Х 68 (температурные показатели), Х 618, Х 620 (показатели влажности), Х 624, Х 625, Х 626 (показатели давления) со сдвигом на 3 дня. 3 этап. Строим классификационный ряд среднее число вызовов составило 18,5,7,4, 1,530. При превышении числа обращений за экстренной медицинской помощью данного значения дню присваивается номер 2, при меньшем - 1. 2 3546 1 4 этап. Рассчитывают коэффициенты дискриминантных функций для осеннего периода (Приложение 2),координаты групповых центроидов и срединной точки (Приложение 3) и эффективность отнесения к классам (Приложение 4). 5 этап. В уравнение дискриминантной функции для осеннего периода подставляют количественные значения погодных факторов и получают ее значение. При приближении его к координатам центроида 1 день отмечают как благоприятный, 2 - неблагоприятный. Пример 1. День 6.09.91 г. В осенний сезон дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,280 Х 61-0,028 Х 63-0,063 Х 64-0,365 Х 66-0,007 Х 68-0,025 Х 618-0,018 Х 6200,051 Х 6240,071 Х 625-0,071 Х 62642,416 Величины показателей с 3-х дневным лагом (то есть 3.09.91 г.) были следующие Х 61 - 17,2, Х 63 - 2,8,Х 64 - 2,8, Х 66 - 23, 68 - 11,1, 618 - 68,5, 620 - 2, 624 - 749, 625 - (-6,5), 626 - 6,5. Вычисленная дискриминантная функция составила (-2,366), что меньше, чем (-0,627) и наиболее близко к центроиду (-1,426) следовательно, предсказанный класс для 6.09.91 г. равен 2, это астмоопасный день. Истинное число вызовов составило 31, что является превышением 1,5 и относится к астмоопасному дню. Пример 2. День 16.09.91 г. В осенний сезон дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,280 Х 61-0,028 Х 63-0,063 Х 64-0,365 Х 66-0,007 Х 68-0,025 Х 618-0,018 Х 6200,051 Х 6240,071 Х 625-0,071 Х 62642,416 Величины первичных показателей с 3-дневным лагом (то есть 13.09.91 г.) были следующие Х 61 - 8,3,Х 63 - -2,6, Х 64 - 2,6, Х 66 - 12,4, 68 - 7,2, 618 - 55, 620 - (-24), 624 - 751, 625 - 0, 626 - 0. Вычисленная дискриминантная функция составила (0,829), что больше (-0,627) и наиболее близко к центроиду(0,171) следовательно, предсказанный класс для 16.09.91 г. равен 1, это астмобезопасный день. Истинное число вызовов составило 24, что не является превышением 1,5 и относится к астмобезопасному дню. п.2. Для повышения точности описанный анализ проводят в течение зимних периодов по указанной базе данных, что позволяет существенно повысить эффективность прогнозирования. 1 этап. Из общей базы данных выделен зимний интервал (декабрь, февраль, январь 1991 и 1993 гг.). 2 этап. Проведен однофакторный дисперсионный анализ силы влияния погодных факторов на число обострений БА. Статистически значимы оказались показатели Х 61, Х 63, Х 64, Х 66, 68 (температурные показатели), 618, 620 (показатели влажности), 624, 625, 626 (показатели давления) со сдвигом на 3 дня. 3 этап. Строим классификационный ряд среднее число вызовов составило 23,7, -4,39, 1,5-30. При превышении числа обращений за экстренной медицинской помощью данного значения дню присваивается номер 2, при меньшем - 1. 4 этап. Рассчитывают коэффициенты дискриминантных функций для зимнего периода (Приложение 2),координаты групповых центроидов и срединной точки (Приложение 3) и эффективность отнесения к классам (Приложение 4). 