Автоматизированный модуль контроля донорского ресурса для пациентов и врачей, в цепочке донор-орган-реципиент-центр трансплантации
Предпосылки и мотивация для создания автоматизированного модуля
Трансплантология сегодня, как никакое другое направление медицины, нуждается в обеспечении телекоммуникационными технологиями. В огромном количестве клинических случаев исключительно пересадка органа может помочь человеку выжить, но из-за отсутствия чётких онлайн-алгоритмов в построении системы оказания этого сложноорганизованного высокотехнологичного вида медицинской помощи в России ежегодно погибают десятки тысяч людей.
Поставленная задача
Создание (на основе глубокого машинного обучения) самообучаемого модуля Экосистемы, который способен управлять всеми этапами диагностирования заболеваний и операций по трансплантации, с последующим пожизненным контролем качества жизни пациента.
Компания разработала уникальную в своём роде систему управления модулем «Трансплантология», на основе самообучаемой нейросети, для автоматического учёта донорского ресурса, тканей человека и пациентов, которые нуждаются в трансплантации.
Разработанный функционал управления модулем Трансплантологии позволяет сократить срок ожидания органа для пациента, нуждающегося в трансплантации, обеспечить снижение риска отторжения, вести пожизненное сопровождение и продлять качественную жизнь пациента после сложнейшей операции, вовремя предоставляя все жизненно необходимые ресурсы.
1
Анализы
2
ИИ
3
Доктор
4
Лист ожидания
5
ИИ
6
Доктор
7
Операция
Определение патологий на диагностических изображениях УЗИ, рентгена, магнитной и компьютерной томографий позволит повысить выявляемость показаний к трансплантации на ранних стадиях соответствующих заболеваний и эффективность работы врачей.
1
Донор
2
ИИ
3
Хирург
4
Орган
5
ИИ
6
Доктор
7
Пациент
8
Операция
Устранение дефицита донорских органов путём контроля за оптимальным использованием имеющегося донорского ресурса и увеличения количества эффективных доноров.
1
Операция
2
Реабилитация
3
Обследование
4
ИИ
5
Наблюдение и ведение
6
ИИ
7
Прогноз отторжения
8
ИИ
9
Подбор нового органа
10
Операция
Пожизненное сопровождение пациента с прогнозом и контролем начала периода отторжения пересаженного органа, с целью подбора нового донора и проведением последующей операции.
Алгоритм №1
Алгоритм автоматического подбора в цепочке Донор – Орган – Реципиент – Центр трансплантации осуществляется методом исключения, при невыполнении действий по пересечению заданных параметров
Единый лист ожидания
Распределение донорских органов между несколькими трансплантационными центрами, связанными с единым территориальным координационным центром органного донорства, неразрывно связано с таким понятием, как единый лист ожидания трансплантации органа, который ведется учреждением, уполномоченным в установленном законом порядке заготавливать и распределять трупные донорские органы – территориальный координационный центр органного донорства.
Единый лист ожидания – это совокупность данных о реципиентах, нуждающихся по данным обследования в трансплантации того или иного органа, необходимых для подбора оптимальной пары донор-реципиент, предоставляемые центром (отделением, учреждением) трансплантации в учреждение, уполномоченное осуществлять заготовку и распределение донорских органов на конкретной территории (координационный центр органного донорства). Единый лист ожидания составляется для каждого трансплантируемого органа. Ответственным за составление единого листа ожидания является руководитель территориальный координационный центр органного донорства.
Информацию, содержащуюся в листе ожидания, можно условно разделить на два блока:
первый блок – общая информация, и второй – специфическая информация, необходимая для распределения конкретного органа (например, сердца, печени или легких).
