Пути оптимизации методов диагностики и наблюдения больных с Helicobacter pylori-ассоциированным гастритом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.01.04, кандидат наук Куваев, Роман Олегович
Куваев, Роман Олегович
кандидат наук
2017
- Специальность ВАК РФ14.01.04
- Количество страниц 170
Оглавление диссертации кандидат наук Куваев, Роман Олегович
ВВЕДЕНИЕ................................................................................7
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕАТУРЫ....................................................14
1.1. Современные представления о хроническом гастрите, предраковых состояниях и предраковых изменениях СОЖ, ассоциированных с инфекцией H. pylori....................................................................................14
1.2. Современные методы диагностики хронического гастрита, предраковых состояний и предраковых изменений СОЖ, ассоциированных с инфекцией H. pylori......................................................................20
1.3. Увеличительная и узкоспектральная эндоскопия в диагностике хронического гастрита, предраковых состояний и предраковых изменений СОЖ, ассоциированных с инфекцией H. pylori....................................23
1.4. Автоматизированные системы поддержки принятия клинического
решения в эндоскопии...................................................................37
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...................44
2.1. Клиническая характеристика больных.......................................44
2.2. Характеристика методов исследования.......................................46
2.2.1. Опрос больных..................................................................46
2.2.2. Рутинное эндоскопическое исследование верхних отделов ЖКТ......48
2.2.3. Эндоскопическое исследование желудка с оптическим увеличением в узком спектре света......................................................................48
2.2.3.1. Общая характеристика методик увеличительной и узкоспектральной эндоскопии..................................................................................48
2.2.3.2. Подготовка эндоскопической аппаратуры перед проведением исследования...............................................................................50
2.2.3.3. Методика проведения эндоскопического исследования в узком спектре света с оптическим увеличением............................................52
2.2.3.4. Используемые классификационные системы............................55
2.2.4. Сохранение эндоскопических изображений..............................56
2
2.2.5. Разработка автоматизированной системы поддержки принятия решения при использовании узкоспектральной и увеличительной эндоскопии.........57
2.2.5.1. Создание базы данных эндоскопических изображений................57
2.2.5.2. Создание программного комплекса автоматизированной обработки и анализа эндоскопических изображений............................................59
2.2.5.2.1 Характеристика основных этапов автоматизированной обработки и анализа эндоскопических изображений..............................................59
2.2.5.2.2 Предварительная обработка изображений.............................61
2.2.5.2.3 Излечение характерных признаков.......................................63
2.2.5.2.4 Автоматическая классификация изображений.................65
2.2.6 Методы обучения и тестирования программного комплекса автоматизированной системы поддержки принятия клинического решения.....................................................................................66
2.2.7 Гистологическое исследование СОЖ..........................................68
2.2.8 Методики диагностики инфекции H. pylori.................................68
2.2.9 Методики терапии различных групп пациентов..........................69
2.2.10 Методики статистической обработки материала.........................69
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ
ОБСУЖДНЕИЕ.........................................................................71
3.1. Результаты обследования больных с H. pylori-ассоциированным гастритом с помощью методик увеличительной и узкоспектральной эндоскопии..................................................................................71
3.1.1. Изучение основных типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ...........................71
3.1.2. Изучение подтипов регулярного рисунка микрососудов и поверхности эпителия патологических участков СОЖ............................................77
3.1.3. Изучение типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ в зависимости от их локализации................................................................................79
3
3.1.4 Выбор клинически значимых комбинаций типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ, необходимых для создания клинико-диагностического алгоритма.........84
3.2. Результаты обучения и тестирования программного комплекса автоматизированной системы поддержки принятия клинического решения......................................................................................91
3.3. Клиническая картина заболевания, результаты обследования, лечения и наблюдения больных с Н. ру1оп-ассоциированным гастритом..................95
3.3.1. Клиническая картина заболевания у больных с Н. ру1оп-ассоциированным гастритом...........................................................95
3.3.2. Результаты обследования больных с Н. ру1оп-ассоциированным гастритом...................................................................................96
3.3.2.1. Диагностика кишечной метаплазии и определение ее распространения в желудке.........................................................97
3.3.2.2. Диагностика кишечной метаплазии и определение ее распространения в желудке...........................................................100
3.3.2.3. Сопоставление клинической картины заболевания и наличия эрозивно-язвенных изменений СОЖ................................................102
3.3.2.4. Диагностика предраковых изменений СОЖ и раннего рака желудка.....................................................................................103
3.3.3. Результаты лечения больных с Н.ру1оп-ассоциированным гастритом..................................................................................109
3.3.4. Результаты наблюдения больных с Н.ру1оп-ассоциированным гастритом после терапии................................................................113
3.3.4.1. Динамика клинической картины заболевания.......................113
3.3.4.2. Динамика эрозивно-язвенных изменений СОЖ..................116
3.3.4.3. Динамика гистологических изменений СОЖ.....................116
3.3.4.4. Эффективность узкоспектральной и увеличительной эндоскопии при наблюдении больных с Н.ру1оп-ассоциированным гастритом..................................................................................121
3.3.4.5. Результаты анализа эндоскопических изображений с помощью автоматизированной системы поддержки принятия клинического
решения..................................................................................123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................125
ВЫВОДЫ.................................................................................144
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.............................................145
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................147
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
СОЖ - слизистая оболочка желудка
H. pylori - Helicobacter pylori
ЖКТ - желудочно-кишечный тракт
ПГ1 - пепсиноген I
ПГ11 - пепсиноген II
ИПП - ингибитор протонной помпы
ДИ - доверительный интервал
ХГ - хронический гастрит
ФГ - фовеолярная гиперплазия
КМ - кишечная метаплазия
ИЭН - интраэпителиальная неоплазия
ИЭННС - интраэптелиальная неоплазия низкой степени
ИЭНВС - интраэптелиальная неоплазия высокой степени
ВДАК - высокодифференцированная аденокарцинома
НДАК - низкодифференцированная аденокарцинома
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Внутренние болезни», 14.01.04 шифр ВАК
"Мультимодальная эндоскопия сверхвысокого увеличения в диагностике раннего рака и предраковых заболеваний желудка"2019 год, доктор наук Пирогов Сергей Сергеевич
Хронический атрофический гастрит и проблема скрининга предраковых изменений слизистой оболочки желудка2007 год, доктор медицинских наук Котелевец, Сергей Михайлович
Клинико-эндоскопическая характеристика предраковых изменений слизистой оболочки желудка, ассоциированных с инфекцией H. pylori2006 год, кандидат медицинских наук Мостовов, Александр Николаевич
Морфофункциональные сопоставления при H. pylori-ассоциированном хроническом атрофическом гастрите2005 год, кандидат медицинских наук Полякова, Мария Борисовна
Морфологические и иммуногистохимические изменения слизистой оболочки желудка при хроническом атрофическом гастрите2011 год, кандидат медицинских наук Балабеков, Андрей Вагифович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пути оптимизации методов диагностики и наблюдения больных с Helicobacter pylori-ассоциированным гастритом»
ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы
Инфекция Helicobacter pylori имеет очень широкое распространение как в мире в целом, так и в Российской Федерации в частности: ей подвержено около 60-80% населения [7,52,14]. Хроническое воспаление слизистой оболочки желудка, вызванное Helicobacter pylori, составляет приблизительно 80% среди всех форм гастритов [18]. Длительное персистирование этой инфекции в ряде случаев приводит к развитию целого каскада изменений слизистой оболочки желудка, именуемого каскадом Корреа: хронический неатрофический гастрит, атрофический гастрит, кишечная метаплазия, дисплазия и рак желудка [50,72,161,55,]. В этой связи ведение пациентов с хроническим H. pylori-ассоциированным гастритом является важной задачей врача-клинициста, имеющей цель профилактики рака желудка [8,6,128,57]. Эндоскопическое исследование с выполнением биопсии является ведущим методом диагностики патологических процессов слизистой оболочки желудка при хроническом гастрите [6,170,163,128,39]. Однако рутинное эндоскопическое исследование в белом свете имеет ограниченные возможности диагностики H. pylori-ассоциированного гастрита, а также предраковых состояний и изменений, развивающихся на его фоне [35,40,44,57]. Новые эндоскопические оптические технологии, такие как увеличительная и узкоспектральная эндоскопия, оценивающие рисунок поверхности эпителия и микрососудистый рисунок, позволяют существенно повысить эффективность дифференциальной диагностики структурных изменений слизистой оболочки желудка, прогнозировать их гистологическое строение, а также наиболее точно определить зоны для выполнения прицельной биопсии [174,147,65,15,198,10,148]. Использование этих эндоскопических методик может в значительной степени повлиять на выбор терапии и дальнейшего наблюдения пациентов с хроническим H. pylori-ассоциированным гастритом [57,147]. Тем не менее, широкое использование
7
увеличительной и узкоспектральной эндоскопии в клинической практике имеет ограничения вследствие сложности структуры слизистой оболочки желудка и многообразия ее изменений [155], а также низкой формализованности критериев современных классификационных систем, затрудняющих интерпретацию эндоскопической картины [148]. Эффективное применение увеличительной и узкоспектральной эндоскопии требует от специалиста не только знаний в области гастроэнтерологии, онкологии и морфологии, но и достаточного опыта использования этих методик [198]. В настоящее время автоматизированные системы, позволяющие анализировать эндоскопические изображения, могут помочь специалистам в интерпретации полученных данных, прогнозировании гистологических изменений, и принятии правильного клинического решения [60,121,183,78,131]. В этой связи актуальным является разработка эффективного подхода к диагностике и наблюдению больных с H. pylori-ассоциированном гастритом с использованием возможностей современных эндоскопических методик и технологий.
Цель исследования Целью настоящего исследования явилось совершенствование методов диагностики и наблюдения больных с H.pylori-ассоциированным гастритом на основе применения современных методик узкоспектральной и увеличительной эндоскопии с использованием автоматизированной системы поддержки принятия решения.
Задачи исследования:
1. Изучить эффективность и переносимость эрадикационной терапии инфекции H. pylori с помощью стандартных схем лечения у пациентов с хроническим H. pylori-ассоциированном гастритом.
2. Оценить характер и динамику патологических изменений слизистой оболочки желудка (СОЖ) при хроническом H. pylori-ассоциированном
гастрите до и после проведения эрадикационной терапии инфекции H. pylori.
8
3. Разработать клинико-диагностический алгоритм принятия клинического решения при обследовании пациентов с Н.ру1оп-ассоциированным гастритом с помощью увеличительной и узкоспектральной эндоскопии.
4. Создать и протестировать программный комплекс поддержки принятия клинического решения при проведении увеличительной и узкоспектральной эндоскопии у пациентов с хроническим Н.ру1оп-ассоциированным гастритом.
