ΕΥΦΥΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΒΙΟΣΗΜΑΤΩΝ ΠΡΟΚΛΗΤΩΝ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΣΤΟΝ ΜΕΤΕΓΧΕΙΡΗΤΙΚΟ ΠΟΝΟ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΖΩΗΣ» Κατεύθυνση: Νευροπληροφορική ΕΥΦΥΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΒΙΟΣΗΜΑΤΩΝ ΠΡΟΚΛΗΤΩΝ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΣΤΟΝ ΜΕΤΕΓΧΕΙΡΗΤΙΚΟ ΠΟΝΟ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Μεταπτυχιακού Φοιτητή Δημήτριου Ι. Ντουραντώνη Ειδικευόμενος ιατρός Ορθοπαιδικής, Φυσικοθεραπευτής Τ.Ε ΑΜ:1276 Εισηγητής: Ιωάννης Χατζηλυγερούδης, Επίκουρος Καθηγητής Τριμελής επιτροπή: Ι Χατζηλυγερούδης Κ. Κουτσογιάννης Σ. Λυκοθανάσης Πάτρα 2012

2 - 2 - Περιεχόμενα Περίληψη 7 Εισαγωγή 10 Κεφάλαιο O πόνος Ο ορισμός του πόνου Παθοφυσιολογία του πόνου Οι υποδοχείς υψηλού ουδού Πολυπαραγοντικοί υποδοχείς Οι Αβ ίνες Η μεταβίβαση Η νωτιοθαλαμική οδός Η νωτιοϋποθαλαμική οδός H νωτιοδικτυωτή και η νωτιομεσεγκεφαλική Οι θαλαμοφλοιώδεις προβολές Η τροποποίηση Διεγερτικοί νευροδιαβιβαστές Gate Theory Control Η θεωρία της πύλης του πόνου Η αντίληψη του πόνου Ο ψυχογενής πόνος 32 Κεφάλαιο 2 2. Ο μετεγχειρητικός πόνος Οξύς μετεγχειρητικός πόνος Οι επιπτώσεις του ανεπαρκούς ή μη αντιμετωπιζόμενου μετεγχειρητικού πόνου Επιδράσεις στο καρδιαγγειακό σύστημα Επιδράσεις στο αναπνευστικό σύστημα Επιδράσεις στο πεπτικό και ουροποιητικό σύστημα Ανοσολογικές επιδράσεις Ψυχολογικές επιδράσεις Επιδράσεις στο ενδοκρινικό σύστημα και το μεταβολισμό Μέθοδοι αξιολόγησης του μετεγχειρητικού πόνου Κλίμακες εκτίμησης του μετεγχειρητικού πόνου Περιγραφική κλίμακα (Verbal Rating Scale-VRS) Οπτική αναλογική κλίμακα (Visual Analogue Scale-VAS) Αριθμητική κλίμακα (Numerical Rating Scale-NRS) Κλίμακα βαθμονόμησης με προσωπεία (Faces Pain Scale FPS) Το ερωτηματολόγιο πόνου του McGill- MPQ Η σωστή εκτίμηση του πόνου Η υποθεραπεία του πόνου 42 Κεφάλαιο 3 3. Προκλητά Δυναμικά (Evoked Potentials) και ηλεκτρομυογραφία Εισαγωγή Ηλεκτρομυογραφία Ιστορική αναδρομή Το ηλεκτρομυογραφικό σήμα Από την σκέψη στην κίνηση Δυναμικό ηρεμίας νευρικής ίνας Εκπόλωση νευρικής ίνας Επαναπόλωση νευρικής ίνας Δυναμικό ενεργείας της μυϊκής ίνας Το ηλεκρομυογράφημα Η καταγραφή του ΗΜΓ σήματος Τα ηλεκτρόδια Παθητικά ηλεκτρόδια Η δομή του τυπικού ηλεκτρομυογράφου Καταγραφή του ΗΜΓ σε Ηλεκτρονικό Υπολογιστή

3 Τα προκλητά δυναμικά (Evoked potentials) Τα οπτικά προκλητά δυναμικά (VER/VEP) Στελεχιαία ακουστικά ή ηχητικά προκλητά δυναμικά (AER/AEP) Μαγνητικά προκλητά δυναμικά Κινητικά προκλητά δυναμικά (MEP S) Σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά (SSER/SSEP) Βασικές αρχές σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Η τοποθέτηση των ηλεκτροδίων Μέσο νεύρο Κνημιαίο νεύρο 65 Κεφάλαιο Εισαγωγή Ορισμός της τεχνητής νοημοσύνης Η τεχνητή νοημοσύνη στην ιατρική Εμπειρα ή ευφυή συστήματα Tα χαρακτηριστικά ενός έμπειρου συστήματος Διαφοροποιήσεις ανάμεσα στα έμπειρα συστήματα και στα συμβατικά 71 προγράμματα 4.4 Ανθρωποι-ειδικοί και έμπειρα συστήματα Δομή και λειτουργία ενός έμπειρου συστήματος Η βάση της γνώσης Ο μηχανισμός εξαγωγής συμπερασμάτων στα έμπειρα συστήματα Η Διασύνδεση Ο μηχανισμός επεξήγησης Τρόπος ανάπτυξης ενός έξυπνου συστήματος Η ανάλυση του προβλήματος Η απόκτηση της γνώσης (Knowledge acquisition) Η σχεδίαση Η υλοποίηση Η επαλήθευση Μηχανική μάθηση Η Μάθηση γενικά H Μηχανική Μάθηση Το εργαλείο εξόρυξης γνώσης από δεδομένα WEKA 81 Κεφάλαιο 5 Σωματοαισθητικά Προκλητά Δυναμικά (ΣΠΔ) και Μετεγχειρητικός Πόνος Ιδιότητες θορύβου και κατάσταση του εξεταζόμενου Ηλικία Το Φύλο Η Θερμοκρασία Μορφομετρικές διαφορές Νευρολογικές ανωμαλίες 85 Κεφάλαιο 6 Ερευνητική μεθοδολογία Τρόποι αποφυγής διασποράς από τεχνικούς και βιολογικούς παράγοντες Πρωτόκολλο Υλικό και πειραματική διαδικασία 88 Κεφάλαιο Δημιουργία έμπειρου συστήματος με τη βοήθεια αλγορίθμων μηχανικής μάθησης Μοντελοποίηση και σχεδιασμός Περιγραφή του αλγορίθμου J48 στο σύνολο εκπαίδευσης Ανάλυση αποτελεσμάτων αλγορίθμου J Υλοποίηση του δένδρου αποφάσεων του αλγόριθμου J Υπολογισμός της Πρώτης δόσης αναλγητικής αγωγής Υπολογισμός της πρώτης δόσης χωρίς τη χρήση των σωματοαισθητικών - 3 -

4 - 4 - προκλητών δυναμικών Υπολογισμός της πρώτης δόσης με τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Υπολογισμός της Δεύτερης δόσης αναλγητικής αγωγής Υπολογισμός της δεύτερης δόσης χωρίς τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Υπολογισμός της δεύτερης δόσης με τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Η εφαρμογή «Κλινικός» Καταγραφή των αποτελεσμάτων εφαρμογής του ΕΣ στο σύνολο ελέγχου 114 Κεφάλαιο Υλοποίηση ευφυούς συστήματος με βάση την μέθοδο της ασαφούς λογικής Ασαφοποίηση των παραμέτρων εισόδου Αποτύπωση των κανόνων από των ειδικό με βάση τον τρόπο σκέψης του Μετατροπή των λεκτικών κανόνων σε κανόνες ασαφούς λογικής από τον μηχανικό 119 γνώσης 8.5 Πρώτη υλοποίηση του συστήματος Αξιολόγηση των πρώτων αποτελεσμάτων από το μηχανικό γνώσης και από τον 120 ειδικό με απώτερο σκοπό την βελτίωση των κανόνων και κατ επέκταση του συστήματος μας 8.7Τελική υλοποίηση του συστήματος μας Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων σε σχέση με τα δεδομένα της ομάδας ελέγχου κατ 121 απόλυτο τρόπο (true-false) 8.9 Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων από τον ειδικό-ιατρό Συμπεράσματα Επίλογος 128 Παράρτημα Ι, ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΑΣΘΕΝΩΝ 130 Παράρτημα ΙΙ, ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ-ΕΠΕΞΗΓΗΣΕΙΣ ΟΡΩΝ 131 Βιβλιογραφία

5 στη μητέρα μου

6 - 6 - Ευχαριστίες Το να αναγνωρίζεις ότι για την πραγματοποίηση κάποιου εγχειρήματος κάποιοι άνθρωποι σε βοήθησαν, προσωπικά θεωρώ ότι είναι το ελάχιστο που μπορείς να κάνεις για να μη φανείς επιεικώς αχάριστος. Για την ολοκλήρωση αυτής της εργασίας νοιώθω την υποχρέωση να ευχαριστήσω αρκετούς ανθρώπους, που ο καθένας από τη μεριά του βοήθησε με τον τρόπο του στο να καταφέρω να βρίσκομαι αυτή στη στιγμή μπροστά στον υπολογιστή και να γράφω αυτές τις λέξεις. Τον εισηγητή μου, Κο. Χατζηλυγερούδη, Επίκουρο Καθηγητή του τμήματος Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Πατρών, που με «ανέχθηκε» όλο αυτό το διάστημα και που με τις πολύτιμες συμβουλές του συνέβαλε ουσιαστικά στην ολοκλήρωση αυτής της εργασίας. Τον Κο. Γκλιάτη, Ορθοπαιδικό χειρουργό, Επίκουρο καθηγητή Ιατρικής του Πανεπιστημίου Πατρών, ο οποίος δέχθηκε να γίνουν οι μετρήσεις σε ασθενείς που ο ίδιος είχε χειρουργήσει. Το Προσωπικό της Ά Ορθοπαιδικής κλινικής του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Πατρών, που παρά το φόρτο εργασίας τους, συνέβαλλαν αρκετά κατά τη διάρκεια των μετρήσεων. Την Κα. Βάλλη Ράπτη, Γραμματέα του ΜΠΣ «ΠΕΖ» που χωρίς τη συμπαράσταση της στα «γραφειοκρατικά» δεν νομίζω να τα είχα καταφέρει. Την Κατερίνα, που ξέρει ότι αν δεν είχε κάνει υπομονή όλο αυτό το διάστημα, παρά τη γκρίνια της, δεν θα είχε ολοκληρωθεί η παρούσα εργασία. Τέλος, θέλω να ευχαριστήσω πραγματικά το Κο. Κωνσταντίνο Κουτσογιάννη, Προϊστάμενο του τμήματος οπτικής του ΑΤΕΙ Πατρών και διδάσκοντα του ΜΠΣ «ΠΕΖ» σε ιδέα του οποίου βασίστηκε το θέμα της παρούσας εργασίας και με βοήθησε πραγματικά σε ότι και αν χρειάστηκα κατά τη διάρκεια συγγραφής της παρούσας εργασίας

7 - 7 - Περίληψη Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια προσπάθεια αντικειμενοποίησης και μοντελοποίησης του μετεγχειρητικού πόνου συνεπεία προγραμματισμένων ορθοπαιδικών επεμβάσεων στην άρθρωση του γόνατος με την βοήθεια εργαλείων μηχανικής μάθησης. Σκοπός της εν λόγω μοντελοποίησης είναι η δημιουργία ενός ευφυούς συστήματος αξιολόγησης και εκτίμησης του μετεγχειρητικού πόνου και η εξέταση της υπόθεσης του κατά πόσο η χρήση ως παραμέτρου μιας αντικειμενικής τιμής όπως αυτή που προέρχεται από την καταγραφή των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών μπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια του συστήματος μας. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν παράμετροι από το ιστορικό του ασθενούς, τα σωματομετρικά του χαρακτηριστικά, τα δεδομένα του χειρουργείου και της αναλγησίας που δόθηκε σε αυτό, η αυτοαξιολόγηση του ίδιου του ασθενούς μέσω της κλίμακας αυτοαξιολόγησης του πόνου NRS και τέλος αυτό που διαφοροποιεί την παρούσα διπλωματική είναι η προσπάθεια συσχέτισης μιας αντικειμενικής παραμέτρου που τα τελευταία χρόνια έχει συσχετιστεί με τον πόνο, αυτή των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών. Χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία που συλλέχθηκαν από τις καταγραφές 52 ασθενών που υποβλήθηκαν σε προγραμματισμένη χειρουργική επέμβαση στην άρθρωση του γόνατος στην Α ορθοπαιδική κλινική του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Πατρών. Όλοι οι ασθενείς αντιμετωπίστηκαν από τον ίδιο χειρουργό και μετεγχειρητικά εισήχθησαν στο πρωτόκολλο αναλγητικής αγωγής που εφαρμόζει η ανωτέρω κλινική. Τέσσερεις και οκτώ ώρες μετεγχειρητικά οι ασθενείς που συμμετείχαν στην μελέτη αξιολογήθηκαν από τον ίδιο πάντα ιατρό όσο αναφορά τα ζωτικά τους σημεία και την αυτοξιολόγηση που παρείχαν με βάση την κλίμακα NRS, ενώ στην συνέχεια υπεβλήθηκαν σε καταγραφή των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών στο υγειές κάτω άκρο. Τα στοιχεία συλλέχθηκαν και καταγράφηκαν. Ανάλογα με την κλινική εικόνα, τα ειδικά χαρακτηριστικά και την αυτοαξιολόγηση του κάθε ασθενούς εφόσον κρίθηκε αναγκαίο χορηγήθηκε αναλγητική αγωγή εμπειρικά από τον ειδικό-ιατρό προσαρμοσμένη στο πρωτόκολλο της κλινικής ως προς την φαρμακευτική ουσία και ως προς τη - 7 -

8 - 8 - δόση. Η παρέμβαση αυτή καταγράφηκε και αποτέλεσε την γνώμη του ειδικού για την δημιουργία του ευφυούς συστήματος μας. Τα στοιχεία επεξεργάστηκαν και αξιολογήθηκαν και με την βοήθεια του μηχανικού γνώσης αποτέλεσαν την πηγή για την εξέλιξη του έμπειρου συστήματος μας. Η καινοτομία της παρούσας μελέτης, αν μπορεί να χαρακτηριστεί έτσι, είναι η προσπάθεια ένταξης μιας αντικειμενικής παραμέτρου, όπως αυτή των προκλητών δυναμικών, στην δημιουργία ενός ευφυούς συστήματος αντιμετώπισης ενός καθαρά υποκειμενικού φαινομένου όπως είναι ο μετεγχειρητικός πόνος και η σύγκριση των αποτελεσμάτων που αποδίδει το ευφυές σύστημα μας με, και χωρίς την χρήση αυτής της παραμέτρου. Το ερέθισμα προς μια από τις πέντε αισθήσεις μεταφέρεται με τα αισθητήρια ή αισθητικά νεύρα στον εγκέφαλο. Για τη μεταφορά του στον εγκέφαλο διεγείρονται κύτταρα. Η ηλεκτρική δραστηριότητα αυτών των κυττάρων προκαλεί στην επιφάνεια του δέρματος δυναμικά. Από αυτά τα δυναμικά, τα «προκαλούμενα» ή «προκληθέντα» (evoked), όπως ονομάστηκαν από το αρχικό ερέθισμα, επικράτησε το επίθετο «προκλητά», δηλαδή αυτά που μπορούν να προκληθούν. Τα προκλητά δυναμικά (ΠΔ) είναι φλοιικά δυναμικά του νευρικού συστήματος με συγκεκριμένη μορφή και σταθερό λανθάνοντα χρόνο ενώ εκλύονται μετά από διέγερση των οπτικών, ακουστικών ή σωματοαισθητικών κεντρομόλων οδών. Η αύξηση του λανθάνοντα χρόνου αυτών των δυναμικών υποσημειώνει βλάβη στη συγκεκριμένη οδό που εξετάζεται, αλλά είναι μη ειδική. Ο μετεγχειρητικός πόνος σήμερα αναμφίβολα θεωρείται βλαπτικός πόνος. Η αντιμετώπισή του επιβάλλεται για την αποφυγή της εμφάνισης των δευτερογενών εκδηλώσεων του πόνου. Οι δευτερογενείς εκδηλώσεις του πόνου οφείλονται στη δραστηριοποίηση των νωτιαίων ή υπερνωτιαίων αντανακλαστικών και φλοιωδών απαντήσεων και εκδηλώνονται με δυσλειτουργία των πνευμόνων του κυκλοφορικού, του γαστρεντερικού και ουροποιητικού της ενδοκρινικής λειτουργίας και του μεταβολισμού, με θρομβοεμβολικές επιπλοκές, ψυχολογικές επιπτώσεις και ενίοτε την μετάπτωση του οξέος μετεγχειρητικού σε χρόνιο πόνο. Για όλους αυτούς τους λόγους η αποτελεσματική αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου αποτελεί σήμερα προϋπόθεση για την ανάκτηση της φυσιολογικής δραστηριότητας του - 8 -

9 - 9 - αρρώστου. Στις επεμβάσεις του ορθοπεδικού τομέα ο μετεγχειρητικός πόνος είναι ιδιαίτερα συχνός και έντονος

10 Εισαγωγή Το αίσθημα του πόνου είναι ίσως το πρώτο αίσθημα που δοκίμασε το ανθρώπινο είδος άμεσα με την εμφάνιση του στον πλανήτη. Πρόκειται ίσως για το πιο ανθρώπινο και ταυτόχρονα το πιο δύσκολο συναίσθημα που μπορεί κάποιος να βιώσει. Ιδιαίτερα για τη γυναίκα, αναφέρεται σε αρχαία κείμενα ότι γεννιέται για να πονά με απώτερο σκοπό την διαιώνιση του είδους. Σύμφωνα με τον Επίκουρο τον 4 ο αιώνα π.χ «Όλα τα έμβια όντα από τη στιγμή της γέννησης τους απολαμβάνουν την ηδονή και αμύνονται στον πόνο από φυσικές αιτίες». Ο ίδιος ο Επίκουρος σύμφωνα με καταγραφές της εποχής εκείνης έπασχε από νόσους του στομάχου καθώς και από κωλικούς των ουρητήρων πράγμα που τον έκανε να βιώσει ο ίδιος την έννοια του σωματικού πόνου και να εκφράσει την άποψη: «Η απουσία του πόνου είναι η ουσία της ηδονής». Εικόνα 1: Επίκουρος, π.χ Στον τομέα της ιατρικής έχουν γίνει άπειρες προσπάθειες για την καταπολέμηση του πόνου και έχουν δαπανηθεί εκατομμύρια εργατοώρες καθώς και υπερβολικά μεγάλα χρηματικά ποσά στην έρευνα για το σκοπό αυτό. Παρόλα αυτά όμως λόγω της πολυπλοκότητας του φαινομένου του

11 πόνου δεν έχουμε φτάσει ακόμα σε ικανοποιητικά, για τα δεδομένα αυτά, αποτελέσματα. Ένας από τους βασικούς λόγους της πολυπλοκότητας του παραπάνω φαινομένου έγκειται στο γεγονός ότι ο πόνος είναι ένα συνδυαστικό φαινόμενο στο οποίο εισέρχεται σε πολύ μεγάλο βαθμό ο υποκειμενικός παράγοντας της συναισθηματικής επεξεργασίας με αποτέλεσμα να διαφέρει από άτομο σε άτομο. Κάτι τέτοιο κάνει την αντικειμενική του αξιολόγηση πρακτικά αδύνατη. Σύμφωνα με το δόγμα της δυτικής ιατρικής που αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 90, κανένα ανθρώπινο όν δεν πρέπει να βασανίζεται από άσκοπο πόνο. Έτσι λοιπόν, κάθε επαγγελματίας υγείας έχει την υποχρέωση και το καθήκον να ανακουφίσει τον ασθενή του από το δυσάρεστο αυτό συναίσθημα με κάθε δυνατό και διαθέσιμο μέσο. Κάτι τέτοιο δεν είναι όμως πάντα εφικτό και η βασικότερη αιτία σύμφωνα με πολλούς ερευνητές είναι η μη σωστή περιγραφή από τον ασθενή του δυσάρεστου αυτού συναισθήματος σε συνδυασμό με την έλλειψη κατανόησης από μέρους του γιατρού η οποία οφείλεται κατά κύριο λόγο στο γεγονός ότι δεν πιστεύει τον ασθενή. Παρόλο λοιπόν που ο πόνος είναι το πρώτο σύμπτωμα που οδηγεί τον ασθενή στο γιατρό φαίνεται ότι η ιατρική εκπαίδευση δεν είναι επαρκής στον τομέα της κατανόησης του αλγεινού ερεθίσματος. Ο γιατρός πολύ δύσκολα μπορεί να καταλάβει ότι ακόμα και μια πολύ μικρή επέμβαση μπορεί να προκαλέσει σοβαρά σύνδρομα πόνου που οφείλονται σε μεταβολές που παρατηρούνται στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ. Οι μεταβολές αυτές νευροφυσιολογικά μπορούν να προκαλέσουν μονιμότερες βλάβες στη συνδετικότητα των νευρώνων στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ. Η περιπλοκότητα της όλης διαδικασίας πολύ λίγο αξιολογείται από τον κλινικό γιατρό ο οποίος μένει στην κορυφή του παγόβουνου μόνο. Αυτό φαίνεται να είναι το βασικό πρόβλημα στη διαχείριση και στην αντιμετώπιση του πόνου. Δεν είναι λίγες όμως οι φορές που φτάνουμε στο αντίθετο άκρο, στην υπερθεραπεία του πόνου κάτι το οποίο δεν είναι απαραίτητα καλό για τον ασθενή. Για παράδειγμα υψηλές δόσεις οπιούχων σκευασμάτων (θεραπευτικές πάντα) μπορούν να οδηγήσουν σε πολύ δυσάρεστες επιπλοκές όπως η καταστολή του αναπνευστικού κέντρου η οποία είναι δυνητικά θανατηφόρα. Επίσης η χρήση αντιφλεγμονωδών φαρμάκων σε ασθενείς με ήπια ή ακόμα προδιάθεση για νεφρική ανεπάρκεια μπορεί να

12 οδηγήσει σε οξεία νεφρική ανεπάρκεια η οποία να είναι ακόμα και μη αναστρέψιμη. Ακόμα και η χρήση παρακεταμόλης του πιο ευρέως χρησιμοποιούμενου αναλγητικού σκευάσματος δεν είναι και τόσο αθώα όσο φαίνεται, αφού σε υψηλές δόσεις που απατούνται για να επιφέρει ικανοποιητική αναλγησία, ενοχοποιείται για την εμφάνιση μη αναστρέψιμης βλάβης στο ήπαρ που μπορεί, μικρό ποσοστό, να οδηγήσει σε ηπατική ανεπάρκεια. Συλογιζόμενοι και τις δύο παραπάνω ακραίες καταστάσεις, την αποθεραπεία δηλαδή και την υπερθεραπεία, θα μπορούσε να πει κάποιος ότι η αλήθεια και το επιθυμητό αποτέλεσμα βρίσκεται κάπου στη μέση, ικανοποιητική δηλαδή αναλγησία, χωρίς τις παρενέργειες των φαρμακευτικών σκευασμάτων. Κάτι τέτοιο θα ήταν ευχής έργο αλλά στην πραγματικότητα είναι κάτι το ουτοπικό γιατί ο πόνος, όπως ήδη έχουμε αναφέρει και θα αναφέρουμε πολλές φορές ακόμα είναι κάτι το υποκειμενικό και δεν υπάρχει μέσο με το οποίο μπορούμε να τον αξιολογήσουμε επαρκώς. Όταν αναφερόμαστε στον πόνο ουσιαστικά μιλάμε για ένα ερέθισμα. Όπως όλα τα ερεθίσματα έτσι και ο πόνος μεταφέρεται με τα αισθητήρια νεύρα στον εγκέφαλο όπου και αξιολογείται. Για την μεταφορά ενός ερεθίσματος, όποιο και αν είναι αυτό μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό είναι απαραίτητη η διέγερση ενός μεγάλου αριθμού κυττάρων, των νευρικών κυττάρων. Η κυτταρική διέγερση αυτή έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ηλεκτρικής δραστηριότητας στον ανθρώπινο οργανισμό, η οποία μπορεί να μετρηθεί στην επιφάνεια του δέρματος με τη μορφή δυναμικού. Για αυτά τα δυναμικά, τα «προκαλούμενα» ή «προκληθέντα» έχει επικρατήσει ο όρος «προκλητά δυναμικά» (ΠΔ). Τα ΠΔ είναι ουσιαστικά φλοιϊκά δυναμικά του νευρικού μας συστήματος με συγκεκριμένη κυμματομορφή και λανθάνοντα χρόνο, ενώ μπορούν να προκληθούν μετά από διέγερση των οπτικών, ακουστικών ή σωματοαισθητικών κεντρομόλων οδών. Από την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών των προκλητών δυναμικών μπορούν να βγουν χρήσιμα συμπεράσματα στην καθημερινή κλινική πράξη. Για παράδειγμα η αύξηση του λανθάνοντα χρόνου σημαίνει βλάβη στην οδό που εξετάζεται αλλά είναι μη ειδική. Τα απρόκλητα δυναμικά μπορούν κάτω από αυτές τις προϋποθέσεις να χρησιμοποιηθούν και στην αξιολόγηση του πόνου, ιδιαίτερα του μετεγχειρητικού

13 Ο μετεγχειρητικός πόνος αποτελεί για την σύγχρονες χειρουργικές ειδικότητες κάτι το μη επιτρεπτό. Όμως ιδιαίτερα στην ορθοπαιδική είναι κάτι αναπόφευκτο καθώς η πλειονότητα των επεμβάσεων που πραγματοποιούνται είναι ιδιαίτερα εργώδεις και με ιδιαίτερα εκτεταμένες αποκολλήσεις των μαλακών μορίων αλλά και «βλάβες» στο οστό το οποίο είναι ένας ιστός που λόγω της κατασκευής του (περιβάλλεται από το περιόστεο, λεπτό υμένα πλούσιο σε αιμοφόρα αγγεία και νευρικές ίνες) πονά υπερβολικά. Η αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου ιδιαίτερα στις ορθοπαιδικές επεμβάσεις, είναι επιβεβλημένη. Θα αναρωτηθεί κάποιος, ο οποίος δεν πολλά γύρω από το συγκεκριμένο θέμα, γιατί είναι τόσο επιτακτική η ανάγκη αντιμετώπισης του μετεγχειρητικού πόνου, αφού πρόκειται για ένα παροδικό φαινόμενο το οποίο με την πάροδο των ημερών και την επιδιόρθωση της ιστικής βλάβης που έχει προκληθεί από την χειρουργική επέμβαση θα υποχωρήσει και ο ασθενής θα επιστρέψει στην καθημερινότητα του; Δεν είναι όμως τόσο απλά τα πράγματα, αφού ο μετεγχειρητικός πόνος είναι ιδιαίτερα βλαπτικός, λόγω των δευτερογενών εκδηλώσεων του. Οι εκδηλώσεις αυτές κατά κανόνα οφείλονται στη δραστηριοποίηση νωτιαίων ή υπερνωτιαίων αντανακλαστικών και φλοιωδών απαντήσεων που ως αποτέλεσμα έχουν την εκδήλωση δυσλειτουργιών και επιπλοκών από πολλά οργανικά συστήματα όπως το κυκλοφορικό, το γαστρεντερικό, το ουροποιητικό το αναπνευστικό και όλα τα υπόλοιπα που μπορούν να οδηγήσουν σε θρομβοεμβολικά επεισόδια, αναπνευστική και καρδιακή ανεπάρκεια, λοιμώξεις του κατώτερου αναπνευστικού καθώς και σε ψυχολογικές εκδηλώσεις και ενίοτε στην μετάπτωση του οξέως πόνου σε χρόνιο. Για όλους τους παραπάνω λόγους η αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου είναι μια ανάγκη επιτακτική για την σύγχρονη ορθοπαιδική και επιπλέον μια από τις απαραίτητες προϋποθέσεις για τη σύντομη και ομαλή επιστροφή του ασθενούς στην καθημερινή του ζωή και στην παραγωγική διαδικασία, καθώς ο πόνος είναι ένα σύνδρομο που εκτός από όλες τις άλλες επιπτώσεις που έχει στο ίδιο το άτομο που πάσχει, είναι υπεύθυνος για την απώλεια εκατομμυρίων εργατοωρών το χρόνο ανά τον κόσμο σήμερα. Η μεγαλύτερη δυσκολία που μπορεί να αντιμετωπίσει ένας κλινικός ιατρός στην αντιμετώπιση του πόνου είναι η υποκειμενικότητα του εν λόγω

14 ερεθίσματος η διαφορετική επίδραση που έχει πόνος σε κάθε χειρουργημένο ασθενή. Ασθενείς που είχαν υποβληθεί στην ίδια χειρουργική επέμβαση, την ίδια ημέρα, από τον ίδιο χειρουργό παρουσίαζαν τελείως διαφορετική κλινική εικόνα. Υπήρχαν ασθενείς που δεν πονούσαν υπερβολικά και βρισκόταν σε μια πολύ καλή γενική κατάσταση με αποτέλεσμα την έναρξη κινητοποίησης ακόμα και από την ημέρα του χειρουργείου, πράγμα πολύ σημαντικό όπως θα δούμε και παρακάτω και άλλοι οι οποίοι ζούσαν πραγματικά το δικό τους δράμα. Φρικτοί κατά την προσωπική τους άποψη πόνοι δεν τους επέτρεπαν όχι να κινητοποιηθούν, αλλά ούτε καν να αλλάξουν θέση στο κρεβάτι. Στην Α ορθοπαιδική κλινική του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Πατρών, όπως και στις περισσότερες ανά την επικράτεια, η μετεγχειρητική αναλγητική αγωγή βασίζεται σε συγκεκριμένα πρωτόκολλα που ακολουθούνται και είναι ουσιαστικά στανταρισμένη για όλους τους ασθενείς. Κάτι τέτοιο έχει σαν συνέπεια την επαρκή αποτελεσματικότητα της μόνο σε συγκεκριμένη μερίδα ασθενών, ενώ κάποιοι άλλοι υποθεραπέυονται και κάποιοι, όσο και αν ακούγεται περίεργο, υπερθεραπεύονται. Όλα τα παραπάνω σε συνδυασμό με την έλλειψη ικανοποιητικής επικοινωνίας με τους ασθενείς, μας οδήγησαν στην ιδέα της δημιουργίας και ανάπτυξης ενός αντικειμενικού, όσο αυτό είναι δυνατό συστήματος αξιολόγησης του πόνου στους μετεγχειρητικούς ασθενείς. Σκοπός λοιπόν της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η δημιουργία ενός ευφυούς συστήματος αξιολόγησης του μετεγχειρητικού πόνου στους ορθοπαιδικούς ασθενείς, έτσι ώστε να δώσουμε στον κλινικό γιατρό την δυνατότητα καλύτερης διαχείρισης των ασθενών του και ουσιαστικά ένα όπλο παρακολούθησης της επίδρασης των αναλγητικών φαρμάκων πάνω σε αυτούς, καθώς και η διερεύνηση του κατά πόσο μία αντικειμενική μεταβλητή που βιβλιογραφικά τα τελευταία χρόνια γίνεται προσπάθεια να συσχετιστεί με τον πόνο, όπως είναι τα προκλητά δυναμικά μπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια ενός τέτοιου συστήματος, Κάτι τέτοιο θα βοηθήσει τον ασθενή αρχικά στην μείωση του μετεγχειρητικού πόνου και κατ επέκταση και των επιπλοκών που προκαλεί, θα λιγοστέψει τις παρενέργειες της υπερβολικής χορήγησης αναλγητικών σε ασθενείς που ουσιαστικά δεν τα χρειάζονται, κάτι που παρατηρείται αρκετά συχνά στα