Общая информация листа ожидания трупного органа включает в себя:
Специфическая информация:
А) для трансплантации сердца и органного комплекса сердце-легкие: – статус неотложности
Б) для трансплантации легких:
В) для трансплантации печени:
Г) для трансплантации фрагмента кишечника:
Д) для трансплантации почки:
Алгоритм выбора реципиента донорского сердца
Выбор реципиента производится из детей и взрослых пациентов, состоящих в листе ожидания трансплантационного центра, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, антропометрических параметров и срока пребывания в листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского сердца определяется возрастом и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского сердца определяется совместимостью по группе крови:
Алгоритм выбора реципиента донорских легких
Выбор реципиента производится из детей и взрослых пациентов, состоящих в листе ожидания трансплантационного центра, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, информации о возможности выполнения реципиенту однолегочной трансплантации, балльной оценки приоритетности по шкале LAS, антропометрических параметров и срока пребывания в листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется возрастом и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется величиной балльной оценкой приоритетности по шкале LAS: пациенты с большей величиной имеют приоритет над пациентами с меньшей величиной балльной оценки приоритетности по шкале LAS.
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется совместимостью по группе крови:
Четвертичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется длительностью пребывания пациента в листе ожидания.
Пациенты, нуждающиеся в двулегочной трансплантации легких, имеют приоритет над пациентами, которым может быть выполнена однолегочная трансплантация, при условии совпадения их статуса неотложности нахождения в листе ожидания.
Алгоритм выбора реципиента донорского органного комплекса сердце-легкие
Реципиент органного комплекса сердце-легкие статуса 1А и 1В – имеют первоочередное, приоритетное право получения и сердца, и легких от трупного донора.
В случае, если реципиент органного комплекса сердце-легкие обычного статуса неотложности, находящийся в едином листе ожидания, подходит по алгоритму подбора донорского сердца – он имеет право получения легких от того же донора, при условии отсутствия в едином листе ожидания конкурирующего реципиента изолированной трансплантации легких ургентного статуса.
В случае, если реципиент органного комплекса сердце-легкие обычного статуса неотложности, находящийся в едином листе ожидания, подходит по алгоритму подбора донорских легких – он имеет право получения сердца только при условии отсутствия в едином листе ожидания конкурирующего реципиента изолированной трансплантации сердца статуса 1А.
Алгоритм выбора реципиента донорского фрагмента кишечника
Распределение донорского фрагмента кишечника производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, антропометрическим параметрам и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского фрагмента кишечника определяется возрастом и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского фрагмента кишечника определяется совместимостью по группе крови:
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского фрагмента кишечника определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания.
Алгоритм выбора реципиента донорской печени
Распределение донорской печени производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, бальной оценки риска наступления летального исхода по шкале MELD и PELD, информации о возможности выполнения сплит-трансплантации, антропометрическим параметрам и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется возрастом с учетом возможности выполнения сплит-трансплантации и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется величиной бальной оценка риска наступления летального исхода по шкале MELD и PELD: пациенты с большей величиной имеют приоритет над пациентами с меньшей величиной.
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется совместимостью по группе крови:
Четвертичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания.
Алгоритм выбора реципиента донорской почки
Распределение донорской почки производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, гисто-совместимости по результату типирования по системе HLA и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется идентичностью донора и реципиента по группе крови в системе АВ0, а также отрицательным результатом перекрестной лимфоцитарной пробы (cross-match).
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется наличием ургентного статуса или необходимостью одномоментной трансплантации комплекса органов.
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется гистосовместимостью по результату типирования по системе HLA:
Четвертичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется наличием предсуществующих антител. Реципиенты не имеющие (или имеющие малый уровень) предсуществующих антител имеют преимущество над пациентами с наличием предсуществующих антител (или их высоким уровнем).
Окончательная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания. Если возраст донора не превышает 35 лет в первую очередь для подбора пары донор-реципиент рассматриваются дети, имеющие наименьшие антропометрические данные.