Научная новизна
Впервые проведен детальный анализ типов рисунка поверхности эпителия и микрососудистого рисунка патологических изменений СОЖ у пациентов с Н.ру1оп-ассоциированным гастритом до и после эрадикационной терапии инфекции Н.ру1оп. Впервые разработан клинико-диагностический алгоритм принятия клинического решения при проведении диагностической увеличительной и узкоспектральной эндоскопии у пациентов с Н.ру1оп-ассоциированным гастритом. Впервые создана автоматизированная система поддержки принятия клинического решения при проведении увеличительной и узкоспектральной эндоскопии, выполнено экспериментальное тестирование разработанной системы, а также показана возможность ее использования при динамическом эндоскопическом наблюдении больных с Н.ру1оп-ассоциированным гастритом.
Практическая значимость Результаты исследований позволяют повысить эффективность обследования и наблюдения больных с Н. ру1оп-ассоциированным гастритом с помощью увеличительной и узкоспектральной эндоскопии по сравнению с традиционными методами. Выделены три комбинированных типа рисунка СОЖ, имеющих клиническое значение в прогнозировании трех основных гистологических категорий, имеющих разный подход к дальнейшему ведению (отсутствие кишечной метаплазии/неоплазии, наличие кишечной метаплазии, наличие неоплазии). На основании полученных результатов
9
разработан клинико-диагностический алгоритм, позволяющий на основе анализа типов рисунка поверхности эпителия и микрососудистого рисунка патологически измененных участков СОЖ в различных отделах желудка определять план дальнейшего ведения пациента. Созданная автоматизированная система поддержки принятия клинического решения позволяет непосредственно во время проведения эндоскопического исследования в узком спектре света с увеличением эффективно проводить дифференциальную диагностику патологически измененных участков СОЖ, прогнозировать их гистологическое строение, а также осуществлять поддержку принятия клинического решения.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Эрадикационная терапия инфекции H. pylori с помощью стандартных схем лечения у больных с хроническим H.pylori-ассоциированным гастритом эффективна в элиминации инфекционного агента, уменьшении клинических проявлений диспепсии, достижении ремиссии заболевания, а также удовлетворительно переносится больными.
2. При динамическом наблюдении больных с хроническим H.pylori-ассоциированным гастритом большинство случаев неопластических изменений СОЖ диагностируется у больных с распространенной атрофией и кишечной метаплазией СОЖ.
3. Использование разработанного клинико-диагностического алгоритма принятия клинического решения при обследовании больных с H.pylori-ассоциированным гастритом позволяет эффективно определять группы пациентов с различной тактикой терапии и динамического наблюдения (пациенты без распространенной кишечной метаплазии/атрофии СОЖ, пациенты с наличием кишечной метаплазии/атрофии СОЖ, пациенты с наличием неопластических изменений СОЖ).
4. Применение автоматизированной системы поддержки принятия
клинического решения позволяет повысить эффективность диагностики с
10
использованием с использованием увеличительной и узкоспектральной эндоскопии у пациентов с хроническим H.pylori-ассоциированным гастритом.
Реализация и внедрение полученных результатов работы
Результаты исследования внедрены в практику клиническую практику эндоскопического отделения ГБУЗ Ярославской области «Клиническая онкологическая больница», ФГБУ «Поликлиника №1» Управления Делами Президента Российской Федерации, используются в учебно-педагогическом процессе на кафедре гастроэнтерологии ФПДО Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова Минздрава России, цикле повышения квалификации по эндоскопии, проходящем на базе эндоскопического учебного центра Ярославского государственного медицинского университета.
Апробация работы Основные положения и материалы диссертации были представлены в форме стендовых докладов и обсуждены на: 20-й Объединенной Европейской гастроэнтерологической неделе (г. Амстердам, Нидерланды,
2012 г.), 21-й Объединенной Европейской гастроэнтерологической неделе UEGWeek 2013 (г. Берлин, Германия, 2013 г., награда «Лучший доклад» -«Top Poster»), Международном конгрессе Европейского общества гастроинтестинальной эндоскопии «Качество в эндоскопии. Верхние отделы ЖКТ и неоплазия»-<^иаШу in Endoscopy. Upper GI Endoscopy & Neoplasia» (г. Лиссабон, Португалия, 2013 г., награда «Лучший доклад» - «Top Poster»), Американской гастроэнтерологической неделе DDW 2013 (г. Орландо, США,
2013 г.), Американской гастроэнтерологической неделе DDW 2014 (г.
Чикаго, США, 2014 г.), 22-й Объединенной Европейской
гастроэнтерологической неделе UEGWeek 2014 (г. Вена, Австрия, 2014 г.,
награда «Лучший доклад» - «Top Poster»), Американской
гастроэнтерологической неделе DDW 2015 (г. Вашингтон, США, 2015 г.),
11
Международном конгрессе Европейского общества гастроинтестинальной
эндоскопии «Качество в эндоскопии. Верхние отделы ЖКТ и неоплазия»-
«Quality in Endoscopy. Upper GI Endoscopy & Neoplasia» (г. Берлин,
Германия, 2016 г., награда «Лучший доклад» - «Top Poster»), а также в
форме устных докладов на IX международном Клиническим конгрессе
«Расцвет гастроэнтерологии» 74 Весенней Сессии Национальной Школы
гастроэнтерологов, гепатологов Российской гастроэнтерологической
ассоциации (г. Москва, 2013 г.), 2-м Кансаиском курсе «живой» эндоскопии
пищеварительного тракта (г.Осака, Япония, 2012 г.), Международной
конференции «Высокие эндоскопические технологии - основа для создания
рекомендаций по скринингу рака пищеварительной системы» (г. Ярославль,
2013г.), 8-й международной конференция "N.O.T.E.S.-W.LD.E.R-Barcelona"
(г. Барселона, Испания, 2014 г.), 88-м ежегодном конгрессе Японского
эндоскопического гастроэнтерологического общества в рамках Японской
гастроэнтерологической недели JDDW 2014 (г. Кобе, Япония),
Международной конференции «Японские эндоскопические технологии
диагностики и лечения в практическом здравоохранении России» (г.
Ярославль, 2014 г.), Международной конференции по диагностической и
лечебной эндоскопии "EndoSwiss 2015-Live" (г. Цюрих, Швейцария, 2015 г.),
13-м всемирном конгрессе всемирной организации по специализированным
исследованиям болезней пищевода (OESO) "The Esophagiome" (Монако, 2015
г., награда «Лучший доклад»), 23-й Объединенной Европейской
гастроэнтерологической неделе UEGWeek 2015 (г. Барселона, Испания, 2015
г., награда «Национальная научная награда» Европейского
Гастроэнтерологического Союза - United European Gastroenterology National
Scholar Award), 93-й международной весенней сессии национальной школы
гастроэнтерологии, гепатологии РГА (г. Москва, 2016 г.), выездной Сессии
Национальной Школы гастроэнтерологов, гепатологов РГА, 5-й
Международной Сессии «Канцерпревенция в гастроэнтерологии реальна» с
12
интернет-участием (г. Ярославль, 2016 г.). Апробация диссертации состоялась на заседании кафедры гастроэнтерологии ФПДО ФГБОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России 2 марта 2017 года (протокол заседания №2).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 8 в журналах, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 170 страницах машинописного текста, состоит из глав, в которых представлены введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты собственных исследований и их обсуждение, заключение, выводы, практические рекомендации и список использованной литературы, содержащий 214 источников, среди которых 24 отечественных и 190 иностранных авторов. Диссертация иллюстрирована 28 таблицами, 28 рисунками и 4 клиническими примерами.
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕАТУРЫ 1.1. Современные представления о хроническом гастрите, предраковых состояниях и предраковых изменениях СОЖ, ассоциированных с инфекцией H. pylori
Общеизвестна роль H. pylori в развитии широкого спектра
воспалительно-дегенеративных изменений слизистой оболочки желудка. По
данным эпидемиологических исследований, этой инфекции заражено около
50% населения планеты, при этом ее распространенность варьирует в
зависимости от географического положения, этнической принадлежности,
возраста и социоэкономических факторов — она высока в развивающихся
регионах, достигая 75-83% в странах Латинской Америки, и ниже в развитых
странах, как, например, в США, где этот показатель составляет 17,1% [41].
В Российской Федерации инфекция H. pylori представляет серьезную
медицинскую и социально-экономическую проблему, ею инфицировано
около 70-80% взрослого населения нашей страны [9,23,11]. Высокая
распространенность Н. pylori в России определяет высокую частоту развития
хронического гастрита, а также ассоциированных с Н. pylori заболеваний, в
том числе рака желудка [6,148]. Известно, что длительное персистирование
инфекции H. pylori может приводить к развитию каскада изменений
слизистой оболочки желудка: нормальная слизистая оболочка -
неатрофический гастрит - атрофия и кишечная метаплазия СОЖ - дисплазия
эпителия (интраэпителиальная неоплазия) - рак желудка
[118,71,72,100,43,191,213,110,161,38,54,68,66,162,160,107,117,48,50,165,25,33,
67,45,132,189,116,51,91,142,118,144,53,197,55,159]. Эта модель
многоступенчатого развития рака желудка неоднократно описана в
различных исследованиях и известна как каскад Корреа [50,91,142,145,53]. С
учетом эпидемиологических данных, результатов экспериментальных
исследований in vitro и in vivo, а также многочисленных клинических
наблюдений и терапевтических исследований, инфекция H. pylori признана
14
основным фактором риска рака желудка [127,1]. Однако, степень риска развития рака желудка при H. pylori-ассоциированных изменениях слизистой оболочки зависит от наличия атрофии и кишечной метаплазии, а также выраженности и распространенности атрофических и метапластических изменений [45,132,189,116].
Хронический атрофический гастрит диагностируется и стадируется по наличию клеток хронического воспаления, включая лимфоциты и плазматические клетки, которые инфильтрируют собственную мышечную пластинку слизистой оболочки, а также по исчезновению нормальных желудочных желез слизистой оболочки [59,130,150]. Кишечная метаплазия может быть разделена на два основных типа: «полная» и «неполная». «Полная» кишечная метаплазия («тонкокишечного типа» или тип I) характеризуется наличием бокаловидных и призматических всасывающих клеток, снижением экспрессии желудочного муцина (MUC1, MUC5AC и MUC6), и экспрессией интестинального муцина MUC2. «Неполная» кишечная метаплазия («тонко-толстокишечного типа» или типа IIA/II, и «толстокишечного типа» или IIB/III) характеризуется наличием бокаловидных и цилиндрических невсасывающих клеток, при которой желудочные муцины (MUC1, MUC5AC, и MUC6) экспрессируются совместно с интестинальным муцином MUC2 [70,69,167,153]. В классификации Filipe [69,70] типирование кишечной метаплазии (типы I, II и III) основано на обнаружении сиаломуцинов и сульфомуцинов. Используемые в настоящее время классификации дополнительно учитывают наличие клеток Панета (полная метаплазия), серповидные изменения архитектоники, снижение дифференцировки, степень уменьшения количества клеток Панета (неполная), а также типы экспрессируемого муцина[153]. В последнее время была описана еще одна разновидность метаплазии, обозначаемая как метаплазия, экспрессирующая спазмолитический полипептид (spasmolytic polypeptide-expressing metaplasia
15
- SPEM), которая характеризуется экспрессией белка TFF2 (спазмолитического полипептида) и ассоциирована с развитием атрофии кислотопродуцирующей зоны. Этот тип метаплазии типично развивается в теле желудка и, по-видимому, имеет сходные характеристики с псевдопилорической метаплазией. Метаплазия типа SPEM достоверно связана с хронической инфекцией Helicobacter pylori и аденокарциномой желудка, и, возможно, представляет собой еще один путь канцерогенеза рака желудка [75].
