ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ВРАЧА ПРИ ДИАГНОСТИКЕ ОПУХОЛЕВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ТОНКОЙ КИШКИ
|
Введение 6
Глава 1. Литературный обзор 10
Заболевания тонкой кишки 10
Диагностика опухолей тонкой кишки 14
Системы поддержки принятия решений (СППР) в диагностике заболеваний 18
Обработка видеокапсульных изображений 23
Глава 2. Материалы и методы 27
Материалы исследования 27
Методы исследования 28
Глава 3. Результаты и их обсуждение 35
Задача 1. Определение параметров, необходимых для оценки типа новообразования тонкой кишки и определение диапазона их изменений по ВКЭ 35
Задача 2. Формирование и наполнение базы данных о случаях поражения тонкой кишки в соответствии с описанием видеокапсульного исследования и материалами историй болезней 41
Задача 3. Оценка статистической значимости исследуемых параметров при определении типа новообразования тонкой кишки. 45
Задача 4. Построение алгоритма диагностики типа новообразования тонкой кишки на основе решающих правил, полученных методами математической статистики 62
Задача 5. Программная реализация полученного алгоритма диагностики опухолевых заболеваний тонкой кишки 77
Задача 6. Разработка подхода для автоматизированного выявления на изображении границ пораженных участков тонкой кишки с использованием алгоритмов обработки изображений 80
Заключение 85
Выводы 89
Список литературы
Глава 1. Литературный обзор 10
Заболевания тонкой кишки 10
Диагностика опухолей тонкой кишки 14
Системы поддержки принятия решений (СППР) в диагностике заболеваний 18
Обработка видеокапсульных изображений 23
Глава 2. Материалы и методы 27
Материалы исследования 27
Методы исследования 28
Глава 3. Результаты и их обсуждение 35
Задача 1. Определение параметров, необходимых для оценки типа новообразования тонкой кишки и определение диапазона их изменений по ВКЭ 35
Задача 2. Формирование и наполнение базы данных о случаях поражения тонкой кишки в соответствии с описанием видеокапсульного исследования и материалами историй болезней 41
Задача 3. Оценка статистической значимости исследуемых параметров при определении типа новообразования тонкой кишки. 45
Задача 4. Построение алгоритма диагностики типа новообразования тонкой кишки на основе решающих правил, полученных методами математической статистики 62
Задача 5. Программная реализация полученного алгоритма диагностики опухолевых заболеваний тонкой кишки 77
Задача 6. Разработка подхода для автоматизированного выявления на изображении границ пораженных участков тонкой кишки с использованием алгоритмов обработки изображений 80
Заключение 85
Выводы 89
Список литературы
Диагностика заболеваний тонкой кишки - ее воспалительных и неопластических поражений - всегда была сложной задачей для хирургов и гастроэнтерологов. Трудности эндоскопической диагностики связаны с особенностями расположения органа, размерами - длина тонкой кишки достигает шести метров [8].
Опухоли тонкой кишки (двенадцатиперстной, тощей, подвздошной) встречаются относительно редко и составляют 0,6-5% всех опухолей желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и 2-6,5% опухолей кишечника. Злокачественные опухоли тонкой кишки составляют не более 1% всех раков ЖКТ или 0,4-0,6 на 100 000 населения. Раковые опухоли тонкой кишки (ТК) чаще одиночны, хотя описаны и первично-множественные. Важное значение имеют осложнённые формы рака, к которым относят кишечную непроходимость, кровотечение и перфорацию с развитием перитонита. При этом описываемые осложнения зачастую являются первыми клиническими проявлениями опухоли ТК. Метастазирование рака ТК происходит лимфогенным, гематогенным и имплантационным путем. Новообразования необходимо рассматривать дифференцированно каждого отдела тонкой кишки. Обусловлено это различной частотой, характером возникновения опухоли и существенным различием анатомического строения [22].
Эндоскопическая диагностика и лечение верхних и нижних отделов ЖКТ для врачей в большинстве случаев не представляет трудностей. Наоборот, наиболее протяженный отдел ЖКТ - тонкая кишка, считается труднодоступным отделом. В связи с этим, возникают проблемы по своевременной диагностике и лечении различных заболеваний тонкой кишки. Чаще всего пациенты обращаются уже с осложненными формами патологий, что в свою очередь влияет на качество жизни и длительность нетрудоспособности населения.
Точную природу опухоли врач узнает после выполнения операции или сложного (под общим наркозом) метода инструментальной диагностики (энтероскопии) и биопсии из нескольких точек образования и из окружающей его слизистой оболочки, выполнение которой травмирует ткани, нарушает целостность структуры образования и не во всех случаях показательно.
Для оценочной диагностики опухолей ТК чаще всего применяют рентгенологический метод исследования [21, 40, 15], суть которого заключается в введении пациенту рентгенконтрастного вещества и наблюдении за продвижением контрастной массы по кишечнику. Рентгенологическая диагностика ТК на наличие опухоли имеет высокую частоту ошибок в установке диагноза. В связи с этим необходимо использовать более точные диагностические процедуры, такие, как видеокапсульная энтероскопия (ВКЭ), который относят к консервативным, безопасным, безболезненным методам. Результаты отечественных и зарубежных работ по применению ВКЭ продемонстрировали высокую эффективность метода [1, 6, 30, 24].