15 στανταρισμένα πρωτόκολλα του πόνου και επιπλέον, γιατί όχι, θα μειώσει το κόστος της φαρμακευτικής δαπάνης

16 Κεφάλαιο O πόνος Η έννοια του πόνου είναι άμεσα συνυφασμένη με την ανθρώπινη ύπαρξη. Δεν νοείται ανθρώπινο, και όχι μόνο, ον που να μην έχει βιώσει έστω και για μια φορά κατά τη διάρκεια της ζωής του το αίσθημα του άλγους. Για την σύγχρονη ιατρική ο πόνος είναι κάτι μη επιθυμητό. Παρόλα αυτά κανείς δεν μπορεί να αμφισβητήσει το γεγονός ότι ο πόνος είναι ένας από τους σημαντικότερους μηχανισμούς άμυνας που διαθέτουν τα έμβια όντα και είναι το πιο πρώιμο ίσως σημείο νοσηρότητας. Η δυσκολία αξιολόγησης του πόνου έγκειται στο γεγονός ότι σαν υποκειμενικό αίσθημα δεν μπορεί να αξιολογηθεί με ακρίβεια και σαφήνεια σε κάθε άνθρωπο. Αν θελήσουμε να αναλύσουμε την έννοια του πόνου ετυμολογικά, βλέπουμε ότι προέρχεται από το ρήμα «πένομαι» που κατά τους Ομηρικούς χρόνους σημαίνει δουλεύω σκληρά, κοπιάζω, μοχθώ, κουράζομαι: κόπος, μόχθος, σωματικό ή και ψυχικό άλγος, (Monro and Allen, 1978). Τον καιρό του Ηροδότου σήμαινε δυσφορία και μόνο κατά τον καιρό του Ιπποκράτη συνδέθηκε άμεσα με τη νόσο ή τον τραυματισμό, (Παπαβασιλείου και Ρόζος, 1979) Οι αρχαίοι μας πρόγονοι είχαν προσωποποιήσει και θεοποιήσει καθετί που τους φάνταζε παράξενο και δεν μπορούσαν να κατανοήσουν και να αντιμετωπίσουν. Για τους αρχαίους Έλληνες λοιπόν ο Πόνος ήταν ο γιός της Έριδας, κόρης της Νύκτας. Είχε την υπόσταση του μυστηριώδους, του τελετουργικού, σκοτεινού και απόκρυφου όντος που ελέγχεται απόλυτα από τους θεούς και αποστέλλεται ως συνέπεια της παράβασης των ηθικών νόμων και είχε ως σκοπό την τιμωρία και κατά συνέπεια την εξιλέωση του ατόμου. Αποτελούσε ουσιαστικά τιμωρία των ανθρώπων για την αποδοχή της κλοπής της φωτιάς από τον Προμηθέα, (Monro and Allen, 1978). Ο πόνος στην αρχαία Ελλάδα ήταν «κυρίως γυναικείο θέμα» και οι άνδρες είχαν την υποχρέωση και το καθήκον να τον αγνοούν και να τον περιφρονούν κάτι που αναδείκνυε την αξία τους και τον διαχωρισμό τους από τις γυναίκες

17 Ο Σοφοκλής στον «Αίαντα» κάνει σαφή τον φαύλο κύκλο που διέπει τον πόνο: «Πόνος πονώ πόνον φέρει», (Σοφοκλής, π.χ.) Στην Ιουδαϊκή παράδοση, πολύ παλαιότερα από την Αρχαιοελληνική, ο πόνος είναι μια δοκιμασία απόρροια του προπατορικού αμαρτήματος προς τον άνθρωπο ένοχο, δίκαιη και επιβεβλημένη από τον Θεό, (Γέννηση, κεφ 6, στ. 657). Συνεχίζοντας την ιστορική μας αναδρομή φτάνουμε στον Μεσαίωνα. Στην σκοτεινή αυτή περίοδο της ανθρώπινης ιστορίας επικρατεί η φεουδαρχική κουλτούρα η οποία ορίζεται από όσα πρεσβεύουν ως αξίες οι κληρικοί και οι πολεμιστές. Στα πλαίσια αυτά ο πόνος θεωρείται εξευτελιστικός και μέγιστη ανθρώπινη αδυναμία, γι αυτό και η άρχουσα τάξη αντιμετώπιζε τον πόνο «εξ αποστάσεως» και δεν επέβαλλε παρά μόνο χρηματικές ποινές στα μέλη της, (Magner, 1992). Στον αντίποδα η ίδια κουλτούρα επιβάλλει τον πόνο στις κατώτερες τάξεις και ουσιαστικά χωρίζει την κοινωνία σε δύο κατηγορίες, στους ευγενείς και στα παιδιά «ενός κατώτερου Θεού» στα οποία ανήκουν οι φτωχοί, οι γυναίκες, τα παιδιά, οι χωρικοί και οι σκλάβοι, οι οποίοι «αξίζουν» και επιβάλλεται να λάβουν ως Θεϊκή τιμωρία τον πόνο. Αξίζει να σημειώσουμε εδώ ότι ετυμολογικά στη λατινική γλώσσα η λέξη πόνος ταιριάζει πάρα πολύ με τη λέξη «poena που σημαίνει ποινή, (Bouillet, 1884). Η χειρουργική άρχισε να «ανθεί» στο Μεσαίωνα. Όμως με τα τότε χρησιμοποιούμενα φάρμακα δεν νοούνταν χειρουργική επέμβαση χωρίς πόνο. Η κουλτούρα έπαιξε και εδώ πολύ σημαντικό ρόλο, οι πιστοί άνθρωποι έβλεπαν τον πόνο ως είδος θεϊκής δοκιμασίας για τους ίδιους και τους συνανθρώπους τους, σαν κάτι θεόσταλτο που έπρεπε να υπομείνουν αν ήθελαν να χαρακτηριστούν καλοί Χριστιανοί, (Carter, 1996). Τον ρόλο του χειρουργού στον Μεσαίωνα τον έπαιζαν κατά κύριο λόγο οι κουρείς με τη βοήθεια σωματωδών ανδρών που ως σκοπό είχαν κα κρατούν και να κινητοποιούν τον ασθενή. Στο στόμα των ασθενών τοποθετούσαν ένα ξύλο έτσι ώστε να μετριάσουν τις κραυγές τους και του υπέβαλλαν σε πολλαπλές αφαιμάξεις και υποκλυσμούς με σκοπό να αποβληθεί το «κακό» αίμα, (Carter, 1996)

18 Εικόνα 2: Κουρέας χειρουργός στο μεσαίωνα Εύκολα μπορεί να καταλάβει κάποιος χωρίς να έχει πολλές γνώσεις ιατρικής ότι η κατάσταση αυτή εξαντλούσε τον ασθενή με τον έφερνε σε μια ημικωματώδη αν όχι κωματώδη κατάσταση πράγμα που ανάγκαζε τον «χειρουργό» να συντομεύει την επέμβαση, (Παπαδόπουλος και συν., 2004) Ο ορισμός του πόνου Τι ακριβώς είναι ο πόνος; Πως εκφράζεται και πως κάθε άνθρωπος τον αντιλαμβάνεται; Ίσως το πρώτο βήμα για έναν κλινικό γιατρό στο να βοηθήσει τους ασθενείς του να απαλλαγούν από αλγεινό ερέθισμα είναι να καταλάβει την ορολογία του πόνου. Πόσοι όμως από εμάς θα μπορούσαν να περιγράψουν το συναίσθημα του πόνου με λόγια; Και αν μπορούσαν θα είχαμε την ίδια περιγραφή από όλους; Πολύ δύσκολο έως απίθανο γιατί όπως και σε κάθε συναίσθημα, σε κάθε ερέθισμα υπεισέρχεται η υποκειμενική αντίληψη του κάθε ανθρώπου

19 Ο πρώτος ορισμός για τον πόνο δόθηκε το 1979 από τον Διεθνή Οργανισμό Μελέτης του Πόνου ( International Association for the Study of Pain IASP, 1979) σύμφωνα με τον οποίο ως πόνος ορίζεται: «Η δυσάρεστη αισθητική και συναισθηματική εμπειρία, που σχετίζεται με πραγματική ή δυνητική ιστική βλάβη ή περιγράφεται με τους όρους μιας τέτοιας βλάβης», (IASP, 1979). Όπως προκύπτει από τον ορισμό ο πόνος αποτελείται από δύο συνιστώσες. Την αισθητική συνιστώσα (φυσική-αντικειμενική) και την συναισθηματική (ψυχολογική-υποκειμενική). Οι συνιστώσες αυτές βρίσκονται σε μια δυναμική μεταξύ τους σχέση η οποία κατά μεγάλο βαθμό καθορίζει την αντίδραση του κάθε ασθενούς. Στον οξύ πόνο υπερέχει η αισθητική συνιστώσα, ενώ στον χρόνιο πόνο η συναισθηματική, (Παπαδόπουλος και συν., 2004). Όλοι οι παραπάνω συνδυασμοί οδηγούν σε ένα πολύπλοκο φαινόμενο αλληλοεπίδρασης της αισθητικής συνιστώσας (ιστική βλάβη) και της συναισθηματικής (άγχος φόβος) που αν συνυπολογιστούν με τα στοιχεία του ορισμού του πόνου όπως αυτός δίνεται από την IASP περιπλέκουν την κατάσταση και κάνουν τον ορισμό ακόμα πιο ασαφή. 1.2 Παθοφυσιολογία του πόνου Η παθοφυσιολογία του αλγεινού ερεθίσματος αποτελεί έναν πραγματικό πόνο-κέφαλο για τους επιστήμονες καθώς έχουν περιγραφεί πολλαπλοί μηχανισμοί οι οποίοι, όπως αναφέραμε και παραπάνω, περιπλέκονται μεταξύ τους και οδηγούν σε παράλληλους δρόμους. Από το σημείο πρόκλησης της ιστικής βλάβης μέχρι την επεξεργασία του αλγεινού ερεθίσματος μεσολαβεί μια σειρά ηλεκτροχημικών φαινομένων. Η διαδικασία αυτή καλείται αλγαισθησία και περιλαμβάνει μια πολυεπίπεδη αλληλεπίδραση των δομών του ΠΝΣ και του ΚΝΣ από το δέρμα, τα σπλάχνα έως τον εγκεφαλικό φλοιό, (Borsook et al, 1998). Η έναρξη της οδού του πόνου έχει την αφετηρία της στην διέγερση ειδικών περιφερικών υποδοχέων, των αλγοϋποδοχέων, οι οποίοι σε αντίθεση με τους άλλους αισθητικούς υποδοχείς δεν εμφανίζουν το φαινόμενο της εξοικείωσης στα ερεθίσματα, αλλά αντίθετα, είναι δυνατόν όταν ένα αλγεινό ερέθισμα επιδράσει πάνω τους για μεγάλο διάστημα να εμφανίσουν το φαινόμενο της υπεραλγησίας, (Mαϊδάτση, 1999)

20 Στη συνέχεια οι νευρικές ώσεις προσάγονται με τους πρωτογενείς αισθητικούς νευρώνες στον Ν.Μ ή σε πυρήνες εγκεφαλικών νεύρων. Η επεξεργασία των πληροφοριών μπορεί να γίνει στον Ν.Μ ο οποίος δρα ως επεξεργαστής, δυναμικό φίλτρο και κατανεμητής των αισθητικών πληροφοριών ή στο στέλεχος του εγκεφάλου, πριν μεταβιβαστεί σε υπερνωτιαίες δομές, όπου η πληροφορία μετά από περαιτέρω επεξεργασία, προβάλλεται ως συνειδητή αντίληψη του πόνου στο φλοιό, (Borsook et al, 1998). Εικόνα 3: Έναρξη της οδού του πόνου στην περιφέρεια, (τροποποιημένο από Αυτό είναι το τέλος μιας εξαιρετικά πολύπλοκης διαδρομής που αρχίζει από τους περιφερικούς υποδοχείς, διαμέσω των νευραξόνων των περιφερικών νεύρων και καταλήγει στον Ν.Μ. Η πορεία συνεχίζεται μέσα στον Ν.Μ και διαμέσου του έσχατου και του μέσου εγκεφάλου φτάνει στο θάλαμο. Στη συνέχεια μέσω των θαλαμοφλοιωδών συνδέσεων, το ερέθισμα που έχει ήδη αναλυθεί, φτάνει στο φλοιό σε περιοχές που έχουν σχέση με τη συνείδηση και την αντίληψη του πόνου. Το σήμα που έχει προέλθει από το αρχικό αλγεινό ερέθισμα μπορεί να σε κάθε σημείο της διαδρομής που περιγράψαμε να παραχθείς σαν πόνος, (Ιατρού, 2003). Η συνοπτική περιγραφή της αλγαισθησίας δίνει μια μικρή γεύση στον αναγνώστη για την μεταφορά επεξεργασία και αναπαραγωγή του επώδυνου

21 ερεθίσματος. Όμως όπως έχουμε ήδη επισημάνει και θα το επισημάνουμε πολλές φορές κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας ο πόνος είναι μια πολυπαραγοντική διεργασία και χρειάζεται ιδιαίτερη εμβάθυνση για να την κατανοήσουμε. Η αλγαισθησία που περιγράψαμε συνοπτικά αν θελήσουμε να την αναλύσουμε θα δούμε ότι χωρίζεται σε τέσσερεις επιμέρους διεργασίες: τη μετατροπή (transduction), την μεταβίβαση (transmission), την τροποποίηση (modulation) και την αντίληψη (perception). Κάθε μία από τις τέσσερεις αυτές διεργασίες αξίζει περαιτέρω ανάλυσης έτσι ώστε να εντρυφήσουμε βαθύτερα στον μηχανισμό του πόνου, (Μαϊδάτση 1999, Ιατρού, 2003). Μετατροπή, είναι η διαδικασία κατά την οποία μετατρέπονται τα επώδυνα ερεθίσματα σε ηλεκτρική δραστηριότητα. Η μετατροπή αυτή γίνεται στους αλγοϋποδοχείς (τελικές απολήξεις αδ και C ινών). Στη συνέχεια το παραγόμενο δυναμικό μεταβιβάζεται προς τις συναπτικές απολήξεις που εντοπίζονται στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ, όπου επάγεται η απελευθέρωση χημικών νευροδιαβιβαστών. Ακολουθεί η μεταβίβαση της πληροφορίας στον εγκέφαλο προς περαιτέρω επεξεργασία. Εικόνα 4: Είσοδος των αβ (ab) και των C ινών στο οπίσθιο κέρας του Ν.Μ, (τροποποιημένο από ) Οι μεγάλες-εμμύελες αδ ίνες έχουν την ικανότητα να μεταφέρουν την νευρική ώση πολύ γρήγορα (12-30 m/sec). H ενεργοποίηση έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση του καλούμενου «πρώτου ή ταχύ» πόνου, ο οποίο εμφανίζεται αμέσως μετά την επίδραση του ερεθίσματος, είναι οξύς, παροδικός, καλά

22 εντοπισμένος και αποτελεί αμυντικό μηχανισμό με απώτερο σκοπό την αποφυγή του βλαπτικού ερεθίσματος, (Meltzak and Wall, 1965). Οι C ίνες με τη σειρά τους (λεπτές, αμύελες) διεγείρονται από ουσίες που παράγονται από την ιστική καταστροφή και έχουν πολύ μικρότερη ταχύτητα αγωγής σε σχέση με τις αδ ίνες (0,5-2 m/sec). Είναι υπεύθυνες για τον «δεύτερο» ή «βραδύ» πόνο ο οποίος ξεκινά με κάποια χρονική καθυστέρηση σε σχέση με τον οξύ, είναι βύθιος, αμβλύς, παρατεταμένος και όχι καλά εντοπισμένος. Ο πόνος αυτός είναι ο μηχανισμός που κινητοποιεί την άμυνα του οργανισμού με σκοπό την αποκατάσταση της βλάβης. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι περισσότερες πληροφορίες που απασχολούν τον κλινικό γιατρό άγονται με τις ίνες C, (Meltzak and Wall, 1965). Εκτός από τον παραπάνω μηχανισμό η ύπαρξη «βλαπτικού ερεθίσματος» και η ενεργοποίηση των αλγοϋποδοχέων μπορεί να προκαλέσει μια παρόμοια εικόνα που καλείται νευρογενής φλεγμονή. Οι αλγοϋποδοχείς χωρίζονται σε 2 τύπους. Ο διαχωρισμός αυτός γίνεται με βάση το είδος του ερεθίσματος που τους διεγείρει. Έτσι διακρίνονται σε υποδοχείς υψηλού ουδού και σε πολυπαραγοντικούς υποδοχείς Οι υποδοχείς υψηλού ουδού Πρόκειται για ελεύθερες νευρικές απολήξεις των Αδ νευρικών ινών και βρίσκονται κατά κύριο λόγο στο δέρμα και έχουν πάρει το όνομα τους λόγο του υψηλού ουδού ευαισθητοποίησης τους. Διακρίνονται σε μηχανοϋποδοχείς και μηχανοθερμοϋποδοχείς, (Ιατρού, 2003) Πολυπαραγοντικοί υποδοχείς Πρόκειται για ελεύθερες νευρικές απολήξεις των ινών C και απαντώνται σε διάφορους ιστούς, όπως το δέρμα, οι περιτονίες, ο μυϊκός ιστός και ανταποκρίνονται σε μηχανικά, θερμικά και χημικά ερεθίσματα υψηλής έντασης. Αξίζει να αναφέρουμε άλλη μια ομάδα ινών C, τις σιωπηλές. Οι ίνες αυτές ενεργοποιούνται σε φλεγμονώδεις καταστάσεις με αποτέλεσμα την ενίσχυση του πόνου, (Ιατρού, 2003)

23 Οι Αβ ίνες Πρόκειται για ίνες με ταχύτητα αγωγής m/sec και χαμηλό ουδό διέγερσης. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτών των ινών είναι ότι παρόλο που διεγείρονται από μη βλαπτικά ερεθίσματα όπως η αφή, εμπλέκονται στη διαδικασία τροποποίησης και αντίληψης του πόνου με δύο τρόπους: 1. Η διέγερσή τους μπορεί να προκαλέσει καταστολή των επώδυνων ερεθισμάτων 2. Παρεμβάλλονται στη διαδικασία πρόκλησης υπεραλγησίας και αλλοδυνίας, (Παπαδόπουλος και συν., 2004) Έχοντας ολοκληρώσει την περιγραφή του σταδίου της μετατροπής του αλγεινού ερεθίσματος θα περάσουμε στο δεύτερο στάδιο, την μεταβίβαση Η μεταβίβαση Πρόκειται για την διαδικασία, που όπως αποκαλύπτει και το όνομα της, αφορά τη μεταβίβαση του ερεθίσματος, διαμέσου του αισθητικού νευρικού συστήματος, από την περιφέρεια, αρχικά στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ και από εκεί στα ανώτερα κέντρα του εγκεφάλου. Η μεταβίβαση αυτή του ερεθίσματος εξυπηρετείται από τους πρωτογενείς αισθητικούς νευρώνες, τις ανιούσες οδούς και τις θαλαμοφλοιώδεις προβολές. Για να γίνουμε πιο κατανοητοί θα αναπτύξουμε κάθε μία από αυτές τις οδούς περιληπτικά. Οι πρωτογενείς αισθητικοί νευρώνες. Πρόκειται ουσιαστικά για τις Αδ και C αισθητικές νευρικές ίνες που προβάλουν στον Ν.Μ τις προερχόμενες από τους αλγοϋποδοχείς ώσεις. Τα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ αποτελούν ένα καταλυτικό επίπεδο. Εκεί θα γίνει ένας αρχικός διαχωρισμός για το ποιες ώσεις θα προωθηθούν σε ανώτερα κέντρα και ποιες θα ανασταλούν από τα κατιόντα συστήματα, (Ιατρού, 2003). Οι ανιούσες οδοί του πόνου. Αποτελούνται ουσιαστικά από 4 επιμέρους δομές-οδούς. Την νωτιοθαλαμική, την νωτιοϋποθαλαμική την νωτιοδικτυωτή και την νωτιομεσεγκεφαλική. Οι νευρώνες των οδών αυτών προβάλλουν από τα οπίσθια κέρατα στο στέλεχος του εγκεφάλου και στο θάλαμο

24 Η νωτιοθαλαμική οδός Είναι η σημαντικότερη από τις τέσσερεις και εκτός από τον πόνο μεταφέρει και το αίσθημα του θερμού-ψυχρού και της αδρής αφής. Εξυπηρετεί όλο το σώμα εκτός από το πρόσωπο, την πρόσθια κρανιακή περιοχή και την στοματορινική κοιλότητα. Οι ανωτέρω περιοχές εξυπηρετούνται από τις αισθητικές μοίρες του τριδύμου και του γλωσσοφαρυγγικού κρανιακού νεύρου. Καθώς η νωτιοθαλαμική οδός (δεμάτιο) διασχίζει τον Ν.Μ και πλησιάζει στον υποθάλαμο διαχωρίζεται σε δύο διακριτές οδούς, το πλάγιο νωτιοθαλαμικό ή νεονωτιοθαλαμικό δεμάτιο και μέσο νωτιοθαλαμικό ή παλαιονωτιοθαλαμικό δεμάτιο Η νωτιοϋποθαλαμική οδός Η οδός αυτή προβάλλει όπως αποκαλύπτει και το όνομά της στον υποθάλαμο και είναι υπεύθυνη για αυτόνομες λειτουργίες, όπως η ρύθμιση της θερμοκρασίας, η όρεξη και ο ύπνος. Παίζει βασικό ρόλο στην νευροενδοκρινική απάντηση του οργανισμού στο βλαπτικό ερέθισμα (stress). Σχηματίζει λοιπόν με άλλα λόγια το ανατομικό υπόστρωμα που είναι υπεύθυνο για τις αυτόνομε-αντανακλαστικές αντιδράσεις στα επώδυνα ερεθίσματα H νωτιοδικτυωτή και η νωτιομεσεγκεφαλική Λόγω της κοινής τους δράσης θα αναφερθούν μαζί. Η μεν νωτιοδικτυωτή προβάλει στο δικτυωτό σχηματισμό, μη δε νωτιομεσεγκεφαλική στον μεσεγκέφαλο. Και οι δύο όπως προαναφέραμε έχουν κοινή λειτουργία, ελέγχουν τις συναισθηματικές απαντήσεις στον πόνο, είναι υπεύθυνες για την εγρήγορση και την κινητοποίηση καθώς και για τις απαντήσεις από το αυτόνομο νευρικό σύστημα Οι θαλαμοφλοιώδεις προβολές Πρόκειται για νευρώνες που συνδέουν το θάλαμο με τη σωματοαισθητική περιοχή του φλοιού του εγκεφάλου. Ο θάλαμος λειτουργεί ως σταθμός αναμετάδοσης των εισερχομένων επώδυνων ερεθισμάτων προς τον φλοιό

25 Εικόνα 5: Σχηματική απεικόνιση των οδών του πόνου, (τροποποιημένο από Όλα όσα αναφέραμε αφορούν την μεταβίβαση του πόνου για όλο το υπόλοιπο σώμα εκτός από την περιοχή της κεφαλής. Για την περιοχή αυτή υπεύθυνα είναι τα εγκεφαλικά νεύρα. Η μεταβίβαση του πόνου στην περιοχή αυτή εμφανίζει πολλά από τα χαρακτηριστικά του αλγοδεκτικού συστήματος στο υπόλοιπο σώμα. Οι κύριες αλγαισθητικές κεντρομόλες ίνες προέρχονται κυρίως από το τρίδυμο νεύρο καθώς επίσης και από το προσωπικό, το γλωσσοφαρυγγικό και το πνευμονογαστρικό που προβάλουν στους πυρήνες του τριδύμου. Από τους πυρήνες αυτούς τα ερεθίσματα μεταβιβάζονται διαμέσω ανιουσών οδών στο υπερνωτιαίο σύστημα, (Παπαδόπουλος και συν., 2004) Η τροποποίηση Έτσι ορίζεται και περιγράφεται η διαδικασία κατά την οποία η αλγαισθητικές ώσεις τροποποιούνται διαμέσου νευρωνικών επιδράσεων. Τα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ είναι σταθμός νευρώνων που μεταβιβάζουν τις πληροφορίες σε ανώτερα κέντρα και νευρώνες στην ιεραρχία του νευρικού συστήματος. Υπάρχουν διεγερτικοί και ανασταλτικοί νευρώνες και έτσι καθορίζεται η ενίσχυση ή η απόρριψη του ερεθίσματος. Στο ΚΝΣ υπάρχουν περιοχές των οποίων η ενεργοποίηση που μπορεί να γίνει με ποικίλους τρόπους όπως για παράδειγμα με την χορήγηση οπιοειδών, έχει άμεση επίδραση στη διέλευση

26 των πληροφοριών του πόνου από το επίπεδο του οπισθίου κέρατος προς τον εγκέφαλο. Πολύπλοκο ρόλο στην διαδικασία αυτή παίζει ένα δίκτυο κατιούσων οδών, που προβάλει από τις εγκεφαλικές δομές στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ, εκεί ακριβώς οι ανιούσες αλγαισθητικές οδοί. Ο ρόλος των οδών αυτών είναι είτε να ενισχύουν είτε να καταστέλλουν τη δίοδο των επώδυνων ερεθισμάτων προς τον εγκέφαλο. Τα σημαντικότερα των οδών αυτών είναι οι πυρήνες του στελέχους. Τον σπουδαιότερο όμως ρόλο στην τροποποίηση του πόνου παίζουν οι υποδοχείς και συγκεκριμένα οι υποδοχείς των οπιοειδών και οι νικοτινοαμινουποδοχείς (NMDA). Στους υποδοχείς αυτούς συνδέονται κάποιες χημικές ουσίες, οι νευροδιαβιβαστές και πιο συγκεκριμένα οι νευροδιαβιβαστές του πόνου. Οι ουσίες αυτές διεκπεραιώνουν τη διαδικασία αγωγής ή αναστολής του επώδυνου ερεθίσματος. Έτσι λοιπόν, αδρά μπορούν αρχικά να χωριστούν σε διεγερτικούς και ανασταλτικούς νευροδιαβιβαστες (Mαϊδάτση, 1999) Διεγερτικοί νευροδιαβιβαστές Πρόκειται για ουσίες που από χημικής σύστασης είναι πεπτίδια, πουρίνες και αμινοξέα. Η έκλυση τους επιτυγχάνεται από τη διέγερση των Αδ και C ινών και έχει ως αποτέλεσμα την ενίσχυση των βλαπτικών ερεθισμάτων με μια διαδικασία που καλείται ευαισθητοποίηση. Οι μεταβολές αυτές μπορεί να είναι μικρής διάρκειας ή να διαρκέσουν ημέρες, μήνες ή ακόμα να γίνουν μη αναστρέψιμες. Η ευαισθητοποίηση που αναφέραμε παραπάνω διακρίνεται σε κεντρική και σε περιφερική και μπορεί να οδηγήσει σε υπεραλγησία, αλλοδυνία η και ακόμα σε αυτόματο πόνο. Το πρόβλημα που δημιουργείται στον κλινικό γιατρό από την διαδικασία της ευαισθητοποίησης του ΚΝΣ είναι το ότι από τη στιγμή που εγκατασταθεί ο πόνος, τα αναλγητικά είναι λιγότερο έως καθόλου αποτελεσματικά. Μιλήσαμε για περιφερική ευαισθητοποίηση. Τι ακριβώς είναι όμως αυτή η διαδικασία; Πρόκειται για την κατάσταση κατά την οποία μειώνεται η ουδός διέγερσης με αποτέλεσμα χαμηλής έντασης ερεθίσματα να προκαλούν επιβλαβή σήματα και ταυτόχρονα έχουμε την εμφάνιση αυτόματης δραστηριότητας. Όλα αυτά οδηγούν σε παραγωγή και μεταβίβαση ώσεων προς τον Ν.Μ. Πως όμως συμβαίνει κάτι τέτοιο;

27 Αρχικά υπεύθυνη είναι η ιστική βλάβη που προκαλείται, όπως για παράδειγμα μια χειρουργική τομή. Η άμεση απάντηση του οργανισμού είναι η φλεγμονώδης αντίδραση εξαιτίας της απελευθέρωσης πληθώρας φλεγμονωδών μεσολαβητών στην περιοχή της βλάβης όπως η βραδυκινίνη, η ισταμίνη, η σεροτονίνη, οι προσταγλαδίνες, η ουσία Ρ και πολλές άλλες ουσίες αυτής της κατηγορίας. Ο χείμαρρος αυτός των φλεγμονωδών μεσολαβητών προκαλεί μια αύξηση της ευαισθησίας των αλγοϋποδοχέων που έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της ουδού του πόνου που περιγράψαμε. Άμεσο επακόλουθο του παραπάνω καταρράκτη αντιδράσεων είναι η εμφάνιση της πρωτοπαθούς υπεραλγησίας, φαινόμενο κατά το οποίο μετά από τον τραυματισμό των ιστών, λόγω μείωσης της ουδού, ο πόνος γίνεται αντιληπτός με μεγαλύτερη ένταση, ή ακόμα έχουμε επώδυνη απάντηση σε μη επώδυνα ερεθίσματα. Αξίζει στο σημείο αυτό να επισημάνουμε κάτι πολύ σημαντικό. Πρωτοπαθής υπεραλγησία παρατηρείται και συμβαίνει μόνο στο σημείο της ιστικής βλάβης και πουθενά αλλού, (Otsuka and Yanagisawa, 1990). Έχοντας ολοκληρώσει την περιγραφή της περιφερικής ευαισθητοποίησης θα περάσουμε τώρα στην ανάλυση της κεντρικής. Η κεντρική ευαισθητοποίηση αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα μεταβολών στο Ν.Μ και αντιπροσωπεύει μια λανθασμένη ερμηνεία της πληροφορίας που προέρχεται από τις ίνες χαμηλού ουδού με αποτέλεσμα μη επώδυνα ερεθίσματα να εκλαμβάνονται και να μεταφράζονται ως πόνος. Συγκεκριμένα ο ερεθισμός των C ινών προκαλεί την έκλυση της ουσίας Ρ και διεγερτικών αμινοξέων. Με τον τρόπο αυτόν προκαλείται ενεργοποίηση των NMDA υποδοχέων, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε υπερδιέγερση των νευρώνων του οπισθίου κέρατος. Η όλη αυτή διαδικασία οδηγεί σε μια απάντηση των υποδοχέων που θα μπορούσε να παρομοιαστεί με ένα κουρδιστό παιχνίδι, (φαινόμενο του κουρδίσματος). Κατά το φαινόμενο αυτό η απάντηση ορισμένων νευρώνων του Ν.Μ αυξάνεται δραματικά και το περίεργο είναι ότι οι νευρώνες αυτοί συνεχίζουν να απαντούν και να μεταβιβάζουν ώσεις ακόμα και μετά το πέρας του ερεθίσματος. Έχουμε δηλαδή μια ενίσχυση των κυκλωμάτων του Ν.Μ και του στελέχους από βλαπτικά ερεθίσματα και αύξηση της έντασης του πόνου. Σε κυτταρικό επίπεδο παρατηρείται, ως αποτέλεσμα αυτής της υπερδιέγερσης, ένας καταρράκτης γεγονότων που ξεκινά με την

