Автореферат и диссертация по медицине (14.01.12) на тему:Автоматизированная количественная цитометрия и аутофлуоресцентная бронхоскопия со спектрометрией в диагностике рака легкого

094614771

На правах рукописи

Барчук Антон Алексеевич

Автоматизированная количественная цитометрия и аутофлуоресцентная бронхоскопия со спектрометрией в диагностике рака легкого

Специальность: 14.01.12 - онкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Санкт-Петербург 2010

2 5 НО Я 2010

004614771

Работа выполнена в Федеральном Государственном Учреждении «Научно-исследовательский институт онкологии им. H.H. Петрова» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Научные руководители:

доктор медицинских наук Евгений Владимирович Левченко доктор медицинский наук Александр Михайлович Щербаков

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Андрей Леонидович Акопов доктор медицинских наук Георгий Иванович Гафтон

Ведущее научное учреждение:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военно-медицинская академия им С.М.Кирова».

Защита диссертации состоится «7» декабря 2010 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.05.01 при Федеральном Государственном Учреждении «Научно-исследовательский институт онкологии им. H.H. Петрова» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (197758, Санкт-Петербург, Песочный-2, ул. Ленинградская, д.68)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального Государственного Учреждения «Научно-исследовательский институт онкологии им. H.H. Петрова» Министерства здравоохранения и социальною развития Российской Федерации (197758, Санкт-Петербург, Песочный-2, ул. Ленинградская, д.68) и на сайте института: www.niioncologii.ru.

Автореферат разослан «5» ноября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Доктор медицинских наук

Е.В.Бахидзе

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в структуре заболеваемости злокачественными опухолями рак лёгкого (PJI) в настоящее время вышел на одно из первых мест, привлекая к себе всё большее внимание. Ежегодно в мире регистрируется более 1,3 миллиона случаев PJI, что составляет 12,6% от всех злокачественных новообразований, при этом погибает от него более 1,2 миллиона человек (17,8% всех смертей от рака и 2,3% общей смертности). Смертность от PJI значительно превышает смертность от опухолей других локализаций. Соотношение «заболеваемость - смертность» при PJ1 крайне неблагоприятное - умирают 91,4% заболевших [Mathers С., 2008, Jemal А., 2008, Shibuya К., 2002]. В России ежегодно выявляется более 46 000 новых случаев РЛ, в том числе свыше 42 000 мужчин. В Санкт-Петербурге в 2008 году диагноз рака лёгкого установлен у 1847 больных, а умерло от него 1814 больных [Мерабишвили В.М., 2009, Чиссов В.И., 2010]. Несмотря на совершенствование методов диагностики и лечения РЛ, отдаленные результаты остаются неудовлетворительными. Очевидно, что эффективность клинических мероприятий напрямую связана со стадией, на которой обнаружен опухолевый процесс, а решение проблемы улучшения результатов лечения РЛ лежит на пути его раннего выявления [Jett J., 1993, Goldstraw P., 2007, Mathers С., 2008]. Благодаря успешным работам в области ранней диагностики онкологических заболеваний было пересмотрено отношение к скринингу РЛ в пользу совершенствования применяемых методик. Так, в последнее время появилась серия исследований по оценке скрининга РЛ с помощью низкодозной компьютерной томографии [Jett R., 2008]. Наряду с оптимизацией рентгенологических методов скрининга РЛ появились совершенно новые высокотехнологичные разработки в области цитологического исследования мокроты, эндоскопические методики, включая системы для флуоресцентной бронхоскопии и спектроскопии.

Стремительное развитие медицинских технологий, использование которых возможно в диагностических системах для скрининга РЛ, приводит к некоторому отрыву теоретических разработок от их практического воплощения, поскольку число исследований, посвященных клиническому их применению для проверки гипотезы эффективности, ограничено. Таким образом, дальнейшее изучение эффективности новых высокотехнологичных методик и разработка алгоритмов их применения, отвечающих требованиям безопасности, экономической доступности, а также доказательство их высокой чувствительности и специфичности представляются одной из самых

актуальных задач современной онкологии, направленных на борьбу с растущей смертностью от РЛ.

Цель исследования

Изучение клинической ценности методов автоматизированной количественной цитометрии и флуоресцентной бронхоскопии со встроенной спектрометрией при диагностике РЛ.

Задачи

1. Определить безопасность и диагностическую ценность методов автоматизированной количественной цитометрии (АКЦ) и аутофлуоресцентной бронхоскопии (АФБС) со спектроскопией.

2. Сравнить чувствительность и специфичность метода автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты и традиционного цитологического исследования при диагностике рака легкого.

3. Оценить зависимость эффективности метода автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты от факторов возраста, пола, анамнеза курения пациентов, клинико-анатомической формы и стадии рака лёгкого, а также морфологического варианта опухоли.

4. Оценить чувствительность и специфичность метода комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при диагностике центрального рака легкого.

5. Провести сравнительный анализ спектральных характеристик неизменённых бронхиальных стенок, раннего рака лёгкого и инвазивных поражений, полученных в условиях фибробронхоскопии при обычном освещении и в аутофлуоресцентном режиме.

6. Определить роль автоматизированной количественной цитометрии и аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией в системе диагностики рака лёгкого, как методов позволяющих обрабатывать количественные характеристики и получать объективные данные.

Научная новизна работы

Выполненная работа явилась комплексным, многоплановым и многофакторным исследованием, раскрывшим на основе использования современных высоких технологий новые, научно обоснованные пути решения актуальной проблемы клинической онкологии - оптимизации диагностических мероприятий при раке лёгкого, направленных на его раннее выявление.

Впервые на большом клиническом материале проспективного исследования (265 больных) показана высокая диагностическая ценность

метода АКЦ, основанного на поиске опухоль-ассоциированных изменений путем системной оценки ядерных характеристик клеток, полученных из образцов мокроты пациентов. Было доказано, что данная методика существенно превосходит традиционное цитологическое исследование, в первую очередь, при выявлении плоскоклеточного рака легких.

В значительном (как по числу включенных пациентов п=171, так и по количеству выполненных биопсий п=669) исследовании доказана высокая клиническая ценность нового метода комбинированной эндоскопической диагностики рака легкого, включающего бронхоскопию в обычном свете, отраженную спектрометрию, аутофлуоресцентную бронхоскопию и аутофлуоресцентную спектрометрию. Продемонстрирована возможность проведения дифференциальной диагностики с использованием этой методики между нормальным состоянием бронхиальных стенок, предопухолевыми, ранними опухолевыми изменениями и инвазивным раком лёгкого.

На основании оценки полученных результатов предложен и запатентован метод комбинированного эндоскопического контроля эффективности лечения злокачественных опухолей бронхов и/или трахеи с использованием аутофлуоресцентной спектроскопии (патент № 2365339 от 27.08.2009г.).

Практическая ценность работы

В результате проведенного исследования доказана принципиальная возможность эффективного использования многокомпонентных систем для ранней диагностики рака легкого, таких как система автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты и система аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектроскопией. Предлагаемые диагностические комплексы могут использоваться при селективном скрининге наряду с иными методиками, например с низкодозной компьютерной томографией. Результаты изучения эффективности системы автоматизированной количественной цитометрии свидетельствуют о целесообразности внедрения её в арсенал методик скрининга рака легкого. Пациентам с выявленными опухоль-ассоциированными изменениями показано углубленное клинико-рентгенологическое обследование, включающее комбинированную эндоскопическую диагностику с использованием бронхоскопии и спектроскопии в отражённом и аутофлуоресцентном режимах, позволяющее улучшить выявление центральных форм раннего рака легкого, в том числе бессимптомных.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методы автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты и аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при

диагностике рака лёгкого обладают минимальным спектром побочных явлений и могут успешно применяться в клинической практике без дополнительного риска или существенного дискомфорта для пациентов.

2. Метод автоматизированной количественной цитометрии, основанный на поиске опухоль-ассоциированных изменений путем системной оценки ядерных характеристик клеток, полученных из образцов мокроты пациентов, существенно превосходит по эффективности и информативности традиционное цитологическое исследование мокроты при диагностике рака легкого.

3. Метод аутофлуоресцентной бронхоскопии обладает высокой чувствительностью при выявлении раннего и инвазивного центрального рака легких.

