Автореферат и диссертация по медицине (14.00.14) на тему:Количественные критерии оценки измерения опухолевой и нормальной тканей по рентгеновским изображениям

РГО од

■1 з • ■ • •

На правах рукописи

Лебеденко Ирина Матвеевна

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ИЗМЕНЕНИЯ ОПУХОЛЕВОЙ И НОРМАЛЬНОЙ ТКАНЕЙ ПО РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗС, ЖЕНИЯМ.

14.00.14 - онкология 03.00.01 - радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Отделении лучевой топометрии и клиническ дозиметрии Научно-исследовательского института клинической онколог] Онкологического научного центра им. Н.Н.Блохина РАМН и Лаборатор] дозиметрических исследований Московского научно-исследовательско института диагностики и хирургии МЗ РФ.

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор Р.В. Ставицкий

кандидат медицинских наук Г.В. Молчанов

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор А.Г. Коноплянников

доктор технических наук, профессор Б.Я.Наркевич

Ведущее учрезвдение:

Российская медицинская академия последипломного образования. Кафедра клинической радиологии.

Защита состоится 26 И ЮНА 1998 года в_ часов на

заседании специализированного совета Д 001.17.01. при Онкологическом научном центре РАМН по адресу: 115478 Москва, Каширское шоссе,24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВОНЦ

Автореферат разослан _ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

кандидат медицинских наук Ю.В. Шишкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность исследований, направленных на совершенствование методов оценки эффекта лечения, обусловлена постоянным ростом онкологической патологии различных органов. Одним из основных инструментальных методов контроля за изменениями патологического очага и окружающих его органов в процессе лечения является рентгенологический (рентгенография, маммография, рентгеновская томография, компьютерная рентгеновская томография). Однако, существующие критерии, основанные на визуальном анализе рентгенограмм и томограмм, не позволяют с высокой степенью точности судить о происходящих при лучевом и иных методах лечения процессах в опухоли и в окружающих тканях. Исходя из задачи объективизации и унификации способов оценки лечения, ВОЗ в 1977 году выступила с инициативой стандартизировать методы оценки результатов лечения больных. До настоящего времени одним из таких способов была оценка динамики патологического очага в процессе лечения по изменению его размеров. Для повышения информативности о происходящих в результате лучевого лечения изменениях в опухоли необходимо также контролировать и ее плотность, что возможно осуществить методом денситометрии. Таким образом, была предпринята попытка исследования не только размера опухоли, но и ее плотности.

Отметим, что разработанные на сегодняшний день количественные кинетические и статистические методы оценки этих параметров до настоящего времени не нашли повседневного применения в клинической практике. Кроме того, отсутствует единый количественный подход к их оценке. Поэтому задача разработки единых количественных критериев оценки линейных и плотностных параметров опухоли в процессе лечения актуальна.

Цель н задачи исследования. Основной целью работы является повышение качества лечения и объективизация оценки эффективности различных методов консервативного лечения на основе разработки и обоснования количественных критериев оценки изменения размера и плотности опухолевой и нормальной тканей в результате лечения. В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:

1. Разработать и апробировать метод количественной оценки изменения размера и плотности патологического очага и плотности окружающих тканей:

а) однородной структуры,

б) неоднородной структуры.

2. Разработать и апробировать метод количественной оценки изменения размера и плотности опухоли с использованием следующих методов исследования:

а) рентгенографии (маммографии),

б) рентгеновской томографии,

в) компьютерной рентгеновской томографии.

Научная новизна. Предложена система стандартизованного измерения размера и плотности патологического очага, выраженная в сопоставимых величинах.

Разработан новый способ количественной оценки изменения опухоли однородной и неоднородной структуры тканей при проведении лечения на основании сканирующей денситометрии томограмм, маммограмм и компьютерных томограмм, позволяющий дать объективную оценку динамическим процессам, происходящим в патологическом очаге и окружающих его тканях.

Впервые разработана технология индивидуальной количественной оценки изменения тканей в процессе лечения. Эти сведения являются дополнительной для врача количественной информацией для составления заключения об эффекте лечения.

Разработана компьютерная программа, позволяющая получить требуемые количественные показатели по данным рентгенологических исследований (маммограмм, рентгеновских томограмм, компьютерных томограмм).