Формирование и ведение единого листа ожидания трансплантации трупного органа
Распределение органов человека для трансплантации производится в медицинские организации - центры трансплантации только на основании единого листа ожидания. Единый лист ожидания ведется и формируется в учреждении (территориальный координационный центр органного донорства), уполномоченном осуществлять заготовку и распределение донорских органов на конкретной территории, на основании данных (собственные листы ожидания) предоставляемых центрами трансплантации.
В территориальном координационном центре органного донорства, которое занимается распределением донорских органов, осуществляется гемо-типирование трупных доноров и (при необходимости) реципиентов из единого листа ожидания. Данные в единый лист ожидания подаются в установленном порядке и обновляются с определенной периодичностью.
Ответственными за подачу сведений в единый лист ожидания являются заведующие отделениями (трансплантационными центрами), в которых ведутся собственные листы ожидания.
В случае отсутствия неотложного статуса у пациента – его данные обновляются ежемесячно. В случае наличия у пациента из листа ожидания ургентного статуса или статуса 1А или 1В – данные обновляются каждые 7-14 дней. В случае изменения статуса пациента, находящегося в листе ожидания – данные могут быть обновлены по факту изменения статуса путем информирования руководства территориального координационного центра органного донорства, уполномоченного осуществлять заготовку и распределение донорских органов на конкретной территории, в установленном порядке.
Когда в листе ожидания центра трансплантации состоят пациенты, уже находящиеся в едином листе ожидания и закрепленные за другими центрами трансплантации, руководство территориального координационного центра органного донорства, уполномоченное осуществлять заготовку и распределение донорских органов на конкретной территории, информирует все центры трансплантации, за которыми закреплен один и тот же пациент, для принятия меры по устранению данной ситуации.
Алгоритм распределения донорского сердца
Распределение донорского сердца производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, антропометрических параметров и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского сердца определяется возрастом и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского сердца определяется совместимостью по группе крови:
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского сердца определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания.
Алгоритм распределения донорских легких
Распределение донорских легких производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, информация о возможности выполнения реципиенту однолегочной трансплантации, балльная оценка приоритетности по шкале LAS, антропометрических параметров и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется возрастом и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется величиной балльной оценкой приоритетности по шкале LAS: пациенты с большей величиной имеют приоритет над пациентами с меньшей величиной балльной оценки приоритетности по шкале LAS.
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется совместимостью по группе крови:
Четвертичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорских легких определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания. Пациенты, нуждающиеся в двулегочной трансплантации легких, имеют приоритет над пациентами, которым может быть выполнена однолегочная трансплантация, при условии совпадения их статуса неотложности нахождения в едином листе ожидания
Алгоритм распределения донорского органного комплекса сердце-легкие
Реципиент органного комплекса сердце-легкие статуса 1А и 1В – имеют первоочередное, приоритетное право получения и сердца, и легких от трупного донора.
В случае, если реципиент органного комплекса сердце-легкие обычного статуса неотложности, находящийся в едином листе ожидания, подходит по алгоритму подбора донорского сердца – он имеет право получения легких от того же донора, при условии отсутствия в едином листе ожидания конкурирующего реципиента изолированной трансплантации легких ургентного статуса.
В случае, если реципиент органного комплекса сердце-легкие обычного статуса неотложности, находящийся в едином листе ожидания, подходит по алгоритму подбора донорских легких – он имеет право получения сердца только при условии отсутствия в едином листе ожидания конкурирующего реципиента изолированной трансплантации сердца статуса 1А.
Алгоритм распределения донорского фрагмента кишечника
Распределение донорского фрагмента кишечника производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, антропометрическим параметрам и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского фрагмента кишечника определяется возрастом и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского фрагмента кишечника определяется совместимостью по группе крови:
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорского фрагмента кишечника определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания.