4. Комбинированный спектрометрический анализ данных, получаемых при бронхоскопическом исследовании в обычном и аутофлуоресцентном режимах позволяет обеспечить объективную оценку состояния бронхиальных стенок при дифференциальной эндоскопической диагностике.

Апробация диссертационного материала

Основные итоги работы обсуждались на научной конференции отделений торакальной онкологии, эндоскопии, радиационной онкологии и ядерной медицины, биотерапии и трансплантации костного мозга, опухолей молочной железы и общей онкологии, группы опухолей желудочно-кишечного тракта ФГУ «НИИ онкологии им. H.H. Петрова Росмедтехнологий», кафедр онкологии Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова и Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова, МАПО. По материалам исследования сделано 9 докладов: 1) на научно-практической конференции НИИ онкологии им. проф. H.H. Петрова «Актуальные вопросы диагностики и лечения рака лёгкого» (Санкт-Петербург, 14.09.2006г.); 2) на научно-практической конференции «Актуальные вопросы хирургической пульмонологии» (Санкт-Петербург, 10.02.2006г.); 3) на научно-практической конференции с международным участием «Оптимизация лечебно-диагностической тактики при онкологических заболеваниях» (Архангельск, 07.06.2006г.); 4) на конкурсе молодых учёных в рамках XI российского онкологического конгресса (г. Москва; 20.11.2006); 5) на конференции, посвященной 60-летию Городского клинического онкологического диспансера (Санкт-Петербург, 04.09.2008); 6) на 11 юбилейном московском международном конгрессе по эндоскопической хирургии (Москва, 20.04.2007г.); 7) на Всероссийской научно-практической конференции «Диагностика и лечение опухолей грудной полости» (Санкт-Петербург,

05.09.2008г.); 8) на VII научно-практической конференции Северо-Западного Федерального округа «Прогресс в торакальной хирургии, онкологии и бронхологии» (Санкт-Петербург, 10.04.2009г); 9) на Российской научно-практической конференции «Современные эндоскопические технологии в онкологии» (г. Томск, 27.05.2010 г.).

Публикации

Публикации охватывают все разделы работы. По теме диссертации получен патент Российской Федерации на изобретения и опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 - в отечественных журналах перечня ВАК.

Внедрение результатов работы

В настоящее время методики, изученные в работе, применяются в практической работе отделений ФГУ «НИИ онкологии им. H.H. Петрова Росмедтехнологий» и Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова, в учебном процессе кафедр эндоскопии, онкологии с курсом клинической радиологии Санкт-Петербургской Медицинской академии последипломного образования, кафедры онкологии Санкт-Петербургского Государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова, кафедры онкологии Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова, курса онкологии медицинского факультета Санкт-Петербургского Государственного Университета.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста и включает в себя 67 таблиц и 75 рисунков. Список литературы включает 291 источник, в том числе 49 отечественных и 242 иностранных автора.

Содержание работы

В проведённом исследовании наряду с традиционными методами диагностики рака лёгкого — стандартного цитологического исследования образцов мокроты и фибробронхоскопии в обычном режиме - использованы две современные высокотехнологичные диагностические системы: 1) автоматизированной количественной цитометрии (АКЦ) «LungSign» и 2) комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией (АФБС) «ClearVu Elite». Обе системы созданы в лаборатории компании

Perceprtonix Medical Inc. в сотрудничестве с Противораковым Агентством Британской Колумбии (Канада).

Характеристика клинических наблюдений

Материалом для настоящего исследования послужили проспективные данные о 436 больных, направленных для углублённого обследования в НИИ онкологии им. H.H. Петрова с 2003 по 2007 годы из различных поликлиник, онкологических отделений, диагностических центров и стационаров г. Санкт-Петербурга, отвечающих установленным критериям включения. Из них 265 (60,8%) пациентов вошло в исследование по изучению диагностической ценности метода автоматизированной количественной цитометрии, а 171 (39,2%) - аутофлуоресцентной бронхоскопии и спектрометрии. В окончательный анализ не вошли данные 21 клинического наблюдения (4,8%) -17 (3,9%) при АКЦ и 4 (0,9%) при АФБС в связи с несоответствием критериям включения. Таким образом, в итоге были обработаны данные в отношении 415 (95,2%) пациентов, вошедших в исследование, посвященное оптимизации диагностики рака лёгких (табл. 1).

Таблица 1. Общая характеристика контингента больных, вошедших в исследование эффективности АКЦ и АФБС при диагностике рака лёгких Характеристики контингента Число пациентов %

Пол мужчины 274 66

женщины 145 34

Диагноз Рак легкого (РЛ) 79 19

Не выявлено РЛ 336 81

Нет 139 33,5

Анамнез курения Есть 275 66,3

Нет данных 1 0,2

Всего 415 100

Набор пациентов в исследовании по оценке эффективности автоматизированной количественной цитометрии был начат в марте 2003 года и закончен в сентябре 2004 года. Всего было включено 265 человек. Больные включались при соответствии следующим критериям: 1) возраст пациента свыше 40 лет; 2) клинически обоснованные подозрения в отношении рака легкого на основании симптомов или рентгенологических данных; 3) клиническая необходимость в проведении цитологического исследования образцов мокроты; 4) способность физически перенести процедуру индукции мокроты; 5) добровольное информированное согласие на проведение исследования. Были также определены следующие критерии исключения: 1)

выраженный болевой синдром; 2) нестабильная стенокардия; 3) проведение специального противоопухолевого лечения в последние полгода по поводу онкологического заболевания.

Набор пациентов в исследование по оценке эффективности системы аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией производился с января 2006 года по февраль 2007 года. Всего в клинике НИИ онкологии им. H.H. Петрова было выполнено 171 фибробронхоскопическое исследование с использованием эндоскопической системы «ClearVu Elite» у больных, соответствующих следующим критериям включения: 1) возраст пациента свыше 18 лет; 2) клинически обоснованные подозрения в отношении рака легкого на основании клинических симптомов или рентгенологических данных; 3) клиническая необходимость в проведении стандартной диагностической фибробронхоскопии; 4) наличие показаний для проведения биопсии стенки бронха; 5) способность физически перенести процедуру; 6) добровольное информированное согласие на проведение исследования. Критериями исключения были определены: 1) риск развития осложнений в результате увеличения продолжительности диагностической процедуры; 2) нестабильная стенокардия; 3) нарушения мозгового кровообращения; 4) декомпенсированная и субкомпенсированная моно- и полиорганная недостаточность; 5) некорригируемая коагулопатия; 6) предшествующие осложнения во время бронхоскопических процедур; 7) выраженный болевой синдром; 8) проведение специального противоопухолевого лечения в последние полгода, предшествующие исследованию.

В процессе выполнения эндоскопической процедуры по разработанному алгоритму у 171 больного выполнено 669 биопсий из подозрительных участков бронхиального дерева после оценки состояния доступных обзору бронхов в обычном и аутофлуоресцентном режимах и выполнения спектрометрии с зон интереса. В окончательный анализ вошли 620 (92,7%) изображений и спектральных измерений с мест выполнения биопсий у 167 (97,7%) пациентов.

Биопсийный материал направлялся в патологоанатомическое отделение НИИ онкологии им. H.H. Петрова. Среди 167 больных, включенных в окончательный анализ, у 32 (19,2%) по результатам биопсии при бронхоскопическом исследовании был установлен диагноз рака легкого, у 26 (15,6%) были выявлены инвазивные изменения, и у 6 (3,6%) carcinoma in situ (CIS). У трех пациентов (1,8%) установлено наличие диспластических изменений в стенке бронха. У остальных (п=132; 79%) - злокачественных опухолей и выраженной дисплазии не обнаружено.

Технология проведения цитологических и эндоскопических исследований

В исследовании проведён параллельный проспективный анализ результатов двух видов тестирования образцов мокроты пациентов. Произведено сравнение эффективности стандартного цитологического исследования (ЦП) мокроты и метода автоматизированной количественной цитометрии (АКЦ) мокроты. Исследования проходили независимо друг от друга, а специалисты, анализировавшие образцы мокроты, не были информированы о предполагаемом диагнозе пациентов. Полученные результаты обоих тестов были в дальнейшем сопоставлены с окончательными результатами обследования больных. Исследование было многоцентровым и проводилось при технической и методической поддержке Противоракового Агентства Британской Колумбии и компании Perceptronix Medical Inc..