В зависимости от прогнозируемого типа опухолевого поражения тонкой кишки врач решает задачу о дальнейшей тактике ведения пациента: наблюдение в динамике, консервативная терапия, хирургическое лечение, способ доступа (внутрипросветный эндоскопический, лапароскопический или лапаратомический), срочности проводимых мероприятий.
Одной из существенных проблем ВКЭ является трудоемкость и большие временные затраты на обработку данных. Врачу приходится на протяжении длительного времени внимательно просматривать 8-часовую запись одного пациента, содержащую в среднем 60 000 снимков, чтобы сделать заключение о срочности и дальнейшей тактике его диагностики или лечения. Продолжительное время на просмотр длительной записи, рутинность процесса может влиять на качество и своевременность оказания помощи. На сегодняшний день нами не обнаружено использования в клинической практике реальных систем автоматизации анализа видеокапсульных изображений.
На основании вышеизложенного проблема своевременного выявления опухолей ТК с целью предотвращения осложнений с использованием современных методов является актуальной задачей современного времени для поддержания качества жизни пациентов, страдающих патологией ТК.
В данной работе рассматриваются опухоли только тощей и подвздошной кишки, при которых рекомендуется проводить видеокапсульное исследования для принятия решения о дальнейшей тактике ведения пациента.
Цель данной работы заключается в разработке алгоритма оценки типа опухолевых поражений тонкой кишки на основе видеокапсульной энтероскопии (ВКЭ) для поддержки принятия дальнейших тактических решений врача.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определение параметров, необходимых для оценки типа новообразования тонкой кишки и определение диапазона их изменений по ВКЭ.
2. Формирование и наполнение базы данных о случаях поражения тонкой кишки в соответствии с описанием видеокапсульного исследования и материалами историй болезней.
3. Оценка статистической значимости исследуемых параметров при определении типа новообразования тонкой кишки.
4. Построение алгоритма диагностики типа новообразования тонкой кишки на основе решающих правил, полученных методами математической статистики.
5. Программная реализация полученного алгоритма диагностики опухолевых заболеваний тонкой кишки.
6. Разработка подхода для автоматизированного выявления на изображении границ пораженных участков тонкой кишки с использованием алгоритмов обработки изображений.
Опухоли тонкой кишки (двенадцатиперстной, тощей, подвздошной) встречаются относительно редко и составляют 0,6-5% всех опухолей желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и 2-6,5% опухолей кишечника. Злокачественные опухоли тонкой кишки составляют не более 1% всех раков ЖКТ или 0,4-0,6 на 100 000 населения. Раковые опухоли тонкой кишки (ТК) чаще одиночны, хотя описаны и первично-множественные. Важное значение имеют осложнённые формы рака, к которым относят кишечную непроходимость, кровотечение и перфорацию с развитием перитонита. При этом описываемые осложнения зачастую являются первыми клиническими проявлениями опухоли ТК. Метастазирование рака ТК происходит лимфогенным, гематогенным и имплантационным путем. Новообразования необходимо рассматривать дифференцированно каждого отдела тонкой кишки. Обусловлено это различной частотой, характером возникновения опухоли и существенным различием анатомического строения [22].
Эндоскопическая диагностика и лечение верхних и нижних отделов ЖКТ для врачей в большинстве случаев не представляет трудностей. Наоборот, наиболее протяженный отдел ЖКТ - тонкая кишка, считается труднодоступным отделом. В связи с этим, возникают проблемы по своевременной диагностике и лечении различных заболеваний тонкой кишки. Чаще всего пациенты обращаются уже с осложненными формами патологий, что в свою очередь влияет на качество жизни и длительность нетрудоспособности населения.
Точную природу опухоли врач узнает после выполнения операции или сложного (под общим наркозом) метода инструментальной диагностики (энтероскопии) и биопсии из нескольких точек образования и из окружающей его слизистой оболочки, выполнение которой травмирует ткани, нарушает целостность структуры образования и не во всех случаях показательно.
Для оценочной диагностики опухолей ТК чаще всего применяют рентгенологический метод исследования [21, 40, 15], суть которого заключается в введении пациенту рентгенконтрастного вещества и наблюдении за продвижением контрастной массы по кишечнику. Рентгенологическая диагностика ТК на наличие опухоли имеет высокую частоту ошибок в установке диагноза. В связи с этим необходимо использовать более точные диагностические процедуры, такие, как видеокапсульная энтероскопия (ВКЭ), который относят к консервативным, безопасным, безболезненным методам. Результаты отечественных и зарубежных работ по применению ВКЭ продемонстрировали высокую эффективность метода [1, 6, 30, 24].