Атрофический гастрит, как правило, имеет тенденцию к диффузному распространению, а кишечная метаплазия обычно представлена мультифокальными очагами [50]. В ряде исследований продемонстрировано, что риск рака желудка зависит от площади атрофических и метапластических изменений СОЖ и возрастает у больных с распространенным поражением желудка [45,132,189,116]. В зависимости от уровня распространения атрофии и кишечной метаплазии хронический атрофический гастрит подразделяется на несколько типов [57]:
1. Локализация воспалительных, атрофических и метапластических изменений слизистой оболочки в пределах антрального отдела желудка определяется как «антральный атрофический гастрит».
2. Наличие множественных очагов атрофии слизистой оболочки и/или кишечной метаплазии как в атральном отделе желудка, та к и в теле желудка определяется как «мультифокальный атрофический гастрит». Термин «распространенный» также может быть использован для описания этого типа гастрита. Также существуют две основных формы распространенного атрофического гастрита:
• Распространение по каналу желудка или по так называемым «транзиторным зонам», при которой атрофические изменения и кишечная метаплазия распространяется по малой кривизне желудка от кардии до привратника
• Диффузное распространение или «атрофический пангастрит», при котором слизистая желудка как антрального отдела желудка, так и всех отделов тела желудка имеет выраженные атрофические изменения и/или диффузно замещена кишечной метаплазией [188].
Данные проспективных исследований свидетельствуют о том, что лица, инфицированные H. pylori, при наличии атрофии и кишечной метаплазии имеют 5-6-кратно повышенный риск развития рака желудка, однако в случае развития пангастрита этот риск увеличивается уже в 15 раз [186]. Таким образом, хронический атрофический гастрит и кишечная метаплазия рассматриваются как предраковые состояния, то есть заболевания, которые могут привести к развитию рака [8]. Однако, как показывает серия клинических исследований, посвященных долгосрочному наблюдению пациентов с язвенной болезнью после эрадикационной терапии Н. pylori, несмотря на достоверное снижение риска рака желудка, он сохраняется у пациентов с хроническим атрофическим гастритом даже после успешной эрадикации H. pylori и составляет в среднем 0,21% в год [175,176,177]. Таким образом, несмотря на безусловную пользу в канцерпревенции, эрадикационная терапия у пациентов с распространенным атрофическим гастритом и кишечной метаплазией не может полностью элиминировать риск рака желудка, поэтому таким пациентам показано динамическое наблюдение с целью своевременного выявления предраковых изменений СОЖ и раннего рака желудка [170], однако алгоритм обследования таких пациентов в настоящее время является предметом научных дискуссий.
К предраковым изменениям относятся гистологически доказанные
диспластические изменения слизистой оболочки желудка,
свидетельствующие о развитии процесса в сторону злокачественного роста,
но недостаточные для установления рака в настоящий момент [136].
Правильная диагностика и стадирование дисплазии имеют решающее
значение, поскольку предопределяют как риск злокачественного
перерождения. К примеру, согласно крупному проспективному
исследованию, проведенному в Китае, риск развития рака желудка составил
0,6% в год для дисплазии низкой степени, и 1,4% для дисплазии высокой
степени [213]. В крупнейшем европейском исследовании ежегодная
заболеваемость раком желудка составила 0,6% при слабой и умеренной
дисплазии и 6% при тяжелой дисплазии [53]. Однако представленный во
многих других клинических исследованиях риск развития рака желудка у
пациентов с дисплазией варьирует в очень широких пределах - от 0% до 73%
в год [146,53,197,55,191,213,110,161,38,54,68,66,162,160,107,117,48,50,165,
25,33,67]. Эти различия, вероятно, можно объяснить наличием
разнообразных факторов, среди которых - различия в дизайне исследований
и исследуемой популяции, а также ненадежность щипцовой биопсии в
гистологической оценке и различия в определении и оценки желудочной
дисплазии. Гистологический диагноз дисплазии низкой степени,
поставленный по данным щипцовой биопсии из четко определяемого
патологического участка СОЖ, может быть изменен в сторону дисплазии
высокой степени и даже аденокарциномы после эндоскопической резекции
этого образования [89,105,214]. По данным исследования, проеденного в
Корее, в 19% случаев диагноз дисплазии низкой степени, поставленный по
результатам щипцовой биопсии, был изменен на более неблагоприятный
после выполнения эндоскопической резекции [105]. С другой стороны,
известно, что Японские и Европейские патологи по-разному определяют
дисплазию желудка, которая в некоторых классификациях обозначается как
интраэпителиальная неоплазия. Например, в Японии, неинвазивное
внутрислизистое неопластическое образование с клеточной и
архитектонической атипией высокой степени называют «неинвазивной
интрамукозной карциномой», в то время как такое же изменение слизистой
оболочки большинством западных патологов диагностируется как дисплазия
высокой степени [156,120]. В попытке разрешить проблему различий в
18
терминологии морфологических изменений, было разработано несколько систем оценки, такие как Падуйская и Венская классификации и более поздняя классификация ВОЗ. Недавно ВОЗ обновила классификацию дисплазии/интраэпителиальной неоплазии. Вследствие широкого распространения терминов «дисплазия» и «интраэпителиальная неоплазия» (ИЭН), ВОЗ использует эти термины как синонимы. В соответствии с действующей классификацией ВОЗ [119] рассматриваются следующие диагностические категории:
1) отсутствие интраэпителиальной неоплазии (дисплазии);
2) неопределенная интраэпителиальная неоплазия (дисплазия);
3) интраэпителиальная неоплазия (дисплазия) низкой степени;
4) интраэпителиальная неоплазия (дисплазия) высокой степени;
5) внутрислизистая инвазивная неоплазия/ внутрислизистая карцинома.
Учитывая высокий риск развития рака желудка и трудности гистологической диагностики интраэпителиальной неоплазии, в соответствии с современными представлениями патологический участок с ИЭН рекомендовано подвергать эндоскопической резекции с целью дальнейшего гистологического исследования и установления финального диагноза [166,157,158]. В связи с этим точная диагностика предраковых состояний и изменений слизистой оболочки желудка является важнейшей задачей врача в ведении пациентов с И pylori-ассоциированным хроническим гастритом [57,7]. Однако выявление H.pylori-ассоциированных изменений слизистой оболочки желудка, и прежде всего атрофии, кишечной метаплазии, а также ИЭН, является сложной нерешенной проблемой современной гастроэнтерологии и клиники внутренних болезней.
1.2. Современные методы диагностики хронического гастрита, предраковых состояний и предраковых изменений СОЖ, ассоциированных с инфекцией H. pylori
Клиническая диагностика хронического гастрита затруднена, поскольку многочисленными исследованиями показано отсутствие корреляции между жалобами пациента и выраженностью гастрита [22,47,129,172,180,24,20]. Методики функциональной диагностики, такие как рН-метрия или электрогастроентерография, позволяют определить только сопутствующие изменения кислотообразующей, кислотонейтрализующей и двигательной функции желудка, возникающие при развитии хронического гастрита [19,17,3,16]. Лучевые методы исследования, прежде всего рентгенологический и ультразвуковой методы, также имеют большие ограничения в диагностике хронического гастрита и используются как дополнительные методы в комплексном обследовании пациентов [13,4,21]. В последнее время активное распространение получила лабораторная серологическая диагностика атрофического гастрита, которая основана на определении сывороточных пепсиногенов (пепсиногена I и пепсиногена II). В исследованиях показано, что снижение уровня сывороточных пепсиногенов и уменьшение отношения пепсиноген I/ пепсиноген II являются надежными признаками атрофических изменений слизистой оболочки желудка [113]. По данным ряда публикации чувствительность и специфичность лабораторного метода в диагностике атрофического гастрита варьирует от 15 до 75% и от 92,2 до 97,8 соответственно [85,169,187]. В метаанализе М. Dinis-Ribeiro с соавт. [58] было показано, что при сочетании ПГ1<50 нг/мл и отношения ПГ1/П<3,0 чувствительность, специфичность и отрицательное предсказывающее значение в диагностике ИЭН составили 65%, 74-85%, и >95% соответственно. Тем не менее, лабораторный метод диагностики не позволяет непосредственно охарактеризовать изменения
СОЖ, поэтому при выявлении отклонений показателей сывороточных пепсиногенов от нормы требуется эндоскопическое исследование желудка.
Эндоскопическое исследование с выполнением биопсии является ведущим методом диагностики патологических процессов слизистой оболочки желудка при хроническом гастрите [64,74,63,163,101]. Однако рутинное эндоскопическое исследование в белом свете имеет ограниченные возможности диагностики H. pylori-ассоциированного гастрита и предраковых заболеваний. В одном из первых исследований L. Atkins с соавт. [34] пришли к выводу, что корреляция между эндоскопическими находками и гистологическими данными очень слабая. Это было подтверждено в последующем проспективном исследовании, в котором A. Bah с соавт. [35] определили невозможность достоверно диагностировать Helicobacter pylori-ассоциированный гастрит при помощи рутинного эндоскопического осмотра в белом свете. «Классические» признаки хронического гастрита, такие как изменение структуры поверхности слизистой оболочки антрального отдела желудка и тела желудка, наличие эрозий, эритемы, нодулярных участков, имеют низкую чувствительность (таблица 1) и воспроизводимость (показатель каппа менее 0,40) [40,44,125]. В этой связи указанные признаки имеют очень ограниченное значение и не могут быть надежными критериями хронического гастрита.
