Способ прогнозирования оптимального времени тепловой ишемии при органосохраняющих операциях при опухолях паренхимы почек

Изобретение относится к области медицины, а именно урологии, онкоурологии. Определяют следующие диагностические критерии: количество артерий, питающих опухоль (x₁), объем опухоли (х₂), наибольший диаметр артерий, питающих опухоль (х₃), максимальный размер опухоли (x₄), расстояние от ближайшего края опухоли до мочеточника или чашечно-лоханочной системы (x₅), которое измеряют в баллах, при этом расстоянию более 7 мм присваивают 0 баллов, 7 мм и менее - 1 балл; расстояние от края опухоли до магистральных сосудов (х₆), которое измеряют в мм, характер роста опухоли (x₇). При этом указанным показателям присваивают баллы. На основании полученных баллов рассчитывают значения функций D₁ - время ишемии до 20 мин и D₂ - время ишемии более 20 мин по оригинальным формулам. Затем сравнивают рассчитанные значения D₁ и D₂, при этом в случае получения большего числа в функции D₂ делают вывод о высокой вероятности тепловой ишемии более 20 мин, при большем значении в функции D₁ делают вывод о высокой вероятности ишемии менее 20 мин. Способ позволяет предсказать время ишемии более или менее 20 мин, что влияет на определение резектабельности опухоли, получить объективный и точный прогноз. 2 пр., 2 ил., 3 таб.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины, а именно урологии, онкоурологии, и может быть использовано для предоперационного планирования и прогнозирования времени тепловой ишемии при органосохраняющих операциях при опухолях почек. Допустимым временем тепловой ишемии, при котором не возникает серьезных повреждений паренхимы, считается 20 мин. Разработанный способ позволяет предсказать время ишемии более или менее 20 мин, что влияет на определение резектабельности опухоли.

Уровень техники

Из уровня техники известны способы, которые могут быть использованы для предсказания времени ишемии, наиболее известными среди них являются: PADUA -Preoperative aspects and dimensions used for an anatomical), С-индекс - отношение расстояния от центра опухоли (см) до центра почки к радиусу опухоли (см), а также шкала R.E.N.A.L. [ Simmons MN, Ching СВ, Samplaski MK, Park СН, Gill IS. Kidney tumor location measurement using the С index method. J Urol. 2010; 183:1708-13. [PubMed] Kutikov A, Uzzo RG. The R.E.N.A.L. Nephrometry score: A comprehensive standardized system for quantitating renal tumor size, location and depth. J Urol. 2009; 182:844-53. [PubMed] Ficarra V, Novara G, Secco S, Macchi V, Porzionato A, De Caro R, et al. Preoperative aspects and dimensions used for an anatomical (PADUA) classification of renal tumours in patients who are candidates for nephron-sparing surgery. Eur Urol. 2009; 56:786-93. [PubMed].

Однако известные способы являются субъективными, т.к. оценка основана на данных, полученных на основании МСКТ (мультиспиральная компьютерная томография), которые, в частности, не дают подробной информации о соотношении опухоли с чашечнолоханочной системой (ЧЛС) и связи с сосудами.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ, используемый шкалу для оценки осложнений R.E.N.A.L. [Kutikov A, Uzzo RG. The R.E.N.A.L. Nephrometry score: A comprehensive standardized system for quantitating renal tumor size, location and depth. J Urol. 2009; 182:844-53. [PubMed]. Способ основан на определении следующих параметров: R (radius, размер опухоли, в см), Е (exophytic/endophytic - экзофитный или эндофитный характер опухоли), N (nearness, близость опухоли к полостной системе почки или ее синусу, мм), A (anterior, расположение опухоли по передней или задней поверхности почки), L (location, локализация опухоли относительно поперечных линий, проведенных через края почечного синуса), каждый из которых оценивают по изображениям МСКТ в баллах, по сумме которых строят прогноз вероятности интра - и ранних послеоперационных осложнений, а также времени тепловой ишемии.

Однако, данный способ основан только на интерпретации изображения МСКТ (мультиспиральной компьютерной томографии), и не учитывает комплекс иных значимых анатомических параметров, которые можно получить по итогам 3D моделирования опухоли, что снижает достоверность и точность получения прогнозных оценок. Кроме того, данный способ является сложным для предоперационного планирования, осуществляемого урологом/онкологом, поскольку требует использования специальных знаний в области лучевой диагностики и владения соответствующим программным обеспечением, что повышает риск получения ошибочных умозаключений.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание способа прогнозирования времени тепловой ишемии при органосохраняющих операциях по поводу опухолей паренхимы почек, обеспечивающего получение более достоверных и точных прогнозных оценок. Способ основан на построении 3D модели патологического очага с последующей оценкой оригинального комплекса параметров по 3D нефрометрической шкале.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является возможность получения более объективной прогнозной оценки посредством использования комплекса критериев, измеренных на 3D-модели патологического очага, полученной по итогам лучевых методов исследования (например, КТ, микро КТ, МРТ, МСКТ).