Алгоритм распределения донорской печени
Распределение донорской печени производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, бальной оценки риска наступления летального исхода по шкале MELD и PELD, информации о возможности выполнения сплит-трансплантации, антропометрическим параметрам и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется возрастом с учетом возможности выполнения сплит-трансплантации и статусом неотложности пациента:
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется величиной бальной оценка риска наступления летального исхода по шкале MELD и PELD: пациенты с большей величиной имеют приоритет над пациентами с меньшей величиной.
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется совместимостью по группе крови:
Четвертичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской печени определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания.
Алгоритм распределения донорской почки
Распределение донорской почки производится для детей и взрослых пациентов, состоящих в едином листе ожидания, на основании совместимости донора и реципиента по группе крови по системе АВ0, статуса неотложности, гисто-совместимости по результату типирования по системе HLA и срока пребывания в едином листе ожидания.
Первичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется идентичностью донора и реципиента по группе крови в системе АВ0, а также отрицательным результатом перекрестной лимфоцитарной пробы (cross-match).
Вторичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется наличием ургентного статуса или необходимостью одномоментной трансплантации комплекса органов.
Третичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется гистосовместимостью по результату типирования по системе HLA:
Четвертичная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется наличием предсуществующих антител. Реципиенты не имеющие (или имеющие малый уровень) предсуществующих антител имеют преимущество над пациентами с наличием предсуществующих антител (или их высоким уровнем).
Окончательная последовательность селекции пациентов на трансплантацию донорской почки определяется длительностью пребывания пациента в едином листе ожидания. Если возраст донора не превышает 35 лет в первую очередь для подбора пары донор-реципиент рассматриваются дети, имеющие наименьшие антропометрические данные.
Расчет приоритетности распределения донорских легких по шкале LAS (lung allocation score)
Расчет приоритетности распределения донорских легких по шкале LAS используется для стратификации реципиентов в листе ожидания трансплантации легких на основе одновременного учета показателя неотложности выполнения им трансплантации легких и показателя их выживаемости после трансплантации. В контексте данного определения показатель неотложности выполнения трансплантации легких определяется тем, сколько дней проживет конкретный реципиент, имеющий определенные характеристики, в следующем году, если ему не будет выполнена трансплантация легких. А показатель посттрансплантационной выживаемости – определяется тем, сколько дней проживет этот же реципиент в течение первого года после трансплантации.
Определение балльной оценки приоритетности распределения донорских легких по шкале LAS включает в себя сложные математические расчеты, которые можно разделить на несколько этапов:
1. Вычисление ожидаемой продолжительности вероятного выживания в течение следующего года при нахождении в листе ожидания трансплантации легких
2. Вычисление показателя неотложности выполнения трансплантации легких
3. Вычисление ожидаемой продолжительности вероятного выживания в течение первого года после выполненной трансплантации легких
4. Вычисление показателя посттрансплантационной выживаемости
5. Вычисление ненормализованного показателя приоритетного распределения
6. Нормирование ненормализованного показателя приоритетного распределения для получения балльной оценки в шкале LAS.
Последующее описание расчета балльной оценки приоритетности распределения донорских легких по шкале LAS предусматривает, что известны все анализируемые параметры реципиента. При этом необходимо учесть, что за исключением некоторых обязательных данных (таких как, возраст, рост и вес пациента, диагноз), используемых при расчете, часть других параметров может быть не учтена. Если параметр неизвестен, например, уровень сывороточного креатинина, используется значение по умолчанию.
Для некоторых параметров значение по умолчанию соответствует нормальному показателю данного параметра. Для других неизвестных параметров значением по умолчанию становиться последняя допустимая величина данного параметра. За нормальный показатель принимается значение, которое может быть определено по данному параметру у здорового человека. За последнюю допустимую величину принимается значение, применение которого приведет к наименьшему показателю балльной оценки по шкале LAS.
Чаще всего последней допустимой величиной параметра становиться его максимально или минимально допустимое (референсное) значение.