28 είσοδο ασβεστίου στο κύτταρο που με τη σειρά της προκαλεί έκκριση νιτρικού οξειδίου και προσταγλανδινών. Οι ουσίες αυτές διεγείρουν παλίνδρομα τις ίνες C, με αποτέλεσμα να μην είναι πλέον απαραίτητα τα περιφερικά ερεθίσματα για την διατήρηση της υπερδιέγερσης, (Otsuka and Yanagisawa, 1990). Όλη η παραπάνω διαδικασία οδηγεί σε δευτεροπαθή υπεραλγησία που εντοπίζεται σε περιοχές γύρω από την κάκωση, σε αλλοδυνία (πόνος οφειλόμενος σε ερέθισμα που υπό φυσιολογικές συνθήκες δεν θα προκαλούσε άλγος) και σε αυτόματο πόνο. Η υπεραλγησία και η αλλοδυνία είναι ένας μόνιμος πονοκέφαλος για τους γιατρούς των χειρουργικών ειδικοτήτων καθώς αυξάνουν τον μετεγχειρητικό και τον μετατραυματικό πόνο και αυξάνουν κατά πολύ την πιθανότητα εμφάνισης χρόνιου πόνου. Εκτός από τους διεγερτικούς νευροδιαβιβαστές υπάρχουν και οι ανασταλτικοί. Πρόκειται για ουσίες όπως η επινεφρίνη, η σεροτονίνη, το γ-αμινοβουτηρικό οξύ (GABA), τα ενδογενή οπιοειδή, η ακετυλοχολίνη και πολλές ακόμα. Οι ουσίες αυτές ενισχύουν τις κατιούσες ανασταλτικές οδούς του πόνου και εδράζονται στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ. Οι ανασταλτικοί νευροδιαβιβαστές εμπλέκονται στους ενδογενείς μηχανισμούς του πόνου. Υπάρχουν ποικίλοι τέτοιοι μηχανισμοί όπως οι τμηματικοί, οι νωτιαίοι και οι υπερνωτιαίοι και ο βασικός τους ρόλος είναι να εμποδίζουν τη μεταβίβαση των επώδυνων ώσεων και την εγκατάσταση ευαισθητοποίησης τόσο στο Ν.Μ, με την ενεργοποίηση των ενδιάμεσων νευρώνων, όσο και στο στέλεχος με την ενεργοποίηση των κατιούσων οδών. Τη διεκπεραίωση της ενδογενούς αναλγησίας αναλαμβάνουν τα ενδογενή διαβιβαστικά συστήματα (οπιοειδές, αδρενεργικό, χολινεργικό, σεροτονινεργικό) τα οποία δεν περιορίζονται στο ΚΝΣ, (Seybold, 2009). Το πιο σημαντικό από όλα αυτά τα συστήματα είναι αυτό των ενδογενών οπιοειδών. Υπάρχουν τρείς κατηγορίες ενδογενών οπιοειδών (οικογένειες), οι εγκεφαλίνες, οι ενδορφίνες και οι δυνορφίνες. Η βασική τους διαφορά είναι ότι προέρχονται από τρείς διαφορετικές προορμόνες και κατ επέκταση από τρία διαφορετικά γονίδια. Πρόσφατα ανακαλύφθηκε στον εγκέφαλο μια νέα ομάδα πεπτιδίων, οι ενδομορφίνες, οι οποίες εμφανίζουν υψηλή εκλεκτικότητα με τους μ υποδοχείς των οπιοειδών. Τα ενδογενή οπιοειδή εμπλέκονται στην επεξεργασία της επώδυνης πληροφορίας και στη διαμόρφωση της αντίληψης του πόνου, (Karst, 2003)

29 Εικόνα 6: Μηχανισμός δράσης των οπιοειδών, (τροποποιημένο από, ) Gate Theory Control Η θεωρία της πύλης του πόνου Μιλώντας για τη μετατροπή του επώδυνου ερεθίσματος δεν θα μπορούσαμε να μην αναφέρουμε μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις του περασμένου αιώνα στον τομέα αυτόν. Τη θεωρία της πύλης του πόνου. Η θεωρία αυτή προτάθηκε από τους Melzack και Wall, (Μelzack and Wall, 1965). Οι Melzack και Wall υπέθεσαν ότι το επώδυνο ερέθισμα για να φτάσει στον εγκέφαλο πρέπει να περάσει από μια «πύλη» την οποία τοποθέτησαν στην πηκτωματώδη ουσία του οπισθίου κέρατος του Ν.Μ. Σύμφωνα πάντα με την «υπόθεση», στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ υπάρχουν οι διαβιβαστικοί νευρώνες ή κύτταρα «Τ» και οι ανασταλτικοί ενδονευρώνες ή κύτταρα «Ι». Τα κύτταρα «Ι» διεγείρονται από τις Αβ ίνες και αναστέλλονται από τις Αδ και C ίνες. Η διέγερση των κυττάρων «Τ» μεταβιβάζει τον πόνο σε ανώτερα επίπεδα ενώ αντίθετα τα κύτταρα «Ι» διεγειρόμενα αναστέλλουν τα κύτταρα «Τ». Ένα χαμηλής έντασης ερέθισμα αυτό που κάνει είναι να διεγείρει τις Αβ ίνες και με τον τρόπο αυτό να κλείνει την πύλη εισόδου στις επώδυνες ώσεις που

30 μεταφέρονται από τις Αδ και C ίνες. Αν όμως το ερέθισμα συνεχιστεί τότε η πύλη ανοίγει λόγω ενεργοποίησης των Αδ και των C ινών. Με την θεωρία της πύλης του πόνου φαίνεται να εξηγείται η αναλγησία που επιτυγχάνεται με τον βελονισμό, τον διαδερμικό νευρικό ηλεκτρικό ερεθισμό, την πίεση ή το τρίψιμο της περιοχής που πονά. Στόχος και αποτέλεσμα όλων των παραπάνω μεθόδων είναι η ενεργοποίηση των Αβ ινών και το κλείσιμο της πύλης. Παρόμοιο τρόπο δράσης έχουν και τα τοπικά αναισθητικά. Η διήθηση ενός χειρουργικού τραύματος με διάλυμα τοπικού αναισθητικού έχει ως αποτέλεσμα την διακοπή της δραστηριότητας των Αδ ινών. Έτσι δίνεται η ευκαιρία στις Αβ ίνες να κλείσουν την πύλη και να περιορίσουν την είσοδο των επώδυνων ερεθισμάτων στον Ν.Μ., (Meltzak and Wall, 1965). Εικόνα 7: Σχηματική απεικόνιση της λειτουργίας της πύλης του πόνου, (τροποποιημένο από, Συμφωνά με νεώτερες απόψεις, μια επώδυνη ώση όπως είναι φυσικό απελευθερώνει διεγερτικούς νευροδιαβιβαστές από Αδ και C ίνες και με τον τρόπο αυτό ενεργοποιεί νευρώνες β τάξεως, οι οποίοι μεταφέρουν την πληροφορία σε ανώτερα κέντρα. Η απελευθέρωση των νευροδιαβιβαστών μπορεί να τροποποιηθεί από τους διάμεσους νευρώνες της πηκτωματώδους ουσίας, ενεργοποιώντας έτσι ανασταλτικούς προσυναπτικούς υποδοχείς. Τέτοιοι ανασταλτικού νευροδιαβιβαστές πιστεύεται ότι είναι οι εγκεφαλίνες. Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο δρούν και τα ενδογενή οπιοειδή. Η σεροτονίνη και η νορεπινεφρίνη τροποποιούν την απελευθέρωση διεγερτικών νευροδιαβιβαστών στην πηκτωματώδη ουσία μετά από ενεργοποίηση κατιούσων ανασταλτικών οδών. Η δραστηριότητα επίσης των Αβ ινών

31 καταστέλλει την απάντηση στην επώδυνη διέγερση με απελευθέρωση γ- αμινοβουτυρικού οξέως (GABA), (Scholz and Woolf, 2002). Με την όλο και αυξανόμενη γνώση που έχουμε σχετικά με τους νευροδιαβιβαστές που έχουμε σήμερα, αλλά και γύρω από τις διαδικασίες της μετατροπής, της μεταβίβασης και της τροποποίησης, πιστεύεται ότι τα οπίσθια κέρατα αποτελούν κομβικό σημείο ή ακόμα και την «πύλη» για την ολοκλήρωση και τροποποίηση της αγωγής του επώδυνου ερεθίσματος. Η παραπάνω αντίληψη, η τοποθέτηση δηλαδή της πύλης στα οπίσθια κέρατα του Ν.Μ, διαμορφώνει σήμερα το αξίωμα ότι για να έχουμε ικανοποιητική μετεγχειρητική ή οποιαδήποτε άλλη μορφή αναλγησίας ο καλύτερος τρόπος είναι να κλείσουμε την «πύλη» με φαρμακολογικούς ή άλλους τρόπους, (MacPherson, 2000) Η αντίληψη του πόνου Έχοντας ολοκληρώσει την περιγραφή των τριών πρώτων σταδίων που απαρτίζουν το μονοπάτι του πόνου θα περάσουμε στην περιγραφή του τετάρτου σταδίου, της αντίληψης. Η αντίληψη είναι η τελική διαδικασία κατά την οποία η μετατροπή, η μεταβίβαση και η τροποποίηση αλληλεπιδρούν με την ψυχολογία, η οποία είναι μοναδική για κάθε άτομο, δημιουργώντας τελικά μια μοναδική συναισθηματική και υποκειμενική εμπειρία την οποία αντιλαμβανόμαστε σαν πόνο που συνοδεύεται σχεδόν πάντα με αίσθημα δυσαρέσκειας και επιθυμία αποφυγής του ερεθίσματος που τον προκαλεί, (Millan, 2002). Αυτό που πρέπει να επισημάνουμε είναι το γεγονός ότι το αίσθημα του πόνου δεν είναι απλώς η διαδικασία της ανάλυσης μιας νευρικής ώσης που έχει προέλθει από ένα στιγμιαίο ερέθισμα, αλλά είναι μια περισσότερο δυναμική και διάχυτη διαδικασία ικανή να μεταβληθεί και να τροποποιηθεί από πληθώρα παραγόντων και το βασικότερο, ότι επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από προηγούμενες εμπειρίες του κάθε ατόμου

32 Εικόνα 8: Γραφική αναπαράσταση όλων των σταδίων μετάδοσης του αλγεινού ερεθίσματος, (τροποποιημένο από, Ο ψυχογενής πόνος Η τελευταία κατηγορία πόνου που θα παρουσιάσουμε είναι ο ψυχογενής πόνος. Πρόκειται ουσιαστικά για μία μορφή πόνου που είναι ασύμφωνη με την κατανομή του νευρικού μας συστήματος και οφείλεται αποκλειστικά σε ψυχολογικά αίτια. Η νευροφυσιολογία του ψυχογενούς πόνου είναι ουσιαστικά άγνωστη. Οι επιστήμονες εμφανίζονται μοιρασμένοι για το εάν και σε ποιο βαθμό οι ψυχολογικές διαταραχές που εμφανίζουν οι ασθενείς οφείλονται στον πόνο ή, αντιθέτως, εάν και σε ποιο βαθμό οι διαταραχές αυτές είναι η αιτία του πόνου. Έχουμε επισημάνει ότι ο πόνος έχει τη σωματική και την ψυχολογική συνιστώσα. Είναι αδύνατο οι δύο αυτές συνιστώσες να διαχωριστούν, καθώς αποτελούν ενιαία δραστηριότητα του νευρικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της συνείδησης και της συναισθηματικής

33 και συμπεριφορολικής απάντησης του ατόμου. Το βασικό χαρακτηριστικό του ψυχογενούς πόνου που πρέπει να θυμόμαστε είναι ότι δεν ταιριάζει στην νευροτομιακή κατανομή του νευρικού μας συστήματος και τις περισσότερες φορές είναι υπερβολικός για την υπάρχουσα ιστική βλάβη, (Engel, 1959)

34 Κεφάλαιο 2 2. Ο μετεγχειρητικός πόνος Ο μετεγχειρητικός πόνος αποτελεί το σημαντικότερο μηχανισμό άμυνας του οργανισμού και το πιο πρώιμο στοιχείο της φύσης που έχει σχέση με τη νοσηρότητα. Είναι μια υποκειμενική και προσωπική αίσθηση, διαφορετική από τις καθημερινές αισθήσεις, που εξυπηρετεί μια προστατευτική λειτουργία, επειδή σηματοδοτεί την παρουσία επικείμενης βλάβης ή ενεργού βλάβης εντός του σώματος και επιτρέπει στο άτομο να αποφύγει τη βλάβη ή την επίδραση στον οργανισμό για περιορισμένη μόνο περίοδο. Η παράταση του μπορεί να προκαλέσει παρατεταμένες ή εκτεταμένες αντιδράσεις και να οδηγήσει σε ανεπιθύμητα αποτελέσματα, (Craig, 2003). Όλοι οι τύποι των χειρουργικών επεμβάσεων είναι επώδυνοι και προκαλούν ποικίλα αρνητικά επακόλουθα για τον ασθενή, (McGrath et al, 2004). Ο μετεγχειρητικός πόνος χαρακτηρίζεται συχνά ως οξύς αλγαισθητικός πόνος προερχόμενος από την τομή. Προκαλεί πλήθος δυσάρεστων αισθητικών, συναισθηματικών και νοητικών εμπειριών που συνοδεύονται από αντιδράσεις του Αυτόνομου Νευρικού Συστήματος, ψυχολογικές αντιδράσεις και αντιδράσεις συμπεριφοράς που επιταχύνονται από τη χειρουργική βλάβη, (Kehlet, 2005). 2.1 Οξύς μετεγχειρητικός πόνος H Αμερικανική αναισθησιολογική εταιρία (American Society of Anesthesiologists) ορίζει τον οξύ μετεγχειρητικό πόνο ως τον πόνο που εμφανίζεται σε χειρουργικό ασθενή, εξαιτίας προϋπάρχουσας νόσου, της χειρουργικής επέμβασης ή ένας συνδυασμός από πηγές σχετικές με την νόσο ή την επέμβαση. Χαρακτηρίζεται από πρόσφατη έναρξη, βραχεία διάρκεια και μπορεί να εμφανίζεται με αυξανόμενη ένταση ή διακεκομμένα. Η έντασή του ποικίλλει, σχετίζεται με την έκταση του ιστικού τραύματος, είναι μεγαλύτερη τις πρώτες ώρες και σταδιακά μειώνεται καθώς επουλώνεται η κοιλία είναι πιο επώδυνες από επεμβάσεις στην κάτω κοιλία, που με τη σειρά τους είναι πιο επώδυνες από επεμβάσεις στα κάτω άκρα

35 Μπορεί να διαχωριστεί σε σωματικό και σπλαχνικό πόνο. Ο σωματικός πόνος προέρχεται κυρίως από το μυοσκελετικό σύστημα. Είναι συνεχής επιφανειακός (δέρμα) ή βύθιος (περιτονίες, μύες, υπεζωκότας),σφύζων, διαξιφιστικός, με σαφή εντόπιση στο αντίστοιχο νευροτόμιο. Ο σπλαχνικός πόνος προέρχεται από αυτόνομες νευρικές ίνες που νευρώνουν τις λείες μυϊκές ίνες των σπλάχνων. Είναι συνεχής, βύθιος, αμβλύς, συσφυγκτικός με ασαφή και διάχυτη εντόπιση. Να σημειωθεί ότι τα παρεγχυματώδη σπλάχνα δεν πονούν (εγκέφαλος, ήπαρ, πνεύμονες, σπλήνας) παρά μόνο οι μήνιγγες, οι κάψες και οι περιτονίες. 2.2 Οι επιπτώσεις του ανεπαρκούς ή μη αντιμετωπιζόμενου μετεγχειρητικού πόνου Επιδράσεις στο καρδιαγγειακό σύστημα Ο έντονος μετεγχειρητικός πόνος μπορεί να προκαλέσει μέσω της διέγερσης του συμπαθητικού, ταχυκαρδία, υπέρταση, περιφερική αγγειοσύσπαση, αύξηση του καρδιακού έργου και της κατανάλωσης οξυγόνου από το μυοκάρδιο. Αυτές οι επιδράσεις του μετεγχειρηντικού πόνου μπορεί να φανούν επικίνδυνες για τη ζωή του αρρώστου με καρδιολογικάπροβλήματα προκαλώντας ισχαιμία του μυοκαρδίου ή/και έμφραγμα. Η ισχαιμία που παρατηρείται μετεγχειρητικά είναι συχνότερη, εντονότερη και πιο παρατεταμένη από ότι, εάν συμβεί προ ή διεγχειρητικά, (Kehlet, 1998) Επιδράσεις στο αναπνευστικό σύστημα Οι αναπνευστικές διαταραχές αποτελούν τυπικές επιπλοκές του πόνου των θωρακικών και των ανώτερων ενδοκοιλιακών επεμβάσεων. Η μείωση της κινητικότητας του θώρακα και η αύξηση του τόνου των κοιλιακών μυών οδηγεί σε επιπόλαιη αναπνοή και ανεπαρκή βήχα, με αποτέλεσμα κατακράτηση εκκρίσεων, ατελεκτασίες, υποξαιμία και τελικά λοίμωξη και ανεπάρκεια, ανάλογη του βαθμού της αναπνευστικής βλάβης. Ο έντονος πόνος μπορεί να ελαττώσει την κινητικότητα του ασθενούς ευνοώντας την ανάπτυξη της φλεβικής στάσης. Αμφότεροι οι παράγοντες αυτοί αυξάνουν τον κίνδυνο εν τω βάθει φλεβικής θρόμβωσης και πνευμονικής εμβολής που είναι η πιο συχνή

36 αιτία θανάτου τις πρώτες δέκα μετεγχειρητικές ημέρες. Περισσότερο επιβαρύνονται οι καπνιστές, οι ηλικιωμένοι και οι ασθενείς με προϋπάρχουσες παθήσεις των πνευμόνων, (Macintype and Ready, 1999) Επιδράσεις στο πεπτικό και ουροποιητικό σύστημα Η επίδραση του πόνου στην κινητικότητα του πεπτικού και ουροποιητικού συστήματος μπορεί να οδηγήσει σε μετεγχειρητικό ειλεό, ναυτία, έμετο, δυσχέρεια στην ούρηση ή/και επίσχεση ούρων. Επίσης, ο μετεγχειρητικός πόνος επηρεάζει σημαντικά το χρόνο κένωσης του στομάχου, (Macintype and Ready, 1999) Ανοσολογικές επιδράσεις Η εκτίμηση του ανοσοποιητικού συστήματος κατά την περιεγχειρητική περίοδο, γίνεται δύσκολα. Ο πόνος προκαλεί ανοσοκαταστολή και παρατηρείται λευκοκυττάρωση με λεμφοπενία, καταστολή του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος και προδιάθεση για λοιμώξεις, (Tonnesen, 1989) Ψυχολογικές επιδράσεις Ο πόνος ιδιαίτερα αν υπάρχουν προηγούμενες αρνητικές εμπειρίες, είναι δυνατόν να προκαλέσει άγχος και αϋπνία στον ασθενή, τα οποία με τη σειρά τους επιδεινώνουν τον πόνο δημιουργώντας ένα φαύλο κύκλο. Μπορεί επίσης να επηρεάσει αρνητικά τις προσδοκίες και/ή τις αντιλήψεις του ασθενή σε σχέση με τον αναμενόμενο μετεγχειρητικό πόνο. Επιθετική ή ερειστική συμπεριφορά μπορεί να αποτελεί σημάδιά άγχους και έντονου πόνου, (Macintype and Ready, 1999) Επιδράσεις στο ενδοκρινικό σύστημα και το μεταβολισμό Ο πόνος φαίνεται να παίζει ρόλο στην ενεργοποίηση της «απάντησης στο στρες». Η συνολική ενδοκρινική απάντηση στο τραύμα αντανακλάται σε μια αυξημένη έκκριση καταβολικών ορμονών (π.χ κατεχολαμίνες, κορτιζόλη αυξητική ορμόνη, γλυκαγόνη) και μια μειωμένη έκκριση αναβολικών ορμονών (ινσουλίνη, τεστοστερόνη). Αν δεν διακοπεί η ορμονική απάντηση της

37 χειρουργικής διαδικασίας, οδηγεί σε μεταβολισμό υδατανθράκων, αποδόμηση πρωτεϊνών, κινητοποίηση ελεύθερων λιπαρών οξέων, κατακράτηση νατρίου και νερού, (Macintype and Ready, 1999). Η κατανόηση όλων αυτών των φυσιολογικών και ψυχολογικών επιδράσεων του μη επαρκώς ανακουφιζόμενου πόνου δεν είναι πρόσφατη. Το 1987 οι Nimmo & Duthie ξεχώρισαν τέσσερις μείζονες ανεπιθύμητες δράσεις του σοβαρού μετεγχειρητικού πόνου, οι οποίες έχουν ως εξής: -Περιορισμός αναπνευστικών κινήσεων, ιδίως μετά από υψηλή λαπαροτομή ή θωρακοτομή. -Μειωμένη κινητοποίηση εξαιτίας του πόνου που εκλύεται με την κίνηση. -Αυξημένη συμπαθητική δραστηριότητα. -Ορμονική και μεταβολική δραστηριότητα, που προκαλείται από τη χειρουργική επέμβαση και επιδεινώνεται με την αύξηση του πόνου, (Nimmo and Duthie, 1987). Οι J Ketz και R Melzack θέλοντας να τονίσουν την πολυπαραγοντικότητα και την υποκειμενικότητα στην αξιολόγηση του πόνου, εξέφρασαν την πεποίθηση πως η εμπειρία του πόνου δεν ξεκινάει με τον ερεθισμό των αλγοϋποδοχέων, αλλά από το γεγονός ότι τα ερεθίσματα αυτά εισέρχονται σε ένα νευρικό σύστημα, που έχει επηρεαστεί από τις προηγούμενες εμπειρίες, τις πολιτισμικές καταβολές και την ενδεχόμενη παρουσία κατάθλιψης και άγχους, (Beecher, 1959). Η αναγκαιότητα για την μέτρηση του πόνου εκφράσθηκε από τον Huskisson το 1974, ο οποίος σε κλινικές παρατηρήσεις για τα αναλγητικά, είπε ότι οι επαγγελματίες υγείας δεν μπορούν να πουν ότι ο πόνος υποχώρησε, αν δεν τον μετρήσουν, (Huskisson, 1974). 2.3 Μέθοδοι αξιολόγησης του μετεγχειρητικού πόνου Κλίμακες εκτίμησης του μετεγχειρητικού πόνου Η εκτίμηση του πόνου είναι ζωτικής σημασίας στην αποτελεσματική του αντιμετώπιση μετεγχειρητικά. Ωστόσο, όπως προαναφέρθηκε, ο πόνος αποτελεί καθαρά υποκειμενικό στοιχείο που η έκφρασή του εξαρτάται κατά πολύ από την προσωπικότητα του κάθε ασθενή, το πολιτισμικό επίπεδο και άλλους παράγοντες. Για το λόγο αυτό, είναι απαραίτητη η προσπάθεια ποσοτικοποίησής του με τη χρήση συγκεκριμένων κλιμάκων έτσι ώστε να γίνει

38 σωστή εκτίμηση τόσο του μετεγχειρηντικού πόνου, όσο και της αποτελεσματικότητας της θεραπευτικής παρέμβασης. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες κλίμακες αξιολολόγησης του πόνου είναι οι παρακάτω: Περιγραφική κλίμακα (Verbal Rating Scale-VRS) Περιέχει περιγραφικά επίθετα, τα οποία κατατάσσουν τον πόνο ανάλογα με την έντασή του, σε «καθόλου πόνος, ήπιος, μέτριος, έντονος πόνος». Ο ασθενής επιλέγει το επίθετο που ανταποκρίνεται καλύτερα στον πόνο του. Πρόκειται για μία απλή και εύχρηστη κλίμακα που μπορεί να γίνει κατανοητή από άτομα μικρής ή πολύ μεγάλης ηλικίας, όπως επίσης και από άτομα χαμηλού μορφωτικού επιπέδου. Θεωρείται λιγότερο αξιόπιστη, καθώς τα επίθετα που χρησιμοποιούνται δεν έχουν απαραίτητα την ίδια σημασία σε διαφορετικού, (Jensen and Karoly, 1992) Eικόνα 9: Η κλίμα VRS, (τροποποιημένο από, Jensen and Karoly, 1992 ) Οπτική αναλογική κλίμακα (Visual Analogue Scale-VAS) Η κλίμακα VAS παρουσιάστηκε για πρώτη φορά από τον Huskisson το Πρόκειται για ένα εργαλείο μέτρησης του πόνου που ουσιαστικά βασίζεται στην υποκειμενική αυτοαξιολόγηση του ασθενούς όπως και όλες οι υπόλοιπες κλίμακες. Ουσιαστικά πρόκειται για μία ευθεία, οριζόντια γραμμή μήκους 100mm η οποία στο κάθε άκρο της ορίζεται από μία φράση. Στο αριστερό άκρο βρίσκεται η φράση «Καθόλου πόνος» και στο δεξιό η φράση «Υπερβολικός πόνος». Ο ασθενής καλείται να υποδείξει ή να σημειώσει με κάποιο μέσο γραφής το σημείο πάνω στην ευθεία αυτή γραμμή που πιστεύει ότι αντικατοπτρίζει την κατάσταση του. Στη συνέχεια ο επαγγελματίας υγείας μετρά την απόσταση από το αριστερό άκρο σε mm το νούμερο που προκύπτει αντικατοπτρίζει την ένταση του αλγεινού ερεθίσματος. Πρόκειται για μία πολύ απλή κλίμακα αξιολόγησης του πόνου που στα θετικά της θα

39 πρέπει να αναφέρουμε ότι είναι συνεχής και δεν περιέχει κατευθυντήρια σημεία για τον ασθενή (νούμερα-βαθμούς αξιολόγησης), (Huskisson, 1982). Είναι αξιόπιστη με πολύ καλή ευαισθησία τόσο στην εκτίμηση του οξέος πόνου, όσο και στην ανίχνευση μεταβολών στην ένταση του πόνου, (Bijur et al, 2001) Παρόλα αυτά, η χρησιμοποίησή της είναι μία χρονοβόρα διαδικασία καθώς πρέπει να εξηγηθεί λεπτομερώς ο τρόπος χρήσης της. Επιπλέον, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί προφορικά και έτσι εμφανίζονται πρακτικές δυσκολίες στην εφαρμογή της σε άτομα με έντονο πόνο, (Auburn et al, 2003). Τέλος, απαιτεί από τον ασθενή να έχει την ικανότητα να αντιληφθεί την αφηρημένη έννοια της ευθείας γραμμής η οποία αντιστοιχεί στην αίσθηση του πόνου και επομένως δεν μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί σε άτομα χαμηλού μορφωτικού επιπέδου, σε ηλικιωμένους και παιδιά, (Williamson and Hoggart, 2005). εικόνα 3 Εικόνα 10 : Η κλίμακα VAS, (τροποποιημένο από Huskisson, 1982) Έχουν προταθεί αρκετές τροποποιήσεις της κλίμακας VAS. Οι κυριότερες από αυτές είναι η HVAS (Horizontal Visual Analogue Scale), στην οποία το γράφημα έχει οριζόντια τοποθέτηση και η VVAS (Vertical Visual Analogue Scale) στην οποία το γράφημα έχει κάθετη τοποθέτηση Αριθμητική κλίμακα (Numerical Rating Scale-NRS) Πρόκειται ουσιαστικά για μια διαβαθμισμένη μορφή της VAS. Η πιο κοινά χρησιμοποιούμενη μορφή της NRS είναι η εντεκαβάθμια στην οποία, σε σύγκριση με τη VAS το αριστερό ακραίο λεκτικό σημείο «Καθόλου πόνος» έχει αντικατασταθεί με το αριθμητικό «0» και το ακραίο δεξιό λεκτικό σύμβολο «Υπερβολικό πόνος» έχει αντικατασταθεί με το αριθμητικό σύμβολο «10». Μεταξύ των δύο ακραίων σημείων υπάρχει ακέραια αριθμητική διαβάθμιση αντιστοιχιζόμενη ανά εκατοστό σε σχέση με τη VAS «0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10»