Научно-практическая значимость. Предложен способ количественной оценки изменения размера и плотности опухолевой и плотности окружающих тканей в процессе консервативного лечения. Разработанные количественные критерии позволяют охарактеризовать

дифференцированную реакцию опухолевой и нормальной тканей в процессе проводимого лечения и являются дополнительными индивидуализированными показателями эффективности лечения.

Апробация работы.

Основные положения диссертации доложены на:

—10 международном конгрессе Польской ассоциации медицинских физиков в Кракове (сентябрь, 1995);

— заседаниях Отделения лучевой топометрии и клинической дозиметрии (декабрь, 1996; ноябрь, 1997);

— заседании секции медицинских физиков Московского научного общества рентгенологов и радиологов (май, 1997);

— заседании секции медицинских физиков Московского научного общества рентгенологов и радиологов (октябрь, 1997).

— совместной научной конференции отделений и лабораторий НИИ КО и НИИ ЭД и ТО ОНЦ им. H.H. Блохина РАМН и подразделений Московского научно-исследовательского института диагностики и хирургии (23.12.97).

Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ. Восемь из них напечатаны в центральных медицинских журналах «Маммология», «Медицинская радиология и радиационная безопасность», «Медицинская техника» и в журнале «Medical physics and Biomedical Engineering». Пять в сборниках тезисов докладов конференций.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований внедрены п практику работы Московского научно-исследовательского института диагностики и хирургии М'З РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из 5 глав, изложенных на 119 страницах, иллюстрирована 18 таблицами и .18 рисунками и состоит из введения, описания материалов и методов исследования, собственных исследований и их обсуждения, заключения и выводов. Список цитируемой литературы включает 142 работы на русском и 43 - на иностранных языках.

Материалы и методы исследования.

Рентгеноднагностическое оборудование. Для маммографического обследования больных были использованы рентгеновские аппараты Mammodiagnost 11С(ФРГ), Машех(Финляндия), Ыз^елы ия). Компьютерно-томографическое обследование больных проводилось на компьютерном томографе третьего поколения Somatom HiQ (Сименс, ФРГ). Рентгеновское томографическое обследование проводилось на рентгеновских аппаратах Ренакс50/6МП (СП «Гелпик»),

Средства обработки рентгеновских изображении. Денситометрическая обработка маммограмм и рентгеновских томограмм осуществлялась на микрофотометре МФ4 и фотоприставке к анализатору дозного поля ЯБА340(Терадоз, Швеция). Денситометрическая обработка компьютерных томограмм производилась с помощью специальной программы на персональном компьютере AT 486ДХ266 с фотосканером ScanexII. Программа работает в рамках операционных систем Window 3.1, Window 95, Window NT.

В процессе отладки программы и калибровки денситометрических систем использовались тканеэквивалентные фантомы Alderson Rando ( Викторин, США) и типа П2ДМБТ (МИФИ, Россия).

Клинические материалы. Подбор клинического материала, наблюдение и рентгенологический контроль за больными осуществлялся врачами-клиницистами клиник ОНЦ им. Н.Н.Блохина РАМН и МНИИДиХ МЗРФ. Группа больных раком молочной железы составила 95 человек. Группа больных раком легкого, которым проводилась продольная рентгеновская томография, составила 6 человек. Группа больных с различными опухолевыми заболеваниями, которым проводилось КТ исследование, составила 40 человек. Денситометрическая обработка маммограмм проводилась совместно со с.н.с., к.м.н. Бурдиной (МНИИДиХ) И.И. Компьютерные томограммы обрабатывались совместно со с.н.с. Васильевым В.Н. (МНИИДиХ).

Подробный анализ клинического материала приведен в диссертациях на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Бурдиной И.И. и Гончаренко Г.В.

Результаты и обсуждение КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПО ДАННЫМ ДЕНСИТОМЕТРИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Из соотношения связи между линейным ц и массовым ^ коэффициентами ослабления излучения очевидно, что плотность р г/с\ облучаемой ткани линейно связана со значениями линейного коэффициен" ослабления:

// = ¡и-р или

Л/л = Цт-Ар (1)

то есть приращение линейного коэффициента ослабления ткани обусловлен приращением ее физической плотности в диагностическом диапазон энергий (при этом /л* ~ постоянная величина).