При выполнении тестирования образцов мокроты по методике АКЦ использовалась система «LungSign» (Perceptronix Medical Inc., Канада). Основным компонентом системы являлся автоматический цитометр AcCell-Savant (Molecular Diagnostics Inc., Чикаго, США), соединенный с компьютерной системой, способной при сканировании цитологических препаратов получать изображения высокого разрешения. Особенность метода АКЦ заключается в обнаружении системой опухоль-ассоциированных изменений. Все информативные образцы были подразделены на АКЦ-положительные и АКЦ-отрицательные. Для их разграничения на две группы применялся показатель (индекс АКЦ) полученный на этапе подготовки системы к проспективному исследованию. При определении наиболее информативных ядерных характеристик, позволяющих достоверно выделить образцы мокроты больных PJI из материала, полученного от всех пациентов, был предложен линейный дискриминантный анализ, основанный на измерении 13 ядерных характеристик. Конечный результат оценивался в виде числового значения вероятности наличия PJI.

Из полученных образцов мокроты в лаборатории цитологии НИИ онкологии им. H.H. Петрова готовились препараты для традиционного ЦИ (окраска по Папаниколау) и для АКЦ (окраска по Фельгену). В комбинированном бронхоскопическом исследовании использовался эндоскопический комплекс «ClearVu Elite» (Perceptronix Medical Inc., Канада), представляющий собой систему формирования изображения в обычном свете, аутофлуоресцентного изображения, а также спектрометрии в обоих режимах.

Система состояла из источника света; устройства получения данных и управления; камеры со спектральной приставкой и стандартного фибробронхоскопа (Olympus BF-60). Освещение при обычной ФБС производилось пучком света (ксеноновая дуговая лампа 400-700нм; ЮмВ), а

для реализации аутофлуоресцентного режима использовалось интенсивное освещение в голубом диапазоне (400-600нм; 50мВ) со слабым околоинфракрасным излучением (720-800нм; 4мВ). Собирать спектральную информацию позволяла специальная насадка между окуляром и камерой, передающая часть отраженного или аутофлуоресцентного света с зоны исследования в спектральную приставку. При обнаружении патологических изменений в трахее и/или бронхах изображения этих участков фиксировались в электронном виде. В ходе выполнения ФБС так же измерялись отраженные и аутофлуоресцентные спектры той области, где производилась биопсия. Предварительная эффективность системы оценивалась сравнением полученных в исследовании изображений и спектральных измерений с данными гистологических исследований бронхобиопсийного материала. Гистологические исследования проводились в патоморфологической лаборатории НИИ онкологии им. H.H. Петрова и в лаборатории при Противораковом Агентстве Британской Колумбии (г. Ванкувер, Канада).

Для обработки спектрометрических данных была использована математическая модель, описывающая спектральные показатели ткани [Fawzy Y, 2008]. Согласно используемой модели вычислялись 4 основные спектральные характеристики: доля объема крови в ткани (B1-V), параметр десатурации (ненасыщения) крови кислородом (d02), содержание сатурированного (НЬ02) и десатурированного гемоглобина (Hb). Для каждого полученного спектрального измерения в аутофлуоресцентном режиме рассчитывался показатель Infra Red Green Ratio (IRG), соответствующий отношению средней интенсивности флуоресцентного спектра в околоинфракрасной области (715-835 нм) к средней интенсивности в зеленой области (495-515 нм).

Результаты исследования

Автоматизированная количественная цитометрии

На первых этапах научной работы было установлено важное преимущество метода АКЦ - высокая степень информативности материала в исследовании. Так, если при ЦИ образцов мокроты доля неинформативного материала составила - 37,5%, то при АКЦ этот показатель был всего 12,9% (р<0,0002).

Анализ полученных результатов исследования образцов мокроты позволил установить, что чувствительность метода АКЦ с помощью теста LungSign (при АКЦ-индексе равном нулю - АКЦи=0) составила 36,6% (95%С1:22%-53%), при специфичности 93,7% (95%С1:89%-96%) (таб. 2).

Таблица 2. Специфичность и чувствительность АКЦ (АКЦи=0)

Показатель Значение 95%С1

Чувствительность 36,6% 22-53%

Специфичность 93,7% 89-96%

Прогностическая ценность (+) 57,7% 31-81%

Прогностическая ценность (-) 86,3% 79-92%

Отношение правдоподобия (+) 5,82 2,89-11,72

Отношение правдоподобия (-) 0,68 0,54-0,85

Данные сравнительного анализа обоих методов, представленные в таблице 3, показали более высокую чувствительность АКЦ по сравнению с традиционным ЦИ (36,6% против 13,3%; р=0,033), при допустимом снижении специфичности (93,7% против 100%; р=0,003).

Таблица 3. Сравнение чувствительность и специфичности двух методов Показатель ЦИ АКЦ р АКЦ-ЦИ

Чувствительность, % 133 Щ> 0033 23 3 Л 9 42 21

(95%С1) (4-32) (22-53) '

Специфичность, % 100 93,7

(95%С1) (96-100) (89-96) °'°°3 6'3 <1'5"1^

Ожидаемое снижение чувствительности обоих методов зафиксировано при включении в анализ образцов неинформативного материала, которые приравнивались к отрицательным результатам тестов. Чувствительность метода ЦИ при этих условиях снизилась до 8,3% (95%С1:2%-21%) при специфичности 100% (95%С1:97%-100%), а чувствительность метода АКЦ - до 31,9% (95%С1:22%-53%) при специфичности 94,5% (95%С1:90%-97%). Различия в показателях чувствительности (р=0,009) и специфичности (р=0,0008) методов остались статистически значимы. Анализ эффективности метода АКЦ в зависимости от возраста пациентов (таб. 4) показал, что его чувствительность у пациентов в возрасте менее 60 лет составила всего 7,7% (95%С1:1-33%), против 50% (95%С1:32-68%) у больных 60 лет и старше, при снижении специфичности с 97% (95%С1:89-99%) до 90% (95%С1:79-97%).

Таблица 4. Показатели метода АКЦ в зависимости от возраста.

Возраст

Показатель

<60 лет >60 лет

Чувствительность (95% С1) 7,7% (1-33%) 50% (32-68%) 0,014 Специфичность (95% С1) 97% (89-99%) 90% (79-97%) 0,06

Литературные данные свидетельствуют о том, что чувствительность методов ЦИ образцов мокроты всегда выше при центральных опухолях лёгких,

по сравнению с периферическими [Лемехов В., 1991, Raab S., 1997]. Оценка диагностической ценности метода АКЦ в зависимости от клинико-анатомической формы, (р=0,11), пола (р=0,44), анамнеза курения (р=0,89), стадии РЛ (р=0,73) и морфологического типа опухоли (р=0,68) не показала значимых различий в его эффективности в различных подгруппах.

Одним из наиболее важных преимуществ использования диагностической системы «LungSign» является возможность обработки объективных данных, исключая влияние на получаемые результаты «человеческого фактора». Если традиционный метод ЦИ образцов мокроты характеризуется лишь двумя значениями - специфичностью и чувствительностью, то при АКЦ производится определение конкретных числовых значений (АКЦи), позволяющих определять вероятность наличия или отсутствия опухоли у пациента. Так, средние значения АКЦи значимо различались (р<0,0001) в группе больных РЛ (-0,275871) и в группе пациентов, у которых опухоль не была обнаружена (-1,24990).

Ещё одним преимуществом АКЦ стала возможность построения характеристических (ROC) кривых для определения истинных его возможностей при различных пограничных значениях АКЦи, т.е. при определении границы, позволяющей отнести образцы мокроты к группе с подозрением на РЛ, либо без него. На рисунке 1 представлена характеристическая кривая, построенная для всех исследованных информативных образцов мокроты. Площадь прямой под графиком составила s=0,72 (99%С1:0,60-0,84) и данный показатель отличался от возможного случайного результата, т.е. имел статистическую значимость (р<0,0001; НО: Area < 0.5. Hl: Area >0.5).

Рисунок 1. Характеристическая кривая АКЦ образцов мокроты.

