2.1. Особенности и общие принципы статистического анализа биомедицинских данных

Особенностью математического обеспечения медицин­ских информационных систем является широкое исполь­зование математического аппарата теории вероятностей и методов статистического анализа.

Статистические методы исследования являются мощ­ным инструментом обработки больших массивов инфор­мации с целью обнаружения закономерностей, лежащих в основе изучаемых явлений и проверки обоснованности выдвигаемых предложений. Именно медицинские иссле­дования требуют объективного анализа полученных дан­ных, так как неправильные выводы из полученных ре­зультатов могут нанести ущерб здоровью человека.

Знание основ математической статистики необходимо на всех этапах проведения клинических и медико-биоло­гических исследований: при формулировании цели, плани­ровании эксперимента, наборе данных, первичной обработ­ке, выдвижении и проверке гипотез, построении математи­ческих моделей.

Знание основ практики проведения медицинских ис­следований, статистической обработки данных и обосно­вания полученных выводов является неотъемлемой час­тью подготовки будущего врача.

Структурой медицинского исследования принято счи­тать совокупность организационных моментов по отбору пациентов в опытные и контрольные группы исследова­ния, назначений определенного вида, продолжительности лечения и его сопоставимости с традиционными способами терапии, наблюдений за больными в короткоотставленные и долгосрочные периоды после лечебного воздействия и др. Различают поперечные и продольные медицинские ис­следования.

Поперечными называют исследования, в которых обследование каждого пациента производится однократно. Такое единовременное наблюдение проводится один раз для решения конкретной задачи или повторяется через нео­пределенные промежутки времени по мере надобности.

Поперечное исследование позволяет описать картину болезни у совокупности больных на конкретной стадии развития заболевания, установить сочетание симптомов, соответствующее определенной фазе или стадии болезни.

Поперечное исследование позволяет также выявить и связь некоторых сочетанных признаков с каждым вари­антом течения определенного заболевания. Например, ряд осложнений текущего заболевания может возникнуть при сочетании болезни с изменениями в других висцеральных системах организма. Так, у больных с острым нарушени­ем мозгового кровообращения присоединение фибрилля­ции предсердий сопровождается высоким риском разви­тия инсульта. Своевременное назначение антикоагулян­тов больным с фибрилляцией предсердий позволяет предупредить инсульт. Итак, поперечное медицинское ис­следование по выявлению неблагоприятных сочетаний для течения болезни предоставляет возможность предотвра­тить развитие осложнений.

Поперечные исследования неприменимы для изучения заболеваний с хроническим длительным течением. В та­кой ситуации необходимо проведение продольных меди­цинских исследований.

Продольное исследование проводится при условии вы­деления определенной группы пациентов, среди которых будет проводиться систематическое повторное наблюдение за течением болезни.

Длительность наблюдения за группой пациентов опре­деляется длительностью заболевания. Например, длитель­ность международного многоцентрового исследования HYVET (Hypertension in the Very Elderly Trial), на­правленного на изучение влияния активного лечения боль­ных артериальной гипертензией в возрасте старше 80 лет на продолжительность жизни, составляет 5 лет.

Если в исследовании группа больных специально формируется и затем целенаправленно периодически на­блюдается, то такое исследование называют проспектив­ным.

Если для исследования выбирают большую выборку из популяции, то такое исследование называют популяцион- ным проспективным (когортным) исследованием. Так, количество больных в исследовании HYVET —- 2100 чело­век. Таким образом, это популяционное проспективное исследование.

В ходе проспективного наблюдения часто фиксируют изменения в течении заболевания, соотносят их с исход­ными особенностями, наблюдают за появлением новых за­болеваний. Такие исследования называют проспективны­ми исследованиями причинных факторов, и направлены они на выявление причинно-следственных отношений. В ходе такого рода исследований необходимым является четкое понимание факторов отбора испытуемых и тща­тельное изучение исходного состояния больных.

В ходе „проспективного исследования может иметь ме­сто преднамеренное вмешательство в естественный ход со­бытий, например назначение определенной терапии, ме­тода коррекции и др. При проведении таких исследова­ний необходима организация параллельного изучения двух основных групп больных, для лечения которых применя­ют, например, традиционную и новую методики (конт­рольная и экспериментальная группы больных).

В проспективном исследовании исходное состояние больных может оцениваться по уже имеющимся данным обследования в прошлом. Несмотря на ретроспективный сбор исходных данных, обследование будет считаться про­спективным. Например, по архивным данным НИИ кар­диологии им. А.Л. Мясникова, изученным с 1977 года, на настоящий момент можно заключить, что ишемическая болезнь сердца на сегодняшний день стала главной при­чиной развития сердечной недостаточности, причем «вклад» ишемической болезни сердца в общую структуру заболеваемости хронической сердечной недостаточностью постоянно увеличивается. Достоинствами проспективно­го исследования с ретроспективным сбором исходных дан­ных являются оперативность и дешевизна.

Продольное исследование может проводиться и путем анализа данных о больных, уже имеющихся в медицинс­кой документации. Такое исследование называют ретрос­пективным. При ретроспективном исследовании изучае­мая группа больных выделяется в конечный момент выяв­ления заболевания либо лечения болезни, и производится тщательный анализ всех причин болезни, сопутствующих явлений, эффективности терапии и т. д. В большом коли­честве ретроспективных исследований одновременно орга­низовывается контрольная группа и имеет место сравне­ние выделенной и контрольной группы пациентов по ряду признаков.