В работе рассмотрены условия формирования рентгеновског изображения на приемнике рентгеновского излучения злокачественны опухолей для двух типов сред: для гомогенной среды (например, ткане молочной железы), в которой злокачественное образование окружен близкими, но, тем не менее, отличающимися по плотности тканями; дп гетерогенной среды (например, легких), в которой злокачественнс образование и само легкое окружено структурами, существенн отличающимися по плотности. Получено аналитическое выражение дл гомогенной среды при наличии гетерогенностей (опухоли), характеризующе изменение линейного коэффициента ослабления излучения в опухоли з время лечения Дд по приращению оптической плотности почернени рентгеновского изображения в процессе лечения:

ДБ = ау-Дд-Ь (2)

где а, у - постоянные величины, И - толщина гетерогенного включения гомогенной среде. Подставим выражение (1) в (2), тогда получим:

ДБ ~ А-Др-Ь (3)

где А - постоянная величина. То есть, изменение оптической плотност почернения на рентгеновском изображении в процессе лечения обусловлен приращением физической плотности и толщины опухоли в процессе леченш При рентгенографии на снимке имеет место суперпозиция теневы изображений тканей различной плотности, поэтому трудно различит изменение размера и плотности отдельного участка ткани. Для решени поставленной задачи для гетерогенных структур был использован мето, продольной рентгеновской томографии. Получено аналитическое выражени изменения оптической плотности почернения для гетерогенной среды пр; продольной рентгеновской томографии :

ДБ = у-Дц-сЬф (4)

где у-постоянная, Дц - изменение линейного коэффициента ослабления томографируемом слое в пределах опухоли за время лечения, с1>ф - толщин; томографируемого слоя, обусловленная углом поворота рентгеновской излучателя.

Очевидно, что выражения (2) и (4) идентичны. Соответственно, подставив выражение(1) в (4), получим соотношение между изменением оптической плотности почернения и физической плотностью опухоли при рентгеновской продольной томографии в процессе лечения:

ДБ = В-Дрс1,ф (5)

где В - постоянная. На основании полученного выражения можно считать, что контроль за оптической плотностью почернения фактически является контролем за изменением физической плотности биологической ткани при любом виде рентгеновского исследования.

Согласно выражению (3) на изменение оптической плотности почернения ДБ оказывает влияние не только изменение линейного коэффициента ослабления в пределах опухоли Лц, но и толщина исследуемого слоя Ь. Учет величины Ь при рентгенографии производится фиксацией постоянной толщины с помощью специальных тубусов (компрессионная маммография) или путем производства рентгенограмм в двух проекциях. При продольной томографии учет и постоянство величины Ь фиксируется автоматически выбором угла поворота рентгеновского излучателя.

Для сохранения независимости величины оптической плотности почернения от физико-химических условий получения и обработки рентгеновского изображения вводится понятие о реперной точке, оптическая плотность почернения в которой не меняется в процессе лечения. Сама реперная точка находится вдали от облучаемого участка на тест-объекте, расположенном рядом с облучаемой тканью (рис. 1,2).

Рис. 1 Схематическое изображение маммограммы с указанием

направления сканирования, границ патологического очага Х| и Х2 и реперной точки Хо.

Рис. 2 Маммограмма с алюминиевой пластиной. Реперпая точка Л».

Работа осуществляется с одним и тем же типом пленки для данного больною 1! области линейного участка характеристической кршшй. Компенсация влияния условий проведения рентгенографии и фотохимической обработки пленки на оптическую плотность почернения возможна, как что принято в дснсптомстрнчсской практике, одновременным экспонированием исследуемого и тест-объекга, имеющего постоянную плотность и толщину. Тогда оптическая плотность почернения участка под гест-обьектом (Ьт) будет включать изменение условий получения рентгеновского изображения, и результирующее значение оптической плотности почернения Я будет равно:

5 = 8.- Б, (6)

где общее значение оптической плотности почернения. Таким образом, постоянное применение тест-объекта при маммографии и продольной томографии исключает влияние физико-химических условий получения рентгеновского изображения.