О 0,7

Л

О

0,9

0,8

-°-AQC Мокроты

1 -специфичность

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Для сохранения высокой специфичности метода (90,9%) в качестве пограничного было выбрано значение АКЦи=-0,2, что дало возможность добиться достаточно высокой чувствительности - 43,9% (95%С1: 28-61%). В целом подобный подход демонстрирует пластичность метода, позволяющую манипулировать значениями чувствительности и специфичности согласно поставленным задачам.

Аутофлуоресцентная бронхоскопия со спектрометрией

На проведение эндоскопических исследований согласно принятому диагностическому алгоритму требовалось дополнительно не более 15 минут к обычному времени, необходимому для выполнения обычной фибробронхоскопии. Для адекватной оценки возможных побочных реакций и осложнеЕшй использования системы пациентов наблюдали не менее одного часа после процедуры. Проведённый анализ безопасности системы продемонстрировал, что ни у одного из 171 пациента не было клинически значимых побочных явлений, потребовавших проведения лечебных мероприятий, а метод, соответственно, не был сопряжен с каким-либо дополнительным риском для пациентов. Выявленные побочные явления и их частота характерны для традиционной ФБС, проводимой по стандартной методике (р=0,022). Никаких специфических побочных явлений, свойственных АФБС со спектроскопией не зафиксировано.

В ходе исследований в качестве подозрительных были определены участки бронхиальной стенки, хоть как-либо отличающие от обычной картины. Учитывалось наличие широко известных прямых и косвенных эндоскопических признаков опухолевого поражения. Основным эндоскопическим признаком раннего РЛ и предопухолевых изменений была определена локальная гиперемия стенки бронхи, либо в обоих режимах, либо только в аутофлуоресцентном, тогда этот признак визуализировался как красное свечение на зеленом фоне.

На рисунке 6 (А,Б,В) в качестве примеров представлены эндофотографии, демонстрирующие различные варианты нормальных и патологических состояний бронхиальных стенок, полученные при бронхоскопических исследованиях в обычном и аутофлуоресцентном режимах.

Рисунок 6. Примеры изображений, выполненных в ходе эндоскопических

исследований: А - мелкоклеточный рак левого главного бронха, Б -гиперплазия слизистой стенки 4 сегментарного бронха, В - карцинома in situ (CIS) в 6 сегментарном бронхе правого лёгкого

Первые 50 эндоскопических исследований с использованием комплекса «ClearVu Elite» проводились с целью только предварительной оценки безопасности и эффективности метода. Оценка чувствительности и специфичности метода была проведена на основании данных АФБС со спектрометрией у последующих 120 пациентов, которым были произведены биопсии 472 участков, из которых 123 (26,1%) расценивались как имеющие явные признаки опухолевого роста, а 349 (73,9%) - как не позволяющие исключить этот диагноз. Предположение о наличии PJI на эндоскопическом этапе из 123 участков было подтверждено в 32, что составило 26,0%; выраженные диспластические изменения и CIS обнаружены в 4 случаях (3,3%), норма и неопухолевые изменения в 67 (54,4%). Как неинформативный определён материал 20 биоптатов (16,3%). При гистологическом исследовании биопсийного материала с участков, визуально оцененных как неопухолевые, но, тем не менее, отличающихся от нормальных, диагноз PJI не зафиксирован

ни в одном случае, диспластические изменения/CIS установлены у 2 больных (0,6%), норма и неопухолевые изменения у 258 (73,9%), а неинформативным признан материал 89 биопсий. В общей сложности в исследовании зафиксировано 9 биоптатов с ранними диспластическими и опухолевыми изменениями, из них в шести случаях выявлена carcinoma in situ, что составило 1,5% от общего числа биопсий и 3,5% от всех больных с подтверждённым РЛ.

Согласно полученным данным были определены чувствительность и специфичность метода АФБС, рассчитанные исходя из общего количества биопсий, составившие соответственно 94,74 % (95%С1:80,9%-99%) и 79,95% (95%С1:75,8%-83,6%), при весьма высокой прогностической ценности отрицательного эндоскопического диагноза - 99,4% (95%С1:97,7%-99,9%) (табл. 5). В то же время прогностическая ценность положительного результата оказалась невысокой - всего 29,3% (95%С1:21,6%-38,3%), что вполне согласовывалось с полученным значением специфичности метода АФБС и соответствовало отношениям правдоподобия положительного - 4,73 (95%С1:3,9-5,8) и отрицательного - 0,07 (95%С1:0,02-0,25)'результатов. Таким образом, вероятность обнаружения РЛ при биопсии в визуально изменённых бронхиальных стенках составляет только 30%, соответственно 70% биопсий оказывается излишними, при весьма низком риске пропуска опухолевых изменений.

Таблица 5. Чувствительность и специфичность метода АФБС, рассчитанные по результатам анализа общего количества биопсий Показатель Значение 95%С1

Чувствительность 94,74 % 80,9%-99%

Специфичность 79,95 % 75,8%-83,6%

Прогностическая ценность (+) 29,3% 21,6%-38,3%

Прогностическая ценность (-) 99,4 % 97,7%-99,9%

Отношение правдоподобия (+) 4,73 3,9-5,8

Отношение правдоподобия (-) 0,07 0,02-0,25

Эндоскопическая спектрометрия в двух режимах

При изучении спектральных характеристик, свойственных различным состояниям бронхиальных стенок, как в норме, так и при патологических, в том числе опухолевых изменениях, в анализ включены результаты 620 биопсий, произведённых при эндоскопическом исследовании у 167 пациентов. Перед выполнением биопсии с каждого участка производилась спектрометрия и рассчитывались спектральные показатели. Четыре спектрометрических коэффициента (В1-У, Огва^ НЬОг, НЬ) определялись при обычном освещении, а показатель КЖ - с использованием режима аутофлуоресценции. Для

последующего сравнительного анализа все полученные данные были классифицированы в зависимости от результата гистологического исследования на 8 подгрупп: 1) норму (неизменённая стенка бронха, п=285); 2) гиперплазию (п=142); 3) метаплазию (п=14); 4) воспалительные изменения (п=7); 5) грануляционную ткань (п=3); 6) дисплазию средней степени (п=3); 7) выраженную дисплазию/С18 (п=6); 8) инвазивный рак (аденокарциномы п=17, плоскоклеточный рак п=12, крупноклеточный рак п=2, мелкоклеточный рак п=3, другие п=2, всего п=36). Неинформативным был материал 124 биопсий.

Для наиболее информативных спектрометрических коэффициентов В1-У, d02 и КЖ были построены по две характеристические ЯОС-кривые: первая демонстрировала возможность использования анализируемого показателя в дифференциальной диагностике группы, включающей все патологические состояния стенки бронха (п=45), а вторая показывала возможность применения коэффициента для выявления группы, состоящей из С18/дисплазии эпителия слизистой бронхов различной степени (п=9) (рис. 2).

Рисунок 2. Сравнение характеристических кривых спектральных показателей для групп с инвазивными (А) и ранними опухолевыми изменениями (Б)

А. Б.

Л 1 5 0,8 О 0,7 1- ш 0,6 и £ ш У 0,4 0,3 0,2 0,1 ^^ ^ т спецИфИЧН0сть л 1 О 0,9 • О 10,8 ■ -0 §0,7 ■ 15 0,6 ■ Ш О 0,5 ■ О >«0,4 ■ У 0,3 ■ 0,2 0,1 1 ¿1 ¿.г 1 -специфичность

0,5 1 0 0,5 1

АиС (99%С1) АИС (99%С1)

В1-У 0,76 0,65-0,86 В1-У 0,70 0,42-0,98

ао2 0,83 0,76-0,89 0,65 0,42-0,88

гае 0,83 0,73-0,94 тс 0,67 0,36-0,98

Именно вторая группа позволяла оценить возможности использования АФБС со спектрометрией для ранней диагностики РЛ, в том числе как скринингового метода. Значение площади под характеристической ЯОС-кривой показателя В1-У для группы, включающей инвазивные опухоли/СТБ/дисплазии

соответствовало s=0,76 (99%С1:0,65-0,86), при этом было получено убедительное различие от возможного случайного значения данного показателя (р<0,0001). Для группы, включающей только CIS и дисплазии различной степени, площадь под графиком составила s=0,70 (99%С1:0,42-0,98), и статистически значимо отличалась от случайных величин (р=0,0315), демонстрируя несомненную возможность использования спектрометрического коэффициента B1-V в дифференциальной эндоскопической диагностике ранних опухолевых и диспластических изменений в бронхиальных стенках. Для спектрометрического параметра десатурации (ненасыщения) крови кислородом (dCb) также получены статистически значимые различия для обеих изучаемых групп - как для всех опухолевых и диспластических патологий, так и только для ранних опухолевых изменений: площади под кривыми составили 0,83 (99%С1:0,76-0,89) и 0,65 (99%С1:0,42-0,88) а р<0,0001 и р=0,0457, соответственно, убедительно демонстрируя отличие от случайных значений. Характеристическая кривая показателя IRG для группы, включающей инвазивные изменения и площадь AUC под кривой s=0,83 (99%С1:0,73-0,94) продемонстрировала статистически значимые различия от возможных случайных вариантов данного показателя (р<0,0001).