40 Κατά τη διεξαγωγή της δοκιμασίας ο ασθενής καλείται να υποδείξει μια ακέραια τιμή η οποία αντιστοιχεί στη ένταση του πόνου του, (Price et al, 1994) Η NRS, όπως και η VAS, είναι μια ιδιαίτερα απλή κλίμακα αυτοαξιολόγησης του πόνου και αυτό το γεγονός την κάνει να είναι ιδιαίτερα χρησιμοποιούμενη. Στα μειονεκτήματα της θα πρέπει να αναφέρουμε την ύπαρξη μόνο ακέραιων τιμών έντασης, κάτι που δεν υπάρχει στη VAS και την κατά πολλούς τάση του ασθενή να υποδεικνύει μεγαλύτερη ένταση πόνου κατά την αυτοαξιολόγηση παρασυρόμενος από την ύπαρξη των διαβαθμίσεων. Παρόλα αυτά συγκεκριμένη κλίμακα είναι απλή και εύχρηστη και μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ασθενείς διαφόρων ηλικιών και μορφωτικών επιπέδων όπως και από αυτούς που δυσκολεύονται να συνεργαστούν λόγω έντονου πόνου αφού μπορεί να χρησιμοποιηθεί και προφορικά, (Auburn et al, 2003). εικόνα 2 Εικόνα 11: Η κλίμακα NRS, (τροποποιημένο από, Auburn et al, 2003) Κλίμακα βαθμονόμησης με προσωπεία (Faces Pain Scale FPS) Πρόκειται για μια πενταβάθμια κλίμακα αυτοαξιολόγησης από την οποία απουσιάζουν τα λεκτικά και τα αριθμητικά σύμβολα και έχουν αντικατασταθεί με προσωπεία. Τα προσωπεία αυτά ανάλογα με την έκφραση τους αντιστοιχούν στην ένταση του επώδυνου ερεθίσματος όπως φαίνεται και παρακάτω. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε ασθενείς με μειωμένη αντίληψη ή προβλήματα κατανόησης και επικοινωνίας, όπως οι ψυχιατρικοί, οι παιδιατρικοί και οι γηριατρικοί ασθενείς, (Bieri et al, 1990) Εικόνα 12: Η κλίμακα FPS, (τροποποιημένο από, Bieri et al, 1990)

41 Το ερωτηματολόγιο πόνου του McGill- MPQ Το ερωτηματολόγιο πόνου αναπτύχθηκε από τους Melzack και Torgerson, (Melzack and Torgenson,1971), οι οποίοι προσπάθησαν να συμπεριλάβουν σε μία μόνο διαδικασία αξιολόγησης τις περισσότερες(αισθητικές, συναισθηματικές, γνωστικές) παραμέτρους μιας εμπειρίας πόνου. Αποτελείται από ογδόντα περιγραφικές λέξεις που χαρακτηρίζουν τον πόνο, οι οποίες χωρίζονται σε ομάδες και ο ασθενής πρέπει να διαλέξει μία λέξη από την κάθε ομάδα, ως αυτή που χαρακτηρίζει το δικό του πόνο. Κάθε απάντηση έχει μια βαθμολογία και όλα μαζί αθροίζονται και δίνουν ένα σύνολο, το οποίο θεωρείται ως δείκτης αξιολόγησης του πόνου. Μετρώνται επίσης ο αριθμός των λέξεων που επιλέχθηκαν από τον ασθενή και η ένταση του παρόντος πόνου σε μια κλίμακα βασισμένη από το ένα έως το πέντε. Χρειάζονται δέκα με είκοσι λεπτά για τη συμπλήρωσή του ενώ υπάρχει και η σύντομη μορφή του που απαιτεί δύο με πέντε λεπτά. Έχει χρησιμοποιηθεί κυρίως για την εκτίμηση του πόνου χρονίως πασχόντων(meltzak, 1975). 2.4 Η σωστή εκτίμηση του πόνου Σύμφωνα με τις συστάσεις της Αμερικάνικης Εταιρείας Πόνου, ( ), που εκδόθηκαν τον Ιούνιο του 2006, κατά την εκτίμηση του μετεγχειρητικού πόνου θα πρέπει οι επαγγελματίες υγείας να έχουν στο μυαλό τους τα παρακάτω στοιχεία: 1 Το βασικό στοιχείο για την εκτίμηση του μετεγχειρητικού πόνου είναι η εκτίμηση του ίδιου του ασθενή, η οποία πρέπει να γίνεται πάντα αποδεκτή και όταν ο ασθενής δεν έχει δυνατότητα επικοινωνίας να χρησιμοποιούνται μέθοδοι εκτίμησης συμπεριφοράς ή/και φυσιολογικές παράμετροι. 2 Ο πόνος θα πρέπει να εκτιμάται κατά την ηρεμία και την κίνηση. 3 Η εκτίμηση του πόνου θα πρέπει να γίνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα κατά την άμεση μετεγχειρητική περίοδο, ανάλογα με τη σοβαρότητα του πόνου και τη βαρύτητα της επέμβασης. 4 Η επανεκτίμηση του πόνου θα πρέπει επίσης να γίνεται σε κάθε νέα αναφορά πόνου και μετά από κάθε θεραπευτική παρέμβαση αφήνοντας να περάσει κατάλληλο χρονικό διάστημα (τριάντα λεπτά μετά από

42 παρεντερική χορήγηση αναλγητικού και μία ώρα μετά από χορήγηση από το στόμα). 5 Είναι βασικό να καταγράφεται κάθε εκτίμηση στην κάρτα του ασθενή. 6 Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δίνεται στις ανάγκες ιδιαίτερων πληθυσμών με προβληματική επικοινωνία (παιδιά, διανοητική στέρηση, προβλήματα ακοής, διαφορετική γλώσσα) προκειμένου να χρησιμοποιούνται ειδικά για αυτούς εργαλεία εκτίμησης. 2.5 Η υποθεραπεία του πόνου Παρά την πρόσφατη πρόοδο στην κατανόηση της φυσιολογίας του οξέος πόνου, της ανάπτυξης νέων οπιοειδών και μη οπιοειδών αναλγητικών, των καινοτόμων μεθόδων χορήγησης αυτών και την ευρύτερη χρήση ελάχιστα επεμβατικών χειρουργικών τεχνικών που μειώνουν τον πόνο, ο πόνος που εμφανίζεται μετά από χειρουργικές επεμβάσεις εξακολουθεί να αποτελεί πρόκληση για πολλούς επαγγελματίες υγείας, (White 2008, White and Kehlet, 2010). Πρόσφατες έρευνες για την αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη έδωσαν έμφαση στη ανεπαρκή ποιότητα διαχείρισης του μετεγχειρητικού πόνου και στην ανάγκη για περαιτέρω βελτιώσεις, (Apfebaum et al 2003, White 2008, Benhamou et al, 2008). Ο οξύς μετεγχειρητικός πόνος υποθεραπεύεται ακόμα και σήμερα. Από τη δεκαετία του 50 και μέχρι σήμερα ένα μεγάλο τμήμα της βιβλιογραφίας αναφέρεται στην ανεπαρκή αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου, (Marks and Sachar 1973, Benhamou et al, 2008). Κατά μέσον όρο περισσότερο από το 50% των ασθενών μετά από μια χειρουργική επέμβαση, αναφέρει σοβαρό πόνο και ανεπαρκή αντιμετώπιση. Επιπλέον σε όλο αυτό το χρονικό διάστημα η ενδομυϊκή χορήγηση αναλγητικών, εξακολουθεί να παραμένει η παραδοσιακή και πλέον προσφιλής μέθοδος αναλγησίας, (Cohen 1980, Donovan, 1983). Η παραδοσιακή προσέγγιση στο μετεγχειρητικό πόνο με τη χορήγηση οπιοειδών, όταν ο ασθενής πονέσει οδηγεί τουλάχιστον 50% των ασθενών σε ανεπαρκή επίπεδα αναλγησίας. Σύγχρονες μελέτες έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι οι επαγγελματίες υγείας παρουσιάζουν ελλιπείς γνώσεις για τον πόνο και τη διαχείριση αυτού, με αποτέλεσμα την υποθεραπεία του, (Erkes et al 2001, Visentin et al, 2007)

43 Οι Bennett & St Marie το 2002, (Bennet and St Marie, 2002) επισήμαναν ότι η υποθεραπεία του μετεγχειρητικού πόνου συνεχίζει να αποτελεί πρόβλημα μείζονος κλινικής σημασίας για να ακολουθήσει το 2004 ο Mac Lellan, (Mac Lellan, 2004). Ο Gross και οι συνεργάτες του, σε ερευνά τους επισημαίνουν ότι από τους 110ασθενείς σε μια χειρουργική κλινική οι μισοί δεν ρωτήθηκαν καθόλου για την ένταση του πόνου τους για 24 ώρες μετά από τη χειρουργική επέμβαση, τονίζοντας έτσι το πρόβλημα που υπάρχει στην εκτίμηση και αξιολόγηση του μετεγχειρητικού πόνου, (Gross et al, 2002). Στον Ελλαδικό χώρο δεν υπάρχει κάποια ερευνητική μελέτη που να εκτιμά το επίπεδο γνώσεων των επαγγελματιών υγείας για τον μετεγχειρητικό πόνο και το γεγονός αν ο μετεγχειρητικός πόνος υποθεραπεύεται ή όχι. Μία μελέτη που διερευνά τις στάσεις και τις γνώσεις των Ελλήνων επαγγελματιών υγείας (νοσηλευτές και γιατροί) στη διαχείριση του πόνου, έδειξε αναποτελεσματική διαχείριση του πόνου, (Κωνσταντή και συν.,2010), ενώ μία άλλη που μελετά τις γνώσεις των νοσηλευτών σε ογκολογικό νοσοκομείο είχε σαν αποτέλεσμα την διαπίστωση έλλειψης γνώσεων στην διαχείριση του πόνου των ογκολογικών ασθενών, (Patiraki et al, 2006).Παρά δε το γεγονός, ότι συνεχώς εμφανίζονται νεώτερα αναλγητικά φάρμακα και τεχνικές, μελέτες για την αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου, εξακολουθούν να εμφανίζουν φτωχά αποτελέσματα στην αντιμετώπισή του, (Donovan 1983, Macintype and Ready, 1999) Φαίνεται λοιπόν, πως το πρόβλημα δεν είναι στην αδυναμία αντιμετώπισης του αλλά σε άλλα αίτια, τα κυριότερα από τα οποία είναι: -Η ελλιπής εκπαίδευση στην αντιμετώπιση του πόνου όχι μόνο των γιατρών και των νοσηλευτών, αλλά και των ίδιων των ασθενών. -Η άγνοια βασικών αρχών φαρμακοκινητικής, με αποτέλεσμα να χορηγούνται τα αναλγητικά φάρμακα σε ανεπαρκείς δόσεις και σε δυσανάλογα μεγάλα διαστήματα. Για παράδειγμα, παρόλο που η πεθιδίνη έχει διάρκεια δράσης από 2-4 ώρες, συνήθως δίδονται οδηγίες για IΜ χορήγηση της ανά εξάωρο. Επίσης, η πεθιδίνη είναι λιποδιαλυτό φάρμακο και επομένως εάν χορηγηθεί στο γλουτό, έχει λιγότερο σταθερή απορρόφηση παρά αν χορηγηθεί στο δελτοειδή μυ, που έχει λιγότερο λίπος. Τα δεδομένα αυτά εξηγούν γιατί μπορεί να υπάρχουν διαφορές μέχρι και 8 φορές στο επίπεδο επιταχυνόμενης αναλγησίας με πεθιδίνη καθώς επίσης, γιατί υπάρχει δυσκολία επίτευξης

44 θεραπευτικών επιπέδων των αναλγητικών στο αίμα όταν δίδονται οδηγίες ενδομυϊκής χορήγησης «μόνον όταν ο ασθενής πονέσει». -Αδυναμία των επαγγελματιών υγείας να κατανοήσουν το γεγονός ότι ο ειδικός για την αντιμετώπιση του πόνου είναι ο ίδιος ο ασθενής. -Η ανεπαρκής και μη ακριβής αξιολόγηση του πόνου έχει σαν αποτέλεσμα ο πόνος είτε να υποτιμάται, είτε να υπερεκτιμάται. -Ο φόβος πρόκλησης αναπνευστικής και κεντρικής καταστολής. -Ο φόβος ανάπτυξης εθισμού. Παρόλο ότι τόσο η κλινική όσο και η επιστημονική εμπειρία δείχνουν ότι λιγότερο από το 1% των ασθενών που έχουν αντιμετωπιστεί επαρκώς για οξύ πόνο, εθίστηκαν σαν αποτέλεσμα της θεραπείας του πόνου, εντούτοις ο φόβος του εθισμού εξακολουθεί να υπάρχει. -Ο φόβος ανάπτυξης εθισμού. Παρόλο ότι τόσο η κλινική όσο και η επιστημονική εμπειρία δείχνουν ότι λιγότερο από το 1% των ασθενών που έχουν αντιμετωπιστεί επαρκώς για οξύ πόνο, εθίστηκαν σαν αποτέλεσμα της θεραπείας του πόνου, εντούτοις ο φόβος του εθισμού εξακολουθεί να υπάρχει. Άλλες παρανοήσεις σχετικά με τον μετεγχειρητικό πόνο που οδηγούν σε υποθεραπεία είναι: -Οι ασθενείς που ζητούν περισσότερη αναλγησία έχουν είτε παθολογική ψυχολογία ή έχουν αναπτύξει εθισμό -Οι γιατροί και οι νοσηλευτές γνωρίζουν καλύτερα από τον ίδιο τον ασθενή, πότε και πόση αναλγησία χρειάζεται ο ασθενής. Χαρακτηριστικό είναι ότι η κλινική τους κρίση επηρεάζεται από την ηλικία, το φύλο, την εθνικότητα ακόμα και από την ελκυστικότητα του ατόμου, (Karen et al, 2007). Όλα αυτά σε συνδυασμό με μερικούς από τους πολλούς μύθους που έχουν να κάνουν με την αντιμετώπιση του πόνου έχουν ως αποτέλεσμα τη μη ιδανική αναλγησία σε πολλούς ασθενείς

45 Εικόνα 13: Τόπος δράσης των κυριοτέρων φαρμακευτικών ουσιών που χρησιμοποιούνται στη μετεγχειρητική αναλγησία, (τροποποιημένο από,

46 Κεφάλαιο 3 3. Προκλητά Δυναμικά (Evoked Potentials) και ηλεκτρομυογραφία 3.1 Εισαγωγή Στα 1937, ο χειρουργός W. Penfield εφάρμοσε για πρώτη φορά τα προκλητά δυναμικά στις κλινικές μελέτες. Συγκεκριμένα η μέθοδος εφαρμόστηκε στον τομέα της νευροχειρουργικής με σκοπό την χαρτογράφηση των κινητικών καθώς και άλλων περιοχών του εγκεφάλου. Πρόκειται ουσιαστικά για μια ηλεκτρομυογραφική καταγραφή της απτής ευαισθησίας σε συγκεκριμένα σημεία του σώματος και συχνότερα στα άκρα, μέσω της ταχύτητας μετάδοσης των νευρικών ώσεων προς τον εγκέφαλο. Στην κλινική πράξη χρησιμεύουν ώστε να αναδεικνύεται πλήθος νευροψυχολογικών διαταραχών όπως οι απομυελινωτικές νόσοι και οι αισθητικές διαταραχές περιφερικών νεύρων. Εκτός από τη διάγνωση τα ΠΔ έχουν αξία και στην παρακολούθηση της πορείας του ασθενούς καθώς και της ανταπόκρισης του στην θεραπεία. Επειδή όπως αναφέραμε και παραπάνω τα προκλητά δυναμικά δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια ηλεκτρομυογραφική καταγραφή της απάντησης του εγκεφάλου σε συγκεκριμένο προκλητό ερέθισμα κρίνεται απαραίτητα να γίνει μια συνοπτική αναφορά στις βασικές αρχές της ηλεκτρομυογραφίας και της λήψης του ηλεκτρομυογραφικού σήματος. 3.2 Ηλεκτρομυογραφία Ιστορική αναδρομή Η αρχή της ηλέκτρομυογραφίας μπορεί να τοποθετηθεί στα Τι είναι όμως η ηλεκτρομυογραφια; Ως ηλεκτρομυογραφία ορίζουμε την καταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας ενός μυός η οποία εκτελείται με την βοήθεια μιας συσκευής η οποία ονομάζεται ηλεκτρομυογράφος. Ο Francesco Redi σε επιστημονική του αναφορά της εποχής εκείνης αναφέρει ότι η σύσπαση των μυών του ηλεκτροφόρου σαλαχιού παράγει ηλεκτρισμό. Στα 1773 ο Walsh επιδυκνείει για πρώτη φορά δημόσια ότι ο μυϊκός ιστός του χελιού παράγει κατά τη σύσπαση του ηλεκτρικό σπινθήρα. Λίγο αργότερα, στα 1792, ανευρίσκεται μια δημοσίευση του Luigi Galvani με τίτλο "De Viribus

47 Electricitatis in Motu Musculari Commentarius" που για πρώτη φορά αποδεικνύεται ότι μια ηλεκτρική εκκένωση μπορεί να προκαλέσει σύσπαση στον μυϊκό ιστό. Έξι δεκαετίες αργότερα, στα 1849 ο Dudio-Raymond ότι είναι εφικτό να γίνει καταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας κατά την εκούσια σύσπαση ενός μυός. Η πρώτη επίσημη ηλεκτρομυογραφική καταγραφή έγινε 40 σχεδόν χρόνια αργότερα από τον Marey, ο οποίος ήταν ο πρώτος ο οποίος εισήγαγε τον όρο «ηλεκτρομυογραφία». Στα 1922 ο Gasser και ο Erlanger χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά έναν παλμογράφο για να δείξουν το ηλεκτρικό σήμα που παράγεται κατά την σύσπαση ενός μυός. Λόγο της φύσης του ηλεκτρικού σήματος που παράγεται από την μυϊκή συστολή μόνο πολύ έντονες διαφοροποιήσεις σε αυτό μπορούσαν να γίνουν αντιληπτές και να καταγραφούν. Η ικανότητα ανίχνευσης ηλεκτρομυογραφικων σημάτων αυξανόταν σταθερά από το 1930 έως το 1950 και οι ερευνητές άρχισαν να χρησιμοποιούν πιο εξελιγμένα ηλεκτρόδια για την καταγραφή των σημάτων. Η κλινική χρήση του επιφανειακού ηλεκτρομυογραφήματος (SEMG) για την διάγνωση ασθενειών άρχισε να εδραιώνεται στα Ο Hardyck και οι συνεργάτες του στα 1966 ήταν οι πρώτοι κλινικοί γιατροί που χρησιμοποίησαν ευρέως το SEMG. Eικόνα 14: Από αριστερά προς τα δεξιά, Francesco Redi, Luigi Galvani, J. Marey, ερευνητές που συνέδεσαν το όνομα τους με την πρόοδο της ηλεκτρομυογραφίας Στις αρχές της δεκαετίας του 80 ο Cram και ο Steger παρουσίασαν μια καινούργια μέθοδο καταγραφής της ηλεκτρομυογραφικής δραστηριότητας σε μια πλειάδα μυών χρησιμοποιώντας μία και μόνη συσκευή. Οι γνώσεις μας πάνω στο επιφανειακό ηλεκτρομυογράφημα (SEMG) καθώς και του αριθμού των εφαρμογών του έχουν αυξηθεί πάρα πολύ τα τελευταία χρόνια. Το SEMG χρησιμοποιείται σήμερα από την πλειονότητα των

48 εργαστηρίων κινηματικής ανάλυσης της βάδισης καθώς και από πολλούς γιατρούς σαν μέθοδος επανατροφοδόφοδότησης (Biofeedback) για την λειτουργική αποκατάσταση πολλών νευρολογικών και όχι μόνο παθήσεων. Πέρα από τις παραπάνω εφαρμογές το SEMG χρησιμοποιείται σε πολλά ερευνητικά εργαστήρια όπως αυτά που μελετούν την εμβιομηχανική του ανθρωπίνου σώματος, τον νευρομυϊκό έλεγχο και έχει εφαρμογή ακόμη και στη φυσικοθεραπεία Το ηλεκτρομυογραφικό σήμα Ένα βιοιατρικό σήμα είναι το άθροισμα ενός ηλεκτρικού σήματος από ένα όργανο του ανθρωπίνου σώματος που αναπαριστά μια φυσική παράμετρο ενδιαφέροντος. Το σήμα αυτό είναι συνάρτηση του χρόνου και περιγράφεται από 3 παραμέτρους. Το πλάτος, την συχνότητα και την φάση. Το EMG δηλαδή περιγράφει το μέγεθος του ηλεκτρικού δυναμικού που παράγεται στους μύες τόσο κατά τη διάρκεια της συστολής όσο και κατά τη διάρκεια της ηρεμίας, (Chu-Andrews andjohnson, 1986). Για να κατανοήσουμε όμως την έννοια του ηλεκτρομυογραφηματος και της ηλεκτρομυογραφιας κρίνεται απαραίτητο να γίνει μια συνοπτική αναφορά στη δομή και τη λειτουργία της βασικής μονάδας του μυϊκού συστήματος, της μυϊκής ίνας. Η μυϊκή ίνα είναι η βασική δομική και λειτουργική μονάδα του μυός. Κάθε μία αποτελεί μια κυψέλη η οποία απαρτίζεται από πολλές εκατοντάδες πυρήνες. Οι μυϊκές ίνες είναι τακτοποιημένες σε δέσμες διαφορετικών διαστάσεων μου ονομάζονται μυϊκές δεσμίδες. Ο χώρος μεταξύ των μυϊκών ινών μαζί με τις μυϊκές δεσμίδες καλύπτεται από συνδετικό ιστό ενώ ολόκληρος ο μυς καλύπτεται από ένα παχύτερο στρώμα συνδετικού ιστού, (Basmajian and DeLuca, 1985). Εικόνες 15,16: Σχηματική απεικόνιση της δομής ενός σκελετικού μυός

49 Ένας τυπικός σκελετικό μυς μπορεί να επιμηκυνθεί, έχοντας μήκος από μm και μήκος από μερικά mm έως μερικά cm, φτάνοντας μερικές φορές ακόμα και τα 30 cm. O επίπεδος κυτταρικός πυρήνας των μυϊκών ινών βρίσκεται κάτω από την κυτταρική μεμβράνη και διαιρείται σε νέες ίνες, διαμέτρου 1μm περίπου που ονομάζονται μυοϊνίδια. Τα μυοϊνίδια μπορούν να εξεταστούν στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εμφανίζοντας κάποιες ζώνες που ονομάζονται ισότροπες ή Ι- μπάντες, κάποιες άλλες που καλούνται ανισσότροπες ή Α-μπάντες και τέλος τις Ζ-μπάντες που μπορούν να χρωματιστούν με βασικές χρωστικές όπως η αιματοξυλίνη. Κατά τη συστολή του μυός οι Ι-μπάντες συρρικνώνονται σε αντίθεση με τις Α-μπάντες που διατηρούν σταθερό το μήκος τους, (Basmajian, 1967). Εικόνα 17: Σχηματική απεικόνιση της δομής μιας μυϊκής ίνας Κάθε μυοϊνίδιο αποτελείται από ένα σύνολο μυονηματίων. Αυτά, διαχωρίζονται εγκάρσια από τις Η-μπάντες(περιλαμβάνονται στις Α-μπάντες) σε σειριακά επαναλαμβανόμενες περιοχές οι οποίες ονομάζονται σαρκομερίδια το μήκος των οποίων εξαρτάται από τη δύναμη που εφαρμόζεται στα άκρα του μυός. Δύο τύποι μυονηματίων διακρίνονται σε κάθε σαρκομερίδιο: τα λεπτά νημάτια διαμέτρου nm που ονομάζονται νημάτια ακτίνης και μυονημάτια διαμέτρου 12nm τα οποία καλούνται νημάτια μυοσίνης. Η διάταξη και η αλληλοσυσχέτιση των νηματίων ακτίνης και

50 μυοσίνης επηρεάζουν τη μεταβολή του μήκος του μυός, όταν αυτός υποβάλλεται στην εφαρμογή ερεθίσματος, (Basmajian, 1967) Από την σκέψη στην κίνηση Η κίνηση του ανθρωπίνου σώματος είναι αποτέλεσμα της μυϊκής συστολής που επιτυγχάνεται με τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε μηχανική. Αυτός ο ενεργειακός μετασχηματισμός επιτελείται στα μυϊκά κύτταρα, δηλαδή στις μυϊκές ίνες που λειτουργούν με τον έλεγχο της βούλησης μέσα από εντολές που προέρχονται από το κεντρικό νευρικό σύστημα τις νευρικές ώσεις. Η συσχέτιση αυτή και η αλληλουχία του νευρικού και του μυϊκού συστήματος με σκοπό την επίτευξη της μυικής συστολής αποτελεί ένα πολύ μεγάλο κεφάλαιο της φυσιολογίας. Είναι λοιπόν εύκολα κατανοητό ότι για να υπάρξει κίνηση είναι απαραίτητη η ύπαρξη ερεθίσματος το οποίο φτάνει στον μυ μέσα από τις νευρικές ίνες. Το ερέθισμα αυτό καλείται νευρική ώση. Ως νευρική ώση λοιπόν χαρακτηρίζεται η ηλεκτροχημική διαταραχή που δημιουργείται σε ένα νευρικό κύτταρο από ηλεκτρικά, χημικά ή μηχανικά ερεθίσματα και μεταφέρεται κατά μήκος του νευράξονα. Η διαταραχή αυτή αντιστοιχεί στις μεταβολές που παρατηρούνται στην πόλωση της κυτταρικής μεμβράνης ως αποτέλεσμα των μεταβολών της διαπερατότητας της στα ιόντα Νa + και Κ +. Στις μεμβράνες όλων ουσιαστικά των κυττάρων του σώματος υπάρχουν ηλεκτρικά δυναμικά. Στο εσωτερικό των κυττάρων και αμέσως κάτω από την κυτταρική τους μεμβράνη υπάρχουν αρνητικά φορτισμένα ιόντα (ανιόντα) και αμέσως άνωθεν της μεμβράνης συγκεντρώνεται ποσότητα θετικά φορτισμένων ιόντων (κατιόντα) Δυναμικό ηρεμίας νευρικής ίνας Στην υποθετική περίπτωση που οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων μέσα και έξω από τη νευρική ίνα ήταν ίσες το δυναμικό της μεμβράνης, δηλαδή η διαφορά δυναμικού μεταξύ του εσωτερικού και του εσωτερικού της θα ήταν μηδέν. Κάτι τέτοιο όμως δεν συμβαίνει και ένα φυσιολογικό κύτταρο αναπτύσσει αυτόματα διαφορά δυναμικού μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής του πλευράς. Αυτό επιτυγχάνεται με την μεταφορά ιόντων

51 διαμέσω της μεμβράνης του κυττάρου με έναν μηχανισμό που ονομάζεται αντλία Νατρίου Καλίου. Η αντλία νατρίου μεταφέρει μερικά από τα θετικά φορτισμένα ιόντα νατρίου από το εσωτερικό στο εξωτερικό της μεμβράνης με αποτέλεσμα το εσωτερικό της να είναι αρνητικά φορτισμένο. Η ίδια η αντλία του νατρίου είναι και αντλία καλίου μεταφέροντας ιόντα καλίου από το εξωτερικό της μεμβράνης στο εσωτερικό της. Για κάθε 3 ιόντα νατρίου που μεταφέρονται από το εσωτερικό της μεμβράνης στο εξωτερικό της, 2 ιόντα καλίου εισέρχονται στο εσωτερικό της μεμβράνης. Έτσι επιτυγχάνεται περίσσια θετικών φορτίων στο εξωτερικό της μεμβράνης. Με τον τρόπο αυτόν επιτυγχάνεται η δημιουργία αρνητικού δυναμικού μεμβράνης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου. Εικόνα 18: Σχηματική απεικόνιση της αντλίας ιόντων Να +, Κ + και του δυναμικού ηρεμίας της κυτταρικής μεμβράνης Το δυναμικό της μεμβράνης χρησιμοποιείται από τις νευρικές και τις μυϊκές ίνες για την μεταβίβαση των νευρικών και των μυϊκών ώσεων αντίστοιχα. Η νευρική ώση μεταδίδεται από το κεντρικό νευρικό σύστημα ξεκινώντας αρχικά σαν εντολή από τον εγκέφαλο και καταλήγοντας σαν ηλεκτρικό ερέθισμα στον νευράξονα του κινητικού νευρικού κυττάρου στην τελική κινητική πλάκα που αποτελεί την νευρομυϊκή σύναψη. Όταν η νευρική ώση φτάσει στην τελική κινητική πλάκα εκπολώνεται η νευρική ίνα και απελευθερώνεται ακετυλοχολίνη μέσω των συναπτικών κυστιδίων. Η ακετυλοχολίνη, που είναι ένας χημικός νευροδιαβιβαστής, διαχέεται στην συναπτική σχισμή μεταξύ της νευρικής και της μυϊκής ίνας και ενώνεται τελικά με τους υποδοχείς της τελευταίας, οι οποίοι υπάρχουν σε πληθώρα στην

52 μεμβράνη της τελικής πλάκας, αυξάνοντας τελικά τη διαπερατότητα της μεμβράνης σε ιόντα Νατρίου και Καλίου Εκπόλωση νευρικής ίνας Σε κατάσταση ηρεμίας η εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης έχει αρνητικό φορτίο και εξωτερική επιφάνεια θετικό φορτίο. Όταν αυξηθεί απότομα η διαπερατότητα της για τα ιόντα νατρίου, λόγω μεταβίβασης της νευρικής ώσης, πολλά από τα ιόντα νατρίου, που βρίσκονται σε μεγάλη συγκέντρωση στην εξωτερική επιφάνεια της ίνας, εισρέουν στο εσωτερικό της μεταφέροντας θετικά φορτία. Εικόνα 19: Γραφική αναπαράσταση του δυναμικού ενεργείας της μεμβράνης και αντιστοίχηση της με τις φάσεις μεταφοράς των ιόντων Το γεγονός αυτό προκαλεί μείωση του φυσιολογικού αρνητικού δυναμικού ηρεμίας και τη δημιουργία ηλεκτροθετικότητας στο εσωτερικό της ίνας. Η απότομη απώλεια του φυσιολογικού αρνητικού δυναμικού του εσωτερικού της ίνας ονομάζεται εκπόλωση και το θετικό δυναμικό που αναπτύσσεται στιγμιαία στο εσωτερικό της ίνας καλείται δυναμικό αναστροφής Επαναπόλωση νευρικής ίνας Αμέσως μετά την εκπόλωση οι πόλοι της μεμβράνης γίνονται πάλι σχεδόν αδιαπέραστοι για τα ιόντα νατρίου και ταυτόχρονα περισσότερο διαπερατοί απ ότι σε φυσιολογικές συνθήκες για τα ιόντα καλίου. Συνεπώς σταματά η μετακίνηση ιόντων νατρίου προς το εσωτερικό της ίνας και αντίθετα, αρχίζουν να μετακινούνται προς τα έξω ιόντα καλίου, λόγω του μεγέθους της συγκέντρωσης στο εσωτερικό. Επειδή τα ιόντα καλίου είναι θετικά