Построение денситограмм осуществляется в направлении прямой, пересекающей центр патологического очага, границы которого обозначаются на снимке врачом рентгенологом. Построение проводится в относительных единицах оптической плотности почернения. По полученным денситометрическпм кривым возможно определение количественных показателей, учитывающих размер и плотность исследуемого объема:

- дифференциальный показатель Я позволяет установить мгновенное значение оптической плотности почернения, а, следовательно, значение линейного коэффициента ослабления в соответствующей точке дснсптомстрнчсской кривой (рис.3);

- интегральный показатель К представляет собой площадь, 01 раинчепную дспснтомстрическои кривой в пределах г раниц Х1Х2ОЮ

К = |8(1х (7)

X,

начала лечения) или хзх4(в конце лечения) патологического очага (выражение 7), как это показано на рис.3. В соответствии с выражением (3) интегральный показатель прямо пропорционален изменению физической плотности ткани в процессе лечения. Интегральный показатель является универсальным, так как он учитывает изменение не только физической плотности ткани, но и размеры гетерогенного включения (патологическог о очага); - отношение интегрального показателя до начала лечения Ко к интегральному показателю Кд после проведения лечения М характеризует зависимость изменения размера и плотности опухоли (или ткани) от очаговой дозы и имеет вид:

М = ^ (8)

д

А с 1 у//// ш. / / к,

х, (Хз Х4> Х2

-

Рис. 3 Определение дифференциального .V и интегрального показателей К.

В процессе лечения возможно появление неодинаковых по плотности островков ткани в пределах тех же границ опухоли. Тогда количественный

М =й, (9)

Р р,

интегральный показатель Мг имеет вид (выражение 9), в котором:

ро - средняя плотность анализируемого участка опухоли ло лечения в г/см3, рт - средняя плотность анализируемого участка опухали при или после лечения в г /см3 , То -площадь анализируемого участка до лечения, Т| -площадь анализируемого участка после или в процессе лечения.

|p0-dT 8 _ jpT ■ dT

T . T

P^r-' Рт=~г-

1(1 IJ

Количественно относительную реакцию тканей на лечение можнс

выразить более наглядно. Для этого введем два показателя:

М

b = (10) м

окр

и

8 = М - М (11)

оп окр

Коэффициент Д характеризует отношение интегральных показателей для опухолевой и окружающих тканей, а 8 - их разность. Назовем эти показатели индексами поражения опухолевой ткани. Очевидно, что при Д>1, 5 >0-опухоль реагирует на лечение в большей степени, чем окружающая ткань, Д < 1, 8 < 0 - окружающая ткань более чувствительна и дает более выраженную реакцию на лечение, чем опухолевая, Д =1 и 8 = 0 -чувствительность обоих видов тканей примерно равна.

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРА И ПЛОТНОСТИ ОПУХОЛИ' ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ.

Одним из методов лечения рака молочной железы (РМЖ) является лучевая и химиотерапия как самостоятельные способы лечения,атак же как дополнительные к хирургическому методу. Обследованным больным РМЖ проводилось следующее лечение: полихимиотерапия 15 больным, комбинированная терапия, включающая лучевое лечение и химиотерапию 10 больным, и предоперационная терапия с последующим оперативным вмешательством 70 больным. Предоперационная лучевая терапия проводилась дозой 44 Гр и 50-54 Гр; дозой 28-32 Гр в сочетании с полихимиотерапией CAF и CMF; дозой 74 Гр в сочетании с CMF; дозой однократного облучения молочной железы 7,5 Гр. Нерадикальное лечение проводилось с применением лучевой терапии: облучение дозой 50 и 70 Гр в комбинации с полихимиотерапией CAF; дозой 24-32 Гр с применением маммомита; дозой 62-70 Гр в сочетании с полихимиотерапией (зитозониум, тиотэф, тамоксифен, СМР);дозой 70-76 Гр с последующей полихимиотерапией CMF, ЕСЕ. В табл.1 приведены данные оценки изменения размера и плотности опухоли по интегральному показателю Моп в пределах опухоли при лечении рака молочной железы разными методами. Для удобства оценки изменения тканей опухоли в процессе лечения и в соответствии с клиническими наблюдениями была принята условная классификация величины количественного интегрального показателя Моп: соответствующая уменьшению размера и плотности опухоли - М01| >1,5; соответствующая несущественному уменьшению размера и плотности - 1,5 > Моп > 1 и отсутствию изменений - М0„ ~1. Аналогичная классификация интегральных показателей принята для окружающих тканей.