В исследовании было продемонстрировано, что в качестве перспективной математической модели возможно использование регрессионного анализа, где в уравнение включаются два основных спектрометрических параметра - d02 и IRG. Построенная на основании этой модели характеристическая кривая (Logistic Regression Score - LSR) зафиксировала наибольшую площадь под кривой AUC s=0,89 (99%С1:0,83-0,95), несомненно, статистически значимо отличаясь от случайных показателей (р<0,0001)(рис. 3).

Рисунок 3. Характеристическая кривая аналитического показателя LRS от

Как было показано, вероятность обнаружения РЛ при биопсии в визуально изменённых бронхиальных стенках составляет только 30%. Использование метода АФБС со спектрометрией позволит снизить количество ненужных биопсий, минимизировать травматичность эндоскопического метода и снизить нагрузку на морфологические подразделения. Например, показатель сЮг, характеризующий степень гипоксии ткани позволяет уменьшить число необязательных биопсий на 65% при потере в чувствительности в 10%, т.е. исходя из наших данных, было бы сделано на 298 биопсий меньше, при этом пропущено лишь 4 патологических участка из 42.

Помимо реализации диагностического потенциала комбинированная АФБС со спектрометрии может быть использована как метод объективного эндоскопического контроля эффективности химиолучевого лечения при центральных формах рака легкого для определения истинной границы опухолевой инфильтрации слизистой бронхов и для планирования объема последующего оперативного вмешательства. Эффективность такого подхода уже доказана и запатентована в нашей клинике (патент № 2365339 от 27.08.2009г.).

Выводы

1. Методы автоматизированной количественной цитометрии и комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при диагностике рака лёгкого, в том числе раннего, являются безопасными, информативными, не сопряжёнными с каким-либо дополнительным риском или существенным дискомфортом для пациентов. Важным преимуществом предлагаемых методов является использование при обработке результатов объективных количественных характеристик, а принятая математическая модель позволяет изменять показатели чувствительности и специфичности методов согласно целям и задачам конкретного исследования.

2. Метод автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты продемонстрировал более высокую чувствительность (р=0,003) по сравнению со стандартным цитологическим исследованием - 36,6% (95%С1:22%-53%) против 13,3% (95%С1:4%-32%), с допустимым снижением специфичности -93,7% (95%С1:89%-96%) против 100% (95%С1:96%-100%), при существенно меньшем количестве неинформативного материала - 12,9% против 37,5% (р=0,0002).

3. Чувствительность метода автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты у пациентов в возрасте 60 лет и старше была более чем в 5

раз выше (р=0,014), чем в группе больных моложе 60 лет - 50% (95%С1:32-68%) против 7,7% (95%С1:1-33%), что подтверждалось сравнением характеристических кривых - р=0,013, а также разницей средних значений АКЦ индексов - 1,43377 (95%С1:2,53366:0,333872, р=0,01196). Эти данные позволяют расценивать фактор возраста в качестве одного из показаний для выполнения исследования. Диагностическая ценность метода не зависела от клинико-анатомической формы (р=0,11), пола (р=0,44), анамнеза курения (р=0,89), стадии РЛ (р=0,73) и морфологического типа опухоли (р=0,68).

4. Эндоскопическая диагностика центрального рака лёгких, в том числе его ранних форм, с использованием аутофлуоресцентной бронхоскопии и спектрометрии продемонстрировала высокую чувствительность - 94,74% (95%С1:80,9%-99%), при достаточной специфичности - 79,95% (95%С1:75,8%-83,6%). Прогностическая ценность положительного результата исследования составила 29,3% (95%С1:21,6%-38,3%), а отрицательного - 99,4% (95%С1:97,7%-99,9%), что свидетельствует о незначительном риске пропуска опухолевых изменений бронхиальных стенок. При этом использование различных спектрометрических коэффициентов позволяет снизить количество ненужных биопсий и минимизировать травматичность процедуры.

5. Сравнительный анализ спектральных данных, полученных в условиях комбинированной эндоскопической диагностики в обычном и аутофлуоресцентном режимах показал статистически значимые различия (р<0,0001) спектрометрических коэффициентов В1-У, 02за1, НЮ2, НЬ, ЮЯ между группами с опухолевыми изменениями в бронхах и без них при высокой диагностической ценности, как каждого из показателей, так и их комбинаций (максимальная площадь под характеристической кривой А11С=0,89 (С199%:0,83-0,95%)).

6. Возможность обработки большого объема цитологического материала в короткие сроки при автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты с последующим проведением у пациентов с выявленными опухоль ассоциированными изменениями углублённого обследования, включающего комбинированную аутофлуоресцентную бронхоскопию со спектрометрией позволяет рекомендовать эти методы в качестве этапов возможных программ по изучению эффективности скрининга рака лёгкого.

Практические рекомендации

Проведённое исследование убедительно продемонстрировало высокую диагностическую ценность, безопасность, простоту практической реализации методов автоматизированной количественной цитометрии и комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при отсутствии дополнительного риска или существенного дискомфорта для пациентов в процессе диагностики рака лёгкого, в том числе ранней. Несомненным преимуществом предлагаемых методов является использование количественных характеристик, позволяющих получать в ходе научного анализа объективные данные, а принятая математическая модель предоставляет возможность изменять показатели чувствительности и специфичности с помощью различных пограничных значений описывающих результат коэффициентов согласно целям и задачам конкретного исследования.

Сравнительный анализ спектральных характеристик, полученных при использовании аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией, позволил сделать заключение о возможности достаточно надёжно дифференцировать с помощью сопоставления спектрометрических коэффициентов опухолевые изменения в бронхиальных стенках от прочих патологических состояний. Доказано, что использование различных спектрометрических коэффициентов позволяет снизить количество ненужных биопсий на 65-70% и тем самым минимизировать травматичность процедуры и снизить нагрузку на морфологические подразделения.

Удовлетворяющие современным научным требованиям показатели чувствительности и специфичности обоих методов, подвергнутые всестороннему статистическому анализу, позволили убедительно обосновать возможность обработки большого объема цитологического материала в короткие сроки при автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты с последующим проведением углублённого обследования, включающего комбинированную аутофлуоресцентную бронхоскопию со спектрометрией.

Таким образом, по нашему мнению и согласно результатам проведённого исследования, в алгоритм ранней диагностики рака лёгкого в свете современных высокотехнологичных научных разработок может быть внесён ряд дополнений:

1. Необходимость формирования групп риска рака легкого на основе имеющихся клинических данных.

2. Программы по оценке эффективности скрининга рака легкого могут включать новые современные методы диагностики, в том числе

автоматизированную количественную цитометрию и

аутофлуоресцентную бронхоскопию со спектрометрией

3. Пациентам с высокой вероятностью наличия рака лёгкого, определённой при автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты, показано углублённое клинико-рентгенологическое обследование.

4. Для исключения развития центрального рака лёгкого у больных с выявленными опухоль ассоциированными изменениями представляется целесообразным проведение комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией и адекватным анализом полученных данных согласно принятой математической модели.

5. Для реализации этих планов в перспективе целесообразно предложить создание отдельных специализированных централизованных диагностических структур, либо подразделений, функционирующих в условиях ныне существующих диагностических центров, использующих весь спектр современных высокотехнологичных методов раннего выявления злокачественных новообразований.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Барчук A.C., Арсеньев А.И., Морозова Ю.А., Барчук A.A., Тарков С.А. Некоторые аспекты ранней диагностики рака лёгкого с использованием современных высокотехнологичных методов // Оптимизация лечебно-диагностической тактики при онкологических заболеваниях: материалы научно-практической конференции с международным участием, Архангельск, 7-8 июня 2006г. / под. ред. A.B. Красильникова. - Архангельск: [б.и.], 2006. -С. 277-280.