5 этап. В уравнение дискриминантной функции для зимнего периода подставляют количественные значения погодных факторов и получают ее значение. При приближении его к координатам центроида 1 день отмечают как благоприятный, 2 - неблагоприятный. Пример 3. День 5.02.91 г. В зимний сезон дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,334 Х 61-0,03863-0,08364-0,18166-0,049 Х 680,028618 0,0316200,0766240,044 Х 6250,163626-58,966 Величины показателей с 3-дневным лагом (то есть 2.02.91 г.) были следующие Х 61 - (-13,3), Х 63 - 2,4, Х 64 2,4, Х 66 - (-9,2), 68 - (7,9), Х 618 - 85,5, 620 - 2,5, 624 - 762, 625 - 1, 626 - 1. Вычисленная дискриминантная функция составила (-1,83), что меньше (-0,414) и наиболее близко к центроиду (-0,924) следовательно,предсказанный класс для 5.02.91 г. равен 2, это астмоопасный день. Истинное число вызовов составило 31,что является превышением 1,5 и относится к астмоопасному дню. Пример 4. День 8.01.91 г. В зимний сезон дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,334 Х 61-0,03863-0,08364-0,18166-0,049 Х 680,028618 0,0316200,0766240,044 Х 6250,163626-58,966 Величины первичных показателей с 3-дневным лагом (то есть 5.01.91 г.) были следующие Х 61 - 0,6, Х 63- (-1,2), Х 64 - 1,2, Х 66 - 1,6, 68 - 2,6, Х 618 - 91,5, 620 - 4,5, 624 - 739, 625 - (-1), 626 - 1. Вычисленная дискриминантная функция составила (-0,252), что больше (-0,414) и наиболее близко к центроиду (0,095) следовательно, предсказанный класс для 8.01.91 г. равен 1, это астмобезопасный день. Истинное число вызовов составило 20, что не является превышением 1,5 и относится к астмобезопасному дню. п.3. Для повышения точности описанный анализ проводят в течение весенних периодов по указанной базе данных, что позволяет существенно повысить эффективность прогнозирования. 3 3546 1 1 этап. Из общей базы данных выделен весенний интервал (март, апрель, май 1991 и 1993 гг.). 2 этап. Проведен однофакторный дисперсионный анализ силы влияния погодных факторов на число обострений БА. Статистически значимы оказались показатели Х 61, Х 63, Х 64, Х 66, 68 (температурные показатели), Х 618, 620 (показатели влажности), 624, 625, 626 (показатели давления) со сдвигом на 3 дня. 3 этап. Строим классификационный ряд среднее число вызовов составило 18,3,5,2, 1,5 - 26. При превышении числа обращений за экстренной медицинской помощью данного значения дню присваивается номер 2, при меньшем - 1. 4 этап. Рассчитывают коэффициенты дискриминантных функций для весеннего периода (Приложение 2),координаты групповых центроидов и срединной точки (Приложение 3) и эффективность отнесения к классам (Приложение 4). 5 этап. В уравнение дискриминантной функции для весеннего периода подставляют количественные значения погодных факторов и получают ее значение. При приближении его к координатам центроида 1 день отмечают как благоприятный, 2 - неблагоприятный. Пример 5. День 15.03.91 г. Весной дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,375 Х 61-0,011 Х 63-0,438 Х 64-0,435 Х 660,191 Х 68-0,011 Х 618 0,009 Х 620-0,025 Х 6240,148 Х 625-0,019 Х 62620,590 Величины показателей с 3-дневным лагом (то есть 12.03.91 г.) были следующие Х 61 - 0,1, Х 63 - 1,3, Х 64- 1,3, Х 66 - 1,5, 68 - 16,5, Х 618 - 85, 620 - 38, 624 - 746, 625 - (-4), 626 - 4. Вычисленная дискриминантная функция составила (3,8158), что больше (1,057) и наиболее близко к центроиду (2,255) следовательно, предсказанный класс для 15.03.91 г. равен 2, это астмоопасный день. Истинное число вызовов составило 44, что является превышением 1,5 и относится к астмоопасному дню. Пример 6. День 8.03.91 г. Весной дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,375 Х 61-0,011 Х 63-0,438 Х 64-0,435 Х 660,191 Х 68-0,011 Х 618 0,009 Х 620-0,025 Х 6240,148 Х 625-0,019 Х 62620,590 Величины первичных показателей с 3-дневным лагом (то есть 5.03.91 г.) были следующие Х 61 - (-0,2),Х 63 - 2, Х 64 - 2, Х 66 - 1,6, 68 - 2,6, 618 - 85, 620 - 24, 624 - 750, 625 - (-6), 6266. Вычисленная дискриминантная функция составила (0,7226), что меньше (1,057) и наиболее близко к центроиду (-0,110) следовательно, предсказанный класс для 8.03.91 г. равен 1, это астмобезопасный день. Истинное число вызовов составило 21, что не является превышением Хср 1,5 и относится к астмобезопасному дню. п.4. Для повышения точности, описанный анализ проводят в течение летнего периода по указанной базе данных, что позволяет существенно повысить эффективность прогнозирования. 