В зависимости от прогнозируемого типа опухолевого поражения тонкой кишки врач решает задачу о дальнейшей тактике ведения пациента: наблюдение в динамике, консервативная терапия, хирургическое лечение, способ доступа (внутрипросветный эндоскопический, лапароскопический или лапаратомический), срочности проводимых мероприятий.
Одной из существенных проблем ВКЭ является трудоемкость и большие временные затраты на обработку данных. Врачу приходится на протяжении длительного времени внимательно просматривать 8-часовую запись одного пациента, содержащую в среднем 60 000 снимков, чтобы сделать заключение о срочности и дальнейшей тактике его диагностики или лечения. Продолжительное время на просмотр длительной записи, рутинность процесса может влиять на качество и своевременность оказания помощи. На сегодняшний день нами не обнаружено использования в клинической практике реальных систем автоматизации анализа видеокапсульных изображений.
На основании вышеизложенного проблема своевременного выявления опухолей ТК с целью предотвращения осложнений с использованием современных методов является актуальной задачей современного времени для поддержания качества жизни пациентов, страдающих патологией ТК.
В данной работе рассматриваются опухоли только тощей и подвздошной кишки, при которых рекомендуется проводить видеокапсульное исследования для принятия решения о дальнейшей тактике ведения пациента.
Цель данной работы заключается в разработке алгоритма оценки типа опухолевых поражений тонкой кишки на основе видеокапсульной энтероскопии (ВКЭ) для поддержки принятия дальнейших тактических решений врача.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Определение параметров, необходимых для оценки типа новообразования тонкой кишки и определение диапазона их изменений по ВКЭ.
2. Формирование и наполнение базы данных о случаях поражения тонкой кишки в соответствии с описанием видеокапсульного исследования и материалами историй болезней.
3. Оценка статистической значимости исследуемых параметров при определении типа новообразования тонкой кишки.
4. Построение алгоритма диагностики типа новообразования тонкой кишки на основе решающих правил, полученных методами математической статистики.
5. Программная реализация полученного алгоритма диагностики опухолевых заболеваний тонкой кишки.
6. Разработка подхода для автоматизированного выявления на изображении границ пораженных участков тонкой кишки с использованием алгоритмов обработки изображений.
1. С помощью экспертов НИЛ хирургической гастроэнтерологии и эндоскопии РНИМУ им. Н.И. Пирогова отделения оперативной эндоскопии ГКБ № 31 были выделены 30 параметров, необходимых для оценки типа новообразования тонкой кишки с использованием ВКЭ, и определен диапазон их изменений.
2. Сформирована база данных о случаях поражения тонкой кишки в соответствии с формализованным описанием видеокапсульного исследования и материалами историй болезней пациентов (181 объект).
3. Для дифференциальной диагностики типов поражения тонкой кишки, классифицированных по ВОЗ на 4 группы, с учетом корреляций определено 8 высоко статистически значимых параметров: Пол пациента, Деформация стенки/просвета кишки, Ход складок, Полиповидные изменения, Сосудистый рисунок, Регулярность слизистой, Дольчатое строение и Цвет слизистой оболочки.
4. Построен алгоритм для дифференциальной диагностики типа
новообразования тонкой кишки групп: Неопухолевые/норма
(чувствительность=86%, специфичность=92%), Эпителиальные доброкачественные (чувствительность=89%, специфичность=93%),
Неэпителиальные доброкачественные (чувствительность=86%,
специфичность=97%), Злокачественные опухоли (чувствительность=89%, специфичность=93%).
5. Построенный алгоритм реализован в виде программного модуля «Заключение по капсуле» с помощью интегрированной среды разработки Visual Studio и языка программирования C#.
6. Разработан подход для автоматизированного выявления на изображении границ пораженных участков (эктазий) тонкой кишки на основе пиксельного анализа изображений.
2. Сформирована база данных о случаях поражения тонкой кишки в соответствии с формализованным описанием видеокапсульного исследования и материалами историй болезней пациентов (181 объект).
3. Для дифференциальной диагностики типов поражения тонкой кишки, классифицированных по ВОЗ на 4 группы, с учетом корреляций определено 8 высоко статистически значимых параметров: Пол пациента, Деформация стенки/просвета кишки, Ход складок, Полиповидные изменения, Сосудистый рисунок, Регулярность слизистой, Дольчатое строение и Цвет слизистой оболочки.
4. Построен алгоритм для дифференциальной диагностики типа
новообразования тонкой кишки групп: Неопухолевые/норма
(чувствительность=86%, специфичность=92%), Эпителиальные доброкачественные (чувствительность=89%, специфичность=93%),
Неэпителиальные доброкачественные (чувствительность=86%,
специфичность=97%), Злокачественные опухоли (чувствительность=89%, специфичность=93%).
5. Построенный алгоритм реализован в виде программного модуля «Заключение по капсуле» с помощью интегрированной среды разработки Visual Studio и языка программирования C#.
6. Разработан подход для автоматизированного выявления на изображении границ пораженных участков (эктазий) тонкой кишки на основе пиксельного анализа изображений.