2. Барчук A.C., Арсеньев А.И., Морозова Ю.А., Барчук A.A.. Тарков С.А. Некоторые аспекты ранней диагностики рака лёгкого с использованием автоматизированного скрининга мокроты и эндоскопического исследования спектральных характеристик // Тезисы. Материалы X Российского онкологического конгресса 21-23 ноября 2006 г. - Москва. Издательская группа РОНЦ им. H.H. Блохина РАМН - 2006. - С. 202.

3. Барчук A.A.. Арсеньев А.И., Барчук A.C., Морозова Ю.А., Тарков С.А., Желбунова Е.А., Мацко Д.Е. Ранняя диагностика рака лёгкого с использованием современных высокотехнологичных скрининговых методов // Тезисы доклада. Сб. тез. 11-го московского международного конгресса по эндоскопической хирургии под ред. Галлингера Ю.И. - Москва. 18-20 апреля 2007г.-2007.-С. 43-44.

4. Барчук A.C., Арсеньев А.И., Барчук A.A., Морозова Ю.А., Тарков С.А., Желбунова Е.А., Мацко Д.Е., Новик В.И. Некоторые аспекты ранней диагностики рака лёгкого с использованием современных высокотехнологичных скрининговых методов // Вопросы онкологии —

2007. №5.-С. 602-604.

5. Барчук A.A.. Арсеньев А.И., Барчук A.C., Морозова Ю.А., Тарков С.А., Желбунова Е.А., Мацко Д.Е. Ранняя диагностика рака легкого с использованием современных высокотехнологичных скрининговых методов // Тезисы доклада. Сб. тез. III международной конференции "Актуальные вопросы эндоскопической хирургии" - Санкт-Петербург. 15-16 мая 2008г. -

2008.-С. 127.

6. Барчук A.C., Арсеньев А.И., Барчук A.A.. Морозова Ю.А., Тарков С.А., Желбунова Е.А., Мацко Д.Е., Новик В.И.. Некоторые аспекты ранней диагностики рака легкого с использованием высокотехнологичных скрининговых методов // Тезисы доклада. Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Диагностика и лечение опухолей грудной полости» - Санкт-Петербург. 4-5 сентября 2008г. - СПб: Аграф+, 2008.-С. 9-11.

7. Арсеньев А.И., Барчук A.A.. Левченко Е.В., Барчук A.C., Щербаков A.M., Кулакова Ю.А., Нефедов А.О., Тарков С.А. Комбинированный эндоскопический контроль эффективности лечения злокачественных опухолей трахеи и/или бронхов с использованием аутофлуоресцентной спектроскопии // Сибирский онкологический журнал - 2010. №2(38). - С. 67.

8. Барчук A.A.. Арсеньев А.И., Левченко Е.В., Барчук A.C., Желбунова Е.А., Щербаков A.M., Мацко Д.Е., Кулакова Ю.А. Опыт клинического использования аутофлуоресцентной бронхоскопии со встроенной спектроскопией // Сибирский онкологический журнал - 2010. №2(38). - С. 10-11.

9. Барчук A.A., Арсеньев А.И., Левченко Е.В. Скрининг рака лёгкого // Вопросы онкологии - 2009. № 1. - С. 7-14.

10. Арсеньев А.И., Барчук A.C., Барчук A.A., Морозова Ю.А., Раджабова З.А., Васильев Д.В., Щербаков A.M. // Патент на изобретение № 2365339. Способ комбинированного эндоскопического контроля эффективности лечения злокачественных опухолей трахеи и/или бронхов. Заявка № 2008118691. Приоритет изобретения 12 мая 2008 г. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27 августа 2009 г.

11 .Барчук A.A.. Арсеньев А.И., Левченко Е.В., Новик В.А., Барчук A.C., Щербаков A.M., Нефедов А.О. Автоматизированная количественная цитометрия в ранней диагностике рака легкого // Тезисы доклада. Материалы VI съезда онкологов и радиологов стран СНГ - Душанбе 1-4 октября 2010г. - С. 79.

12.Барчук A.A., Арсеньев А.И., Барчук A.C., Левченко Е.В., Щербаков A.M., Желбунова Е.А., Нефёдов А.О. Аутофлуоресцентная бронхоскопия и спектроскопия в диагностике рака легкого // Тезисы доклада. Материалы VI съезда онкологов и радиологов стран СНГ - Душанбе 1-4 октября 2010г. - С. 79-80.

13.Арсеньев А.И., Барчук A.C., Левченко Е.В., Барчук A.A., Нефёдов А.О., Канаев C.B., Шулепов A.B., Щербаков A.M. Комплексное лечение злокачественных опухолей центральных бронхов и/или трахеи с использованием эндоскопических методов, сочетанной химиолучевой и фотодинамической терапии // Тезисы доклада. Материалы VI съезда онкологов и радиологов стран СНГ - Душанбе 1-4 октября 2010г. - С. 122.

Проблема рака легкого (РЛ) в настоящее время привлекает к себе большое внимание в связи с неуклонным ростом заболеваемости и смертности. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в структуре заболеваемости злокачественными опухолями РЛ вышел на одно из первых мест. Ежегодно в мире регистрируется более 1,3 миллиона случаев РЛ, что составляет 12,6% от всех злокачественных новообразований, при этом погибает от него более 1,2 миллиона человек (17,8% всех смертей от рака и 2,3% общей смертности). Смертность от РЛ значительно превышает смертность от опухолей других локализаций. Соотношение «заболеваемость -смертность» при РЛ крайне неблагоприятное - умирают 91,4% заболевших [136,183,243].

В России ежегодно выявляется более 46 ООО новых случаев РЛ, в том числе свыше 42 000 мужчин. Соотношение мужчин и женщин при РЛ составляет порядка 4,6:1, а средний возраст заболевших - 65 года. Каждый четвёртый мужчина, страдающий злокачественной опухолью - больной РЛ. У 36% женщин с диагнозом РЛ это заболевание было выявлено в возрасте до 60 лет. [18,46].

В Санкт-Петербурге в 2008 году диагноз рака лёгкого установлен у 1847 больных, а умерло от него 1814 больных [19]. Доля РЛ в структуре смертности от онкологических заболеваний во всём мире продолжает неуклонно расти [107]. А еще 100 лет назад РЛ являлся весьма редким заболеванием. Так к 1912 году Исаак Адлер в своей монографии писал, что на тот момент в мировой литературе было сообщено только о 374 случаях РЛ [171,249]. Дальнейшее драматическое увеличение заболеваемости РЛ в мире ученые связывают с употреблением табака: до 90% всех случаев обусловлены курением.

Несмотря на совершенствование методов диагностики и лечения РЛ, отдаленные результаты остаются неудовлетворительными. Показатели 5-летней выживаемости больных РЛ в мире не превышают 15%. При этом при I стадии выживаемость может составлять более 70%, в то время как при IV стадии она не превышает 5%. Очевидно, что эффективность клинических мероприятий напрямую связана со стадией, на которой обнаружен опухолевый процесс, а решение проблемы улучшения результатов лечения РЛ лежит на пути его раннего выявления [108,139,183]. В Санкт-Петербурге в 2008 году было выявлено менее 25% больных с 1-П стадией РЛ, при этом более 65% больных обратились за медицинской помощью с Ш-1У стадией заболевания [19].