Расчет риска наступления летального исхода по шкале MELD
Для реципиентов 12 лет и старше риск наступления летального исхода рассчитывается по шкале MELD (model for end-stage liver disease):
0.957 x Loge(креатинин, mg/dL) + 0.378 x Loge(билирубин, mg/dL) + + 1.120 x Loge (МНО) + 0.643
Результат расчета по этой формуле округляется до десятых долей, после чего умножается на 10. Максимальный показатель по шкале MELD равен 40. Лабораторные результаты, которые меньше 1,0 – округляются до 1,0. У следующих категории реципиентов уровень креатенина принимается равным 4,0 mg/dL:
Расчет риска наступления летального исхода по шкале PELD
Для реципиентов, которые моложе 12 лет, риск наступления летального исхода рассчитывается по шкале PELD (pediatric end-stage liver disease):
0.436 (если возраст менее 1 года) – 0.687 x Loge (альбумин, g/dL) + + 0.480 x Loge (общий билирубин, mg/dL) + 1.857 x Loge (МНО) + 0.667 (если имеется задержка роста)
Результат расчета по этой формуле округляется до десятых долей, после чего умножается на 10.
Лабораторные результаты, которые меньше 1,0 – округляются до 1,0.
Реципиент имеет задержку роста, если его фактический рост менее 2 стандартных отклонений от средних значений роста для данного возраста.
Алгоритм №2
Алгоритм детекции и определения пригодности изъятого органа к дальнейшей операции по трансплантации, по снимкам и изображениям, с использованием архитектуры сверточных нейронных сетей, предобученных на большом наборе данных.
Этапы принятия решений нейронной сетью:
Алгоритм №3
Алгоритм прогнозирования вероятности успешности проведения будущей операции по трансплантации органа, с рекомендациями врачам и корректировки работы системы автоматического подбора, путём анализа базы данных с успешно и неуспешно проведёнными операциями за последние 15 лет.
Используемый алгоритм градиентного бустинга создаёт ансамбль слабых моделей и объединяет их, чтобы получить более точную и надёжную модель.На основе сделанных прогнозов система принимает решения о том, как лучше всего подготовиться к операции и улучшить её шансы на успех.
Для врачей
Для пациентов
EVA Doctor – роли и функционал для работы с модулем «Трансплантология». Для профильных организаций и специалистов, принимающих участие во всех процессах, связанных с операцией по трансплантации органа и дальнейшей реабилитации пациентов
Куратор региона (сотрудник центра органного донорства)
Оператор региона (сотрудник центра органного донорства, помощник куратора региона)
Лечащий врач (нефролог, кардиолог и т.д.)
Хирург (ведение донора и изъятие органов)
Иммунолог (сотрудник профильной организации)
Хирург-трансплантолог (сотрудник Центра трансплантации)
EVA Clinic - роли и функционал для работы с модулем «Трансплантология» Для пациентов, нуждающихся в операции по пересадке органа
Пациент (реципиент)
Экономическая составляющая автоматизации такого сложноорганизованного и высокотехнологичного вида медицинской помощи, как трансплантология
Для государства вывод трансплантологической помощи на более высокий качественный уровень и повышение её доступности несёт за собой как моральную, так и экономическую эффективность.
Так, затраты на обеспечение гемодиализом пациентов с почечной недостаточностью сейчас составляют 68 миллиардов рублей в год. После же пересадки почки человек перестаёт нуждаться в этой изматывающей процедуре и может вернуться к полноценной жизни.
Экономическая составляющая автоматизации такого сложноорганизованного и высокотехнологичного вида медицинской помощи, как трансплантология
Для государства вывод трансплантологической помощи на более высокий качественный уровень и повышение её доступности несёт за собой как моральную, так и экономическую эффективность. Так, затраты на обеспечение гемодиализом пациентов с почечной недостаточностью сейчас составляют 68 миллиардов рублей в год. После же пересадки почки человек перестаёт нуждаться в этой изматывающей процедуре и может вернуться к полноценной жизни.