53 φορτισμένα, η περίσσεια των θετικών φορτίων του εσωτερικού της ίνας μεταφέρεται πάλι έξω από αυτή, με αποτέλεσμα την αποκατάσταση του φυσιολογικού δυναμικού ηρεμίας της μεμβράνης. Η διαδικασία αυτή καλείται επαναπόλωση. Εικόνα 20: Σχηματική απεικόνιση όλων των φάσεων μεταφοράς της νευρικής ώσης κατά μήκος του νευρώνα Δυναμικό ενεργείας της μυϊκής ίνας Μόλις η νευρική ώση φτάσει στην τελική κινητική πλάκα, δημιουργεί το δυναμικό της τελικής κινητικής πλάκας, που με τη σειρά του παράγει το μυϊκό δυναμικό δράσης, το οποίο μεταφέρεται προς τις δύο κατευθύνσεις κατά μήκος της μυϊκής ίνας. Το δυναμικό δράσης σε κάποιο σημείο της διεγερμένης μεμβράνης μεταβιβάζεται και στα γειτονικά τμήματα της, με αποτέλεσμα την διάχυση του σε όλον τον μυ. Συγκεκριμένα, στη διάρκεια της εκπόλωσης της κυτταρικής μεμβράνης, θετικά φορτία της εσωτερικής της επιφάνειας μεταφέρονται από το σημείο εκπόλωσης προς τις γειτονικά αρνητικά φορτισμένες περιοχές της μεμβράνης, ενώ στο εξωτερικό της μετακινούνται θετικά φορτία από τις γειτονικές περιοχές που είναι σε ηρεμία σε σχέση με την περιοχή εκπόλωσης. Με την κυκλική αυτή μετακίνηση των φορτίων ελαττώνεται η διαφορά δυναμικού στις περιοχές της μεμβράνης που συνορεύουν με τις περιοχές αρχικής εκπόλωσης. Όταν η μείωση της διαφοράς δυναμικού υπερβεί τα 15mV τότε στις περιοχές αυτές δημιουργείται νέο δυναμικό δράσης που στη συνέχεια με τον ίδιο μηχανισμό προκαλεί διέγερση των γειτονικών περιοχών κ.ο.κ., μέχρι τελικής μετακίνησης της νευρικής διέγερσης σε όλο το μήκος του κυττάρου

54 Εικόνα 21: Πως ακριβώς επιτελείται η μεταφορά των ιόντων Να +, Κ +, κατά τη διάρκεια όλων των φάσεων του δυναμικού της μεμβράνης Η μεταβίβαση των διαδικασιών της εκπόλωσης κατά μήκος της μυϊκής ίνας και προς τις δύο κατευθύνσεις καλείται μυϊκή ώση και έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία του δυναμικού δράσης της μυϊκής ίνας (muscle fiber action potential, MAP), που μεταδίδεται από την τελική κινητική πλάκα κατά μήκος της μυϊκής ίνας. Οι μυϊκές ίνες που νευρώνονται από την ίδια κινητική νευρική ίνα ονομάζονται κινητική μονάδα. Η άθροιση στο χώρο και στο χρόνο των δυναμικών δράσης όλων των μυϊκών ινών (MAPS) μιας κινητικής μονάδας καλείται δυναμικό δράσης κινητικής μονάδας (motor unit action potential, MUAP) και είναι το ηλεκτρικό σήμα που παράγεται στις μυϊκές ίνες σαν αποτέλεσμα της επιστράτευσης της αντίστοιχης κινητικής μονάδας, (Cram, 1986) Εικόνα 22: Μαθηματικά δημιουργημένα MUAPs, (Κουτσούρης και συν., 2003)

55 Η παραπάνω αναφορά στο μηχανισμό δημιουργίας και μεταβίβασης της νευρικής ώσης στους μύες και ο μηχανισμός μυϊκής συστολής γίνεται με σκοπό την καλύτερη κατανόηση από τον αναγνώστη της προέλευσης της ηλεκτρική δραστηριότητα που καταγράφει το ηλεκτρομυογράφημα Το ηλεκρομυογράφημα Η μυϊκή δραστηριότητα ελέγχεται από το κεντρικό νευρικό σύστημα και ως εκ τούτου το ηλεκτρομυογραφικό σήμα είναι μια ηλεκτρική δραστηριότητα η οποία προέρχεται από την εκπόλωση των τελικών κινητικών μονάδων και εξαρτάται από τις ανατομικές και φυσιολογικές ιδιότητες των μυών. Κάθε φορά που ένα δυναμικό ενεργείας διατρέχει μια μυϊκή ίνα, ένα μικρό μέρος της ηλεκτρικής δραστηριότητας (ηλεκτρικό ρεύμα) μεταδίδεται από τον μυ στο δέρμα. Η μεταφορά αυτή είναι αρθροιστική, δηλαδή αν συστέλλονται ταυτόχρονα πολλές μυϊκές ίνες οι τιμές των δυναμικών αθροίζονται στο δέρμα δίνοντας υψηλές τιμές. Έτσι αν τοποθετήσουμε δύο ηλεκτρόδια στην επιφάνεια του δέρματος, πάνω από τον αντίστοιχο μύ που θέλουμε να μελετήσουμε ή αν εισαγάγουμε βελονοειδή ηλεκτρόδια μέσα σε αυτόν, είναι δυνατή η ηλεκτρική καταγραφή της διέγερσης του. Το σύνολο λοιπόν, αλγεβρικό άθροισμα, των δυναμικών ενεργείας ενός μυός και η καταγραφή τους με τη χρήση ειδικού εξοπλισμού καλείται ηλεκτομυογραφική μελέτη ή αλλιώς ηλεκτρομυογράφημα (ΗΜΓ EMG) Η καταγραφή του ΗΜΓ σήματος Για την καταγραφή των μυοηλεκτρικών σημάτων απαιτείται όπως είναι εύκολα κατανοητό ειδικός εξοπλισμός ο οποίος διαιρείται σε δύο γενικές κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία αφορά τη λήψη, ενίσχυση και καταγραφή του μυοηλεκτρικού σήματος, ενώ η δεύτερη την επεξεργασία του σήματος και περιλαμβάνει όλα τα φίλτρα, τα ολοκληρωμένα κυκλώματα και κάθε άλλο τμήμα του εξοπλισμού που είναι απαραίτητο και χρήσιμο για την ανάλυση και τροποποίηση του μυοηλεκτρικού σήματος και την περαιτέρω ανάλυση του

56 Καταγραφή των δυναμικών Για την καταγραφή του ΗΜΓ σήματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν ένα ή δύο ηλεκτρόδια. Έχει επικρατήσει η χρήση των δύο ηλεκτροδίων σε ένα διπολικό μοντέλο θεωρώντας ότι το ρεύμα συγκεντρώνεται σε δύο σημεία κατά μήκος της μυϊκής ίνας. Εικόνα 23: Τυπικό ολοκληρωμένο κύκλωμα ηλεκτρομυογράφου με τη χρήση ηλεκτροδίων βάθους, (Κουτσούρης και συν., 2003) Η πηγή του ρεύματος «Ι» αντιπροσωπεύει την εκπόλωση (depolarization) ενώ η πτώση του στην τιμή «-Ι» την επαναπόλωση (repolarization). To δυναμικό καταγράφεται από ένα σημειακό ηλεκτρόδιο που βρίσκεται σε απόσταση r από την πηγή του ρεύματος και δίδεται από τον τύπο: Mαθηματικός τύπος 1: Τροποποιημένο από Κουτσούρης και συν., 2003 Όπου σ είναι η αγωγιμότητα (conductivity) του μέσου, το οποίο θεωρείται ισότροπο, δηλαδή παρουσιάζει την ίδια αγωγιμότητα προς όλες τις κατευθύνσεις. Το καθαρό δυναμικό που καταγράφεται από το σημειακό ηλεκτρόδια είναι: Mαθηματικός τύπος 2: Τροποποιημένο από Κουτσούρης και συν., 2003 Όπου r 1 και r 2 είναι οι αντίστοιχες αποστάσεις

57 Όταν χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρόδιο, συλλέγεται ένα διφασικό κύμα. Τα περισσότερα ηλεκτρομυογραφήματα δύο ηλεκτρόδια καταγραφής πάνω στο μυ, ώστε η τάση που καταγράφεται να αντικατοπτρίζει τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων, (Freriks and Hermens, 2000) Τα ηλεκτρόδια Η λήψη του ηλεκτρομυογραφικού σήματος επιτυγχάνεται μέσω ηλεκτροδίων. Τα ηλεκτρόδια αυτά διακρίνονται κατά κανόνα σε δύο κατηγορίες: 1. Τα επιφανειακά ηλεκτρόδια (surface electrodes) 2. Τα ηλεκτρόδια βάθους (indwelling intramuscular electrodes) Τα επιφανειακά ηλεκτρόδια με τη σειρά τους διακρίνονται σε: Παθητικά επιφανειακά ηλεκτρόδια (passive surface electrodes) Ενεργητικά επιφανειακά ηλεκτρόδια (active surface electrodes) Εικόνα 24: Τυπικά ηλεκτρόδια βελόνας και επιφανειακά και η τοποθέτηση τους, (Κουτσούρης και συν., 2003) Παθητικά ηλεκτρόδια Τα παθητικά επιφανειακά ηλεκτρόδια αποτελούνται από ένα μεταλλικό δίσκο, συνήθως αργύρου / χλωριούχου αργύρου (Ag/AgCl), έναν αυτοκόλλητο δίσκο και είναι μονωμένα σε όλο το μήκος τους, εκτός από το σημείο επαφής τους. Τοποθετούνται πάνω στο δέρμα, στην περιοχή του αντιστοίχου μυ, με τη χρήση ηλεκτρολυτικής κρέμας. Τα ηλεκτρόδια αυτά ανιχνεύουν ρη μέση δραστηριότητα των επιφανειακών μυών, ενώ παράλληλα μεταβάλλοντας (μειώνοντας) τις διαστάσεις του δίσκου τους, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καταγραφή μυών μικρότερων διαστάσεων

58 Για την καταγραφή του ΗΜΓ χρησιμοποιούνται δύο ηλεκτρόδια που τοποθετούνται στον επιμήκη άξονα του μυός, έτσι ώστε η τάση που καταγράφεται είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Εκτός των δύο ηλεκτροδίων χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρόδιο αναφοράς, που τοποθετείται σε κάποιο ουδέτερο σημείο, π.χ στο μέτωπο, (Freriks and Hermens, 2000) Η δομή του τυπικού ηλεκτρομυογράφου Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζονται οι φάσεις λήψης, ενίσχυσης και καταγραφής ενός τυπικού ΗΜΓ. Εικόνα 25: Παρουσιάζονται οι φάσεις λήψης, ενίσχυσης και καταγραφής ενός τυπικού ΗΜΓ, (Κουτσούρης και συν., 2003) Το ΗΜΓ σήμα μετά την ενίσχυσή του, απεικονίζεται στο κανάλι της οθόνης ενός παλμογράφου σε mv, ενώ το ολοκλήρωμα του 1 0 u dt απεικονίζεται στο δεύτερο κανάλι του παλμογράφου (μετρούμενο σε mv s). Το ύψος του ολοκληρώματος είναι το σχετικό μέτρο της ποσότητας του ηλεκτρικού φορτίου που μετακινήθηκε κατά το πέρασμα του δυναμικού δράσης. Όσο εντονότερη είναι η εκούσια συστολή του μυός, τόσο υψηλότερη είναι η τιμή του ολοκληρώματος. Η αξιολόγηση της μυϊκής λειτουργίας διαμέσου της ολοκληρωμένης μορφής του ΗΜΓ γίνεται ευκολότερα από την καμπύλη απεικόνισής της. Η εκούσια συστολή διαρκεί συνήθως 100ms καθώς δεν πυροδοτούνται ταυτόχρονα όλες οι κινητικές μονάδες ενώ επίσης κάθε μία

59 μπορεί να πυροδοτηθεί περισσότερο από μία φορά, (Κουτσούρης και συν., 2003) Καταγραφή του ΗΜΓ σε Ηλεκτρονικό Υπολογιστή Η ηλεκτρονικοί υπολογιστές μπορούν να επεξεργαστούν μόνο ψηφιακά σήματα, δηλαδή σήματα με αριθμητική μορφή (δυαδική αριθμητική μορφή). Καθώς το σήμα που ανιχνεύεται από τα ηλεκτρόδια είναι αναλογικό (ανάλογο με την απεικονιζόμενη πληροφορία) θα πρέπει πρωταρχικά να μετατραπεί σε ψηφιακό. Αυτό επιτυγχάνεται συνηθέστερα μέσω μιας κάρτας μετατροπής σήματος από αναλογικό σε ψηφιακό. Η διαδικασία μετατροπής συνίσταται στη λήψη διαδοχικών διακριτών τιμών από το αναλογικό σήμα σε τακτά χρονικά διαστήματα. Κάθε τέτοιο χρονικό διάστημα καλείται πλάτος δειγματοληψίας. Σαν αποτέλεσμα της όλης διαδικασίας λαμβάνεται ένα σύνολο σημείων, η ένωση των οποίων σχηματίζει την καμπύλη του αναλογικού σήματος χωρίς σημαντική απώλεια πληροφοριών. Το γινόμενο των παραπάνω διακριτών τιμών επί το πλάτος της δειγματοληψίας ισούται με τη διάρκεια του αναλογικού σήματος. Αντίστοιχα, ο αριθμός των δειγμάτων που λαμβάνονται από το αναλογικό σήμα στη μονάδα του χρόνου κατά τη μετατροπή του σε ψηφιακό, καλείται συχνότητα δειγματοληψίας. Η συχνότητα δειγματοληψίας (sampling rate) του σήματος μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την πληροφορία που περιέχεται σε αυτό. Κατά τη διάρκεια καταγραφής του ΗΜΓ σήματος, η συχνότητα μετατροπής των δεδομένων από αναλογική σε ψηφιακή μορφή (analog-to-digital conversion) για το σύνολο όλων των καναλιών δεν θα πρέπει να είναι υπερβολικά μεγάλη. Η συνολική συχνότητα υπολογίζεται από τη συχνότητα δειγματοληψίας του κάθε καναλιού επί τον αριθμό των καναλιών. Συνεπώς, υψηλή συχνότητα δειγματοληψίας έχει σαν αποτέλεσμα την παραγωγή μεγάλου όγκου δεδομένων και κατ επέκταση την κατάληψη μεγάλου αποθηκευτικού χώρου. Αντιθέτως για να εμπεριέχει ένα ψηφιακό σήμα χρήσιμες πληροφορίες, θα πρέπει η συχνότητα δειγματοληψίας να είναι τουλάχιστον διπλάσια από την υψηλότερη συχνότητα του καταμετρημένου σήματος. Οι τυπικές τιμές εύρους συχνοτήτων για την επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία είναι από Hz, ενώ το μεγαλύτερο μέρος του ΗΜΓ συγκεντρώνεται μεταξύ των συχνοτήτων 0-200Hz. H συχνότητα

60 δειγματοληψιών θα πρέπει πρακτικά να είναι μεγαλύτερη από τα 500Hz, (Κουτσούρης και συν., 2003) 3.3 Τα προκλητά δυναμικά (Evoked potentials) Τα προκλητά δυναμικά διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες ανάλογα με την αίσθηση η οποία διεγείρεται. Οπτικά προκλητά δυναμικά (VER/VEP) Στελεχιαία προκλητά δυναμικά (AER/AEP) Μαγνητικά προκλητά δυναμικά Κινητικά προκλητά δυναμικά (MEP S) Σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά (SSER/SSEP) Τα οπτικά προκλητά δυναμικά (VER/VEP) Πρόκειται ουσιαστικά για διέγερση του οπτικού νεύρου μέσω των αντίστοιχων οπτικών ερεθισμάτων. Η διαδικασία περιλαμβάνει επαναλαμβανόμενες μετρήσεις και αυτό ουσιαστικά που αξιολογείται είναι ο μέσος χρόνος καθυστέρησης της ανταπόκρισης του εγκεφαλικού φλοιού στο ερέθισμα. Παθολογικά VER/VEP είναι παθογνωμονικά για τη διάγνωση καταστάσεων όπως πολλαπλή σκλήρυνση (Σκλήρυνση κατά πλάκας) Στελεχιαία ακουστικά ή ηχητικά προκλητά δυναμικά (AER/AEP) Με τον τρόπο αυτόν μπορούν να εντοπιστούν διαταραχές της ακουστικής οδού προς το εγκεφαλικό στέλεχος, την παραγκεφαλίδα αλλά και τις κεντρομόλες οδούς Μαγνητικά προκλητά δυναμικά Στα μαγνητικά προκλητά δυναμικά έχουμε ουσιαστικά μια αντίστροφη μέτρηση. Με επιφανειακά ηλεκτρόδια, τα οποία τοποθετούνται στους μύες των άκρων (άνω ή κάτω) αξιολογείται ο χρόνος που μεσολαβεί ανάμεσα στη διέγερση του εγκεφάλου και τον χρόνο ανταπόκρισης του μυός. Εφόσον η μέτρηση αυτή αποβεί παθολογική, στη συνέχεια τοποθετούνται ηλεκτρόδια στην αυχενική και στην οσφυϊκή μοίρα της σπονδυλικής στήλης με σκοπό να διαφανεί εάν η βλάβη εντοπίζεται στον εγκέφαλο ή στον νωτιαίο μυελό

61 Κινητικά προκλητά δυναμικά (MEP S) Τα κινητικά προκλητά δυναμικά χρησιμοποιούνται κατά κόρον στην ορθοπαιδική χειρουργική, κυρίως διεγχειρητικά. Κατά τη διάρκεια μιας επέμβασης, ιδιαίτερα όταν αυτή αφορά λεπτές νευρικές δομές όπως η σπονδυλική στήλη, μετρώνται τα δυναμικά της κινητικής οδού ώστε να διαπιστωθούν τυχόν αλλαγές που μπορούν να σημαίνουν διεγχειρητική τρώση ή πίεση νευρικών δομών. Η διαδικασία είναι απλή και ουσιαστικά περιλαμβάνει διαδερμική τοποθέτηση ηλεκτροδίων στα άνω ή στα κάτω άκρα τα οποία ανιχνεύουν τα παραγόμενα δυναμικά στους σκελετικούς μύες που προκαλούνται από ηλεκτρόδιο στυλεό (probe) στις νωτιαίες ρίζες. Κριτήριο στη διάγνωση με τη χρήση των MEP S είναι η καταγραφή μείωσης του δυναμικού στο τέλος της χειρουργικής επέμβασης. Μείωση >50% υποδηλώνει νευρολογική βλάβη. Αντίστοιχα μείωση >80% των MEP S σημαίνει σοβαρή καταστροφή του νεύρου Σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά (SSER/SSEP) Πρόκειται για μέτρηση της μετάδοσης των νευρικών ώσεων από τα άνω ή τα κάτω άκρα προς τον εγκέφαλο μέσω των νευρικών οδών της αφής. Η καταγραφή λαμβάνει χώρα στο φλοιό του εγκεφάλου. Έχουν πληθώρα εφαρμογών όπως η διάγνωση και η παρακολούθηση νευρολογικών παθήσεων και καθώς είναι το εργαλείο καταγραφής που θα χρησιμοποιήσουμε στην παρούσα διπλωματική εργασία θα αναπτυχθούν αναλυτικά στο επόμενο κεφάλαιο. 3.4 Βασικές αρχές σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Η πρώτη ουσιαστική εφαρμογή των προκλητών δυναμικών οφείλεται στον Dawson στα 1951 ο οποίος μελέτησε την αντίδραση του κεντρικού νευρικού συστήματος μετά από ηλεκτρικό ερεθισμό απτικών νεύρων της περιφέρειας. Η ουσιαστική τους όμως κλινική εφαρμογή ξεκίνησε 20 χρόνια αργότερα, στην δεκαετία του 70 λόγω της απουσίας τεχνολογικής υποδομής στην εποχή που εργάστηκε ο Dawson. Με τις καταγραφικές μεθόδους που υπήρχαν στην εποχή του Dawson οι ερευνητές μπόρεσαν να ανιχνεύσουν κύματα που εμφανιζόντουσαν 70msec μετά το ερέθισμα (long delayed waveform) τα οποία όμως δεν είχαν σταθερή

62 επαναληψημότητα και επηρεαζόντουσαν από ποικίλους παράγοντες όπως η συγκέντρωση του ασθενούς και η ταυτόχρονη ύπαρξη οπτικών ή ηχητικών ερεθισμάτων. Με την πρόοδο όμως της τεχνολογίας και την κατασκευή καλύτερων καταγραφικών μέσων μπόρεσαν να καταγραφούν κύματα που εμφανίζονταν στα 30 msec (short delayed waveform) τα οποία εμφάνιζαν πολύ σταθερά χαρακτηριστικά. Τα κύματα αυτά είναι που μελετώνται σήμερα. Κατά την καταγραφή των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών μετράται η απτική ευαισθησία σε συγκεκριμένα σημεία του σώματος όπως τα άκρα, μέσω της ταχύτητας μετάδοσης των νευρικών ώσεων προς τον εγκέφαλο. Οι νευρικές αυτές ώσεις προκαλούν μια συγκεκριμένη μικρής χρονικής διάρκειας, ετερόπλευρη απάντηση στον εγκεφαλικό φλοιό η οποία καταγράφεται. Πρόκειται για μία αντικειμενική με υψηλή αξιοπιστία, μη επεμβατική και ανώδυνη για τον ασθενή. Το σημαντικό είναι ότι έχουν αναπτυχθεί πρωτόκολλα εφαρμογής ώστε εύκολα να μπορούν να αναπτυχθούν συγκεκριμένες μετρήσεις κάτω από τις ίδιες συνθήκες στον ίδιο ασθενή από διαφορετικά εργαστήρια και τα αποτελέσματα να είναι απολύτως συγκρίσιμα. Κάτι τέτοιο είναι ιδιαίτερα σημαντικό γιατί προσφέρει την δυνατότητα παρακολούθησης του ασθενούς ακόμα και από διαφορετικά εργαστήρια με συγκρίσιμα αποτελέσματα. Κατά τη διεξαγωγή της εξέτασης υπάρχουν συγκεκριμένα νεύρα που διεγείρονται ώστε να παρθούν οι καταγραφές. Αυτά είναι το μέσο και το ωλένιο νεύρο στο χέρι και το περονιαίο και το κνημιαίο νεύρο στο πόδι. Θεωρητικά και βασιζόμενοι στην αρχή λειτουργίας των προκλητών δυναμικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε νεύρο είναι ικανό να μεταφέρει αισθητικές πληροφορίες (αισθητικό ή μικτό νεύρο) που εισέρχεται στο νωτιαίο μυελό σε επίπεδο χαμηλότερο από αυτό της πιθανής βλάβης που θέλουμε να μελετήσουμε. Τα SSER/SSEP είναι ένας συνδυασμός ΗΜΓ και ΗΓΕ. Γι αυτό το λόγο εφαρμόζονται 4 τουλάχιστον ηλεκτρόδια. Τα ηλεκτρόδια διέγερσης και τα ηλεκτρόδια καταγραφής. Τα ηλεκτρόδια διέγερσης (stimulators) Είναι αυτά που δίνουν το ηλεκτρικό ερέθισμα στο υπό μελέτη νεύρο. Πρόκειται συνήθως για δισκοειδή ηλεκτρόδια (ζεύγος) τα οποία στην μία τους πλευρά

63 είναι καλυμμένα από μονωτικό πλαστικό. Το ένα από τα ηλεκτρόδια αποτελεί την κάθοδο και το άλλο την άνοδο ή αλλιώς την γείωση. Το δέρμα στο σημείο εφαρμογής του με το ηλεκτρόδιο θα πρέπει να καθαρίζεται καλά, όπως και στην ΗΜΓ καταγραφή, ώστε να μειώνεται η αντίσταση και να επιτυγχάνεται η μέγιστη επαφή μεταξύ ηλεκτροδίου και δέρματος. Η συχνότητα διέγερσης η οποία εφαρμόζεται κυμαίνεται από 3-8 παλμούς ανά sec. Kάθε παλμός έχει διάρκεια 0,1-0,3 sec. Πρόκειται για μια ουσιαστικά ανώδυνη διέγερση για τον ασθενή. Η ένταση του ρεύματος που απαιτείται είναι διαφορετική από ασθενή σε ασθενή καθώς έχει να κάνει με το κατώφλι που έχει η ουδός της αίσθησης, δεν πρέπει όμως να υπερβαίνει τα 20 ma, καθώς υψηλότερες εντάσεις σε ακραίες περιπτώσεις μπορεί να προκαλέσουν ηλεκτρικό έγκαυμα στο σημείο τοποθέτησης του ηλεκτροδίου. Όταν το υπό μελέτη νεύρο δεν είναι αμιγώς αισθητικό αλλά μικτό, τότε μπορεί να παρατηρηθούν μικρές συσπάσεις των μυών που νευρώνονται από το εν λόγω νεύρο. Ένα τέτοιο σημάδι είναι ενδεικτικό ικανοποιητικής έντασης του ηλεκτρικού ερεθίσματος. Για αμφοτερόπλευρη καταγραφή κρίνεται απαραίτητο για να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματα μα εφαρμόζεται η ίδια παραμετροποίηση για τα διεγερτικά ρεύματα και στις δύο πλευρές εξέτασης. Τα καταγραφικά ηλεκτρόδια μπορούν να εφαρμοστούν στο τριχωτό της κεφαλής, στον νωτιαίο μυελό ή και σε άλλα σημεία πορείας του νεύρου. Η διάταξη αποτελείται από ένα τουλάχιστο ηλεκτρόδιο που τοποθετείται σε ενεργό σημείο όπου θα παρουσιαστεί η δραστηριότητα καταγραφής και από ένα άλλο που τοποθετείται με τη σειρά του σε σημείο ανενεργό και αποτελεί το ηλεκτρόδιο αναφοράς. Το μετρούμενο σήμα αποτελεί τη διαφορά δυναμικού ανάμεσα στα δύο αυτά ηλεκτρόδια. Η επιφάνεια επαφής των ηλεκτροδίων είναι κατασκευασμένη από χλωριούχο άργυρο (AgCl) που εξασφαλίζει καλή επαφή και αγωγιμότητα με το δέρμα του τριχωτού της κεφαλής. Το μέγεθος των ηλεκτροδίων κυμαίνεται από 5-10mm. Η τοποθέτηση των ηλεκτροδίων απαιτεί κάποια μικρή προετοιμασία που περιλαμβάνει τον καθαρισμό του δέρματος με διάλυμα αιθυλικής αλκοόλης έτσι ώστε να υπάρχει καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα με αντίσταση κάτω από τα 5KΩ. Στα σημεία επαφής των ηλεκτροδίων με το τριχωτό της κεφαλής δεν είναι απαραίτητη η αποτρίχωση της περιοχής και αντί αυτού εφαρμόζεται

64 ειδικό τζελ (πάστα) που συγκρατεί το ηλεκτρόδιο στη θέση του και ταυτόχρονα διευκολύνει την αγωγιμότητα (Contactive EEG paste). H διαδικασία διενέργειας της εξέτασης περιλαμβάνει τη μετάδοση μικρών δυναμικών από εξωτερική συσκευή μέσω των ηλεκτροδίων. Η τοποθέτηση των ηλεκτροδίων για το κάτω άκρο γίνεται στην περιοχή των σφυρών είτε στο οπίσθιο κνημιαίο νεύρο είτε στο περονιαίο νεύρο, ενώ για το άνω άκρο τα ηλεκτρόδια τοποθετούνται στης εσωτερική πλευρά του καρπού στο μέσο ή στο ωλένιο νεύρο. Οι μετρήσεις για την μετάδοση του ερεθίσματος (κεντρομόλες ώσεις) γίνεται στο αντίστοιχο τμήμα του φλοιού του εγκεφάλου μέσω των ηλεκτροδίων που βρίσκονται τοποθετημένα στο τριχωτό της κεφαλής. Μερικές φορές μπορούν να γίνουν μετρήσεις των ώσεων στον εγκέφαλο, στον νωτιαίο μυελό ή ακόμα κατά μήκος του περιφερικού νεύρου που μελετάται με σκοπό την διευκρίνιση της αιτίας καθυστέρησης του σήματος (κλασματικό SSER/SSEP). Η καταγραφή των προκλητών δυναμικών δεν είναι μία απλή μέτρηση. Ουσιαστικά πρόκειται για την καταγραφή πολλαπλών, διαδοχικών μετρήσεων οι οποίες επεξεργάζονται από ηλεκτρονικό υπολογιστή και έτσι υπολογίζεται αθροιστικά ο μέσος όρος (averaging) αποτέλεσμα το οποίο βλέπουμε στην οθόνη καταγραφής του συστήματος μας, (Freriks and Hermens, 2000). 3.5 Η τοποθέτηση των ηλεκτροδίων Τα ηλεκτρόδια κατά τη λήψη των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών δεν τοποθετούνται τυχαία. Η τοποθέτηση τους ακολουθεί το διεθνές σύστημα τοποθέτησης Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται η ίδια πάντα τοποθέτηση των ηλεκτροδίων σε μελλοντικές καταγραφές, συνεπώς και η συγκρισιμότητα των αποτελεσμάτων. Εικόνα 26: Διεθνές σύστημα τοποθέτησης ηλεκτροδίων στο κρανίο για την λήψη ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (EMG)

65 Μέσο νεύρο Για το μέσο νεύρο το ηλεκτρόδιο διέγερσης τοποθετείται στον καρπό ενώ το ηλεκτρόδιο της γείωσης τοποθετείται στο αντιβράχιο. Τα καταγραφικά ηλεκτρόδια τοποθετούνται στην περιοχή του αισθητικού φλοιού, ετερόπλευρα πάντα από το μέλος καταγραφής και συγκεκριμένα στα σημεία C3, C4 σσύμφωνα με το διεθνές σύστημα Το ηλεκτρόδιο αναφοράς τοποθετείται στο σημείο Fz της κεφαλής. Υπάρχει η δυνατότητα λήψης καταγραφών στην πορεία της υπό εξέτασης νευρικής οδού και συγκεκριμένα στο μέσο της ομόπλευρης με το άκρο κλείδας (σημείο Erb N9), καθώς και στην σπονδυλική στήλη (Α3-Α6), (Freriks and Hermens, 2000) Κνημιαίο νεύρο Για την μελέτη της διέγερσης του κνημιαίου νεύρου το ηλεκτρόδιο διέγερσης τοποθετείται ακριβώς πίσω από το έσω σφυρό ενώ η γείωση στην κνήμη. Για την καταγραφή στην σπονδυλική στήλη μπορούν να τοποθετηθούν επιπλέον ηλεκτρόδια καταγραφής στα σημεία Θ11-Ο2, ενώ στο κρανίο η λήψη γίνεται στο σημείο Cz-Cz με ηλεκτρόδιο αναφοράς στο FpZ ανάμεσα στα Fz και FpZ, (Freriks and Hermens, 2000)