Поскольку наличие клинического проявления заболевания часто свидетельствует о распространенном патологическом процессе, необходимо расширение диагностических мероприятий в период бессимптомного развития РЛ, в первую очередь путем совершенствования форм скрининга. Первые попытки организации скрининга PJI с использованием рентгенографии органов грудной клетки и цитологического исследования мокроты были предприняты в 50-е годы прошлого века. Одним из первых был проект PNRP (Philadelphia Neoplasm Research Project), выполненный в 1951 году, по анализу данных флюорографии у 6136 мужчин в возрасте старше 45 лет, в результате которого выявлено 84 больных PJT [279]. Анализ последующих исследований по оценке эффективности различных вариантов скрининга и ранней диагностики РЛ позволяет отметить, что ни одна из многочисленных работ с использованием традиционного цитологического метода и рентгенографии органов грудной клетки не оправдала возлагавшихся на них надежд [96,97,101,159,189]. Несоответствие между очевидными, на первый взгляд, возможностями скрининга и его практическими результатами может быть объяснено несколькими причинами. Стоит отметить, что существуют объективные сложности при оценке эффективности скрининга, связанные с методологией проводимых исследований. Отмечен целый ряд системных ошибок: ошибка опережения (lead-time bias), ошибка продолжительности (length-time bias), ошибка гипердиагностики (overdiagnosis bias), ошибка отбора (selection bias) и другие, снижающие достоверность результатов. Было показано, что наибольшим доказательным потенциалом при оценке эффективности скрининговых методов обладают рандомизированные контролируемые исследования, конечная цель которых - сравнение общей смертности или смертности от заболевания. В случае скрининга PJI, даже крупные исследования не смогли показать его эффективность, что в первую очередь может объясняться несовершенством применяемых методик [97, 224, 266, 285].

Стоит отметить, что в онкологии уже известны примеры успешного применения скрининговых методов, в частности при раке шейки матки, молочной железы и колоректальном раке [146, 212, 225, 246]. Эффективность цитологического скрининга рака шейки матки (PAP мазок) была подтверждена рандомизированными контролируемыми исследованиями. Эффективность его внедрения в системы здравоохранения можно проследить на примере Великобритании, где последние 30 лет наблюдается неуклонное снижение смертности от рака шейки матки с 9 до менее 3 случаев на 100 000 населения [212]. Охват населения США скринингом колоректального рака, включающего тест скрытой крови в кале, сигмоидоскопию, колоноскопию и ирригоскопию в настоящее время превышает 60%. При этом эффективность скрининга колоректального рака подтверждена различными медицинскими ассоциациями как в Америке, так и в Европе [225, 246]. В большинстве развитых стран мира широко распространён маммографический скрининг рака молочной железы, эффективность которого подтверждается РКИ и рядом мета-анализов [146].

Благодаря успешным работам в области скрининга онкологических заболеваний было пересмотрено отношение к скринингу PJI в пользу совершенствования применяемых методик. Так, в последнее время появилась серия исследований по оценке скрининга PJI с помощью низкодозной компьютерной томографии (NLST - The National Lung Screening Trial, NELSON - Nederlands-Leuvens Longkanker Screenings Onderzoek) [138]. Наряду с оптимизацией рентгенологических методов скрининга PJI появились совершенно новые высокотехнологичные разработки в области цитологического исследования мокроты, эндоскопические методики, включая системы для флуоресцентной бронхоскопии и спектроскопии. Предлагаются и принципиально новые методы, основанные на оценке состава выдыхаемого воздуха, поиске специфических маркеров в периферической крови и другие. Эти разработки дают реальную надежду на существенное повышение чувствительности методов диагностики ранних опухолевых изменений [104,150].

Стремительное развитие медицинских технологий в отношении диагностических систем для скрининга PJI приводит к некоторому отрыву теоретических разработок от их практического воплощения, поскольку число исследований, посвященных клиническому их применению для проверки гипотезы эффективности, ограничено. Таким образом, дальнейшее изучение эффективности новых скрининговых высокотехнологичных методик и разработка алгоритмов их применения, отвечающих требованиям безопасности, экономической доступности, а также доказательство их высокой чувствительности и специфичности представляются одной из самых актуальных задач современной онкологии, направленных на борьбу с растущей смертностью от PJL

Цель исследования

Изучение клинической ценности методов автоматизированной количественной цитометрии и флуоресцентной бронхоскопии со встроенной спектрометрией при диагностике PJL

Задачи

1. Определить безопасность и диагностическую ценность методов автоматизированной количественной цитометрии (ЛКЦ) и аутофлуоресцентной бронхоскопии (АФБС) со спектроскопией.

2. Сравнить чувствительность и специфичность метода автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты и традиционного цитологического исследования при диагностике рака легкого.

3. Оценить зависимость эффективности метода автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты от факторов возраста, пола, анамнеза курения пациентов, клинико-анатомической формы и стадии рака лёгкого, а также морфологического варианта опухоли.

4. Оценить чувствительность и специфичность метода комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при диагностике центрального рака легкого.

5. Провести сравнительный анализ спектральных характеристик неизменённых бронхиальных стенок, раннего рака легкого и инвазивных поражений, полученных в условиях фибробронхоскопии при обычном освещении и в аутофлуоресцентном режиме.

6. Определить роль автоматизированной количественной цитометрии и аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией в системе диагностики рака лёгкого, как методов позволяющих обрабатывать количественные характеристики и получать объективные данные.

Научная новизна работы

Выполненная работа явилась комплексным, многоплановым и многофакторным исследованием, раскрывшим на основе использования современных высоких технологий новые, научно обоснованные пути решения актуальной проблемы клинической онкологии - оптимизации диагностических мероприятий при раке лёгкого, направленных на его раннее выявление.

Впервые на большом клиническом материале проспективного исследования (265 больных) показана высокая диагностическая ценность метода АКЦ, основанного на поиске опухоль ассоциированных изменений путем системной оценки ядерных характеристик клеток, полученных из образцов мокроты пациентов. Было доказано, что данная методика существенно превосходит традиционное цитологическое исследование, в первую очередь, при выявлении плоскоклеточного рака легких.

В значительном (как по числу включенных пациентов п—171, так и по количеству выполненных биопсий п=669) исследовании доказана высокая клиническая ценность нового метода комбинированной эндоскопической диагностики рака легкого, включающего бронхоскопию в обычном свете, отраженную спектрометрию, аутофлуоресцентную бронхоскопию и аутофлуоресцентную спектрометрию. Продемонстрирована возможность проведения дифференциальной диагностики с использованием этой методики между нормальным состоянием бронхиальных стенок, предопухолевыми, ранними опухолевыми изменениями и инвазивным раком лёгкого.

На основании оценки полученных результатов предложен и запатентован метод комбинированного эндоскопического контроля эффективности лечения злокачественных опухолей бронхов и/или трахеи с использованием аутофлуоресцентной спектроскопии (патент № 2365339 от 27.08.2009г.).

Практическая ценность работы

В результате проведенного исследования доказана принципиальная возможность эффективного использования многокомпонентных систем для ранней диагностики рака легкого, таких как система автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты и система аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектроскопией. Предлагаемые диагностические комплексы могут использоваться при селекгивном скрининге наряду с иными методиками, например, с низкодозной компьютерной томографией. Результаты изучения эффективности системы автоматизированной количественной цитометрии свидетельствуют о целесообразности внедрения её в арсенал методик скрининга рака легкого. Пациентам с выявленными опухоль-ассоциированными изменениями показано углубленное клинико-рентгенологическое обследование, включающее комбинированную эндоскопическую диагностику с использованием бронхоскопии и спектроскопии в отражённом и аутофлуоресцентном режимах, позволяющее улучшить выявление центральных форм раннего рака легкого, в том числе бессимптомных.

Основные положения, выносимые на защиту

1) Методы автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты и аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при диагностике рака лёгкого обладают минимальным спектром побочных явлений и могут успешно применяться в клинической практике без дополнительного риска или существенного дискомфорта для пациентов.

2) Метод автоматизированной количественной цитометрии, основанный на поиске опухоль ассоциированных изменений путем системной оценки ядерных характеристик клеток, полученных из образцов мокроты пациентов, существенно превосходит по эффективности и информативности традиционное цитологическое исследование мокроты при диагностике рака легкого.

3) Метод аутофлуоресцентной бронхоскопии обладает высокой чувствительностью при выявлении раннего и инвазивного центрального рака легких.

4) Комбинированный спектрометрический анализ данных, получаемых при бронхоскопическом исследовании в обычном и аутофлуоресцентном режимах, позволяет обеспечить объективную оценку состояния бронхиальных стенок при дифференциальной эндоскопической диагностике.