Похожие диссертационные работы по специальности «Внутренние болезни», 14.01.04 шифр ВАК
Новые подходы к оценке прогрессии хронического атрофического гатрита2008 год, кандидат медицинских наук Бакланова, Оксана Анатольевна
Лазерные технологии в эндоскопической диагностике и лечении полипов желудка2014 год, кандидат наук Осин, Владимир Леонидович
Эндоскопический анализ микроструктуры поверхности в дифференциальной диагностике эпителиальных новообразований желудка2016 год, кандидат наук Кулагина, Ольга Александровна
Особенности экспрессии молекул-маркеров рака желудка при предраковых состояниях слизистой оболочки желудка2018 год, кандидат наук Денисова Анна Борисовна
Влияние факторов патогенности инфекции Нelicobacter pylori (Сag А, Vac А) на развитие предраковых изменений слизистой оболочки желудка у больных хроническим гастритом2021 год, кандидат наук Пегашева Ирина Леонидовна
Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Куваев, Роман Олегович, 2017 год
Источник Источник
Рисунок 8. Принципы использования эндоскопической узкоспектральной системы (схема).
Применение узкого спектра света обеспечивает несколько важных оптических эффектов, необходимых с точки зрения клинической практики:
• во-первых, максимально поглощается гемоглобином кровеносных сосудов, обеспечивая возможность эффективно визуализировать
сосудистые структуры;
• во-вторых, проникает только в поверхностные слои слизистой оболочки, формируя контрастное изображение поверхностной сосудистой сети;
• в-третьих, хорошо отражается от поверхности эпителия, формируя четкую картину микроструктуры поверхности.
Совместное применение увеличительной и узкоспектральной эндоскопии дает возможность более детально оценить рисунок поверхности эпителия и сосудистый рисунок исследуемого участка [204]. Высокая специфичность и чувствительность этих методов в диагностике структурных изменений тканей при ранних формах рака и предраковых изменениях эпителия желудка позволяют считать эти методики «оптической биопсией» [115]. 2.2.3.2 Подготовка эндоскопической аппаратуры перед проведением исследования
Для обследования пациентов применялись эндоскопические системы, поддерживающие функцию оптического увеличения и осмотра в узком спектре света, которые использовались на первом этапе рутинного эндоскопического осмотра в белом свете (GIF-Q260Z, видеоэндоскопическая система EVIS Lucera, Olympus (Япония), GIF-Q160Z, видеоэндоскопическая система EVIS Exera II, Olympus (Япония), GIF-H190, видеоэндоскопическая система EVIS Exera III, Olympus (Япония)).
Желудок имеет широкий просвет, что осложняет близкий осмотр слизистой оболочки, особенно в некоторых анатомических частях (угол желудка, область кардии). Кроме того, дыхательные движения и передаточная пульсация крупных кровеносных сосудов затрудняет поддержание необходимого фокусного расстояния при осмотре на максимальном увеличении. Использование специального колпачка (MB-162, Olympus, Япония), фиксированного на дистальном конце эндоскопа, позволяет решить эти технические проблемы [200]. При этом колпачок монтируется таким образом, чтобы его край выступал примерно на 3-5 мм от
50
края эндоскопа, что является фокусным расстоянием при максимальном увеличении (рисунок 9). Расположение эндоскопа с колпачком вплотную к слизистой оболочке непосредственно напротив исследуемой поверхности обеспечивает точное и стабильное фиксирование фокусного расстояния при осмотре на максимальном увеличении. Таким образом, применение дистального колпачка рекомендуется для эффективного осмотра на большом увеличении (на уровне капилляров размером около 8 мкм) [209]. При осмотре слизистой оболочки на малом увеличении фокусное расстояние больше, поэтому стабилизируется лучше (даже без использования дистального колпачка). Однако в этих случаях колпачок позволяет растягивать складки слизистой оболочки и тем самым может играть важную роль в правильном и удобном позиционировании дистального конца эндоскопа и осматриваемой области, особенно в некоторых анатомических зонах, сложных для осмотра (например, малая кривизна тела желудка, область кардии).
Слизистая оболочка
Рисунок 9. Применение колпачка для проведения увеличительной эндоскопии: а. мягкий непрозрачный колпачок, фиксированный на дистальной части эндоскопа (внешний вид); б. схема взаимодействия эндоскопа с дистальным колпачком и поверхности слизистой оболочки: расположение эндоскопа с колпачком вплотную к слизистой оболочке непосредственно напротив исследуемой поверхности обеспечивает точное и стабильное фиксирование фокусного расстояния при осмотре на максимальном увеличении; в. осмотр слизистой оболочки в узком спектре света с увеличением (Olympus EXERA II GIF 160Z) без применения колпачка: область слизистой оболочки, находящаяся в фокусе, узкая и имеет косое направление (отмечено линиями); г. осмотр слизистой оболочки в узком спектре света с увеличением (Olympus EXERA II GIF 160Z) с фиксированным дистальным колпачком: слизистая оболочка растягивается перед линзой эндоскопа и вся площадь эндоскопического изображения находится в фокусе
2.2.3.3. Методика проведения эндоскопического исследования в узком спектре света с оптическим увеличением
Эндоскопическое исследование в узком спектре света с оптическим увеличением проводилось в соответствии с наиболее распространенной методикой, описанной K. Yao с соавт. [203] В соответствии с этой
методикой, при обнаружении патологического участка сначала необходимо визуализировать демаркационную линию на малом увеличении. Для этого требуется фиксировать колпачок на фоновой слизистой оболочке, не контактируя с поверхностью патологического участка, поскольку травматизация зоны интереса колпачком и последующая кровоточивость слизистой оболочки может значительно затруднить детальный осмотр. После обнаружения границы образования необходимо увеличить силу оптического увеличения до максимальной для непосредственного осмотра зоны патологического образования. При этом, фиксируя колпачок по-прежнему на фоновой слизистой оболочке, аспирировать воздух, приближая участок параллельно линзе аппарата (рисунок 10). Коррекция фокусного расстояния при максимальном увеличении производится только с помощью аспирации (для приближения участка, уменьшения фокусного расстояния) или подачи воздуха (для отдаления участка, увеличения фокусного расстояния) (рисунок 11) [135].
колпачка)
а.
Патологический у участок
Демаркационная линия
Фоновая слизистая оболочка
(место фиксации колпачка)
б.
В.
Рисунок 10. Схема проведения эндоскопического осмотра с оптическим увеличением в соответствии с методикой ^ Yao: а. первый этап: при обнаружении патологического участка сначала необходимо визуализировать демаркационную слизистую на малом увеличении, фиксируя колпачок на фоновой слизистой оболочке без воздействия на поверхность патологического участка; б. второй этап: после обнаружения границы образования необходимо увеличить силу
оптического увеличения до максимальной для непосредственного осмотра зоны патологического образования; в. необходимо избегать контакта с поверхностью патологического участка, поскольку травматизация зоны интереса колпачком и последующая кровоточивость слизистой оболочки может значительно затруднить детальный осмотр.
Рисунок 11. Коррекция фокусного расстояния при максимальном увеличении: а. для приближения участка и уменьшения фокусного расстояния производится аспирация воздуха; б. для отдаления участка и увеличения фокусного расстояния производится подача воздуха.
2.2.3.4. Используемые классификационные системы
При обнаружении патологического участка проводился его детальный осмотр в узком спектре света с оптическим увеличением с оценкой типа микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия в соответствии с классификацией ^ Yao [204]. Микрососудистый рисунок подразделялся на:
1. Регулярный (овальный, тубуло-виллезный)
2. Нерегулярный
3. Нечеткий
Рисунок микроструктуры поверхности классифицировался на:
1. Регулярный
2. Нерегулярный
3. Нечеткий
Термин «нерегулярность» для микрососудистого рисунка предполагал наличие одного из четырех основных типов изменений микрососудов [96].
• Дилятация (Dilation): наличие микрососудов, имеющих калибр в два раза больший, по сравнению с сосудами окружающей области;
• Резкие изменения калибра (Abrupt caliber alteration): наличие микрососудов, калибры которых либо вдвое меньше, либо вдвое больше по сравнению с оригинальным размером. Разрушение микрососудистой сети также включается в это понятие;
• Извилистость (Tortuousness): наличие микрососудов, которые хаотично извиты или закручены;
• Различие по форме (Heterogeneity in shape): наличие микрососудов, форма которых индивидуальна и вариабельна.
Термин «нерегулярность» для рисунка поверхности эпителия предполагал наличие структур, имеющих неодинаковую форму и размер [204].
2.2.4 Сохранение эндоскопических изображений
Эндоскопические изображения сохранялись при помощи аппаратно-программного блока информационной системы «EMIS-эндоскопическая медицинская информационная система» (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010613636). Ядром информационной системы является подключенный к сети автономный компьютер, который автоматически фиксирует видеоизображение с эндоскопа в исходном качестве по цифровому и/или аналоговому интерфейсу. Компьютер фиксации собран на основе массово доступных компонент, открытой операционной системе (Linux x64), оснащается цифровыми
56
видеоинтерфейсами Firewire и/или HD-SDI, имеет возможность трансляции видеопотоков в сеть. При этом видео транслируется и сохраняется без сжатия в формате SD (768x576x50i, 4:2:2 сэмплирование, 21 МБ/сек), HD (1920x1080x50i, 4:2:2 сэмплирование, 99 МБ/сек), или сжимается в формате DV для SD-видео с обеспечением скорости 12 ГБ/час, а для HD-видео с обеспечением 48 ГБ/час (с использованием специально разработанного видеокодека). Во время работы производится анализ видеопотока, и при остановке изображения врачом-эндоскопистом остановленный (не менее чем на 2 секунды) кадр сохраняется в отдельный графический файл. 2.2.5 Разработка автоматизированной системы поддержки принятия клинического решения при использовании узкоспектральной и увеличительной эндоскопии
2.2.5.1. Создание базы данных эндоскопических изображений
Для разработки системы поддержки принятия клинического решения первым и важнейшим этапом является создание обучающей выборки (база данных эндоскопических изображений) с информацией о данных, подтверждающих патологический процесс (данные гистологического исследования). На основе этой выборки происходит обучение и последующее функционирование (прогнозирование) системы поддержки принятия клинического решения. Для этой цели была создана база данных (имеет свидетельство о государственной регистрации баз данных в Реестре баз данных Федеральной службы по интеллектуальной собственности №2013620423), содержащую информацию о данных пациента, эндоскопическом исследовании, гистологическом заключении, а также эндоскопические изображения (в формате BMP, JPEG, PNG). Программное обеспечение базы данных оснащено инструментами (приложение CRUD -Create Read Update Delete) для ручного выделения зоны интереса на эндоскопических изображениях с целью последующего автоматизированного анализа. База данных эндоскопических изображений спроектирована с
57
помощью СУБД MySQL на языке SQL. В базу данных вводится следующая информация:
• Фамилия, имя, отчество пациента
• Дата и время эндоскопического исследования
• Эндоскопическое описание
• Эндоскопическое заключение
• Эндоскопическое изображение патологического участка в белом свете без увеличения (загружается в виде графического файла)
• Эндоскопическое изображение патологического участка с увеличением в узком спектре света (загружается в виде графического файла)
• Область интереса для последующего анализа (выделяется с помощью инструмента на эндоскопическом изображении)
• Тип микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия
• Гистологическое заключение
• Метод забора материала для гистологического исследования (щипцовая биопсия, эндоскопическая резекция, эндоскопическая подслизистая диссекция, хирургическая операция)
В базу данных помещено 90 эндоскопическое изображение различных патологических участков слизистой оболочки желудка, из них 25 имели овальный рисунок слизистой оболочки типа (16 нормальная слизистая оболочка, 9 хронический гастрит), 31 - тубулярный тип (31 - кишечная метаплазия), 34 - нерегулярный тип (8 дисплазия высокой степени, 26 аденокарцинома).