Таблица I

Интегральные показатели изменения размера и плотности опухоли Мои прп лечении рака молочной железы разными методами.

Отношение интегральных показателей изменения опухолевой ткани он ~

___ЛД

Метод лечения Среднее знамение Моп±ш Число набл. Экстремальные значения Характер эффекта Кол-во больных (%)

М„п МИМ м„„ МП КС + Л1„„>1,5 1<М„„<1,5 без нзм М„„=1

Лучевая терапия 1,2±0,27 р >0,9 20 0,50 3,35 39 29 32

Лучевая терапия + ПХТ 1,34±0,51 р>0,9 18 0,44 2,92 53 27 20

ПХТ (СМР) 1,51±0,34 р>0,9 16 0,63 3,02 53 16 31

ПХТ (ЕСЕ) 1,06±0,25 р>0,9 15 0,57 1,55 39 33 28

ПХТ (САР) 1,10±0,25 р>0,9 20 0,30 2,76 37 26 37

где гп - средняя квадратичная ошибка, р - статистическая достоверность результата(0,9 соответствует 90 %).

Анализируя данные табл.1, можно отметить, что наибольшие значения интегральных показателей Мои для опухоли достигнуты при комбинации полихимиотерапии СМР и лучевой терапии, при этом М™. > 1,5 в 53% случаев. Минимальные изменения величины М пи получены при химиотерапии САБ - М,ш<1,5 в 37% случаев. Эти сведения получены совместно и подтверждены клинически к.м.н. И.И. Бурдиной (МНИИДиХ). Данные табл.1 позволяют также сравнить по величине интегрального показателя разные методы лечения.

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРА И ПЛОТНОСТИ ОПУХОЛИ ПРИ РАКЕ ЛЕГКОГО Полученные аналитические выражения (4) и (5) для рентгеновской

продольной томографии позволяют проводить количественную опенку

изменения размера и плотности опухоли по оптической плотности

почернения в пределах томографируемого слоя Аф. Па рис.4,5 представлены

денситограммы больной С. раком легкого. На рис.4 приведены

денситометрические кривые, полученные на первом этапе облучения

(0, 10,20,30 Гр до перерыва).

1(1

_ ./до лечения

1 О Гр 20 Гр -----ЗО Гр

20 ^о со оо 1 оо

Рис. 4 Денситометрические кривые рентгеновских томограмм больной С., полученных в процессе первого пана лечения при СОД- 0, 10, 20, 301 р.

На рис.5 - дснситограммм второго этапа лечения (после перерыва, 40, 50 Гр). В процессе второго этана лечения и в результате проведенной лучевой терапии наблюдается увеличение плотности опухоли, выраженное в смещении депсигограмм. В табл.2 приведены два примера оценки изменения размера и плотности опухоли в процессе лечения при лучевой терапии периферическою рака легког о.

ДО ни' ю

Д( > II С ) 1 . 1

40 Гр

------50 Гр

X, т т

ио 1 <'»() 1 ;'•( >

пия 11.-1

•ис. 5

Денснтометрнческие кривые рентгеновских томограмм больной (\, полученных до начала и на II этане лучевой тсранпп при СОД 40 и 50 Гр.

111111

Таблица 2

Депситомечрические параметры ii шачсмиш icojnriec i немного интегрального показатели M,.„ при облучении pai.a h i мн о

Наблюдение У AS Ар 1\1„„=Ко/Кд

I Icpnoc 3 0,6 2,5 0,13 3.7

Второе 3 0,1 2,5 0,03 1,2

У обоих больных проведен курс лучевой терапии суммарно!') очаговой допой 60 Гр и выявлен нлоскоклегочный рак с локализацией опухоли в верхней доле правою легкого. Как видно из табл.2, для первою больного интегральный показатель изменения размера и плотнопи опухоли в процессе лечения оказался равным 3,7. Это почти в 3 раза больше, чем у второго больного, что говорит о необходимое hi проведения количественною котроля лечения для каждою больного индивидуально. Таким образом, обычная рентгеновская томография может быть использована для оценки воздействия лечения на размер и плотность опухоли и плотность окружающих ее тканей.

РЕНТГЕНОВСКАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРА И ПЛОТНОСТИ ОПУХОЛИ.

Для автоматизации процесса обработки данных КТ и количественного контроля изменения размера и плотности опухоли и плотности тканей была разработана программа Diaglmag, которая позволяет обрабатывал, изображения, поступающие непосредственно с КТ, а также копирован, их с помощью сканера со снимков в память компьютера. Для возможности обработки КТ изображений для одного и того же больного в одной системе координат и единицах физической плотности существует необходимость проведения калибровки КТ изображения. Па рис.6 представлено изображение использованного нами тест-объекта, содержащего 8 тканеэквивалентных кубиков, имеющих разные плотности р т/см1, и служащего для калибровки плотностных характеристик органов и тканей, изображенных на компьютерной томограмме,_______ _

о)

Рис.6 Компьютерно-томографическое изображение кчч-объект; а) - без больного; б) - па больном.

На поверхности тела больного тест-объект каждый раз размещается по периметру тела на уровне кожного ориентира центра патологического очага.

Обработка КТ изображения каждого больного начинается с калибровки его линейных размеров и координат изображения в абсолютных единицах (см) на основе масштабных меток, имеющихся на изображении. Далее проводится калибровка плотности органов и тканей в абсолютных единицах г/см3 по тест-объекту, изображение которого имеется на каждом снимке больного. Затем осуществляется построение и расчет площадей под денситометрическими кривыми и определяется величина количественных интегральных показателей.

Проведено тестирование корректности проводимой калибровки. Реальная погрешность расчета площади под денситометрической кривой с помощью программы DiagImag составляетЗ-3,5%.

Контроль изменения размера и плотности ткани на основе анализа КТ изображений «вдоль выбранного направления».

Термин «вдоль выбранного направления» означает, что денситометрическое построение осуществляется на компьютерной томограмме вдоль секущей в обозначенных врачом пределах на уровне центра патологического очага. Секущая может быть проведена в любом интересующем нас направлении, вдоль которого необходимо оценить изменение размера и плотности опухоли по количественным показателям. На рис.7 А и В - направления построения, Х|,Хг,У|,У2 - границы патологического очага по горизонтали и вертикали в легком.

Рис. 7. Выбор направлений построения денситометрической кривой по схеме «вдоль выбранного направления».

В табл.3 приведены количественные показатели Мои для опухоли, рассчитанные по схеме «вдоль выбранного направления» в зависимости от очаговой дозы для больного А -раком средней доли правого легкого, больного Е - раком средней доли правого легкого, больного Л -липосаркомой правой подвздошной области, больного Р - саркомой мягких тканей правого бедра.

На рис.8 и 9 приведены денетометрические характеристики больных А и Е, полученные способом «вдоль выбранного направления». Наблюдается смещение плотностных характеристик.

'смЗ-1.0

).5

1.0

Таблица 3

Количественные интегральные показатели изменения размера и плотности опухоли в зависимости от дозы больного А

Д,гР М„„

0 1,0

10 1,05

20 -

30 1,14

40 2,02

Рис. 8. Больной А. Зависимость, отражающая изменение физической плотности ткани патологического очага р г/см37 полученная способом «вдоль выбранного направления».

10

•_м Таблица 4

Количественные интегральные показатели изменения размера и плотности опухоли в зависимости от дозы больного Е

Д, Гр Мои

0 1,0

10 1,20

20 1,03

30 -

40 2,05

Рис. 9. Больной Е. Зависимость, отражающая изменение физической плотности ткани патологического очага р г/см3, полученная способом «вдоль выбранного направления».

Таблица 5

Количественные показатели изменения размера и плотности опухоли в

зависимости от дозы при анализе компьютерных томограмм «вдоль _выбранного направления»._

Д, Гр Мои

Больной А Больной Е Больной Л Больной Р

0 1,0 1,0 1,0 1,0

10 1,05 1,2 1,032

20 1,03 0,91

30 1,14 0,969

40 2,02 2,05 0,908 1,19

50 0,871 1,10

Из данных табл.5 можно констатировать существенное изменение размера и плотности опухоли у больных А и Е, Mon.i=2,02, Моп.2^2,05. Возрастающий характер величины интегрального показателя, возможно, объясняется образованием структур, плотность которых в процессе лечения уменьшается.