66 Κεφάλαιο Εισαγωγή Ο όρος τεχνητή νοημοσύνη (artificial intelligence) παρέπεμπε μέχρι πριν λίγα χρόνια πολλούς από εμάς σε διηγήματα επιστημονικής φαντασίας και σε ταινίες με παρόμοιο περιεχόμενο όπου μηχανές που φτιάχτηκαν για να εξυπηρετούν τον άνθρωπο και να σκέφτονται γι αυτόν ξαφνικά ξεφεύγουν από τον έλεγχο του δημιουργού τους και στρέφονται εναντίον του. Μηχανές που έμαθαν να σκέφτονται και να αποφασίζουν για τον άνθρωπο. Μηχανές που για να το πετύχουν αυτό χρειάστηκε κάποιο έμβιο όν, και στη συγκεκριμένη περίπτωση ο άνθρωπος, ο δημιουργός τους, να μοιραστεί μαζί τους την εμπειρία του και να τις κάνει να μάθουν από αυτή, να σκέφτονται όπως αυτός και να αποφασίζουν όπως θα αποφάσιζε αυτός σε ανάλογη περίπτωση. Ανατρέχοντας στην ιστορία και συγκεκριμένα στην ελληνική μυθολογία θα δούμε πολλά τέτοια χαρακτηριστικά παραδείγματα. Ο άνθρωπος πάντα ένοιωθε την ανάγκη κατασκευής μιας μηχανής που να δρα και να σκέφτεται γι αυτόν. Χαρακτηριστικότερο ίσως παράδειγμα είναι το πρώτο ρομπότ της ιστορίας, ο Τάλως, ο φύλακας της Κρήτης. Ένας ανθρωπόμορφος γίγαντας με σώμα από χαλκό ο οποίος σύμφωνα με τον Πλάτωνα ήταν επιφορτισμένος με το ιερό καθήκον της επιτήρησης των νόμων στην Κρήτη τους οποίους κουβαλούσε πάνω του γραμμένους σε χάλκινες πλάκες. Ο Τάλως έκανε τρεις φορές την ημέρα έκανε το γύρο της Κρήτης προς αναζήτηση παραβατών. Το τέλος του Τάλου ήρθε όταν οι αργονάυτες, προερχόμενοι από την Κολχίδα προσπάθησαν να αποβιβαστούν στην Κρήτη. Εκεί συνάντησαν την αντίσταση του Τάλου ο οποίος φύλαγε τις ακτές του νησιού. Ο Ιάσωνας κατάφερε με τη βοήθεια της Μήδειας να αφαιρέσει το καρφί που βρισκόταν στην πτέρνα του και σφράγιζε την μία και μοναδική του φλέβα να τον σκοτώσει, (el.wikipedia.org). Η ιστορία του Τάλου δεν είναι τίποτε άλλο από την έκφραση της έμφυτης ανάγκης του ανθρώπου για την δημιουργία συσκευών-μηχανών οι οποίες θα μπορούσαν να τον αποφορτίσουν από πολλά προβλήματα, μηχανών που θα σκέφτονταν γι αυτόν χωρίς αυτόν

67 Στην πραγματικότητα η τεχνητή νοημοσύνη απέχει πολύ και από την λογοτεχνική και μυθολογική της προβολή. Ο όρος αναφέρεται στον κλάδο της επιστήμης των υπολογιστών ο οποίος ασχολείται με τη σχεδίαση και υλοποίηση υπολογιστικών συστημάτων που μιμούνται τα στοιχεία της ανθρώπινης συμπεριφοράς τα οποία υπονοούν έστω και στοιχειώδη ευφυΐα όπως η μάθηση, η προσαρμοστικότητα, η εξαγωγή συμπερασμάτων, η κατανόηση από τα συμφραζόμενα, η επίλυση προβλημάτων κτλ. Ο πρώτη αναφορά στον συγκεκριμένο τομέα έγινε από τον John ΜMcCarthy ο οποίος όρισε τον τομέα αυτόν ως «Επιστήμη και μεθοδολογία της δημιουργίας νοούντων μηχανών». Από τότε έως σήμερα πολλά έχουν αλλάξει και ακόμα περισσότερα ανθρώπινα όνειρα έχουν γίνει πραγματικότητα στον τομέα της επιστήμης. Η τεχνητή νοημοσύνη έχει πάψει πλέον να αποτελεί «απειλή» για το ανθρώπινο είδος όπως παρουσιαζόταν στα λογοτεχνικά βιβλία και στις ταινίες του περασμένου αιώνα. Πλέον αποτελεί ίσως αναπόσπαστο κομμάτι του τομέα των υπολογιστών με πολλές εφαρμογές στην καθημερινή πρακτική σε όλους τους επιστημονικούς τομείς Ορισμός της τεχνητής νοημοσύνης Ένας πολύ γενικός ορισμός για την τεχνητή νοημοσύνη είναι ο εξής: «Τεχνητή Νοημοσύνη είναι ο τομέας της επιστήμης των υπολογιστών που ασχολείται με την σχεδίαση και την υλοποίηση προγραμμάτων τα οποία είναι ικανά να μιμηθούν τις ανθρώπινες γνωστικές ικανότητες, εμφανίζοντας έτσι χαρακτηριστικά που αποδίδουμε συνήθως σε ανθρώπινη συμπεριφορά, όπως για παράδειγμα η επίλυση προβλημάτων, η αντίληψη μέσω της όρασης, η μάθηση, η εξαγωγή συμπερασμάτων κλπ. Στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να βρει κανείς δύο προσεγγίσεις. Την κλασσική ή συμβολική προσέγγιση που ως βάση έχει την προσομοίωση της ανθρώπινης νοημοσύνης προσεγγίζοντας την με αλγόριθμους και συστήματα που βασίζονται στη γνώση και η συνδετική ή μη συμβολική προσέγγιση που ουσιαστικά βασίζεται στη μίμηση της βιολογικής λειτουργίας του εγκεφάλου δημιουργώντας τα νευρωνικά δίκτυα

68 Η τεχνητή νοημοσύνη στην ιατρική Τα τελευταία χρόνια η τεχνητή νοημοσύνη χρησιμοποιείται σε πληθώρα πληροφοριακών συστημάτων στον τομέα της ιατρικής. Η εποχή που το μόνο εφόδιο του γιατρού ήταν η κλασσική δερμάτινη τσάντα του που περιείχε λιγοστά όργανα με βασικότερο το στηθοσκόπιο ανήκει πλέον ουσιαστικά στο χρονοντούλαπο της ιστορίας. Σήμερα λόγω του τεράστιου όγκου της ιατρικής πληροφορίας που έχει στη διάθεση του ο γιατρός, ειδικευμένος ή μη, έχει γίνει επιτακτική η χρήση ολοένα και περισσότερο των πληροφοριακών συστημάτων με συμβουλευτικό ρόλο στον τομέα της ιατρικής. Η παρουσίαση της ιατρικής πληροφορίας δεν είναι το μόνο ζητούμενο. Η πληροφορία αυτή στις μέρες μας επιβάλλεται να έχει μια μορφή που να επιτρέπει μια αποτελεσματική πορεία συλλογισμού και εξαγωγής συμπερασμάτων για τον καθένα που την αναζητά. 4.3 Έμπειρα ή ευφυή συστήματα Ο όρος έμπειρο ή ευφυές σύστημα στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης περιγράφει υπολογιστικά προγράμματα τα οποία ως κύριο χαρακτηριστικό τους έχουν την παρουσία νοήμονος συμπεριφοράς σε συγκεκριμένους τομείς ανάλογη με αυτή ενός ανθρώπου εμπειρογνώμονα στον τομέα αυτόν. Με τον όρο εμπειρία δεν εννοούμε μόνο την γνώση και την εκπαίδευση που έχει λάβει κάποιος για την εκτέλεση μια εργασίας. Στον όρο περιλαμβάνεται ένα σύνολο εξειδικευμένων ικανοτήτων που έχουν αποκτηθεί σε μεγάλο χρονικό διάστημα και με κόπο για την εκτέλεση ενός και μόνο συγκεκριμένου σκοπού. Με βάση τα παραπάνω μπορούμε να πούμε ότι ένα έμπειρο σύστημα δεν είναι τίποτα λιγότερο από ένα υπολογιστικό πρόγραμμα που έχει φτιαχτεί με βάση την κωδικοποίηση της γνώσης και της συλλογιστικής προσπάθειας ενός ανθρώπου εξειδικευμένου σε έναν τομέα και ως σκοπό έχει την επίλυση προβλημάτων και την παροχή συμβουλών στον παραπάνω τομέα. Ένα έμπειρο σύστημα έχει δύο τρόπους χρήσης. Ο πρώτος είναι η χρήση του από έναν άνθρωπο μη ειδικό με σκοπό την παροχή λύσεων και συμβουλών σε ορισμένα προβλήματα που προκύπτουν σε έναν συγκεκριμένο τομέα, αντικαθιστώντας τον άνθρωπο-ειδικό. Ο δεύτερος τρόπος χρήσης ενός έμπειρου συστήματος έχει συμβουλευτικό χαρακτήρα. Ένας άνθρωπος

69 ειδικός πάνω σε έναν τομέα καλείται να πάρει μια απόφαση. Για τον σκοπό αυτόν συμβουλεύεται το έμπειρο σύστημα έτσι ώστε να λαμβάνει καλύτερες αποφάσεις, (Βλαχάβας και συν.,2006) Για την ανάπτυξη ενός έμπειρου συστήματος είναι απαραίτητη η συνεργασία ατόμων από διαφορετικά επιστημονικά πεδία. Είναι απαραίτητη η ύπαρξη ενός ειδικού στον τομέα που απευθύνεται το έμπειρο σύστημα (domain expert) και ενός μηχανικού γνώσης (knowledge engineer). Ειδικός ερωτήσεις συνεντεύξεις Μηχανικός γνώσης Δεδομένα Απαντήσεις (γνώση) Τεχνικές αναπαράστασης γνώσης Διασύνδεση μεταφοράς γνώσης Ανάπτυξη Έμπειρο σύστημα Δημιουργία Διασύνδεση με χρήστη Χρήστης Σχήμα 1: Ανάπτυξη και λειτουργία ενός έμπειρου συστήματος, (τροποποιημένο από Βλαχάβας και συν.,2006) Tα χαρακτηριστικά ενός έμπειρου συστήματος Για να είναι ένα έμπειρο σύστημα αποδοτικό θα πρέπει να έχει μερικά επιθυμητά χαρακτηριστικά που παρουσιάζονται παρακάτω. Δυναμικότητα. Ένα έμπειρο σύστημα πρέπει να δίνει την δυνατότητα αλλαγής της υπάρχουσας γνώσης. Η γνώση δεν είναι σταθερή, μεταβάλλεται και ιδιαίτερα στον τομέα της επιστήμης αυτό είναι το ζητούμενο, η προσθήκη συνεχώς καινούργιας γνώσης. Ένα έμπειρο σύστημα λοιπόν θα πρέπει να έχει την δυνατότητα με την ύπαρξη κατάλληλων μηχανισμών της τροποποίησης της υπάρχουσας γνώσης και της προσθήκης καινούργιας ή

70 ακόμα και την αφαίρεση γνώσης που πλέον δεν είναι αποδεκτή ή είναι λανθασμένη. Επεξήγηση και αιτιολόγηση της πορείας συλλογισμού. Ένα επιτυχημένο έμπειρο σύστημα θα πρέπει να εξηγεί αναλυτικά την συλλογιστική πορεία που ακολουθεί για την εξεύρεση της λύσης που του έχει ζητηθεί. Η απλή παρουσίαση της λύσης δεν είναι αποδεκτό αποτέλεσμα για ένα έμπειρο σύστημα. Θα πρέπει η λύση αυτή να τεκμηριώνεται και μάλιστα με τρόπο τέτοιον που να προσομοιάζει με την αιτιολόγηση που θα παρείχε ένας άνθρωπος-ειδικός. Διαφάνεια του κώδικα. Ο κώδικας που περιέχουν τα έμπειρα συστήματα είναι μια σαφής περιγραφή του προβλήματος με το οποίο ασχολούνται. Αναπαριστούν τη γνώση για το πρόβλημα σε συμβολική μορφή και δεν θα πρέπει να αναμιγνύουν τη γνώση με το μηχανισμό χειρισμού και ελέγχου της. Ταχύτητα απόκρισης. Η ταχύτητα παρουσίασης του αποτελέσματος είναι και αυτή ένα από τα ζητούμενα για την κατασκευή ενός ολοκληρωμένου έμπειρου συστήματος. Το έμπειρο σύστημα θα πρέπει να παρουσιάζει τη λύση στο πρόβλημα που του ανατίθεται σε χρόνο όχι μεγαλύτερο από αυτόν που θα χρειαζόταν ένας άνθρωπος-ειδικός. Δεν έχει καμία αξία το έμπειρο σύστημα να φτάνει σε μία λύση και να την τεκμηριώνει αν ο χρόνος που χρειάζεται είναι μεγαλύτερος από αυτόν που θα χρειαζόταν ο δημιουργός του. Χειρισμός αβέβαιης ή ελλιπούς γνώσης. Το έμπειρο σύστημα θα πρέπει να είναι σε θέση να παρουσιάζει αποτελέσματα και λύσεις ακόμα και αν η γνώση που του παρέχεται είναι ασαφής ή ελλιπής και αυτό γιατί πάντα υπάρχουν προβλήματα για τα οποία δεν είναι διαθέσιμη όλη η γνώση που απαιτείται για την επίλυση τους. Σε αυτήν την περίπτωση ένας άνθρωπος-ειδικός θα έπαιρνε μια απόφαση στηριζόμενος στα δεδομένα που έχει διαθέσιμα. Αυτό απαιτούμε και από ένα έμπειρο σύστημα, (Russell and Norviq, 2004)

71 Διαφοροποιήσεις ανάμεσα στα έμπειρα συστήματα και στα συμβατικά προγράμματα Οι κυριότερες διαφοροποιήσεις συνοψίζονται παρακάτω: 1. Τα ΕΣ προσομοιώνουν την ανθρώπινη συλλογιστική πάνω σε ένα πρόβλημα ή τομέα γνώσης αντί να προσομοιώνουν το ίδιο το πρόβλημα δηλ. επικεντρώνονται στην εξομοίωση της διαδικασίας που ακολουθεί ο ειδικός όταν επιλύει ένα πρόβλημα. 2. Τα προβλήματα τα λύνουν με ευριστικές μεθόδους, δηλαδή με εμπειρικούς κανόνες επίλυσης προβλημάτων σε κάποιον τομέα. Οι ευριστικές μέθοδοι συνήθως δεν απαιτούν πλήρη δεδομένα για να λειτουργήσουν και οι λύσεις που προτείνουν δεν είναι απολύτως βέβαιες. 3. Τα ΕΣ κάνουν συλλογισμούς χρησιμοποιώντας συμβολικές αναπαραστάσεις της ανθρώπινης γνώσης,εκτός από την εκτέλεση αριθμητικών υπολογισμών και την ανάκτηση δεδομένων 4. Τα ΕΣ χρησιμοποιούν γλώσσες πιο κοντά στην λειτουργία της ανθρώπινης σκέψης ενώ αυτές που χρησιμοποιούνται στον συμβατικό προγραμματισμό βρίσκονται πιο κοντά στον τρόπο λειτουργίας του υπολογιστή. 5. Η γνώση που χρησιμοποιούν τα ΕΣ είναι αποθηκευμένη σε μια βάση γνώσης που διαφοροποιείται από μια απλή βάση δεδομένων που χρησιμοποιείται από τα συμβατικά προγράμματα στο γεγονός ότι δεν είναι μια απλή συνάθροιση δεδομένων αλλά εκτός από τα μεμονωμένα γεγονότα και αντικείμενα, περιέχει και αρχές οργάνωσης αυτών και γνώση για την εξαγωγή συμπερασμάτων. 6. Τα ΕΣ έχουν την ικανότητα να εκφράζουν κάποια από τα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης συλλογιστικής όπως χειρισμό

72 ασαφούς, αβέβαιης και μη πλήρους γνώσης καθώς και να επεξηγούν την πορεία συλλογισμού, (Βλαχάβας και συν.,2006) 4.4 Άνθρωποι-ειδικοί και έμπειρα συστήματα Ένα έμπειρο σύστημα όπως έχουμε εξηγήσει έχει προέλθει από την γνώση που έχει προσφέρει ένας άνθρωπος ειδικός. Παρόλα αυτά όμως είναι αναπόφευκτο να υπάρχουν μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα στη δημιουργία ενός έμπειρου συστήματος και γιατί όχι ίσως κάπου να πλεονεκτεί το έμπειρο σύστημα σε σχέση με τον άνθρωπο ειδικό. Στον παρακάτω πίνακα γίνεται μια προσπάθεια παράθεσης των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων ενός έμπειρου συστήματος σε σχέση με τον άνθρωπο-ειδικό. Μ Ε Ι Ο Ν Ε Κ Τ H Μ Α Τ Α ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΕΙΔΙΚΟΣ Γνώση διαθέσιμη όταν ο ίδιος είναι παρών Δυσκολία μεταφοράς-αποτύπωσης γνώσης Η απόδοση του επηρεάζεται από εξωγενείς / ενδογενής παράγοντες Υψηλό κόστος Υποκειμενικότητα Ικανότητα αντιμετώπισης νέων καταστάσεων - Δημιουργικότητα Κοινή λογική Μετα-γνώση 1 Εκφραστικότητα στην επεξήγηση του τρόπου σκέψης Π Λ Ε Ο Ν Ε Κ Τ H Μ Α Τ Α ΕΜΠΕΙΡΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Γνώση πάντα διαθέσιμη Ευκολία μεταφοράς-αποτύπωσης γνώσης Η απόδοση είναι πάντα σταθερή Χαμηλό κόστος λειτουργίας Υψηλό κόστος ανάπτυξης Αντικειμενικότητα αν η γνώση προέρχεται από πολλούς ειδικούς Αδυναμία χειρισμού νέων καταστάσεων Δυσχέρεια στη μεταφύτευση της κοινής λογικής Έλλειψη μετά-γνώσης Μηχανική επεξήγηση του τρόπου λήψης απόφασης Ο έλεγχος της γνώσης γίνεται υποσυνείδητα Πρέπει η γνώση να ελέγχεται για ορθότητα 2, πληρότητα 3 και συνέπεια 4 Πίνακας 1: Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ενός έμπειρου συστήματος σε σχέση με τον άνθρωπο-ειδικό, ( τροποποιημένο από Βλαχάβας και συν., 2006). 1. Μέτα-γνώση είναι η γνώση περί της γνώσης του συστήματος, δηλαδή η γνώση των δυνατοτήτων του και των καταστάσεων τις οποίες μπορεί να αντιμετωπίσει. 2. Ορθότητα είναι ο λογικός και όχι ο συντακτικός έλεγχος της γνώσης. 3. Πληρότητα είναι η απαίτηση να καλύπτει η γνώση όλα τα ενδεχόμενα του πεδίου στο οποίο θα βρει εφαρμογή το ΕΣ. 4. Συνέπεια υφίσταται όταν η νέα γνώση δεν αναιρεί την ήδη υπάρχουσα. 5. Παρατηρούμε ότι ένα έμπειρο σύστημα μπορεί με σαφώς μικρότερο κόστος να επιλύσει τα ίδια προβλήματα με τον άνθρωπο-ειδικό, πράγμα ιδιαίτερα

73 σημαντικό στη σημερινή εποχή. Παρόλα αυτά όμως το έμπειρο σύστημα δεν κάνει έλεγχο της ορθότητας του αποτελέσματος που προσφέρει και επειδή αποφασίζει με βάση όσα δεδομένα είναι καταχωρημένα στη βάση δεδομένων του μπορεί να καταφέρει να δώσει λύση σε πολύ περίπλοκα προβλήματα ενώ να μην μπορεί να αναπεξέλθει σε άλλα ιδιαίτερα απλά ακόμα και για έναν άνθρωπο μη-ειδικό, (Βλαχάβας και συν.,2006) 4.5 Δομή και λειτουργία ενός έμπειρου συστήματος Πρόκειται ουσιαστικά για μια ομάδα προγραμμάτων που χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Τον πυρήνα του συστήματος και ένα πλήθος βοηθητικών προγραμμάτων. Η βασική δομή ενός έμπειρου συστήματος φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Χρήστης Διασύνδεση Βοηθητικά προγράμματα Επεξήγηση Μηχανισμός εξαγωγής συμπερασμάτων Διερμηνέας Χρονοπρογρα μματιστής Στατιστική Βάση γνώσης Δυναμική Πυρήνας Σχήμα 2: Δομή έμπειρου συστήματος, ( τροποποιημένο από Βλαχάβας και συν., 2006). Ο πυρήνας ενός έμπειρου συστήματος αποτελείται από δύο μέρη, τη βάση της γνώσης και το μηχανισμό εξαγωγής των συμπερασμάτων, ενώ τα βοηθητικά προγράμματα χρησιμοποιούνται για τη διασύνδεση και την

74 επικοινωνία του συστήματος με το χρήστη, για τη συνεργασία με τα περιφερικά μηχανήματα, για το χειρισμό εξωτερικών βάσεων δεδομένων και για πολλά άλλα. Ο συνδυασμός του μηχανισμού εξαγωγής συμπερασμάτων με τα βοηθητικά προγράμματα αποτελεί αυτό που στα έμπειρα συστήματα καλείται κέλυφος των έμπειρων συστημάτων (Expert System Shell), (Βλαχάβας και συν.,2006) 4.6 Η βάση της γνώσης Πρόκειται για μία δεξαμενή πληροφοριών (knowledge base) που περιέχει όλη την γνώση και την «εμπειρία» του συστήματος, όπως κατάφερε να την εκμαιεύσει ο μηχανικός γνώσης από τον άνθρωπο-ειδικό κατά τη διαδικασία ανάπτυξης του έμπειρου συστήματος. Η γνώση αυτή μπορεί να αναπαρασταθεί με διάφορες μορφές: 1. Λογική: η γνώση αναπαρίσταται σαν σύνολο από προτάσεις και η νέα γνώση (λογικά συμπεράσματα ) που προκύπτειαποτελεί λογικό συμπέρασμα της ήδη υπάρχουσας άρα είναι αδιαμφισβήτητα σωστή. 2. Κανόνες (rules) : Οι κανόνες αποτελούν τον πλέον δημοφιλή και χρησιμοποιούμενο τρόπο αναπαράστασης της γνώσης. Χρησιμοποιούνται κανόνες της μορφής "αν -τότε" (if-then rules). Τα Έμπειρα Συστήματα που βασίζονται σε κανόνες αναφέρονται στη διεθνή βιβλιογραφία ως rule-based expert systems. Οι κανόνες μπορεί να χωριστούν σε δυο μεγάλες κατηγορίες : Τα συστήματα εξαγωγής συμπερασμάτων (δηλωτική γνώση) Τα συστήματα παραγωγής (διαδικαστική γνώση) Στα rule-based συστήματα σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή τα δεδομένα ενός συγκεκριμένου προβλήματος ή τα ενδιάμεσα συμπεράσματα αποθηκεύονται με τη μορφή γεγονότων (facts) σε μια προσωρινή βάση δεδομένων (working memory). Στη συνέχεια γίνεται έλεγχος όλων των κανόνων της βάσης γνώσης (στρατηγική επίλυσης συγκρούσεων-conflict resolution strategy ) έως ότου βρεθεί κάποιος, ο οποίος ικανοποιείται από τα δεδομένα της βάσης δεδομένων. Τότε εκτελείται η ενέργεια που ορίζει ο κανόνας και είτε προσθέτει νέα δεδομένα είτε αλλάζει τα υπάρχοντα στη βάση είτε ολοκληρώνει τη διαδικασία με την εξαγωγή ενός συμπεράσματος. Στην

75 περίπτωση αυτή λέμε ότι χρησιμοποιήθηκε συλλογισμός οδηγούμενος από δεδομένα (Data DrivenReasoning ή Forward Chaining). Σε ορισμένες όμως περιπτώσεις, ανάλογα με τη φύση του προβλήματος, χρησιμοποιούμε διαφορετική προσέγγιση, το συλλογισμό με βάση το στόχο (Goal Driven Reasoning ή Backward Chaining). Χώρος εργασίας Γεγονότα Κανόνες που οπλίζουν Βάση κανόνων Σύνολο συγκρούσεων κανόνας Έλεγχος και επίλυση κανόνων που πυροδοτεί συγκρούσεων Σχήμα 3: Δομή και λειτουργία ενός συστήματος παραγωγής, ( τροποποιημένο από Βλαχάβας και συν., 2006). Η βάση της γνώσης χωρίζεται σε δύο μέρη, τη στατική βάση γνώσης και τη δυναμική. Η στατική βάση της γνώσης περιέχει όλες εκείνες τις διαδικασίες τους κανόνες και τα πλαίσια που περιγράφουν το πρόβλημα και τα αρχικά δεδομένα. Ονομάζεται στατική γιατί δεν μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια εκτέλεσης του προγράμματος. Η δυναμική βάση δεδομένων που μπορεί να ονομασθεί και ως χώρος εργασίας (working memory) περιέχει όλα εκείνα τα δεδομένα και τα πλαίσια που περιγράφουν τη λύση του προβλήματος, τα μερικά συμπεράσματα δηλαδή που δημιουργούνται κατά την εκτέλεση του προγράμματος. Στην περίπτωση επιλογής ενός έμπειρου συστήματος που χρησιμοποιεί την αναπαράσταση της γνώσης με κανόνες έχουμε τα εξής πλεονεκτήματα: i. Δόμηση της γνώσης ii. Ευκολία στην αύξηση της γνώσης: νέοι κανόνες εισάγονται δίχως πολλές παρενέργειες iii. Ευκολία στην τροποποίηση της γνώσης iv. Οι κανόνες είναι ευανάγνωστοι, ευκρινείς και εύκολα κατανοητοί από τον άνθρωπο, ιδιότητες ιδιαίτερα χρήσιμες. v. Εύκολα μπορεί να ενσωματωθεί ασάφεια στους κανόνες με τη μορφή πιθανότητας εκτέλεσης διαφορετικών ενεργειών. Πρακτικά αυτό σημαίνει για τα ίδια δεδομένα ως είσοδο να παίρνουμε μια σειρά από

76 πιθανές λύσεις, όπου η κάθε μία θα αναφέρεται μαζί με την πιθανότητα πραγματοποίησης της. Κάτι τέτοιο είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε αρκετές εφαρμογές, όπως για παράδειγμα υλοποιήσεις όπου το γνωστικό πεδίο είναι η ιατρική επιστήμη. 3. Σημασιολογικά δίκτυα (semantic networks). Πρόκειται για δίκτυα που αποτελούνται από κόμβους και δεσμούς ανάμεσα τους. Οι κόμβοι υποδηλώνουν κλάσεις αντικειμένων, αντικείμενα, έννοιες, τιμές ιδιοτήτων, και οι δεσμοί τις σχέσεις μεταξύ αυτών των αντικειμένων ή ιδιότητες που συνδέουν αντικείμενα με τιμές. Είναι δομημένα με τέτοιο τρόπο, ιεραρχικά έτσι ώστε να επιτρέπουν σε ένα αντικείμενο να κληρονομεί ιδιότητες από μια γενικότερη κλάση στην οποία ανήκει. 4. Πλαίσια. Αποτελούν την αντικειμενοστραφή προσέγγιση στην αναπαράσταση γνώσης. Τα πλαίσια ομαδοποιούν πληροφορίες που σχετίζονται μεταξύ τους παρουσιάζοντας αντιπροσωπευτικά αντικείμενα που καλούνται πρότυπα, (Βλαχάβας και συν.,2006) 4.7 Ο μηχανισμός εξαγωγής συμπερασμάτων στα έμπειρα συστήματα Ο μηχανισμός εξαγωγής των συμπερασμάτων σε ένα έμπειρο σύστημα είναι το τμήμα εκείνο του πυρήνα που είναι υπεύθυνο για το χειρισμό της βάσης της γνώσης και την εξαγωγή συμπερασμάτων από αυτή. Ο μηχανισμός αυτός απαρτίζεται από δύο μέρη, τον χρονοπρογραμματιστή και τον διερμηνέα. Ο χρονοπρογραμματιστής αποφασίζει την σειρά με την οποία θα χρησιμοποιηθούν τα διάφορα στοιχεία της βάσης γνώσης επιλύοντας το πολύ ουσιαστικό πρόβλημα της σύγκρουσης των κανόνων (conflict) μεταξύ τους. Τι ακριβώς είναι όμως η σύγκρουση των κανόνων; Είναι το γεγονός που συμβαίνει όταν ικανοποιούνται οι συνθήκες δύο ή περισσοτέρων κανόνων ταυτόχρονα. Κάτι τέτοιο στα rule based συστήματα είναι αρκετά συχνό. Ο διερμηνέας (interpreter) από την άλλη είναι αποκλειστικά υπεύθυνος για το χειρισμό της υπάρχουσας γνώσης και την παραγωγή νέας Η Διασύνδεση Η διασύνδεση είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία ενός περιβάλλοντος φιλικού μεταξύ του χρήστη και του έμπειρου συστήματος. Ο τρόπος άντλησης των

77 δεδομένων από το χρήστη πραγματοποιείται μέσα από την υποβολή ερωτήσεων από το έμπειρο σύστημα. Οι ερωτήσεις έχουν τη μορφή παραθύρων με προκαθορισμένες απαντήσεις μέσα από τις οποίες ο χρήστης μπορεί να επιλέξει. Μέσω του ίδιου περιβάλλοντος (διασύνδεση) ο χρήστης έχει την δυνατότητα να υποβάλλει στο έμπειρο σύστημα κάποιες ερωτήσεις σχετικά με το σκοπό των ερωτήσεων ή/και την πορεία του συλλογισμού και να βλέπει τις αντίστοιχες απαντήσεις. Στην διασύνδεση υπάρχει ένα ακόμα τμήμα που δεν απευθύνεται στον απλό χρήστη. Απευθύνεται αποκλειστικά στον ειδικό που παρείχε τη γνώση στο έμπειρο σύστημα ή ακόμα και στον μηχανικό γνώσης, με σκοπό να ελέγχει και να επεκτείνει την ήδη υπάρχουσα βάση γνώσης Ο μηχανισμός επεξήγησης Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά αλλά και προϋπόθεση για να χαρακτηριστεί ένα σύστημα έμπειρο είναι το γεγονός ότι πρέπει το σύστημα να εξηγεί στο χρήστη τη συμπεριφορά του και αυτό γιατί ο τελικός χρήστης πρέπει να είναι σίγουρος για την ορθότητα της συλλογιστικής σκέψης του συστήματος. Επιπλέον ο μηχανικοί γνώσης και οι προγραμματιστές πρέπει να είναι σε θέση να παρακολουθούν τη συλλογιστική του συστήματος, προκειμένου να διαγνώσουν τα τυχόν λάθη και να επιβεβαιώσουν την πιστότητα της αποθηκευμένης γνώσης σε σύγκριση πάντα με τη γνώση του ειδικού. Ο μηχανισμός επεξήγησης είναι υποχρεωμένος να απαντά σε δύο συνήθως ερωτήσεις. Η πρώτη είναι το «Πώς» (How) κατέληξε σε ένα συμπέρασμα και η δεύτερη είναι το «Γιατί» (Why) ζητά κάποια πληροφορία από το χρήστη. Για να απαντηθεί η ερώτηση πώς, ο μηχανισμός επεξήγησης κρατάει πληροφορίες σχετικά με την αποδεικτική διαδικασία και παραθέτει τους κανόνες που ενεργοποιήθηκαν σε κάθε κύκλο λειτουργίας του ΕΣ και οδήγησαν στην απόδειξη της τρέχουσας απάντησης. Για να απαντηθεί η ερώτηση γιατί, ο μηχανισμός επεξήγησης εξετάζει τη τρέχουσα πληροφορία. Αν το επιθυμεί ο χρήστης, μπορεί να επιστρέψει όλη την κατοπινή αλυσίδα συλλογισμών που θα προκαλέσει η ενεργοποίηση αυτών των κανόνων