2.2.5.2. Создание программного комплекса автоматизированной обработки и анализа эндоскопических изображений
2.2.5.2.1. Характеристика основных этапов автоматизированной обработки и анализа эндоскопических изображений
Совместно с сотрудниками международной научно-исследовательской лаборатории «Дискретная и вычислительная геометрия» им. Б. Н. Делоне Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова (руководитель - профессор Херберт Эдельсбруннер) врачами эндоскопического отделения Ярославской областной клинической онкологической больницы разработан программный комплекс автоматизированной обработки и анализа эндоскопических изображений (работа выполнена при поддержке гранта 11.G34.31.0053 правительства Российской Федерации).
Автоматизированный анализ эндоскопического изображения включает в себя выделение областей однородной структуры (сегментация) и присвоение каждой такой области метки, определяющей тип рисунка слизистой оболочки (аннотирование). Этот процесс имеет несколько основных этапов: предобработка изображения для подготовки изображения к последующей автоматизированной обработке, анализ изображения для извлечения характерных признаков и постобработка с использованием классификатора для определения типа рисунка СОЖ и соответствующего гистологического типа СОЖ. Полученные результаты помогают врачу в интерпретации данных увеличительной и узкоспектральной эндоскопии и тем самым обеспечивают поддержку принятия клинического решения (рисунок 12).
Рисунок 12. Схема функционирования автоматизированной системы поддержки принятия клинического решения при проведении увеличительной и узкоспектральной эндоскопии: врач выполняет эндоскопическое исследование, затем при обнаружении патологического участка осматривает его с помощью оптического увеличения в узком спектре света и осуществляет захват изображения, которое поступает в систему поддержки принятия решения. В системе происходит его предобработка, результатом которой является получение бинаризированного изображения, далее его анализ с вычислением геометрических и топологических признаков, и в дальнейшем классификация этих признаков и сегментация изображения для стратификации риска рака и поддержки принятия клинического решения.
Для реализации разработанных алгоритмов сегментирования и аннотирования эндоскопических увеличительных изображений создан специализированный программный комплекс (государственная регистрация программы для ЭВМ, "Программный комплекс сегментации и аннотирования эндоскопических изображений", свидетельство № 2014610971), который в дальнейшем использовался для обработки и автоматической классификации эндоскопических изображений. Для проведения вычислительных работ, связанных с построением локальных признаков эндоскопического изображения, а также тестирования программного комплекса поддержки принятия клинического решения использовался гибридный вычислительный кластер на основе процессоров Intel Xeon E5-2690 и вычислительных модулей NVIDIA Tesla M2090, суммарной вычислительной мощностью более 1 Терафлопс.
2.2.5.2.2. Предварительная обработка изображения
Условия получения эндоскопического изображения (относительно
низкое качество оптической системы эндоскопа, почти соосное
расположение осветителя и фотоприемника, влажная поверхность слизистой
оболочки желудка) приводят к появлению оптических артефактов (бликов,
неравномерной освещенности поля зрения камеры), существенно
затрудняющих автоматическую обработку изображений. Это делает
чрезвычайно важным этап предобработки изображения, на котором
производится нормировка яркости и выделение артефактов. Основной
задачей предобработки эндоскопического изображения является выделение и
исключение из дальнейшей обработки областей бликов и выравнивание
яркости изображения. Полученное черно-белое изображение подвергается
бинаризации с целью получения бинаризированных изображений рисунка
поверхности эпителия и микрососудов, пригодного для дальнейшего анализа
и распознавания образов (рисунок 13). Бинаризация - это стандартная
техника для сегментации изображения, заключающаяся в переводе
61
полутонового изображения, имеющего 256 уровней яркости, в двухуровневое черно-белое, пиксели которого имеют только два значения -0 и 1 (темное и светлое).
Рисунок 13. Этапы предобработки эндоскопического изображения: а. исходное изображение; б. выделение артефактов; в. обесцвечивание; г. выравнивание яркости; д. бинаризированное изображение микрососудистого рисунка; е. бинаризированное изображение рисунка поверхности эпителия.
2.2.5.2.3. Излечение характерных признаков
Следующим этапом является извлечение признаков, характеризующих локальные свойства изображения, из бинаризированного эндоскопического изображения. Для этого в равномерно распределенных случайных точках каждого изображения вычислялись так называемые векторные дескрипторы, то есть характеристики описывающие структуру эндоскопического изображения вблизи ключевой точки. Плотность случайных точек выбиралась таким образом, чтобы в среднем одна точка приходилась на 300 пикселов исходного изображения. Для вычисления геометрических признаков из каждого эндоскопического изображения было создано бинаризированное изображение, из которых были выделены основные геометрические характеристики, описывающие рисунок вблизи ключевой точки: площадь, периметр, радиус, вытянутость, компактность компонент изображения.
Уникальной особенностью работы является вычисление и использование в качестве локальных структурных признаков изображения так называемых топологических характеристик, вычисляемых по множествам надуровня функции яркости изображения. Вычисление топологических дескрипторов существенно опирается на топологические представления, относящиеся к теории гомологий и их персистентности [133,61]. Если рассматривать увеличение порога яркости бинаризированного изображения во времени, можно наблюдать последовательное возникновение («рождение»), рост, слияние уменьшение и исчезновение («смерть») элементов изображения (гомологических компонент). Эта персистентность для всех гомологических компонент может быть представлена в виде диаграммы персистентности, в которой каждой паре событий, состоящей из «рождения» и «смерти» гомологической компоненты соответствует одна точка (рисунок 14).
Death - Birth
V"
I" § II'IV»iV i'IYIVIVIII • •'
1 * ■'■ ,M «'.VVm.V.'V.V.V.V.VIV. m »••*•■
Death + Birth
Рисунок 14. Пример диаграммы персистентности, полученных при анализе эндоскопического изображения, для «компонент», получаемой при их «рождении», и «дыр», получаемой при «смерти» компонент.
Характеристики диаграмм персистентности остаются относительно неизменными в случае сдвигов и поворотов изображения, предсказуемыми при изменении масштаба изображения. Другой важной особенностью диаграмм персистентности является тот факт, что они характеризуют геометрические свойства изображения одновременно на всех уровнях яркости, что позволяет относительно просто реализовать одновременное построение диаграмм персистентности для светлого рисунка поверхности эпителия и темного микрососудистого рисунка, присутствующих на одном и том же изображении. При изучении топологических характеристик эндоскопических изображений, было выявлено, что диаграмма персистентности имеет уникальные характеристики для каждого типа рисунка слизистой оболочки. Таким образом, топологические характеристики (то есть характеристики диаграмм персистентности) являются чрезвычайно удобными локальными характеристиками
эндоскопического изображения. Для реализации быстрого алгоритма
построения диаграммы персистентности двумерного изображения
разработан специализированный программный модуль (государственная
регистрация программы для ЭВМ "Программный модуль построения
диаграмм персистентности изображения", свидетельство № 2014610972). В
результате экспериментальных исследований были выбраны следующие
признаки, при которых достигается максимальная эффективность анализа:
компактность для рисунка поверхности эпителия, периметр для рисунка
поверхности эпителия, эксцесс (третий момент) гистограммы для диаграммы
персистентности для компонент, средняя площадь, посчитанная по
сосудистому рисунку, среднее значение диаграммы персистентности,
посчитанной для функции расстояния.
2.2.5.2.4. Автоматическая классификация изображений
Последним этапом в автоматизированной обработке является
непосредственно автоматическая классификация изображений, которая и
необходима для прогнозирования патологии и поддержки принятия решения.
Задача классификации состоит в построении функции, отображающей
векторные дескрипторы точек на конечное множество типов рисунка
слизистой оболочки желудка. Для этих целей использовался эталонный
набор изображений, на которых отмечены области и каждой области
поставлен в соответствие тип рисунка слизистой оболочки. Для построения
бинарного классификатора (для случая двух классов) по обучающей выборке
использовался алгоритм AdaBoost, который строит бинарный классификатор
как линейную комбинацию простых бинарных классификаторов. Затем,
используя вторичный наивный Байесов классификатор, был построен
полный классификатор на три класса на основе результатов классификации
системы из трех бинарных классификаторов, каждый из которых «выделяют»
один из трех классов. В результате эндоскопическое изображение
разбивается на области однородной структуры и каждой области
65
приписывается метка, определяющая тип рисунка в данной области. Для визуального отображения работы классификатора обрабатываемое эндоскопическое изображение разделяется (картируется) на области, имеющие различные типы рисунка слизистой оболочки, которые с помощью
программы окрашиваю тся в разные цвета (рисунок 15). rw/m ^ у . V'V ifi/ ". tBRv • А чЧ1 ''V % . ' • • 1 * v.', jn . J i i • s UAJ Ж
Овальный Тубулярный Нерегулярный
Рисунок 15. Результат работы классификатора: картирование (сегментация) эндоскопического изображения на области, имеющие различные типы рисунка СОЖ и, соответственно, различные гистологические типы СОЖ.
2.2.6 Методы обучения и тестирования программного комплекса автоматизированной обработки и анализа эндоскопических изображений
Для обучения программы-классификатора и тестирования
разработанного алгоритма классификации использовались два метода
генерации повторных выборок («численного ресэмплинга») [62]:
перекрестная проверка с исключением (leave-one-out cross-validation - LOO-
CV) и бутстреп (bootstrap)-процедура (рисунок 16). Эти методы оценки
используются для определения эффективности предсказывающей модели на
практике и предполагают многократное формирование выборок путем
66
разбиения данных обучающую и тестовую выборки. При перекрестной проверке с исключением используются все разбиения с контрольной выборкой единичной длины, при бутстреп (Ьоо1в1гар)-процедуре генерируется случайное подмножество разбиений с контрольной выборкой фиксированной длины [109]. Таким образом, в нашем исследовании на основе выборки из 90 эндоскопических изображений при перекрестной проверке с исключением только одно изображение использовалось в качестве тестового, а остальные 89 из исходного набора - в качестве обучающей выборки. При этом цикл повторялся, пока каждое изображение не будет использовано один раз в качестве тестового. Во время бутстреп-процедуры данные делились 10 раз на обучающую выборку из 75 изображений и тестовую выборку из 15 изображений.