Безусловно, проспективные исследования наиболее до­казательны и имеют преимущества перед ретроспектив­ными ввиду того, что исходный отбор больных происхо­дит активно и тщательно. В то же время, при формирова­нии групп наблюдений для проспективного исследования нередко сказывается субъективное влияние исследовате­ля, что не может не отразиться на конечных результатах наблюдений.

В ряде случаев, когда заболевание имеет множество при­чин и развивается длительное время, а также при редко встречающихся заболеваниях ретроспективные исследо­вания бывают единственно возможными.

Основные варианты структуры медицинского исследова­ния представлены в табл. 2.1.

Проведение научно организованного сбора данных при медицинском исследовании необходимо для выявления статистических закономерностей.

Закономерности, в которых необходимость неразрывно связана в каждом отдельном явлении со случайностью и лишь во множестве явлений проявляет себя как закон, называются статистическими. При статистическом науч­ном наблюдении собираемые данные должны отвечать двум основным требованиям: достоверности и сопоставимости.

В медицинской статистике различают три основных раз­дела: теоретические и методические основы медицинской статистики, статистику здоровья населения и статистику здравоохранения.

В задачи медицинской статистики входит: 1) выявление особенностей в состоянии здоровья населения и факторов, определяющих его; 2) изучение данных о сети, деятельно­сти и кадрах лечебно-профилактических учреждений, а так­же данных о результатах лечебно-оздоровительных меро­приятий, которые используют при поиске путей улучше­ния здоровья населения и дальнейшего совершенствования системы здравоохранения. Кроме того, методы медицинс­кой статистики применяют в экспериментальных, кли­нических, гигиенических и лабораторных исследованиях.

Рациональное проведение традиционного статистичес­кого исследования связано с последовательной реализа­цией основных этапов, представленных в табл. 2.2.

В зависимости от степени информатизации лечебных учреждений, на базе которых проводится исследование, применение информационных технологий позволяет авто­матизировать или упростить выполнение отдельных эта­пов работы. Например, наличие развитой информацион­ной системы лечебного учреждения с полноценной базой данных о пациентах позволяет исключить этапы 1.5.-3.3. Эти этапы могут быть также заменены созданием специа­лизированной базы данных с «ручным» вводом информа­ции.

Статистическая обработка, вычисление показателей и их графическое оформление наилучшим образом реали­зуются с помощью пакетов статистических программ. Этап ознакомления с литературой в настоящее время также не может быть полноценным без применения компьютерных систем поиска информации.

Статистическое наблюдение предусматривает сбор све­дений по заранее разработанному плану. Фактический ма­териал, содержащийся в первичных документах учета (ис­тория болезни, карта эпидемиологического обследования и т. д.), нуждается в упорядочении и систематизации со­бранных данных с тем, чтобы получить из них интересу­ющую информацию. Этот процесс называется группиров­кой. Группировка предусматривает расчленение совокуп­ности на группы, однородные по какому-либо одному признаку (простая группировка) или по нескольким при­знакам (комбинационная группировка). Процесс группи­ровки не просто технический прием, а глубоко осмыслен­ное действие, направленное на получение объективной и полноценной информации с учетом поставленной задачи. Наиболее приемлемой формой группировки являются ста­тистические таблицы, статистические ряды и т. д., когда числовые значения признака расположены в определен­ном порядке.

Большинство эмпирических исследований данных мож­но отнести к одному из двух основных типов: исследова­ние зависимостей (корреляций) или экспериментальные исследования.

В исследовании корреляций (зависимостей, связей) ис­следователь не влияет (или, по крайней мере, пытается не влиять) на переменные, а только измеряет их и хочет найти зависимости (корреляции) между некоторыми из­меренными переменными, например, между артериальным давлением и уровнем холестерина.

В экспериментальных исследованиях, напротив, иссле­дователь варьирует некоторые переменные и измеряет воз­действия этих изменений на другие переменные. Напри­мер, можно искусственно увеличивать кровяное давление, а затем на определенных уровнях давления измерить уро­вень холестерина.

Анализ данных в экспериментальном исследовании также приходит к вычислению «корреляций» (зависи­мостей) между переменными, а именно, между перемен­ными, на которые воздействуют, и переменными, на ко­торые влияет это воздействие. Тем не менее, экспери­ментальные данные потенциально снабжают нас более качественной информацией. Только экспериментально можно убедительно доказать причинную связь между переменными. Например, если обнаружено, что всякий раз, когда изменяется переменная А, изменяется и пере­менная В, то можно сделать вывод — «переменная А оказывает влияние на переменную В», т.е. между пере­менными А и В имеется причинная зависимость. Резуль­таты корреляционного исследования могут быть интер­претированы в каузальных (причинных) терминах на основе некоторой теории, но сами по себе не могут отчет­ливо доказать причинность»

Применение современных методик медицинской инфор­матики на базе компьютерного обеспечения позволяет мо­дифицировать статистическое исследование, в значитель­ной мере облегчить его, рационализировать и сократить число этапов.