78 Τρόπος ανάπτυξης ενός έξυπνου συστήματος Η διαδικασία ανάπτυξης ενός έμπειρου συστήματος περιλαμβάνει 5 βασικά στάδια τα οποία αναπτύσσονται στη συνέχεια. Τα στάδια αυτά είναι η ανάλυση του προβλήματος, η απόκτηση γνώσης, η σχεδίαση του έμπειρου συστήματος, η υλοποίηση του και τέλος η επαλήθευση και ο έλεγχος της αξιοπιστίας του αποτελέσματος Η ανάλυση του προβλήματος Στο στάδιο αυτό εξετάζουμε το κατά πόσο το πρόβλημα που πραγματευόμαστε είναι κατάλληλο να επιλυθεί από ένα έμπειρο σύστημα ή από ένα συμβατικό υπολογιστικό πρόγραμμα. Για να είναι ένα πρόβλημα κατάλληλο να επιλυθεί από ένα έμπειρο σύστημα θα πρέπει να πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις. Αυτές είναι: Να υπάρχει πλήρη γνώση γύρω από το συγκεκριμένο πρόβλημα που να παρέχεται από κάποιον ειδικό. Να είναι διαθέσιμος ο ειδικός κατά τη διαδικασία σχεδιασμού του έμπειρου συστήματος. Να υπάρχουν διαθέσιμα τα σχετικά δεδομένα για τον σχεδιασμό του έμπειρου συστήματος. Να υπάρχει όφελος από τη διαδικασία αυτή στοχεύοντας στην αύξηση της παραγωγικότητας και μείωση του κόστους παραγωγής από την εφαρμογή του έμπειρου συστήματος Η απόκτηση της γνώσης (Knowledge acquisition) Είναι το στάδιο κατά το οποίο ο μηχανικός εκμαιεύει από τον ειδικό τη γνώση του πάνω στο πρόβλημα και στη συνέχεια την μοντελοποιεί Η σχεδίαση Εδώ θα προσδιοριστεί η μορφή της αναπαράστασης της γνώσης, η συλλογιστική που χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή των συμπερασμάτων καθώς και το εργαλείο ανάπτυξης του ΕΣ. Επιπλέον λαμβάνονται υπόψη οι απαιτήσεις των χρηστών

79 Η υλοποίηση Στο στάδιο αυτό γίνεται η κωδικοποίηση του μοντέλου της γνώσης με εργαλεία που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη των έμπειρων συστημάτων και ταυτόχρονα αναπτύσσεται ένα μικρό πρωτότυπο σύστημα επίδειξης Η επαλήθευση Είναι το τελευταίο στάδιο κατά τη διαδικασία ανάπτυξης ενός έμπειρου συστήματος. Στο στάδιο αυτό πραγματοποιείται έλεγχος της συμβατότητας του συστήματος με τις αρχικές προδιαγραφές που είχαν θεσπιστεί κατά τον σχεδιασμό και επιβεβαίωση της ορθότητας της κωδικοποίησης της γνώσης που περιέχεται στο έμπειρο σύστημα. 4.9 Μηχανική μάθηση Η Μάθηση γενικά Η μάθηση σε ένα γνωστικό σύστημα, όπως γίνεται αντιληπτή στην καθημερινή ζωή, μπορεί να συνδεθεί µε δύο βασικές ιδιότητες: την ικανότητά στην πρόσκτηση γνώσης κατά την αλληλεπίδρασή του µε το περιβάλλον, την ικανότητά να βελτιώνει µε την επανάληψη τον τρόπο εκτέλεσης µία ενέργειας. Έχουν προταθεί διάφοροι ορισμοί για τη μάθηση: Simon ('83), "η μάθηση σηματοδοτεί προσαρμοστικές αλλαγές σε ένα σύστημα µε την έννοια ότι αυτές του επιτρέπουν να κάνει την ίδια εργασία, ή εργασίες της ίδιας κατηγορίας, πιο αποδοτικά και αποτελεσματικά την επόμενη φορά". Minsky ('85), "... είναι να κάνουμε χρήσιμες αλλαγές στο μυαλό µας". Michalski ('86), "... είναι η δημιουργία ή η αλλαγή της αναπαράστασης των εμπειριών". Για τα συστήματα που ανήκουν στην συμβολική ΤΝ, η μάθηση προσδιορίζεται ως πρόσκτηση επιπλέον γνώσης, που επιφέρει μεταβολές στην υπάρχουσα γνώση. Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα (που ανήκουν στην µη συμβολική ΤΝ) έχουν δυνατότητα μάθησης μετασχηματίζοντας την εσωτερική τους δομή, παρά καταχωρώντας κατάλληλα αναπαριστάμενη γνώση

80 H Μηχανική Μάθηση Ο άνθρωπος προσπαθεί να κατανοήσει το περιβάλλον του παρατηρώντας το και δημιουργώντας μια απλοποιημένη (αφαιρετική) εκδοχή του που ονομάζεται μοντέλο (model). Η δηµιουργία ενός τέτοιου μοντέλου, ονομάζεται επαγωγική μάθηση (inductive learning) ενώ η διαδικασία γενικότερα ονομάζεται επαγωγή (induction). Επιπλέον ο άνθρωπος έχει τη δυνατότητα να οργανώνει και να συσχετίζει τις εμπειρίες και τις παραστάσεις του δημιουργώντας νέες δομές που ονομάζονται πρότυπα (patterns). Η δημιουργία μοντέλων ή προτύπων από ένα σύνολο δεδομένων, από ένα υπολογιστικό σύστημα, ονομάζεται μηχανική μάθηση (machine learning). Η μηχανική μάθηση είναι μια περιοχή της τεχνητής νοημοσύνης η οποία αφορά αλγορίθμους και μεθόδους που επιτρέπουν στους υπολογιστές να «μαθαίνουν». Με τη μηχανική μάθηση καθίσταται εφικτή η κατασκευή προσαρμόσιμων (adaptable) προγραμμάτων υπολογιστών τα οποία λειτουργούν με βάση την αυτοματοποιημένη ανάλυση συνόλων δεδομένων και όχι τη διαίσθηση των μηχανικών που τα προγραμμάτισαν. Η μηχανική μάθηση επικαλύπτεται σημαντικά με τη στατιστική, αφού και τα δύο πεδία μελετούν την ανάλυση δεδομένων. Οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης κατηγοριοποιούνται ανάλογα με το επιθυμητό αποτέλεσμα του αλγορίθμου. Στους συνηθισμένους τύπους αλγορίθμων περιλαμβάνονται οι εξής: Επιτηρούμενη μάθηση ή μάθηση με επίβλεψη (supervised learning), όπου ο αλγόριθμος κατασκευάζει μια συνάρτηση που απεικονίζει δεδομένες εισόδους σε γνωστές, επιθυμητές εξόδους (σύνολο εκπαίδευσης), με απώτερο στόχο τη γενίκευση της συνάρτησης αυτής και για εισόδους με άγνωστη έξοδο (σύνολο ελέγχου). Μη επιτηρούμενη μάθηση ή μάθηση χωρίς επίβλεψη (unsupervised learning), όπου ο αλγόριθμος κατασκευάζει ένα μοντέλο για κάποιο σύνολο εισόδων χωρίς να γνωρίζει επιθυμητές εξόδους για το σύνολο εκπαίδευσης

81 Ενισχυτική μάθηση (reinforcement learning), όπου ο αλγόριθμος μαθαίνει μια στρατηγική ενεργειών για μια δεδομένη παρατήρηση. Η ανάλυση των αλγόριθμων μηχανικής μάθησης είναι ένας κλάδος της στατιστικής που ονομάζεται θεωρία μάθησης Το εργαλείο εξόρυξης γνώσης από δεδομένα WEKA Ένα από τα πιο δημοφιλή εργαλεία υλοποίησης μεθόδων μηχανικής μάθησης είναι το WEKA (συνήθως διατίθεται ως ελεύθερο λογισμικό στην ιστοσελίδα: Το WEKA (Waikato Environment for Knowledge Analysis) είναι μια συλλογή από αλγορίθμους μηχανικής μάθησης και εξόρυξης δεδομένων (data mining). Παρέχει δυνατότητα για : - Προεπεξεργασία δεδομένων (data pre-processing). - Δημιουργία «μοντέλων» από τα δεδομένα με κάποια διαδικασία εκπαίδευσης. - Απεικόνιση τόσο των αρχικών δεδομένων όσο και των αποτελεσμάτων μετά τη διαδικασία της εκπαίδευσης. Αυτές οι διαδικασίες εκτελούνται σε ένα γραφικό περιβάλλον το οποίο ονομάζεται «Explorer», αν και υπάρχει δυνατότητα χρήσης και από τη γραμμή εντολών. Εικόνα 27: Το περιβάλλον εργασίας του WEKA

82 Κεφάλαιο 5 Σωματοαισθητικά Προκλητά Δυναμικά (ΣΠΔ) και Μετεγχειρητικός Πόνος 5.1 Ιδιότητες θορύβου και κατάσταση του εξεταζόμενου Ο βιοηλεκτρικός θόρυβος μπορεί να επιδράσει στην δυνατότητα μέτρησης, τον χρόνο της εξέτασης, στην ακρίβεια και τον προσδιορισμό των παραμέτρων. Για τα ΣΠΔ που καταγράφονται στην κορυφή του κεφαλιού το κύριο πρόβλημα είναι η ηλεκτρομυϊκή δραστηριότητα της οποίας η ενέργεια είναι κυρίως μεταξύ των 50 και 250 Hz κάτι που μπορεί ισχυρά να επικαλύψει το φάσμα καταγραφής των ΣΠΔ των πρώτων msec. Το πρόβλημα αυτό για να αντιμετωπιστεί απαιτεί και την συνεργασία του εξεταζομένου κάτι που και να συμβαίνει μπορεί να διατηρεί τον θόρυβο υψηλό αποκλείοντας την εξέταση. Συχνά έτσι καταφεύγει κανείς και στην γενική αναισθησία αφού και στον φυσιολογικό ύπνο ο θόρυβος τέτοιου είδους παραμένει. Ο ύπνος και η αναισθησία δεν επηρεάζουν τα ΣΠΔ.. Τα Υ.Ε.ΣΠΔ δυναμικά επηρεάζονται λιγότερο από τον παραπάνω θόρυβο, αφού το φάσμα τους είναι μεταξύ του 1 και των 15 Hz. Εδώ έτσι παραμένει μόνο ο θόρυβος από τα προβλήματα επαφής των ηλεκτροδίων που προκαλούν χαμηλής συχνότητας θόρυβο. Έντονο πρόβλημα μπορεί να παρουσιαστεί όμως από τους ρυθμούς του Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (8-13 Hz), που μπορεί να εισέλθουν στην καταγραφόμενη απόκριση. Δραστική μείωση σε ανεκτά όρια επιτυγχάνεται με την οπτική προσοχή του εξεταζομένου η οποία συμπιέζει τους ρυθμούς αυτούς. Η επίδραση του ύπνου και της αναισθησίας εδώ κάνει τα δυναμικά αυτά μη αποδεκτά σε ευρεία κλίμακα. Η προσοχή επιδρά ευεργετικά στα φλοιϊκά ΣΠΔ αλλά όχι στα στελεχιαία αυξάνοντας τα πλάτη των δυναμικών. Αυτό συμβαίνει γιατί τα δυναμικά αυτά δεν είναι πλήρως εξωγενή αλλά εξαρτώνται κατά πολύ από την κατάσταση του εξεταζομένου, (Chiappa, 1997). 5.2 Ηλικία Η ηλικία αλλά και το φύλο έχει παρατηρηθεί να προκαλούν μεταβολές στις παραμέτρους των ΣΠΔ μόνο. Αυτό συμβαίνει γιατί: 1. Παράγονται αρκετά ψηλά στη νευρική οδό για να εκφράσουν νευρολογικές διαφορές,

83 Είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε λεπτές μεταβολές όγκου και εξέλιξης αξιοσημείωτων νευρικών γεγονότων και 3. Σε πιο κεντρικές περιοχές εμφανίζονται κυρίως εσωτερικές μεταβολές (υψηλών νοητικών διαδικασιών) από ότι στα ΣΠΔ. Η επίδραση της ηλικίας μπορεί να χωριστεί σε αποτελέσματα ωρίμανσης σε μικρά παιδιά και εκφύλισης σε ηλικιωμένους. Εκτεταμένα δεδομένα τέτοιων αλλοιώσεων συμβαίνουν μέχρι την ηλικία των 2 ετών με επίδραση στην μορφολογία, το πλάτος και τον χρόνο. Πιθανολογείται ότι αποτελούν μακροσκοπικές εικόνες εξελίξεων όπως η σταδιακή εμμυέλωση των κεντρικών νευρικών οδών και η εξέλιξη λειτουργίας του ΚΝΣ. Οι αποκρίσεις του στελέχους είναι πιο αργές στα μικρά παιδιά από ότι στα νεογέννητα. Στους εξεταζόμενους μεγάλης ηλικίας υπάρχει μια αύξηση του λανθάνοντος χρόνου λόγω των εκφυλίσεων που λαμβάνουν χώρα, αλλά πρέπει να δίνεται πάντα προσοχή ακόμη και στην επίδραση της συχνής ημιπληγίας στις ηλικίες αυτές, (Chiappa, 1997). Εικόνα 28: Διαδικασία καταγραφής των Σωματοαισθητικών Προκλητών Δυναμικών

84 Το Φύλο Οι επιδράσεις του φύλου αναφέρονται συχνά στα κύματα N1 και Ν2 αλλά και στις διακυματικές διαφορές. Είναι μάλιστα μεγαλύτερες των 0,2 msec. Οι αιτίες δεν είναι σαφείς αλλά οι ερμηνείες που δίνονται έχουν σχέση με νευρολογικές διαφορές όπως το μήκος των οδών, τη διάμετρο των νεύρων, τον αριθμό και την οργάνωσή τους. Οι διαφορές αυτές είναι συχνά μικρές μα πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν στην νευρολογική χρήση κυρίως των ΣΠΔ για την αποφυγή σφαλμάτων. Τα στοιχεία για τα φλοιϊκά ΣΠΔ είναι ελλιπή στον τομέα αυτό χωρίς αυτό φυσικά να σημαίνει ότι και εδώ δεν μπορεί να υπάρχουν διαφορές, (Chiappa, 1997). 5.4 Η Θερμοκρασία Τα αργά κυρίως κύματα επηρεάζονται από τις υψηλές κυρίως θερμοκρασίες ενώ οι χαμηλές θερμοκρασίες προκαλούν παράταση στους λανθάνοντες χρόνους. Μεγάλη σημασία έχει το γεγονός αυτό στα νεογέννητα, σε ασθενείς σε κώμα ή με τοξική επίδραση και κατά τη διάρκεια νευροχειρουργικής παρακολούθησης. Στη κλινική ρουτίνα προβλήματα αποκλίσεων λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας είναι μάλλον σπάνια, (Chiappa, 1997). 5.5 Μορφομετρικές διαφορές Από ιδιαίτερα πρόσφατες μελέτες έχει εκτιμηθεί όπως και σε όλα τα ΠΔ ότι οι ανθρωπομετρικές διαφορές (δηλαδή οι ανατομικές διαφορές πχ το ύψος, το μέγεθος του κεφαλιού κλπ) μεταξύ των διαφόρων εξεταζομένων επιφέρουν διασπορά στις παραμέτρους των ΣΠΔ. Το μέγεθος κλειδί εδώ είναι η ακτίνα του κεφαλιού η οποία είναι ανάλογη και με εσωτερικές διαφορές στα μήκη των νευρικών οδών. Αρχικά στις διαφορές αυτές αποδόθηκαν και οι παραπάνω επιδράσεις του φύλου. Όμως κατάλληλες έρευνες με τη βοήθεια ακτινοδιαγνωστικών μεθόδων, έχουν αναδείξει την ακτίνα του κεφαλιού ανάλογη του μήκους του στελέχους και γενικά της οδού να επιδρά στη μετατόπιση των λανθανόντων χρόνων προς μεγαλύτερες τιμές, αφού είχαν αποκλειστεί κατάλληλα διαφορές λόγω φύλου. Η εκτίμηση των αποκλίσεων αυτών είναι πολύ σοβαρή στην περίπτωση που εξετάζονται μικρά παιδιά των οποίων τα μορφομετρικά μεγέθη κατέχουν την πρώτη θέση μεταξύ των

85 υπολοίπων παραγόντων διασποράς στον φυσιολογικό πληθυσμό, (Chiappa, 1997). 5.6 Νευρολογικές ανωμαλίες Πριν γίνει κάθε καταγραφή πρέπει να ληφθεί υπόψιν ότι όταν ο κλινικός στόχος είναι η νευρική αγωγή, νευρολογικοί παράγοντες μπορεί να δράσουν σαν πηγές σύγχυσης και διασποράς και αντιστρόφως, όταν ο στόχος είναι ο νευρολογικός έλεγχος, απώλεια στην αισθητικότητα μπορεί να προκαλέσει προβλήματα ερμηνείας και εκτίμησης των παραμέτρων. Έτσι είναι απαραίτητη η συνεχής επαγρύπνηση με στόχο τον έλεγχο και την συνεκτίμηση όλων των παραγόντων αποκλίσεων των παραμέτρων

86 Κεφάλαιο 6 Ερευνητική μεθοδολογία 6.1 Τρόποι αποφυγής διασποράς από τεχνικούς και βιολογικούς παράγοντες Πρωτόκολλο Όλοι οι παραπάνω τεχνικοί παράγοντες οι οποίοι επιδρούν στην καταγραφή των ΣΠΔ προκαλούν, όπως ήδη τονίστηκε, διασπορά στις τιμές των παραμέτρων ανάμεσα στον φυσιολογικό πληθυσμό. Έτσι, η τυπική απόκλιση από την μέση φυσιολογική τιμή κάθε παραμέτρου είναι σχετικά μεγάλη με αποτέλεσμα η ευαισθησία της μεθόδου να είναι μικρή. Αυτό συμβαίνει γιατί παθολογίες που πιθανόν να προκαλούν αποκλίσεις δεν είναι δυνατόν να ανιχνευτούν μιας και η απόκλιση των φυσιολογικών τιμών θα τις υπερκαλύπτει. Το αυστηρό πρωτόκολλο είναι η πιο ουσιαστική δυνατότητα περιορισμού των τεχνικών παραγόντων διασποράς. Πιο ειδικά, ορίζεται από την αρχή της διαδικασίας των καταγραφών των ΣΠΔ η θέση των ηλεκτροδίων, το είδος της διέγερσης, οι παράμετροι διέγερσης, οι παράμετροι καταγραφής, ο αριθμός καταγραφών, η κατάσταση εξεταζομένου, ένα όσο το δυνατόν χαμηλότερο όριο στην αντίσταση των ηλεκτροδίων με το δέρμα αλλά και η μέθοδος αναγνώρισης της μορφολογίας και εκτίμησης των παραμέτρων. Ο πίνακας που ακολουθεί παρουσιάζει αναλυτικά (ενδεικτικά) ένα κλασσικό πρωτόκολλο καταγραφής ΣΠΔ (πίνακας 2). ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗΣ ΣΩΜΑΤΟΑΙΣΘΗΤΙΚΩΝ ΠΡΟΚΛΗΤΩΝ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΔΙΕΓΕΡΣΗ : τετραγωνική ΔΙΑΡΚΕΙΑ : 0,1 msec ΕΝΤΑΣΗ : 6,9 ma ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟΤΗΤΑ : 1 Hertz ΦΙΛΤΡΑ : NAI ΑΡΙΘΜΟΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ : 200 ΧΡΟΝΟΣ ΣΑΡΩΣΗΣ : 100 msec ΑΠΟΡΡΙΨΗ ΘΟΡΥΒΟΥ : NAI Πίνακας 2: Κλασσικό πρωτόκολλο καταγραφής ΣΠΔ

87 Οι βιολογικοί παράγοντες αποκλίσεων έτσι όπως παρουσιάστηκαν, μπορούν να περιοριστούν με την σωστή ομαδοποίηση του φυσιολογικού δείγματος. Είναι απαραίτητο για κάθε μέθοδο, όπως έχει τονιστεί, οι συγκρίσεις κάθε καταγραφής να γίνονται σε σχέση με την μέση τιμή των παραμέτρων ενός φυσιολογικού δείγματος το οποίο έχει οργανωθεί από την έναρξη των καταγραφών (εικόνα 29). Πιο ειδικά, επιλέγονται άτομα με κανένα νευρολογικό πρόβλημα και εξετάζονται με ΣΠΔ. Οι τιμές των παραμέτρων που καταγράφονται ορίζουν την μέση φυσιολογική τιμή αλλά και την τυπική απόκλιση. Τιμές παραμέτρων που θα αποκλίνουν από την φυσιολογική τιμή πέρα από δυο τυπικές αποκλίσεις θεωρούνται παθολογικές. Οι συστηματικές αυτής αποκλίσεις, οι οποίες σύμφωνα με τα παραπάνω οφείλονται σε βιολογικά χαρακτηριστικά του εξεταζόμενου δεν είναι δυνατόν να συμπεριληφθούν στην εκτίμηση αυτή. Έτσι κάθε φορά δημιουργείται η ανάγκη να δημιουργείται φυσιολογικά δείγματα καθορισμένων ομάδων ανάλογα με την ηλικία και με το φύλο. Με τον τρόπο αυτό παράμετροι κάποιου εξεταζόμενου θα συγκρίνονται με τιμές φυσιολογικού δείγματος το οποίο αποτελείται από άτομα αυτής ηλικίας και φύλου. Η θερμοκρασία είναι πολύ εύκολο να ελεγχθεί με την επιδίωξη συγκεκριμένων συνθηκών στο χώρο εξέτασης αλλά και τον κλινικό έλεγχο του εξεταζόμενου, ο οποίος είναι αναγκαίο να διενεργείται κάθε φορά πριν γίνει η καταγραφή των ΣΠΔ. Στον έλεγχο αυτό μπορεί να αποκαλυφθεί και οποιοδήποτε άλλο νευρολογικό ή ορθοπεδικό πρόβλημα που μπορεί να υπάρχει έτσι ώστε να ληφθούν υπόψιν στην τελική εκτίμηση των ΣΠΔ. Έτσι μπορεί να αποφύγει κανείς τα προβλήματα που μπορεί να δημιουργήσει η ηλικία, το φύλο, η θερμοκρασία και τα τυχόν νευρολογικά ή και ορθοπεδικά προβλήματα του εξεταζόμενου αλλά παραμένουν οι αποκλίσεις λόγω ανθρωπομετρικών διαφορών

88 Εικόνα 29: Κλινικό σύστημα καταγραφής και ανάλυσης ΣΠΔ Εικόνα 30: Πρόγραμμα επεξεργασίας βιοσημάτων σε Ηλεκτρονικό Υπολογιστή 6.2 Υλικό και πειραματική διαδικασία Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν πενήντα δύο (52) ορθοπαιδικοί ασθενείς που όλοι είχαν υποβληθεί σε προγραμματισμένη επέμβαση στα κάτω άκρα και συγκεκριμένα στην άρθρωση του γόνατος. Δεν έγινε εσκεμμένα καταγραφή ασθενών που είχαν υποβληθεί σε επεμβάσεις στην περιοχή του γόνατος συνεπεία τραύματος καθώς οι μηχανισμοί πόνου

89 δεν θα αφορούσαν αποκλειστικά το χειρουργικό πεδίο αλλά και τις οποιεσδήποτε καταστροφές θα είχαν υποστεί οι ιστοί λόγω του τραυματισμού που είχε προηγηθεί. Κάτι τέτοιο θα περιέπλεκε ακόμα περισσότερο την προσπάθεια μας και πιθανόν να οδηγούσε σε παραπλανητικά αποτελέσματα. Όλοι οι ασθενείς που μελετήθηκαν είχαν υποβληθεί σε επέμβαση από τον ίδιο χειρουργό. Από τους 52 αυτούς ασθενείς 30 ήταν άνδρες και 22 γυναίκες. Μέσος όρος ηλικίας 58,75 έτη με την ηλικία να έχει ελάχιστη τιμή τα 16 έτη και μέγιστη τα 90. Καταγράφηκαν τα σωματομετρικά χαρακτηριστικά όλων των ασθενών, (ύψος και βάρος). Η μέση τιμή του ύψους ήταν τα 168,9 cm, με ελάχιστη τιμή τα 154cm και μέγιστη τα 191cm. Για το βάρος των ασθενών αντίστοιχα ο μέσος όρος ήταν 74,5kgr με διακύμανση από τα 56kgr και μέγιστη τα 95kgr. Τα δεδομένα ήταν ανώνυμα και όλοι οι ασθενείς συναίνεσαν για τη συμμετοχή τους στην καταγραφή. Από τους 52 αυτούς ασθενείς 38 είχαν υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική γόνατος (ΤΚΑ), 8 σε αρθροσκοπική μηνισκεκτομή (ΑΜ), 5 υποβλήθηκαν σε συνδεσμοπλαστική προσθίου χιαστού συνδέσμου με μόσχευμα προερχόμενο από τους ισχιοκνημιαίους μύες (ACLSH) και 1 σε συνδεσμοπλαστική προσθίου χιαστού συνδέσμου με μόσχευμα από τον επιγονατιδικό τένοντα (ACLSP). Είκοσι δύο (22) από τους ασθενείς μας κατά την λήψη του ιστορικού τους στην εισαγωγή δεν ανέφεραν συνοδά προβλήματα, ενώ οι υπόλοιποι 30 δήλωσαν ότι πάσχουν από νοσήματα για τα οποία ελάμβαναν φαρμακευτική αγωγή. Κατά τη μεταφορά τους από το χειρουργείο στην κλινική 6 από αυτούς έφεραν αντλία χορήγησης αναλγησίας είτε στον επισκληρίδιο χώρο είτε ενδοφλέβια η οποία είχε τοποθετηθεί από αναισθησιολογικό τμήμα του νοσοκομείου μας. Όλοι οι ασθενείς έφεραν συμπληρωμένο περιεγχειρητικό δελτίο στο οποίο αναγραφόταν το είδος της αναισθησίας που είχε χορηγηθεί καθώς και το αν είχε χορηγηθεί αναλγησία κατά την παραμονή τους στην ανάνηψη του χειρουργείου και το τι είδους φαρμακευτική ουσία είχε χρησιμοποιηθεί. Όλοι οι ανωτέρω ασθενείς αξιολογήθηκαν δύο φορές κατά την ημέρα του χειρουργείου. Η πρώτη αξιολόγηση έγινε 4 ώρες μετεγχειρητικά και η δεύτερη 8 ώρες μετεγχειρητικά. Η αξιολόγηση έγινε από τον γράφοντα και από ένα

90 δεύτερο άτομο ειδικό στην χρήση της συσκευής καταγραφής των προκλητών δυναμικών. Αρχικά ζητήθηκε από όλους τους ασθενείς να υποδείξουν με την χρήση της κλίμακας NRS την ένταση του πόνου τους. Η διαδικασία αυτή έγινε αφού εξηγήθηκε σε καθέναν από τους ασθενείς ο σκοπός της καταγραφής και το πως ακριβώς χρησιμοποιείται η κλίμακα NRS. Ένας από τους 52 ασθενείς δεν ήταν σε θέση να συμπληρώσει την κλίμακα NRS λόγω ληθαργικότητας και μη καλής κατανόησης των όσων του ειπώθηκαν. Ο εν λόγω ασθενής έφερε αντλία συνεχούς έκχυσης οπιοειδούς αναλγητικού στον επισκληρίδιο χώρο η οποία, όπως διαπιστώθηκε αργότερα, είχε χρησιμοποιηθεί από το συγγενικό του περιβάλλον υπερβολικά με σκοπό να τον απαλλάξουν από τον πόνο του με αποτέλεσμα την ληθαργική κατάσταση του ασθενούς. Στη συνέχεια τοποθετήθηκαν τα ηλεκτρόδια καταγραφής και το ενεργό ηλεκτρόδιο. Πριν από την τοποθέτηση των ηλεκτροδίων έγινε καθαρισμός του δέρματος με διάλυμα αιθυλικής αλκοόλης και ήπια απολέπιση με ειδικό προϊόν. Ανάμεσα στα ηλεκτρόδια και στο δέρμα χρησιμοποιήθηκε ως διάμεσο μέσο υδατοδιαλυτή γέλη. Τα ηλεκτρόδια σταθεροποιήθηκαν στη θέση τους στο κάτω άκρο με την βοήθεια ελαστικών ιμάντων ενώ για το τριχωτό της κεφαλής χρησιμοποιήθηκε αυτοκόλλητη μη ελαστική ταινία μίας χρήσης. Σε 17 από τους 52 ασθενείς παρατηρήθηκε μετακίνηση των ηλεκτροδίων κατά τη διάρκεια της καταγραφής. Όλες οι περιπτώσεις αφορούσαν τα ηλεκτρόδια που είχαν τοποθετηθεί στο τριχωτό της κεφαλής. Σε όλους αυτούς τους ασθενείς έγινε αφαίρεση των ηλεκτροδίων, εκ νέου καθαρισμός το σημείου τοποθέτησης, επανατοποθέτηση των ηλεκτροδίων και έναρξη της μέτρηση από την αρχή. Κάθε μέτρηση είχε διάρκεια 3-5 λεπτά και καθόλη τη διάρκεια της είχε ζητηθεί από τον ασθενή να κρατά τα μάτια του κλειστά προς αποφυγή άλλων ερεθισμάτων που θα επηρέαζαν τα αποτελέσματα. Για την αποφυγή ηχητικών ερεθισμάτων όλοι όσοι μπορούσαν να απομακρυνθούν από το θάλαμο νοσηλείας είχαν απομακρυνθεί και ζητήθηκε από τους ασθενείς να τοποθετήσουν στον έξω ακουστικό τους πόρο ωτοασπίδες μιας χρήσεως. Το μέγεθος του χορηγούμενο ερεθίσματος στον ασθενή καθοριζόταν από τον χειριστή της συσκευής καταγραφής σε επίπεδα έντασης τέτοια ώστε να είναι