Тестовое изображение Тестовое изображение
■
Обу чаю цая
выб орка
О
1=> [=>
Обу чаю1 4ая Об учак щая
выб эрка вы 5орк 9
Тестовое изображение
а.
Тестовый набор
б.
Обу1- ающа 1
выо< рка (п = /Ь)
Шаг 1
Тестовый набор
(п=15)
Тестовый набор
Шаг 2
..О ■ ■
ающа 1
ВЫбЙ рка (п =/Ь) ■
ШагЮ
Рисунок 16. Методы обучения и тестирования программного комплекса автоматизированной обработки и анализа эндоскопических изображений: а. перекрестная проверка (кросс-валидация) с исключением (1еауе-опе-ои1 сгоээ-уаМайоп - ЬОО-СУ); б. бутстреп (Ьоо1з1гар)-процедура
2.2.7 Гистологическое исследование биоптатов СОЖ
Для гистологической верификации образований выполнялась щипцовая биопсия или эндоскопическая резекция слизистой оболочки с патологическим участком с последующим гистологическим исследованием. Эндоскопическая резекция выполнялась в случае выявления при исследовании участков, имеющих эндоскопическую картину, соответствующую ИЭН или раннему раку желудка для финальной гистологической верификации патологического процесса. Биоптаты слизистой оболочки и пострезекционные препараты фиксировались в 10% нейтральном формалине и заливались в парафин, гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином или альциановым синим. Характер гистологических изменений в слизистой оболочке желудка оценивали в соответствии с положениями Сиднейской системы в Хьюстенской модификации [1]. Оценивались следующие параметры: уровень колонизации H. pylori; активность гастрита; атрофия; кишечная метаплазия. Оценка выраженности морфологических изменений осуществлялась полуколичественно с использованием визуально-аналоговой шкалы по 3-бальной системе. Также проводилась гистологическая оценка неопластических изменений [166]: отсутствие неоплазии/дисплазии, неинвазивная неоплазия низкой степени (дисплазия низкой степени), неинвазивная неоплазия высокой степени (дисплазия высокой степени), неинвазивный рак (carcinoma in situ), подозрение на инвазивный рак, инвазивная неоплазия, внутрислизистый рак, рак с распространением на подслизистый слой или глубже.
2.2.8 Методики диагностики инфекции H. pylori
Для диагностики H. pylori использовались гистологический и
цитологический методы. Каждому пациенту проводилось гистологическое и
цитологическое исследование биоптатов слизистой оболочки желудка. Для
гистологического исследования биоптаты слизистой оболочки
68
фиксировались в 10% нейтральном формалине и заливались в парафин, гистологические срезы окрашивали гематоксилином и эозином или альциановым синим. Для цитологического исследования мазков-отпечатков биоптатов слизистой оболочки желудка окрашивались по Гимзе и Граму [1]. Степень обсеменения инфекцией оценивалась полуколичественно в соответствии с положениями Сиднейской системы в Хьюстенской модификации с использованием визуально-аналоговой шкалы по 3-бальной системе
2.2.9 Методики терапии различных групп пациентов
Всем больным, включенным в исследование, проведен курс эрадикационной терапии H. pylori. Согласно рекомендациям Российской гастроэнтерологической ассоциации в качестве эрадикационной терапии проводилась стандартная тройная терапия, включающая ингибитор протонной помпы (ИПП) в стандартной дозировке 2 раза в день, кларитромицин 500 мг 2 раза в день и амоксициллин - 1000 мг 2 раза в день, либо квадротерапия, включающая ИПП в стандартной дозе 2 раза в день, висмута субсалицилат/трикалия дицитрат 120 мг 4 раза в день, метронидазол 500 мг 3 раза в день и тетрациклин 500 мг 4 раза в день, последовательная терапия, включающая ингибитор протонной помпы + амоксициллин в течение 5 дней, далее ИПП + кларитромицин + метронидазол в течение 5 дней [8,128].
2.2.10 Методики статистической обработки материала
Результаты исследования подвергнуты статистической обработке, которая включала традиционные методики вычисления относительных (P) и средних величин (M) с определением их ошибок (m). Оценка достоверности различий показателей и средних величин осуществлялась с использованием параметрических (критерий Стьюдента (t), достоверными считались
Л
различия при p<0,05) и непараметрических критериев (критерий согласия ).
Для определения наличия связи между признаками использовался коэффициент парной корреляции Пирсона [5].
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
И ИХ ОБСУЖДНЕИЕ 3.1 Результаты эндоскопического исследования в узком спектре света с увеличением пациентов с хроническим гастритом, ассоциированным с H. pylori
3.1.1 Изучение основных типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ
С целью изучения типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ было исследовано 182 патологических участков слизистой оболочки желудка у 96 пациентов (из них мужчин - 54 (56,2 %), женщин - 42 (43,8 %) , средний возраст 51,3±12,1 лет) с помощью эндоскопии с увеличением в узком спектре света. Микрососудистый рисунок и рисунок микроструктуры поверхности классифицировались на регулярный, нерегулярный и нечеткий типы [204]. Согласно результатам гистологического исследования, из 182 патологически измененных участков СОЖ выявлено: хронический гастрит - в 60 случаях, фовеолярная гиперплазия - в 14 случаях, кишечная метаплазия - в 42 случаях, ИЭН низкой степени - в 11 случаях, ИЭН высокой степени - в 10 случаях, высокодифференцированная аденокарцинома - в 35 случаях, низкодифференцированная аденокарцинома - в 10 случаях.
Согласно результатам эндоскопического исследования, при изучении микрососудистого рисунка из 182 патологически измененных участков СОЖ регулярный рисунок имели 109 (59,9%) патологических участков СОЖ, нерегулярный рисунок имели 52 (28,6%) патологических участков СОЖ, нечеткий рисунок встречался в 21 (11,5%) случае. При изучении рисунка поверхности эпителия из 182 патологически измененных участков СОЖ регулярный рисунок имели 122 (67%) патологических участка СОЖ,
нерегулярный рисунок имели 19 (10,5%) патологических участков СОЖ, нечеткий рисунок встречался в 41 (22,5%) случае (рисунок 17).
Рисунок 17. Результаты обследования пациентов с хроническим H.pylori-ассоциированным гастритом: типы микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия.
Оценивая изменения микрососудистого рисунка, отмечается полное отсутствие ИЭН высокой степени/рака у патологических участков, имеющих регулярный микрососудистый рисунок. Напротив, в 47 (94,2%) случаях, характеризующиеся нерегулярным микрососудистым рисунком, была выявлена ИЭН высокой степени или внутрислизистая карцинома/инвазивная неоплазия. Нечеткий микрососудистый рисунок встречался в меньшинстве случаев (21 случай - 11,5%) и определялся, как при доброкачественных (13 случаев - 61,9%), так и при злокачественных изменениях (8 случаев - 38,1%), поэтому в этом случае для дифференциальной диагностики обязательно требуется оценка рисунка поверхности эпителия. Оценивая изменения рисунка поверхности эпителия, отмечается полное отсутствие ИЭН высокой
степени или карциномы у патологических участков, имеющих регулярный рисунок поверхности эпителия. Напротив, в 17 (89,5%), характеризующиеся нерегулярным рисунком поверхности эпителия, и в 37 (92,7%) случаях, характеризующиеся нечетким рисунком поверхности эпителия, была выявлена ИЭН высокой степени или внутрислизистая карцинома/инвазивная неоплазия.
Всего выявлено пять основных комбинаций микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия (рисунок 18):
1. Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности эпителия выявлен в 109 (59,89%) случаях. Из них в 57 (31,32%) случаях верифицирован хронический гастрит, в 14 (7,69%) - фовеолярная гиперплазия, в 35 (19,23%) - кишечная метаплазия, в 3 (1,65%) - ИЭН низкой степени;
2. Нечеткий микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности эпителия выявлен в 13 (7,14%) случаях. Из них в 7 (3,84%) случаях верифицирована кишечная метаплазия, в 6 (3,3%) - ИЭН низкой степени;
3. Нерегулярный микрососудистый рисунок и нерегулярный рисунок поверхности эпителия выявлен в 11 (6,04%) случаях. Из них в 2 (1,1%) случаях верифицирована ИЭН низкой степени, в 4 (2,2%) - ИЭН высокой степени, в 5 (2,74%) - высокодифференцированная аденокарцинома;
4. Нечеткий микрососудистый рисунок и нерегулярный рисунок поверхности эпителия выявлен в 8 (4,4%) случаях. Из них в 2 (1,1%) случаях верифицирована ИЭН высокой степени, в 6 (3,3%) -высокодифференцированная аденокарцинома;
5. Нерегулярный микрососудистый рисунок и нечеткий рисунок поверхности эпителия выявлен в 41 (22,53%) случаях. Из них в 3 (1,65%) случаях верифицирован хронический гастрит, в 4 (2,2%) - ИЭН высокой
степени, в 24 (13,19%) - высокодифференцированная аденокарцинома, в 10 (5,49%) - низкодифференцированная аденокарцинома;
Рисунок 18. Основные комбинации микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия выявленных патологически измененных участков СОЖ.
Таким образом, выявлены основные изменения микрососудистого рисунка, рисунка микроструктуры поверхности эпителия, и их комбинации в зависимости от гистологического строения патологического участка СОЖ. Согласно результатам исследования, наиболее часто встречающимися комбинациями были регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности эпителия, нерегулярный микрососудистый рисунок и нечеткий рисунок поверхности эпителия, наименее часто встречающимися были нерегулярный микрососудистый рисунок и нерегулярный рисунок поверхности эпителия, нечеткий микрососудистый рисунок и регулярный/нерегулярный рисунок поверхности эпителия.