Апробация диссертационного материала

Основные итоги работы обсуждались на научной конференции отделений торакальной онкологии, эндоскопии, радиационной онкологии и ядерной медицины, биотерапии и трансплантации костного мозга, опухолей молочной железы и общей онкологии, группы опухолей желудочно-кишечного тракта ФГУ «НИИ онкологии им. H.H. Петрова Росмедтехнологий», кафедр онкологии Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова и Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова, МАПО. По материалам исследования сделано 9 докладов: 1) на научно-практической конференции НИИ онкологии им. проф. H.H. Петрова «Актуальные вопросы диагностики и лечения рака лёгкого» (Санкт-Петербург, 14.09.200бг.); 2) на научно-практической конференции «Актуальные вопросы хирургической пульмонологии» (Санкт-Петербург, 10.02.2006г.); 3) на научно-практической конференции с международным участием «Оптимизация лечебно-диагностической тактики при онкологических заболеваниях» (Архангельск, 07.06.2006г.); 4) на конкурсе молодых учёных в рамках XI российского онкологического конгресса (г. Москва; 20.11.2006); 5) на конференции, посвященной 60-летию Городского клинического онкологического диспансера (Санкт-Петербург, 04.09.2008); 6) на 11 юбилейном московском международном конгрессе по эндоскопической хирургии (Москва, 20.04.2007г.); 7) на Всероссийской научно-практической конференции «Диагностика и лечение опухолей грудной полости» (Санкт-Петербург, 05.09.2008г.); 8) на VII научно-практической конференции Северо-Западного Федерального округа «Прогресс в торакальной хирургии, онкологии и бронхологии» (Санкт-Петербург, 10.04.2009г); 9) на Российской научно-практической конференции «Современные эндоскопические технологии в онкологии» (г. Томск, 27.05.2010 г.).

Публикации

Публикации охватывают все разделы работы. По теме диссертации получен патент Российской Федерации на изобретения и опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 — в отечественных журналах перечня ВАК.

Внедрение результатов работы

В настоящее время методики, изученные в работе, применяются в практической работе отделений ФГУ «НИИ онкологии им. H.H. Петрова Росмедтехнологий» и Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова, в учебном процессе кафедр эндоскопии, онкологии с курсом клинической радиологии Санкт-Петербургской Медицинской академии последипломного образования, кафедры онкологии Санкт-Петербургского Государственного медицинского университета им. акад. И.П. Павлова, кафедры онкологии Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова, курса онкологии медицинского факультета Санкт-Петербургского Государственного Университета.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы. Диссертация изложена на 187 страницах машинописного текста и включает в себя 67 таблиц и 75 рисунков. Список литературы включает 291 источник, в том числе 49 отечественных и 242 иностранных автора.

выводы

1. Методы автоматизированной количественной цитометрии и комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при диагностике рака лёгкого, в том числе раннего, являются безопасными, информативными, не сопряжёнными с каким-либо дополнительным риском или существенным дискомфортом для пациентов. Важным преимуществом предлагаемых методов является использование при обработке результатов объективных количественных характеристик, а принятая математическая модель позволяет изменять показатели чувствительности и специфичности методов согласно целям и задачам конкретного исследования.

2. Метод автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты продемонстрировал более высокую чувствительность (р=0,003) по сравнению со стандартным цитологическим исследованием - 36,6% (95%С1:22%-53%) против 13,3% (95%С1:4%-32%), с допустимым снижением специфичности - 93,7% (95%С1:89%-96%) против 100% (95%С1:96%-100%), при существенно меньшем количестве неинформативного материала - 12,9% против 37,5% (р=0,0002).

3. Чувствительность метода автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты у пациентов в возрасте 60 лет и старше была более чем в 5 раз выше (р=0,014), чем в группе больных моложе 60 лет - 50% (95%С1:32-68%) против 7,7% (95%С1:1-33%), что подтверждалось сравнением характеристических кривых - р=0,013, а также разницей средних значений АКЦ индексов - 1,43377 (95%С1:2,53366:0,333872, р=0,01196). Эти данные позволяют расценивать фактор возраста в качестве одного из показаний для выполнения исследования. Диагностическая ценность метода не зависела от клинико-анатомической формы (р=0,11), пола (р=0,44), анамнеза курения (р=0,89), стадии РЛ (р=0,73) и морфологического типа опухоли (р=0,68).

4. Эндоскопическая диагностика центрального рака лёгких, в том числе его ранних форм, с использованием аутофлуоресцентной бронхоскопии и спектрометрии продемонстрировала высокую чувствительность - 94,74% (95%С1:80,9%-99%), при достаточной специфичности - 79,95% (95%С1:75,8%-83,6%). Прогностическая ценность положительного результата исследования составила 29,3% (95%С1:21,6%-38,3%), а отрицательного - 99,4% (95%С1:97,7%-99,9%), что свидетельствует о незначительном риске пропуска опухолевых изменений бронхиальных стенок. При этом использование различных спектрометрических коэффициентов позволяет снизить количество ненужных биопсий и минимизировать травматичность процедуры.

5. Сравнительный анализ спектральных данных, полученных в условиях комбинированной эндоскопической диагностики в обычном и аутофлуоресцентном режимах показал статистически значимые различия (р<0,0001) спектрометрических коэффициентов В1-У, Огэа!, НЬОг, НЬ, ЮК. между группами с опухолевыми изменениями в бронхах и без них при высокой диагностической ценности, как каждого из показателей, так и их комбинаций (максимальная площадь под характеристической кривой АиС=0,89 (С199%:0,83-0,95%)).

6. Возможность обработки большого объема цитологического материала в короткие сроки при автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты с последующим проведением у пациентов с выявленными опухоль ассоциированными изменениями углублённого обследования, включающего комбинированную аутофлуоресцентную бронхоскопию со спектрометрией позволяет рекомендовать эти методы в качестве этапов возможных программ по изучению эффективности скрининга рака лёгкого.

Практические рекомендации

Проведённое исследование убедительно продемонстрировало высокую диагностическую ценность, безопасность, простоту практической реализации методов автоматизированной количественной цитометрии и комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией при отсутствии дополнительного риска или существенного дискомфорта для пациентов в процессе диагностики рака лёгкого, в том числе ранней. Несомненным преимуществом предлагаемых методов является использование количественных характеристик позволяющих получать в ходе научного анализа объективные данные, а принятая математическая модель предоставляет возможность изменять показатели чувствительности и специфичности с помощью различных пограничных значений описывающих результат коэффициентов согласно целям и задачам конкретного исследования.

Сравнительный анализ спектральных характеристик, полученных при использовании аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией, позволил сделать заключение о возможности достаточно надёжно дифференцировать с помощью сопоставления спектрометрических коэффициентов опухолевые изменения в бронхиальных стенках от прочих патологических состояний. Доказано, что использование различных спектрометрических коэффициентов позволяет снизить количество ненужных биопсий на 65-70% и тем самым минимизировать травматичность процедуры и снизить нагрузку на морфологические подразделения.

Удовлетворяющие современным научным требованиям показатели чувствительности и специфичности обоих методов, подвергнутые всестороннему статистическому анализу, позволили убедительно обосновать возможность обработки большого объема цитологического материала в короткие сроки при автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты с последующим проведением углублённого обследования, включающего комбинированную ауто флуоресцентную бронхоскопию со спектрометрией.

Таким образом, по нашему мнению и согласно результатам проведённого исследования, в алгоритм ранней диагностики рака лёгкого в свете современных высокотехнологичных научных разработок может быть внесён ряд дополнений:

1. Необходимость формирования групп риска рака легкого на основе имеющихся клинических данных.

2. Программы по оценке эффективности скрининга рака легкого могут включать новые современные методы диагностики, в том числе автоматизированную количественную цитометрию и аутофлуоресцентную бронхоскопию со спектрометрией

3. Пациентам с высокой вероятностью наличия рака лёгкого, определённой при автоматизированной количественной цитометрии образцов мокроты, показано углублённое клинико-рентгенологическое обследование.

4. Для исключения развития центрального рака лёгкого у больных с выявленными опухоль ассоциированными изменениями представляется целесообразным проведение комбинированной аутофлуоресцентной бронхоскопии со спектрометрией и адекватным анализом полученных данных согласно принятой математической модели.

5. Для реализации этих планов в перспективе целесообразно предложить создание отдельных специализированных централизованных диагностических структур, либо подразделений, функционирующих в условиях ныне существующих диагностических центров, использующих весь спектр современных высокотехнологичных методов раннего выявления злокачественных новообразований.