При этом, соответственно, и Мои - отношение площадей под денситометрическими кривыми имеет возрастающий характер. Недостатком описанного одномерного способа построения является то, что учитывается изменение плотности и размера не по всей видимой площади, а только в одном фиксированном направлении. В связи с этим была усовершенствована программа Diaglmag таким образом, чтобы параметры размера и плотности опухоли определялись по всей исследуемой площади.

Контроль изменения размера и плотности ткани на основе анализа

КТ изображения « по видимой площади».

Использование IBM совместимого компьютера с процессором 486DX2 66, обеспечивающим разрешение 1024x768x24 бит, соответствующее 256 градациям серого, позволяет определять линейные, плоскостные и объемные размеры, а также плотностные показатели исследуемого объема данного больного. По данным компьютерной томографии можно установить среднюю плотность р в г/см3 выбранного участка патологического очага площадью Т в данном сечении, где Т = Т1+Т2+ТЗ...Тп складывается из нескольких площадей участков опухоли. Количественный показатель М при этом вычисляется в соответствии с выражением (9). Положение и форма области интереса определяется в соответствии с контуром, обозначенным врачом. Перед выбором области интереса проводится калибровка геометрических размеров изображения, так чтобы вся дальнейшая обработка выполнялась в абсолютных единицах -сантиметрах. Для каждого из последовательно полученных изображений больного рассчитывается площадь области интереса в см2 и интеграл плотности по ней. При этом, если срез не был калиброван по плотности с помощью тест-объектов, значение

ппеграла выражае1ся и ош.ед.см, а сели калибровка плозносш среза ировслсна, то в г/см - г/см'-см2. В табл. 6 приведены количественные шггсгральныс показатели изменения размера и плопюстп опухоли, зассчитаппыс методом «по видимой площади» для тех же больных Д. 1!, Л. I'.

Таблица ''

Количественные показатели изменении размера и плотности опухоли к зависимости огдоил при анализе кпмпыо1ерпм\ кпки римм «по нпдпмон площади».

Д. Гр

МР

С

Л

о 10 20 30 40 50

1,00 1,23

1,83 2,57

1,00 1,52 1.55

2,82

1,00 1.02

0,85 0,91 0,80

1,00

1.0 I

1,28 1,03

Из представленной таблицы видно, что при двумерном анализе компьютерных томограмм информации об изменении размера и плозностн патологического очага носит более выраженный характер (больные Л, И, 1'). Причем данные, полученные по результатам одномерного и двумерною анализа, коррелируют.

Таким образом, можно констатировать, что разработанные метлики компьютерной обработки компьютерных томограмм дают совершенно новую количественную информацию об изменениях в патологическом очаге и окружающих его тканях. Эта информация можег 6i.hi> полезна врачам радиологам для решения вопросов об эффективности лучевой терапии и необходимости применения дополни тельных мер.

выводы

1 .Разработаны и обоснованы количественные критерии оценки изменения тканей в процессе лечения. Полученные количественные показатели позволяют оценить изменение размера и плотности тканей в процессе лучевой и химиотерапии.

2.Разработанная методика получения количественных показателей изменения размера и плотности тканей стандартна для всех видов рентгенологических исследований (рентгенографии, маммографии, продольной рентгеновской томографии, компьютерной рентгеновской томографии) и позволяет использовать данные, полученные в процебсе лечения, для количественной оценки динамики этих параметров.

3.По полученным значениям количественных показателей при лечении рака молочной железы можно отметить, что наибольшие изменения параметров опухоли (Моп) и наименьшие изменения в окружающих тканях (М0Кр) наблюдаются при химиотерапии СМР; М0[, >1,5 в 53 % случаев, МоКр>1 в 33 % случаев. При других схемах химиотерапии в сочетании с лучевой терапией и при лучевой терапии М011>1,5 в 37-39 % случаев,

М0Кр >1 в 37-50 % случаев.