Соответствие типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ гистологическим
изменениям
^ч Микрососудистый рисунок Рисунок ^ч поверхности эпителия Регулярный рисунок п=109 (59,89%) Нерегулярный рисунок п=52 (28,57%) Нечеткий рисунок п=21 (11,54%)
Регулярный рисунок п=122 (67,03%) ХГ - 57 (31,32%) ХГ- 0 (0%)
ФГ - 14 (7,69%) ФГ - 0 (0%)
КМ - 35 (19,23%) КМ - 7 (3,84%)
ИЭННС - 3 (1,65%) ИЭННС - 6 (3,3%)
ИЭНВС - 0 (0%) ИЭНВС - 0 (0%)
ВДАК - 0 (0%) ВДАК - 0 (0%)
НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%)
Всего:109 (59,89%) Всего: 13 (7,14%)
Нерегулярный рисунок п=19 (10,44%) ХГ - 0 (0%) ХГ - 0 (0%)
ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%)
КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%)
ИЭННС - 2 ИЭННС - 0
(1,1%) (0%)
ИЭНВС -(2,2%) 4 ИЭНВС - 2 (1,1%)
ВДАК -(2,74%) 5 ВДАК - 6 (3,3%)
НДАК -(0%) 0 НДАК - 0 (0%)
Всего: (6,04%) 11 Всего: 8 (4,4%)
Нечеткий рисунок п=41 (22,53%) ХГ -(1,65%) 3
ФГ - 0 (0%)
КМ - 0 (0%)
ИЭННС -(0%) 0
ИЭНВС -(2,2%) 4
ВДАК-(13,19%) 24
НДАК -(5,49%) 10
Всего: (22,53%) 41
ХГ - хронический гастрит, ФГ - фовеолярная гиперплазия, КМ - кишечная метаплазия, ИЭННС - интраэптелиальная неоплазия низкой степени, ИЭНВС - интраэптелиальная неоплазия высокой степени, ВДАК - высоко-дифференцированная аденокарцинома, НДАК - низко-дифференцированная аденокарцинома.
3.1.2. Изучение подтипов регулярного рисунка микрососудов и поверхности эпителия патологических участков СОЖ
Самой большой группой патологических образований у пациентов с H.pylori-ассоциированным гастритом, была группа с регулярным рисунком микрососудов и поверхности эпителия (п=109). Однако эта группа неоднородная и требует дополнительной классификации. Патологические участки этой группы подразделялись на два основных типа: овальный и тубуло-виллезный типы [99]. Из 109 патологических участков СОЖ, имеющих регулярный рисунок микрососудов и поверхности эпителия, овальный тип диагностирован в 28 (25,69%) случаев, тубуло-виллезный тип диагностирован в 81 (74,31%) случаях (рисунок 19). Из 28 патологических участков СОЖ, имеющих овальный тип рисунка, хронический гастрит был верифицирован в 19 (67,86%) случаев, фовеолярная гиперплазия - в 9 (32,14%) случаях. Ни в одном из патологических участков СОЖ, имеющих овальный тип, не выявлено кишечной метаплазии. Таким образом, определение овального типа рисунка с высокой долей вероятности может исключить наличие кишечной метаплазии.
Регулярный микрососудистый рисунок + Регулярный рисунок поверхности эпителия п=109
1 г
Овальный тип п=28 (25,69%) Тубуло-виллезный тип п=81(74,31%)
Рисунок 19. Типы регулярного рисунка микрососудов и поверхности эпителия в выявленных патологически измененных участках СОЖ.
Из 81 патологических участков СОЖ, имеющих тубуло-виллезный тип рисунка, хронический гастрит был верифицирован в 38 (46,91%) случаев, фовеолярная гиперплазия - в 5 (6,17%) случаях, кишечная метаплазия - в (43,21%) случаях, ИЭН низкой степени - в 3 (3,71%) случаях (таблица 6). Таким образом, овальный и тубуло-виллезный тип регулярного рисунка характеризуют в подавляющем большинстве случаев (97,25%) доброкачественные патологические участки СОЖ без неопластических изменений, причем овальный тип характерен для доброкачественных изменений СОЖ без кишечной метаплазии.
Таблица 6.
Соответствие типов регулярного рисунка микрососудов и поверхности эпителия патологических участков СОЖ гистологическим
изменениям
Тип рисунка Гистологическое строение
(п=109)
ХГ ФГ КМ ИЭНН С ИЭНВ С ВДАК НДАК
Овальный 19 9 0 0 0 0 0
п=28 (67,86 (32,14
(25,69%) %) %)
Тубуло- 38 5 35 3 0 0 0
виллезный (46,91 (6,17 (43,21 (3,71
п=81 %) %) %) %)
(74,31%)
ХГ - хронический гастрит, ФГ - фовеолярная гиперплазия, КМ -кишечная метаплазия, ИЭННС - интраэптелиальная неоплазия низкой степени, ИЭНВС - интраэптелиальная неоплазия высокой степени, ВДАК -высокодифференцированная аденокарцинома, НДАК -
низкодифференцированная аденокарцинома.
3.1.3. Изучение типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ в зависимости от их локализации
Из 182 патологических участков СОЖ 80 (43,96%) выявлено в теле желудка, 102 (56,04%) выявлено в антральном отделе желудка (рисунок 20). Все выявленные комбинации микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия, за исключением регулярного рисунка микрососудов и поверхности, встречались в обоих отделах желудка в равных пропорциях и характеризовали схожие гистологические изменения СОЖ (таблица 7). Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности овального типа выявлен только в патологических участках СОЖ тела желудка, при этом хронический гастрит верифицирован в 19 (67,86%) случаев, фовеолярная гиперплазия - в 9 (32,14%) случаях. Ни в одном из патологических участков СОЖ, имеющих овальный тип, не выявлено кишечной метаплазии. Таким образом, овальный тип рисунка характеризует изменения СОЖ тела желудка доброкачественного неметапластического характера. Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности тубуло-виллезного типа выявлен в патологических участках СОЖ как тела желудка (п=24 (29,63%)), так и антрального отдела желудка (п=57 (70,37%)). Однако в теле желудка из 24 патологических участков СОЖ, имеющих тубуло-виллезный рисунок, кишечная метаплазия верифицирована в подавляющем большинстве случаев (п=21 (87,5%)). Таким образом, выявление тубуло-виллезного рисунка в СОЖ тела желудка с большой долей вероятности может говорить о наличии кишечной метаплазии.
Рисунок 20. Типы микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологически измененных участков СОЖ в зависимости от их локализации.
Типы микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологически измененных участков СОЖ в зависимости от их
локализации
Отдел желудка Тип рисунка СОЖ^-». Тело желудка Антральный отдел Всего
Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности (овальный тип) N=28 (15,38%) ХГ - 19 (10,44%) ХГ - 0 (0%) ХГ - 19 (10,44%)
ФГ - 9 (4,94%) ФГ - 0 (0%) ФГ - 9 (4,94%)
КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%)
ИЭННС - 0 (0%) ИЭННС - 0 (0%) ИЭННС - 0 (0%)
ИЭНВС - 0 (0%) ИЭНВС - 0 (0%) ИЭНВС - 0 (0%)
ВДАК - 0 (0%) ВДАК - 0 (0%) ВДАК - 0 (0%)
НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%)
Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности (тубуло-виллезный тип) N=81 (44,51%) ХГ - 3 (1,65%) ХГ - 35 (19,23%) ХГ - 38 (20,88%)
ФГ - 0 (0%) ФГ - 5 (2,7%) ФГ - 5 (2,7%)
КМ - 21 (11,54%) КМ - 14 (7,69%) КМ - 35 (19,23%)
ИЭННС- 0 ИЭННС - 3 (1,7%) ИЭННС - 3 (1,7%)
ИЭНВС - 0 ИЭНВС - 0 ИЭНВС - 0
(0%) (0%) (0%)
ВДАК - 0 (0%) ВДАК - 0 (0%) ВДАК - 0 (0%)
НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%)
Нечеткий микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности эпителия N=13 (7,14%) ХГ- 0 (0%) ХГ- 0 (0%) ХГ- 0 (0%)
ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%)
КМ - 3 (1,65%) КМ - 4 (2,2%) КМ - 7 (3,84%)
ИЭННС - 2 (1,1%) ИЭННС - 4 (2,2%) ИЭННС - 6 (3,3%)
ИЭНВС - 0 (0%) ИЭНВС - 0 (0%) ИЭНВС - 0 (0%)
ВДАК - 0 (0%) ВДАК - 0 (0%) ВДАК - 0 (0%)
НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%)
Нерегулярный микрососудистый рисунок и нерегулярный рисунок поверхности эпителия N=11 (6,04%) ХГ - 0 (0%) ХГ - 0 (0%) ХГ - 0 (0%)
ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%)
КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%)
ИЭННС- 0 ИЭННС - 2 (1,1%) ИЭННС - 2 (1,1%)
ИЭНВС - 1 (1,65%) ИЭНВС - 3 (1,65%) ИЭНВС - 4 (2,2%)
ВДАК - 2 (1,1%) ВДАК - 3 (1,65%) ВДАК - 5 (2,74%)
НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%)
Нечеткий микрососудистый рисунок и нерегулярный рисунок ХГ - 0 (0%) ХГ - 0 (0%) ХГ - 0 (0%)
ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%)
поверхности эпителия N=8 (4,4%) КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%)
ИЭННС - 0 (0%) ИЭННС - 0 (0%) ИЭННС - 0 (0%)
ИЭНВС - 0 ИЭНВС - 2 (1,1%) ИЭНВС - 2 (1,1%)
ВДАК - 2 (1,1%) ВДАК - 4 (2,2%) ВДАК - 6 (3,3%)
НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%) НДАК - 0 (0%)
Нерегулярный микрососудистый рисунок и нечеткий рисунок поверхности эпителия N=41 (22,53%) ХГ - 1 (0,55%) ХГ - 2 (1,1%) ХГ - 3 (1,65%)
ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%) ФГ - 0 (0%)
КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%) КМ - 0 (0%)
ИЭННС - 0 (0%) ИЭННС - 0 (0%) ИЭННС - 0 (0%)
ИЭНВС - 3 (1,65%) ИЭНВС - 1 (0,55%) ИЭНВС - 4 (2,2%)
ВДАК- 10 (5,49%) ВДАК- 14 (7,7%) ВДАК- 24 (13,19%)
НДАК - 4 (2,2%) НДАК - 6 (3,3%) НДАК - 10 (5,49%)
Всего (N=182) 80 (43,96%) 102 (56,04%) 182 (100%)
ХГ - хронический гастрит, ФГ - фовеолярная гиперплазия, КМ -кишечная метаплазия, ИЭННС - интраэптелиальная неоплазия низкой степени, ИЭНВС - интраэптелиальная неоплазия высокой степени, ВДАК -высокодифференцированная аденокарцинома, НДАК -
низкодифференцированная аденокарцинома.