1 этап. Из общей базы данных выделен летний интервал (июнь, июль, август 1991 и 1993 гг.). 2 этап. Проведен однофакторный дисперсионный анализ силы влияния погодных факторов на число обострений БА. Статистически значимы оказались показатели Х 61, Х 63, Х 64, Х 66, 68 (температурные показатели), 618, 620 (показатели влажности), 624, 625, 626 (показатели давления) со сдвигом на 3 дня. 3 этап. Строим классификационный ряд среднее число вызовов составило 18,5,5,5, 1,5 - 27. При превышении числа обращений за экстренной медицинской помощью данного значения дню присваивается номер 2, при меньшем - 1. 4 этап. Рассчитывают коэффициенты дискриминантных функций для летнего периода (Приложение 2),координаты групповых центроидов и срединной точки (Приложение 3) и эффективность отнесения к классам (Приложение 4). 5 этап. В уравнение дискриминантной функции для летнего периода подставляют количественные значения погодных факторов и получают ее значение. При приближении его к координатам центроида 1 день отмечают как благоприятный, 2 - неблагоприятный. Пример 7. День 15.07.91 г. В летний сезон дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,582 Х 610,253 Х 63-0,168 Х 64-0,480 Х 660,103 Х 680,028 Х 618-0,003 Х 6200,070 Х 6240,068 Х 625-0,031 Х 626-54,574 Величины показателей с 3-дневным лагом (то есть 12.07.91 г.) были следующие Х 61 - 15,8, Х 63 - (-0,7),Х 64 - 0,7, Х 66 - 21, 68 - 8,4, 618 - 78, 620 - 9, 624 - 746, 625 - 0, 626 - 0. Вычисленная дискриминантная функция составила (-0,5109), что меньше (-0,284) и наиболее близко к центроиду (-0,634) следовательно, предсказанный класс для 15.07.91 г. равен 2, это астмоопасный день. Истинное число вызовов составило 32, что является превышением Хср 1,5 и относится к астмоопасному дню. 3546 1 Пример 8. Рассмотрим 22.06.91 г. В летний сезон дискриминантная функция имеет следующий вид. Ф 0,582 Х 610,253 Х 63-0,168 Х 64-0,480 Х 660,103 Х 680,028 Х 618-0,003 Х 6200,070 Х 6240,068 Х 625-0,031 Х 626-54,574 Величины первичных показателей с 3-дневным лагом (то есть 19.06.91 г.) были следующие Х 61 - 20,3,Х 63 - 0,3, Х 64 - 0,3, 66-25, 68-7,1, 618 - 68, 620 - (-16), 624 - 747, 625 - 1, 626 - 1. Вычисленная дискриминантная функция составила (0,2764), что больше (-0,284) и наиболее близко к центроиду (0,066) следовательно, предсказанный класс для 22.06.91 г. равен 1, это астмобезопасный день. Истинное число вызовов составило 25, что не является превышением 1,5 и относится к астмобезопасному дню. Приложение 1 Средние и стандартные отклонениячисла обострений БА в зависимости от базы данных Сезон Зима Весна Лето Осень Коэффициенты дискриминантных функций (по первичным погодным показателям) Показатель Х 61 Х 63 Х 64 Х 66 Х 68 Х 618 Х 620 Х 624 Х 625 Х 626 Константа Приложение 3 Координаты групповых центроидов (входные параметры - первичные погодные показатели) Сезон Зима Весна Лето Осень 3546 1 Приложение 4 Эффективность отнесения к классам обострения с учетом общего числа наблюдений (анализ проведен на основе первичных погодных показателей) Истинный класс Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 6