91 πάντα καλώς ανεκτά από τον ασθενή χωρίς να του προκαλούν δυσφορία ή άλγος. Σε κανέναν από τους 52 ασθενείς που μελετήθηκαν δεν προκλήθηκε βλάβη ή θερμικό έγκαυμα από το ενεργό ηλεκτρόδιο. Σε 4 από τους 52 ασθενείς παρατηρήθηκε ήπια ερυθρότητα στα σημεία εφαρμογής όλων των ηλεκτροδίων του κάτω άκρου η οποία αποδόθηκε από τον γράφοντα, και ιατρό της κλινικής, σε υπερευαισθησία του δέρματος στα ηλεκτρόδια ή στο διάμεσο μέσο. Σε καμία από τις παραπάνω 4 περιπτώσεις δεν χρειάστηκε να χορηγηθεί φαρμακευτική αγωγή για την υποχώρηση της ερυθρότητας και όλοι οι ασθενείς μετά από σύντομο χρονικό διάστημα δεν εμφάνιζαν κανένα σημείο δερματικής αντίδρασης. Μετά από την καταγραφή και ανάλογα με την αξιολόγηση του ασθενούς στην κλίμακα NRS και την κρίση του ειδικού χορηγήθηκε η κατάλληλη μορφή αναλγησίας. Η ίδια διαδικασία επαναλήφθηκε και 8 ώρες μετεγχειρητικά. Παράλληλα με την συλλογή των δεδομένων, πραγματοποιήθηκαν συνεντεύξεις με εμπειρογνώμονες. Τα αποτελέσματα συγκεντρώθηκαν και αξιολογήθηκαν. Καταχωρήθηκαν σε λογιστικό φύλλο του προγράμματος Microsoft office excel. Η γνώση, η οποία έχει παραχθεί από τα δεδομένα με την χρήση ειδικών λογισμικών εξόρυξης γνώσης (WEKA) και από τις συνεντεύξεις, αποτέλεσαν την πηγή για την παραγωγή των κανόνων του συστήματος που χρησιμοποιούνται για την κατηγοριοποίηση των ασθενών. Υλοποιήθηκαν τρία διαφορετικά συστήματα με βάση την ασαφή λογική. Ένα για την πρόβλεψη της πρώτης δόσης, ένα για την πρόβλεψη της δεύτερης και τέλος ένα σύστημα με μειωμένες παραμέτρους εισόδου. Για τα δύο πρώτα συστήματα εκτελέστηκαν δύο εκδόσεις, μία με τη χρήση προκλητών δυναμικών και μια δεύτερη χωρίς αυτά. Η έκδοση με τις μειωμένες παραμέτρους εκτελέστηκε με τη χρήση των προκλητών δυναμικών. Μετά την ολοκλήρωση της υλοποίησης έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων με βάση την αποτελεσματικότητα που είχε το καθένα από αυτά στην ικανότητα πρόβλεψης της μετεγχειρητικής φαρμακευτικής αγωγής

92 Κεφάλαιο Δημιουργία έμπειρου συστήματος με τη βοήθεια αλγορίθμων μηχανικής μάθησης Στην παρούσα διπλωματική εργασία περιγράφουμε την ανάπτυξη ενός ευφυούς συστήματος, προκειμένου να συνδράμει στην επιλογή της απόφασης για την καλύτερη και ασφαλέστερη εφαρμογή των υπαρχόντων φαρμακευτικών, κλπ παρεμβάσεων για την αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου σε ορθοπεδικούς ασθενείς. Το έμπειρο μας σύστημα ονομάστηκε PONOS.Τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τέσσερις κατηγορίες: Τα στοιχεία από το ιστορικό του ασθενούς. (ηλικία, ύψος, φύλλο, βάρος, είδος επέμβασης και τα συνοδά προβλήματα. Τα στοιχεία από το περιεγχειρητικό δελτίο του ασθενούς. (ύπαρξη ή όχι αντλίας συνεχούς έκχυσης αναλγητικού και το αναλγητικό που χρησιμοποιήθηκε στην ανάνηψη. Στην τρίτη κατηγορία είναι τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν από την πρώτη καταγραφή (BPM, BP, VAS, EP, Φ.Ο, δόση) στις 4 ώρες μετεγχειρητικά. Στην τέταρτη κατηγορία είναι τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν από τη δεύτερη καταγραφή (BPM, BP, VAS, EP, Φ.Ο, δόση) στις 8 ώρες μετεγχειρητικά. Συνολικά λοιπόν η βάση δεδομένων μας αποτελείται από 52 περιστατικά και 20 παραμέτρους. 7.1 Μοντελοποίηση και σχεδιασμός Αρχικά, όπως έχουμε ήδη περιγράψει, πραγματοποιήθηκε η συλλογή των δεδομένων. Καταγραφή βιοσημάτων Σωματοαισθητικών Προκλητών Δυναμικών από ασθενείς που έχουν υποβληθεί σε επεμβάσεις ορθοπαιδικής φύσεως στα κάτω άκρα. Τα δεδομένα αυτά είναι ανώνυμα και θα περιλαμβάνουν δημογραφικά στοιχεία, το κύριο σύμπτωμα του ασθενή, την αξιολόγηση, τον τρόπο διαχείρισης-επέμβασης καθώς και ένα σύνολο από χαρακτηριστικά γνωρίσματα για κάθε περιστατικό. Το επίπεδο του

93 πόνου καταγράφθηκε με το γνωστό εργαλείο αξιολόγησης VAS. Παράλληλα με την συλλογή των δεδομένων, πραγματοποιήθηκαν συνεντεύξεις με εμπειρογνώμονες. Η γνώση, η οποία έχει παραχθεί από τα δεδομένα με την χρήση ειδικών λογισμικών εξόρυξης γνώσης (WEKA) και από τις συνεντεύξεις, αποτέλεσαν την πηγή για την παραγωγή των κανόνων του συστήματος που χρησιμοποιούνται για την κατηγοριοποίηση των ασθενών. Το ευφυές σύστημα που αναπτύξαμε για την αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου έχει την δομή του σχήματος 4. Ο πυρήνας του συστήματος είναι ένα ασαφές expert system, στο οποίο έχει προστεθεί ένα off line machine component. H βάση γνώσης του ευφυούς συστήματος περιλαμβάνει crisp ή fuzzy κανόνες κατανεμημένους σε ομάδες. Οι ασαφείς κανόνες είναι συμβολικοί (if-then) με λογικές μεταβλητές (π.χ ηλικία). Τα ποσοστά είναι ειδικά μέσω μιας συνάρτησης συγγένειας (membership function). Οι μεταβλητές των συνθηκών ή του ιστορικού ενός κανόνα αποτελούν τα δεδομένα εισόδου και η μεταβλητή του αποτελέσματος (consequent) αποτελεί την έξοδο του συστήματος. Η συλλογιστική σε ένα τέτοιο σύστημα περιλαμβάνει 3 στάδια: Μετατροπή συγκεκριμένης τιμής σε ασαφή (fuzzification) Συνεπαγωγή (inference) Μετατροπή ασαφούς σε ακριβή τιμή-αποσαφήνιση (defuzzification) Στο fuzzification οι σαφείς τιμές εισόδου (από την βάση γεγονότων) μετατρέπονται σε βαθμούς συγγένειας εφαρμόζοντας τις αντίστοιχες συναρτήσεις συγγένειας οι οποίες γίνονται ο βαθμός αληθείας των αντίστοιχων συναρτήσεων των ασαφών κανόνων. Στο στάδιο της συνεπαγωγής οι βαθμοί συνθηκών των ασαφών κανόνων συνδυάζονται για να παράγουν τους βαθμούς αληθείας των συμπερασμάτων. Στο defuzzification η ασαφής τιμή εξόδου μετατρέπεται σε σαφή τιμή. Εδώ χρησιμοποιείται η γνώριμη μέθοδος αποσαφήνισης CENTROID. Σύμφωνα με την ανωτέρω μέθοδο η διακριτή τιμή είναι η συντεταγμένη στον άξονα των χ του κέντρου βάρους της τελικής συνάρτησης συγγένειας για την ασαφή παράμετρο εξόδου

94 BPM1 BP1 EP1 NRS1 Ηλικία (AGE) Φύλο (SEX) Ύψος (Height) PARACETAMOL 500 MG IV Βάρος (Weight) PARACETAMOL 1GΡ IV Επέμβαση (Surgery) DOSE1 PETHIDINE 50MG IM Συνοδά (Other) Αντλία (ANTLIA) CELECOXIB 40MG IV Αναλγησία ανάνηψης (AA) ΔΕΝ ΧΡΗΖΕΙ ΘΕΡΑΠΕΙΑ Φαρμακευτική ουσία (FO) BPM2 Δόση (DOSE) DOSE2 BP2 EP2 PARACETAMOL 500 MG IV NRS2 PARACETAMOL 1GΡ IV PETHIDINE 50MG IM CELECOXIB 40MG IV ΔΕΝ ΧΡΗΖΕΙ ΘΕΡΑΠΕΙΑ Σχήμα 4: Διάγραμμα της δομής και της συλλογιστικής ροής στο «PONOS»

95 Περιγραφή του αλγορίθμου J48 στο σύνολο εκπαίδευσης Εικόνα 31: Το WEKA μετά την εισαγωγή του αρχείου. Σε αυτό το παράθυρο βλέπουμε ότι το συγκεκριμένο dataset περιέχει 52 παραδείγματα (Ιnstances) και κάθε παράδειγμα απαρτίζεται από 13 χαρακτηριστικά (Αttributes). Οι παράμετροι εισαγωγής είναι οι εξής: 1. ηλικία (age). Λαμβάνει αριθμητικές τιμές. Η ηλικία μετράται σε έτη. 2. φύλλο (sex). Λαμβάνει λογικές τιμές. Μ=Male, F=Female 3. ύψος (Height). Λαμβάνει αριθμητικές τιμές. Το ύψος μετράται σε cm 4. βάρος (Weight). Λαμβάνει αριθμητικές τιμές. To βάρος μετράται σε Kgr 5. είδος χειρουργείου (surgery). Λαμβάνει λογικές τιμές οι οποίες προσδιορίζονται από το είδος της επέμβασης στην οποία έχει υποβληθεί ο ασθενής. (TKA, ACLSH, ACLSP,AM) (αναφέρονται στο κεφάλαιο συντμήσεις) 6. συνοδά προβλήματα (other). Λαμβάνει λογικές τιμές οι οποίες προσδιορίζουν το είδος των συνοδών προβλημάτων του ασθενούς. (ΚΜ, ΑΥ, ΣΔ) (αναφέρονται στο κεφάλαιο συντμήσεις) 7. ύπαρξη αντλίας (adlia). Λαμβάνει λογικές τιμές, Υ=yes (θετική τιμή για την ύπαρξη αντλίας) Ν=no (αρνητική τιμή για την ύπαρξη αντλίας) 8. καρδιακός ρυθμός (BPM). Λαμβάνει αριθμητικές τιμές και εκφράζει τους καρδιακούς παλμούς ανά λεπτό. 9. αρτηριακή πίεση (BP). Λαμβάνει αριθμητικές τιμές και εκφράζει την αρτηριακή πίεση μετρημένη σε mm/hg

96 ΝRS. Λαμβάνει αριθμητικές τιμές αναλγησία ανάνηψης (AA). Λαμβάνει λογικές τιμές Υ=yes (θετική τιμή για την ύπαρξη αναλγησίας ανάνηψης) Ν=no (αρνητική τιμή για την ύπαρξη αναλγησίας ανάνηψης) 12. φαρμακευτική ουσία (FO). Λαμβάνει λογικές τιμές οι οποίες προσδιορίζουν το είδος της φαρμακευτικής ουσίας που χορηγήθηκε στον ασθενή. 13. Δόση (DOSE). Λαμβάνει συνδυασμό αριθμητικών και λογικών τιμών. Εκφράζει τη δόση της φαρμακευτικής ουσίας που χορηγήθηκε στον ασθενή μετρημένη σε mg ή G καθώς και την οδό χορήγησης. Στη συνέχεια δημιουργήσαμε ένα δέντρο αποφάσεων με τη χρήση του αλγορίθμου J48. Από την καρτέλα Classify επιλέγουμε Choose Τrees J48. Εικόνα 32: Επιλέγοντας τον αλγόριθμο J48 με Test Option Percentage split 66 %. Αυτό σημαίνει πως χωρίζουμε το dataset σε 2 μέρη. Το training set αποτελεί τα 2/3 (66%) και το test set κάνει έλεγχο. Επιπλέον, χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο reduced error-pruning του εργαλείου WEKA

97 Εικόνα 33: Επιλογή του reduced error-pruning ως ΤRUE Στη συνέχεια, το πρόγραμμα αρχίζει να δημιουργεί το δέντρο. Εικόνα 34: Αποτελέσματα αλγορίθμου J48. Με την παραπάνω διαδικασία επιλέγουμε την καταλληλότερη δενδρική μορφή και τελικά τους κανόνες στην έξοδο του συστήματος

98 Ανάλυση αποτελεσμάτων αλγορίθμου J48 Στην αρχή αυτής της αναφοράς των αποτελεσμάτων παρατίθεται μια σύνοψη του dataset καθώς και το ότι χρησιμοποιήθηκε η percentage split 66 % μέθοδος για να γίνει μια εκτίμηση του μοντέλου που παράχθηκε. Αμέσως μετά ακολουθεί μια λεκτική περιγραφή του δέντρου που παράχθηκε και είναι «ψαλιδισμένο» (J48 pruned tree). Στη δεύτερη γραμμή : PCA <= 12: 6 (12/6), μέσα στις παρενθέσεις αναγράφονται ο αριθμός των παραδειγμάτων που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία των δέντρων (12) και (6) ο αριθμός των παραδειγμάτων που δεν κατηγοριοποιήθηκαν σωστά. Το ίδιο ισχύει για όλες τις παρενθέσεις. Στη συνέχεια αναγράφεται ο αριθμός των φύλλων και ο αριθμός των κόμβων. Στο επόμενο τμήμα δίνονται εκτιμήσεις για την απόδοση του δέντρου. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι 6 περιπτώσεις δεν κατηγοριοποιήθηκαν σωστά ενώ 12 κατηγοριοποιήθηκαν σωστά. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η διαδικασία ταξινόμησης με έναν Confusion Matrix για την ταξινόμηση ενός προβλήματος σε δύο κατηγορίες: Σχήμα 5: Confusion Matrix TN(True Negatives) = ο αριθμός των αρνητικών παραδειγμάτων που έχουν ταξινομηθεί σωστά. FP (Faulse Positives) = ο αριθμός των αρνητικών παραδειγμάτων που έχουν από λάθος ταξινομηθεί σωστά. FN (Faulse Negatives) = ο αριθμός των θετικών παραδειγμάτων που από λάθος ταξινομήθηκαν ως αρνητικά. TP(True Positives) = ο αριθμός των θετικών παραδειγμάτων που σωστά ταξινομήθηκαν ως θετικά. Με βάση τους παραπάνω ορισμούς υπολογίζουμε τις παρακάτω ποσότητες: TP rate: TP/TP +FN FP rate: FP/FP+TN Precision: TP/TP+FP

99 Recall: TP/TP+FN= TP rate F-measure = 2xRecallxPrecission/(Recall+Precission)= 2TP/2TP+FP+FN. Το F- measure είναι ο σταθμισμένος αρμονικός μέσος όρος ακρίβειας και ανάκλησης η ανάλυση του οποίου ξεφεύγει από τα όρια αυτής της εργασίας. Το WEKA δίνει τη δυνατότητα και για άλλους υπολογισμούς με την επιλογή Μοre Options. Στην συγκεκριμένη κλινική εφαρμογή δεν είναι εφικτό να ταξινομηθούν αποτελέσματα με ακρίβεια ως ψευδώς θετικά ή αρνητικά ή αληθώς θετικά ή αρνητικά και αυτό αποτελεί την ιδιαιτερότητα της φιλοσοφίας της αντιμετώπισης του πόνου. Ο «ειδικός» δεν απορρίπτει αποτελέσματα του συστήματος που χορηγούν διαφορετικό φαρμακευτικό σκεύασμα από το προτεινόμενο των δεδομένων εισαγωγής αρκεί να είναι ενδεδειγμένο και να μην έχει αντένδειξη, απορρίπτει μόνο προτάσεις και κανόνες που έρχονται σε αντίθεση με την εφαρμογή της καθημερινής κλινικής ιατρικής πρακτικής καθώς και δόσεις φαρμακευτικών σκευασμάτων που δεν ακολουθούν την χρονοεξαρτώμενη δοσολογία που προβλέπεται. Με βάση τα παραπάνω το σύστημα μας δεν μπορεί να αξιολογηθεί για την ευαισθησία και την εξειδίκευσή του παρά μόνο για την ακρίβεια του κάτι που το κάνει να υστερεί σε αξιοπιστία όμως όπως ήδη έχουμε αναφέρει ο σκοπός του παρόντος πονήματος είναι να δείξει εάν και κατά πόσο μία ακόμα παράμετρος που χαρακτηρίζεται από υψηλή αντικειμενικότητα όπως είναι οι τιμές των προκλητών δυναμικών μπορεί να αυξήσει την ακρίβεια των προβλέψεων στην επιλογή της κατάλληλης φαρμακευτικής αγωγής στην αντιμετώπιση του μετεγχειρητικού πόνου. 7.2 Υλοποίηση του δένδρου αποφάσεων του αλγόριθμου J48 Μέσω του αλγορίθμου J48 φτιάχτηκαν δύο διαφορετικές εκδόσεις πρόβλεψης της δόσης της φαρμακευτικής ουσίας. Δηλαδή δύο εκδόσεις για την πρόβλεψη της πρώτης δόσης και δύο για την πρόβλεψη της δεύτερης δόσης. Η πρώτη έκδοση της κάθε υλοποίησης έγινε χωρίς την χρήση των παραμέτρων των σωματοασθητικών προκλητών δυναμικών, ενώ αντίθετα στη δεύτερη έκδοση της κάθε δόσης προσθέθηκαν τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν από τα σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά. Επιπλέον εκτελέστηκε και μία τρίτη

100 εφαρμογή με το όνομα «Κλινικός» με πολύ λιγότερες παραμέτρους εισαγωγής με σκοπό να αξιολογηθεί η ακρίβεια των προβλέψεων και στην περίπτωση αυτή. 7.3 Υπολογισμός της Πρώτης δόσης αναλγητικής αγωγής Με βάση τα στοιχεία που έχουμε εισάγει και μετά την «εκπαίδευση» στο training set γίνεται η υλοποίηση του υπολογισμού της πρώτης δόσης της μετεγχειρητικής αναλγητικής αγωγής. Στο σημείο όπως είχαμε προαποφασίσει κατά τον αρχικό σχεδιασμό της εργασίας αυτής, υλοποιήσαμε δύο εκδόσεις. Μία χωρίς την χρήση των σωμάτοαισθητικών προκλητών δυναμικών και μία δεύτερη με τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Υπολογισμός της πρώτης δόσης χωρίς τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Εφαρμόζοντας τον αλγόριθμο J48 όπως έχουμε περιγράψει παραπάνω για την πρώτη δόση της φαρμακευτικής ουσίας χωρίς την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών προκύπτει οι παρακάτω πίνακες: Εικόνα

101 Εικόνα 36: Ο αλγόριθμος J48 για τον υπολογισμό της πρώτης δόσης χωρίς την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών === Run information === Scheme: weka.classifiers.trees.j48 -C M 2 Cross-validation Folds 10 Number of Leaves : 14 Size of the tree : 17 === Stratified cross-validation === === Summary === Correctly Classified Instances % Incorrectly Classified Instances % Kappa statistic Mean absolute error Root mean squared error Relative absolute error % Root relative squared error % Total Number of Instances

102 Συνοπτικά το σύστημα μας επιτυγχάνει ποσοστό επιτυχίας στον υπολογισμό της πρώτης δόσης % και ποσοστό αποτυχίας % χωρίς την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών. Στη συνέχεια το σύστημα μας εξάγει το δέντρο των κανόνων με βάση τα στοιχεία που του έχουμε εισάγει. Το εν λόγω δέντρο έχει την μορφή της εικόνας 36. Εικόνα 37: Το δέντρο κανόνων για τον υπολογισμός της πρώτης δόσης χώρίς την χρήση ΣΠΔ Υπολογισμός της πρώτης δόσης με τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Στην έκδοση αυτή προσθέσαμε μία ακόμα παράμετρο, αυτή των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών. Τα αποτελέσματα της έκδοσης αυτής φαίνονται στους παρακάτω πίνακες:

103 Εικόνα 38 Εικόνα 39: Ο αλγόριθμος J48 για τον υπολογισμό της πρώτης δόσης με την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών === Run information === Scheme: weka.classifiers.trees.j48 -C M 2 === Stratified cross-validation === === Summary === Correctly Classified Instances % Incorrectly Classified Instances % Kappa statistic Mean absolute error

104 Root mean squared error Relative absolute error % Root relative squared error % Total Number of Instances 52 Στην δεύτερη υλοποίηση της πρώτης δόσης, αυτή τη φορά με τη χρήση και των παραμέτρων των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών, το σύστημα μας επιτυγχάνει ποσοστό επιτυχίας στην πρόβλεψη της πρώτης δόσης % με αντίστοιχο ποσοστό σφάλματος %. Βλέπουμε λοιπόν ότι με την εισαγωγή της παραμέτρου των προκλητών δυναμικών το σύστημα μας βελτιώνει την ακρίβεια του, αυξάνοντας τα ποσοστά επιτυχίας του κάτι που το καθιστά πιο αποτελεσματικό. Το δέντρο κανόνων που εξάγεται επεκτείνεται σε σχέση με αυτό που προέκυψε στην υλοποίηση χωρίς τα σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 40: Οι επιπλέον κανόνες που προκύπτουν με την εισαγωγή των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών στο σύστημα μας. Είναι φανερό ότι το σύστημά μας δημιουργώντας επιπλέον κανόνες αυξάνει το ποσοστά επιτυχίας του κάτι που δείχνει ότι τα στοιχεία και οι κανόνες που προκύπτουν από τα σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά δίνουν μια «ώθηση» στην βελτιστοποίηση των αποτελεσμάτων

105 Υπολογισμός της Δεύτερης δόσης αναλγητικής αγωγής Ακολουθώντας ακριβώς τα ίδια βήματα που έγιναν για τον υπολογισμό της πρώτης δόσης υπολογίσαμε τα ποσοστά επιτυχίας του συστήματος μας στην πρόβλεψη της δεύτερης δόσης Υπολογισμός της δεύτερης δόσης χωρίς τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Τα αποτελέσματα που πήραμε για την πρόβλεψη της δεύτερης δόσης φαίνονται στον πίνακα που ακολουθεί: Εικόνα 41 Εικόνα 42: Η υλοποίηση του αλγορίθμου μας για την πρόβλεψη της δεύτερης δόσης χωρίς την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών

106 === Run information === Scheme: weka.classifiers.trees.j48 -C M 2 Cross-validation Folds 10 Number of Leaves : 18 Size of the tree : 22 === Stratified cross-validation === === Summary === Correctly Classified Instances % Incorrectly Classified Instances % Kappa statistic Mean absolute error Root mean squared error Relative absolute error % Root relative squared error % Total Number of Instances 52 Στη συνέχεια εξάγεται το δέντρο κανόνων για τον υπολογισμό της δεύτερης δόσης χωρίς την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών. Εικόνα 43: Δέντρο κανόνων κατά τον υπολογισμό της δεύτερης δόσης χωρίς την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών

107 Το σύστημα μας όπως βλέπουμε από τα αποτελέσματα κατά τον υπολογισμό της δεύτερης δόσης χωρίς την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών δίνει ποσοστό επιτυχίας % και ποσοστό σφάλματος %. Τα παραπάνω ποσοστά είναι σαφώς χαμηλότερα σε σύγκριση με αυτά που προέκυψαν κατά τον υπολογισμό της πρώτης δόσης χωρίς πάλι τη χρήση των προκλητών δυναμικών Όσον αφορά το δέντρο κανόνων θα μπορούσε κανείς να το χαρακτηρίσει πιο ανεπτυγμένο σε σχέση με αυτό που λάβαμε στην αντίστοιχη έκδοση της πρώτης δόσης. Αυτό μπορεί να αποδοθεί στο γεγονός ότι το σύστημα μας χρησιμοποίησε πολύ περισσότερες παραμέτρους εισαγωγή που έφταναν τις 18 συνολικά ενώ στην αντίστοιχη πρώτη δόση οι παράμετροι εισαγωγής ήταν Υπολογισμός της δεύτερης δόσης με τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Στην υλοποίηση αυτή έγιναν ακριβώς τα ίδια βήματα με αυτά που έγινα και για τον υπολογισμό της πρώτης δόσης με τη χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών. Τα αποτελέσματα μας φαίνονται στην εικόνα που ακολουθεί: Εικόνα 44: Η υλοποίηση του αλγόριθμου J48 για τον υπολογισμό της δεύτερης δόσης με την χρήση των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών. === Run information === Scheme: weka.classifiers.trees.j48 -C M 2 Cross-validation Folds

108 Number of Leaves : 23 Size of the tree : 25 === Stratified cross-validation === === Summary === Correctly Classified Instances % Incorrectly Classified Instances % Kappa statistic Mean absolute error Root mean squared error Relative absolute error % Root relative squared error % Total Number of Instances 52 Στην δεύτερη υλοποίηση της δεύτερης δόσης, με τη χρήση και των παραμέτρων των σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών, το σύστημα μας επιτυγχάνει ποσοστό επιτυχίας στην πρόβλεψη της δόσης αυτής % με αντίστοιχο ποσοστό σφάλματος %. Οι κανόνες οι οποίοι προκύπτουν στην έκδοση αυτή απεικονίζονται στην παρακάτω εικόνα:

109 Εικόνα 45: Κανόνες υλοποίησης της δεύτερης δόσης με την χρήση σωματοαισθητικών προκλητών δυναμικών Βλέπουμε ότι όπως και στην υλοποίηση της πρώτης δόσης, έτσι και εδώ, η ακρίβεια στην πρόβλεψη της δόσης αυξάνεται με την προσθήκη μιας ακόμα παραμέτρου που είναι τα προκλητά δυναμικά. Από τις δύο εκδόσεις του συστήματος μας μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το σύστημα μας ουσιαστικά «χρειάζεται» την τιμή που προκύπτει από τα προκλητά δυναμικά ως παράμετρο εισόδου για να αυξήσει την ακρίβεια του. Θα περιμέναμε ότι στον υπολογισμό της δεύτερης δόσης το σύστημα μας έχοντας «μάθει» από την πρώτη δόση να επιτυγχάνει καλύτερα αποτελέσματα έχοντας σαφώς και μεγαλύτερο αριθμό παραμέτρων εισόδου. Βέβαια δεν είναι σωστό και δεν μπορούμε να συγκρίνουμε τα αποτελέσματα της πρώτης και της δεύτερης δόσης όμως σε ένα σύστημα μηχανικής γνώσης κάτι τέτοιο ίσως να το περιμέναμε. Πιθανόν με τη χρήση μεγαλύτερου δείγματος και το βασικότερο με την χρήση περισσότερων επαναλήψεων στις μετρήσεις τα αποτελέσματα να ήταν καλύτερα. 7.5 Η εφαρμογή «Κλινικός» Η τρίτη υλοποίηση της εφαρμογής μας ήταν η έκδοση «Κλινικός». Στην έκδοση αυτή προσπαθήσαμε να μειώσουμε τις παραμέτρους εισαγωγής αφαιρώντας κάποιες από αυτές. Συγκεκριμένα απευθυνόμενοι στον «ειδικό» εκμαιεύσαμε ότι οι σωματομετρικές παράμετροι καθώς και το φύλο του

110 ασθενούς δεν ήταν κάτι που θα λάμβανε σοβαρά υπόψιν του στην απόφαση του για τον καθορισμό της αναλγητικής αγωγής. Έτσι αφαιρέσαμε τις τρεις αυτές τιμές από τις παραμέτρους εισόδου και εκτελέσαμε τον αλγόριθμο J48. Η υλοποίηση έγινε μόνο για την πρώτη δόση και μόνο με την χρήση των προκλητών δυναμικών. Ο σκοπός μας ήταν η δημιουργία ενός εύχρηστου εργαλείου για τον κλινικό γιατρό που θα μπορούσε να το έχει μαζί του σε ένα smartphone για παράδειγμα που να είναι γρήγορο, με όσο το δυνατόν λιγότερες παραμέτρους εισαγωγής και όσο το δυνατόν περισσότερο ακριβές. Τα αποτελέσματα της προσπάθειας αυτής συνοψίζονται στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 46: Αποτελέσματα αλγορίθμουj48 στο training set του «Κλινικός === Run information === Scheme: weka.classifiers.trees.j48 -C M 2 Cross-validation Folds 10 Number of Leaves : 10 Size of the tree : 14 === Stratified cross-validation === === Summary ===

111 Correctly Classified Instances % Incorrectly Classified Instances % Kappa statistic Mean absolute error Root mean squared error Relative absolute error % Root relative squared error % Total Number of Instances 18 Ο αλγόριθμός μας επιτυγχάνει ποσοστό επιτυχίας στο training set % με 13 σωστές προβλέψεις στο σύνολο των 18. Στην συνέχεια προχωρήσαμε στην υλοποίηση του συστήματος μας στο σύνολο των δειγμάτων μας και τα αποτελέσματα ακολουθούν στις παρακάτω εικόνες: Εικόνα

112 Εικόνα 48: Τα αποτελέσματα του αλγορίθμου J48 στο σύνολο των δειγμάτων μας για την εφαρμογή «Κλινικό» με τη χρήση των προκλητών δυναμικών. === Run information === Scheme: weka.classifiers.trees.j48 -C M 2 Cross-validation Folds 10 Number of Leaves : 10 Size of the tree : 14 === Stratified cross-validation === === Summary === Correctly Classified Instances % Incorrectly Classified Instances % Kappa statistic Mean absolute error Root mean squared error Relative absolute error %