3.1.4 Выбор клинически значимых комбинаций типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности эпителия патологических участков СОЖ, необходимых для создания клинико-диагностического алгоритма
В качестве алгоритма принятия решения требуется выбор критериев, которые с одной стороны должны быть эффективны и просты в использовании, с другой стороны - классификационные категории должны описывать патологические изменения, имеющие различные стратегии клинического ведения. С целью принятия клинического решения непосредственно при проведении эндоскопического исследования в узком спектре света с увеличением важно дифференцировать три категории состояний СОЖ, имеющих различные подходы к ведению:
1. Изменения СОЖ, не являющиеся предраковыми состояниями или изменениями. Пациенты, имеющие такие изменения, нуждаются в эрадикационной терапии H.pylori без необходимости наблюдения с помощью дополнительных методик в виду низкого риска развития рака желудка. К таким изменениям СОЖ относится хронический гастрит без выраженной и распространенной атрофии и кишечной метаплазии (хронический неатрофический гастрит, хронический антральный атрофический гастрит с атрофией и кишечной метаплазией, локализованной только в антральном отделе желудка), фовеолярная гиперплазия.
2. Изменения СОЖ, являющиеся предраковыми состояниями без предраковых изменений. Пациенты, имеющие такие изменения, нуждаются в медикаментозном лечении и последующем эндоскопическом наблюдении с помощью дополнительных методик диагностики в виду возможного развития рака желудка на фоне таких состояний. К таким состояниям СОЖ относятся мультифокальный атрофический гастрит, характеризующийся распространенной атрофией и кишечной метаплазией (определяющиеся как в антральном отделе желудка, так и в теле желудка).
3. Изменения СОЖ, являющиеся предраковыми изменениями или ранним раком желудка. Пациенты, имеющие такие изменения, нуждаются в проведении эндоскопической резекции патологического участка или выполнении хирургической операции в комбинации с эрадикационной терапией H.pylori и последующим динамическим наблюдением с помощью дополнительных методик диагностики. К предраковым изменениям СОЖ относятся дисплазия/ИЭН низкой и высокой степени, которые имеют повышенный риск малигнизации.
С учетом указанных клинических задач в зависимости от топографического расположения патологического участка, при проведении эндоскопического исследования в узком спектре света с увеличением в теле желудка требуется проведение дифференциального диагноза между неметапластическими, метапластическими и неопластическими изменениями, в антральном отделе желудка необходимо дифференцировать доброкачественные (неметапластические и метапластические) и злокачественные (неопластические) образования. В соответствии с клиническим подходом целесообразно объединение различных типов микрососудистого рисунка и рисунка поверхности в три группы, описывающие вышеуказанные три категории (таблица 8).
Диагностическая ценность основных клинически значимых типов
рисунка СОЖ
Тип Округлый тип Тубуло-виллезный тип Нерегуляр-
рисунка (тело желудка) ный
Тело желудка Антральный отдел
Прогнози Изменения Метапласти- Изменения Неопластич
-руемые СОЖ без ческие СОЖ без еские
гистолог кишечной изменения неоплазии изменения
и-ческие метаплазии и СОЖ без СОЖ
изменени неоплазии неоплазии
я СОЖ
Клиничес Эрадикацион- Эрадикацио Эрадикацион- Эндоскопи-
кое ная терапия н-ная ная терапия ческая
решение Н.ру1оп терапия Н.ру1оп резекция/
(по М. Н.ру1оп + хирургичес
Динамическ -кая
ШЬепо, ое операция +
2012) наблюдение Эрадикаци-
[57] онная терапия Н.ру1оп + Динамическое наблюдени е
Чувстви- 0,8750 0,8750 0,9000 0,8636
тельность (0,7604- (0,7427- (0,8241- (0,7808-
(95% ДИ) 0,9896) 1,0073) 0,9759) 0,9464)
Специ- 1,0000 0,9464 0,9286 0,9741
фичность (1,0000- (0,8875- (0,8507- (0,9453-
(95% ДИ) 1,0000) 1,0054) 1,0065) 1,0030)
Положи- 1,0000 0,8750 0,9474 0,9500
тельное (1,0000- (0,7427- (0,8894- (0,8949-
предсказ 1,0000) 1,0073) 1,0053) 1,0051)
ываю-
щее
значение
(95% ДИ)
Отрицате 0,9231 0,9464 0,8667 0,9262
ль-ное (0,8506- (0,8875- (0,7673- (0,8798-
предсказ 0,9955) 1,0054) 0,9660) 0,9726)
ываю-
щее
значение
(95% ДИ)
Общая 0,9500 0,9250 0,9118 0,9341
точность (0,9022- (0,8673- (0,8567- (0,8980-
(95% ДИ) 0,9978) 0,9827) 0,9668) 0,9701)
1. «Овальный тип», характеризующийся регулярным микрососудистым рисунком и регулярным рисунком поверхности эпителия овального типа (п=28). В соответствии с полученными результатами, этот тип соответствует изменениям СОЖ тела желудка доброкачественного характера без кишечной метаплазии, не требующим наблюдения с помощью дополнительных методик (таблица 9). Чувствительность, специфичность, положительное предсказывающее значение, отрицательное предсказывающее значение и общая точность этого типа в диагностике доброкачественных неметапластических изменений СОЖ составили 0,8750 (0,7604-0,9896 95% ДИ), 1,0000 (1,0000-1,0000 95% ДИ), 1,0000 (1,0000-1,0000 95% ДИ), 0,9231 (0,85060,9955 95% ДИ), 0,9500 (0,9022-0,9978 95% ДИ) соответственно.
Результаты исследования патологических изменений слизистой оболочки тела желудка, имеющих овальный тип рисунка СОЖ
Тип рисунка микрососудов и поверхности эпителия Отсутствие метапласти-ческих/нео-пластических изменений Наличие метапласти-ческих/нео-пластических изменений р
Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности эпителия овального типа N=28 (35%) 28 0 <0,0001
Остальные типы рисунка микрососудов и регулярный рисунок поверхности эпителия N=52 (65%) 4 48 <0,0001
2. «Тубуло-виллезный тип», характеризующийся регулярным микрососудистым рисунком и регулярным рисунком поверхности эпителия тубуло-виллезного типа (тело желудка п=24, антральный отдел п=57, всего п=81). Этот тип соответствует метапластическим изменениям СОЖ тела желудка, нуждающимся в динамическом наблюдении (таблица 10), а также доброкачественным (неметапластическим и метапластическим) изменениям СОЖ антрального отдела желудка, не требующим наблюдения с помощью дополнительных методик (таблица 11). Чувствительность, специфичность, общая точность, положительное предсказывающее значение, отрицательное предсказывающее значение этого типа в диагностике кишечной метаплазии тела желудка составили 0,8750 (0,7427-1,007395% ДИ), 0,9464 (0,8875-1,0054 95% ДИ), 0,8750 (0,7427-1,00730,850695% ДИ), 0,9464 (0,8875-1,0054 95% ДИ), 0,9250 (0,8673-0,9827 95% ДИ) соответственно.
Чувствительность, специфичность, общая точность, положительное предсказывающее значение, отрицательное предсказывающее значение этого типа в диагностике доброкачественных изменений антрального отдела желудка составили 0,9000 (0,8241-0,9759 95% ДИ), 0,9286 (0,8507-1,0065 95% ДИ), 0,9474 (0,8894-1,0053 95% ДИ), 0,8667 (0,7673- 0,9660 95% ДИ), 0,9118 (0,8567-0,9668 95% ДИ) соответственно.
Таблица 10.
Результаты исследования патологических изменений слизистой
оболочки тела желудка, имеющих тубуло-виллезный тип рисунка СОЖ
Тип рисунка микрососудов и поверхности эпителия Кишечная метаплазия Отсутствие кишечной метаплазии р
Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности эпителия тубулярного типа N=24 (30%) 21 3 <0,0001
Остальные типы рисунка микрососудов и регулярный рисунок поверхности эпителия N=56 (70%) 3 53 <0,0001
Результаты исследования патологических изменений слизистой оболочки антрального отдела желудка, имеющих тубуло-виллезный тип
рисунка СОЖ
Рисунок поверхности эпителия Отсутствие неопластических изменений Наличие неопластических изменений р
Регулярный микрососудистый рисунок и регулярный рисунок поверхности эпителия тубулярного типа N=57 (55,88%) 54 3 <0,0001
Остальные типы рисунка микрососудов и регулярный рисунок поверхности эпителия N=45 (44,12%) 6 39 <0,0001
3. «Нерегулярный тип», характеризующийся нерегулярным микрососудистым рисунком и/или регулярным рисунком поверхности эпителия (п=60). Этот тип соответствует предраковым изменениям/раннему раку желудка, нуждающимся в эндоскопической резекции или хирургическом лечении и дальнейшем динамическом наблюдении (таблица 12). Чувствительность, специфичность, общая точность, положительное предсказывающее значение, отрицательное предсказывающее значение этого типа в диагностике неопластических изменений желудка составили 0,8636 (0,7808-0,9464 95% ДИ), 0,9741 (0,9453-1,0030 95% ДИ), 0,9500 (0,8949-1,0051 95% ДИ), 0,9262 (0,8798-0,9726 95% ДИ), 0,9341(0,8980-0,9701 95% ДИ) соответственно.
Результаты исследования патологических изменений слизистой оболочки антрального отдела желудка, имеющих нерегулярный тип
рисунка слизистой оболочки
Рисунок поверхности эпителия Неопластические изменения Отсутствие неопластических изменений СОЖ р
Нерегулярный рисунок микрососудов и/или поверхности эпителия N=60 (32,97%) 57 3 <0,0001
Отсутствие нерегулярного рисунка микрососудов и/или поверхности эпителия N=122 (67,03%) 10 112 <0,0001
Таким образом, учитывая диагностическую эффективность и простоту использования, данная классификационная система может быть использована в качестве алгоритма для разработки автоматизированной системы поддержки принятия решения.
3.2. Результаты обучения и тестирования программного комплекса автоматизированной системы поддержки принятия клинического решения
В соответствии с перекрестной проверкой с исключением (leave-one-out cross-validation - LOO-CV) и бутстреп (bootstrap)-процедурой большинство изображений имело высокий процент правильно распознанных областей: из 90 включенных в анализ эндоскопических изображения более 90% правильно распознанных областей имели 62 (68,89%), более 80% - 71 (78,89%), более
70% - 81 (90%) (рисунок 20, 21). Средний показатель правильного распознавания составил 91,8±4,4% (таблица 13): 92,06±4,4% для овального типа, 90,13±3,48% для тубуло-виллезного типа, 85,19±5,99% для нерегулярного типа.
Таблица 13.
Результаты тестирования программного комплекса: доля правильно распознанных областей эндоскопических изображений трех основных
типов рисунка СОЖ
Тип рисунка СОЖ Средний процент правильно распознанных областей Математическое ожидание доли правильно распознанных точек
Овальный (N=25) 0,9206±0.0442 0,8852
Тубуло-виллезный (N=31) 0,9013±0.0348 0,9081
Нерегулярный (N=34) 0,8516±0.0599 0,8420
Все типы 0,9181±0,0443 0,87676
80 -
(л 60 ф
О)
га Е
о
ь? 40
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.