4.При денситометрическом анализе продольных томограмм у больных периферическим раком легкого выявлены как значительные (Моп=3,5), так и незначительные (М0п=1,21) изменения размеров и плотности тканей в процессе лучевой терапии, что свидетельствует о необходимости контроля этих показателей, начиная с очаговой дозы 15-30 Гр.

5.Разработаны программы продольного (одномерного) и плоскостного (двумерного) анализа компьютерных томограмм с помощью персонального компьютера. Двумерный анализ компьютерных томограмм является более чувствительным и позволяет получить на 15-30% более полную информацию об изменении размера и плотности.

6.Количественные показатели изменения размеров и плотности тканей являются дополнительной информацией о состоянии опухоли и окружающих ее тканях в процессе терапии. Эта информация полезна при установлении эффективности терапии для данного больного и позволяет индивидуализировать процесс лечения.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ф.М. Ахиджанов, И.И. Бурдина, O.E. Долгащева, Р.В. Ставицкий и др.

« Количественные критерии оценки радиационного воздействия на легкие при лучевой терапии рака молочной железы ». Маммология, 1993,N4,С.57-60.

2. И.И. Бурдина, И.М. Лебеденко, Р.В. Ставицкий. «Рентгеноденситометрические данные в оценке изменения структуры ткани».

Мед.рад. и рад.безоп.,1996, N1,С.58-61.

3. .В.Н. Васильев, И.М. Лебеденко, Р.В. Ставицкий. «Использование компьютерной томографии для оценки эффекта лечения онкологических заболеваний» .

Материалы 9го Украинского конгресса радиологов (тезисы докладов), Киев,1995,С.127.

4. Р.В.Ставицкий, И.И. Бурдина, И.М. Лебеденко, Е.В. Хмелевский.

«К вопросу о методике количественной оценки изменений тканей при лечении рака молочной железы». Маммология, 1994, N3,C.39^i2.

5. Р.В. Ставицкий, В.Н. Васильев, И.М. Лебеденко, И.И. Бурдина и др. «Динамика изменения патологического очага и состояния организма при проведении курса лучевой терапии».

Материалы международного симпозиума «Актуальные проблемы дозиметрии». Минск, 1997г, С. 131-138.

6. Р.В. Ставицкий, Ю.И. Воробьев, Т.Б. Кузьмина, И.М. Лебеденко. «Количественная оценка эффекта лучевой терапии злокачественных опухолей».

Мед.рад. и рад. безоп., 1994, N2, С.54-59.

7. Р.В. Ставицкий, A.A. Коконцев, Л.З. Калмыков, И.М. Лебеденко. «Метрологическое обеспечение клинической дозиметрии». Материалы 7го Всерос. конгресса рентгенологов и радиологов (тезисы докладов). Вестник рентгенол. и радиол., 1996, N4, С. 189.

8. Р.В. Ставицкий, A.A. Коконцев, Л.З. Калмыков, И.М. Лебеденко. «Метрологическое обеспечение клинической дозиметрии». Мед.техн., 1996, №5, С.5-10.

IK

9. P.B. Ставицкий, И.М. Лебеденко.

«Количественная оценка эффекта Jiyicnoii терапии с помощью компьютерной томографии».

Материалы международной конференции «Мед.физика-95». Мед.физика, 1995, N2,С.24.

10. Р.В. Ставицкий, И.М. Лебеденко, И.И. Бурдина. «Применение рентгеновской сканирующей денситометрии и компьютерной томографии для оценки эффекта лечения опухоли». Мед.техн.,1995, N2, С20-29.

И. Р.В. Ставицкий, Н.И. Рожкова, В.Ю. Дошанский, В.И. Серяков и др. «Применение программного комплекса для сопоставления рентгеновских изображений тканей в процессе лечения». Мед.техн.,1997,Ы5,С.9-П.

12. I.M. Lebedenko.

«Quantitative evaluation of dynamics of tumours by means of CT(Thes.)». Med.phys.100 yeas after the discovery of Xrays. The 10 Congress of the Polish Society of Med. Phys. Krakow, Poland, Sept. 15-18, 1995, C.223.

13. I.M. Lebedenko, R.V. Stavitsky, I.E. Sergeyev, W.P. Guslistyi et.al.

«The estimation of the effect of therapy using physical and analytical methods». Med.Phys. and Biomed.Engineering, 1997, N9, C.10.