Технический результат достигается при реализации способа прогнозирования тепловой ишемии при органосохраняющих операциях при опухолях паренхимы почек, включающего проведение исследования опухоли паренхимы почек лучевыми методами с построением 3D-модели патологического очага, определение диагностических признаков, в качестве которых используют:

количество артерий, питающих опухоль - х₁, которое измеряют в баллах, при этом отсутствие артерий определяют как 0 баллов, наличие от 1 до 3 артерий включительно - 1 балл, более 3-2 балла;

объем опухоли - х₂, который измеряют в баллах, при этом опухоли объемом до 20000 voxel присваивают 0 баллов, 20000-40000 voxel - 1 балл, 40001-60000 voxel - 2 балла, более 60000 - 3 балла;

наибольший диаметр сосудов (артерий), питающих опухоль - х₃, который измеряют в баллах, если артерии не визуализируются - 0 баллов, диаметр артерий 1-3 мм - 1 балл, более 3 мм - 2 балла;

максимальный размер опухоли - х₄, который измеряют в мм;

расстояние от ближайшего края опухоли до мочеточника или чашечно-лоханочной системы - х₅, которое определяется минимальным расстоянием от края опухоли до ближайшей из указанных структур, который измеряют в баллах (более 7 мм - 0 баллов, 7 мм и менее - 1 балл);

расстояние от края опухоли до магистральных сосудов - х₆, который измеряют в мм (наименьшее расстояние между опухолью и ближайшим магистральным сосудом, т.е. расстояние от ближайшего края опухоли до ближайшего магистрального сосуда - артерии 1 или 2 порядка);

характер роста опухоли - x₇, который измеряют в баллах: при экстраренальном характере роста опухоли равном или более 50% присваивают 0 баллов, экстраренальном менее 50% - 1 балл, интраренальном с расстоянием до капсулы почки 0-10 мм - 2 балла, интраренальном с расстоянием от опухоли до капсулы почки более 10 мм - 3 балла.

По полученным значениям рассчитывают значения функций D₁ и D₂:

D₁ = -11,512 + 2,165x₁ - 2,216x₂ - 0,283х₃ + 0,287х₄ + 2,379х₅ + 0,205х₆ +1,751х₇

D₂ = -13,002+ 2,168x₁ - 2,167x₂ - 0,631х₃+ 0,308х₄+ 2,530х₅+ 0,196х₆+2,107х₇,

где

D₁ - линейная дискриминантная функция характеризует вероятность тепловой ишемии менее 20 мин, D₂ - линейная дискриминантная функция характеризует вероятность тепловой ишемии более 20 мин;

x₁ - x₇ - значения признаков, включенных в модель.

Согласно способу сравнивают рассчитанные значения D₁ и D₂, при этом в случае получения большего числа в функции D₂ делают вывод о высокой вероятности тепловой ишемии более 20 мин, при большем значении в функции D₁ делают вывод о высокой вероятности ишемии менее 20 мин.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлены ROC-кривые прогнозирования времени тепловой ишемии при лечении рака почки, полученные при использовании заявляемого способа и другими существующими методами; на Фиг. 2 представлена построенная 3D модель опухоли паренхимы почки на основании полученных данных МСКТ.

Осуществление изобретения

Ниже представлено более детальное описание заявляемого способа.

Было исследовано 264 пациента, которые были поделены на 2 группы: 46 пациентов - у которых время тепловой ишемии составило более 20 мин и 218 пациентов - с временем тепловой ишемии менее 20 мин. При исследовании проводилась оценка степени связи различных показателей (признаков), характеризующих опухоль паренхимы почек, с прогнозными выводами об ишемии во время операции более 20 мин и менее 20 мин, с использованием стандартных статистических методик (метод дискриминантного анализа). В результате были отобраны те из них, которые дали коэффициенты корреляции наиболее близкие к 1, что говорит о наиболее сильной взаимосвязи показателей с оцениваемым событием.

По итогам проведения исследований и дискриминантного анализа данных с целью прогнозирования до операции длительности ишемии во время операции более 20 мин, было отобрано 7 наиболее значимых классификационных признаков. Признаками, включенными в модель, являлись: максимальный размер опухоли (мм), количество артерий, питающих опухоль (0-0 баллов, 1-3 - 1 балл, более 3-2 балла), расстояние от края опухоли до магистральных сосудов (мм), наибольший диаметр артерий, питающих опухоль (не визуализируются - 0 баллов, 1-3 мм - 1 балл, более 3 мм - 2 балла, при наличии более одной артерии измеряют диаметр большей артерии), расстояние от ближайшего края опухоли до мочеточника или чашечно-лоханочной системы (более 7 мм - 0 баллов, 7 мм и менее - 1 балл), объем опухоли (в баллах, до 20000 voxel - 0 баллов, 20000-40000 voxel - 1 балл, 40001-60000 voxel - 2 балла, более 60000 voxel - 3 балла), характер роста опухоли (экстраренально от 50% и более - 0 баллов, экстраренально менее 50% - 1 балл, интраренально с расстоянием до капсулы почки 0-10 мм - 2 балла, интраренально с расстоянием до капсулы почки более 10 мм - 3 балла).

Для классификации единиц наблюдения по признакам одного пациента производился расчет линейных дискриминантных функций с коэффициентами каждой из групп. Прогнозируемый случай относится к той группе, для которой дискриминантная функция принимает максимальное значение. Для проверки гипотезы об однородности ковариационных матриц исследуемых групп использовался многомерный М-критерий Бокса. Чувствительность и специфичность комплекса критериев оценивалась при помощи ROC-анализа. Количественная интерпретация результатов проводилась по ROC-кривым с оценкой показателя AUC (Area under ROC curve - площадь под ROC-кривой).

Структурная матрица корреляции дискриминантных переменных с канонической дискриминантной функцией, на основании которой были отобраны переменные, представлена в таблице 1.

Каноническая корреляция, описывающая меру связи между дискриминирующей функцией и группами наблюдений, составила 0,216, что объясняет 21,6% дисперсии классифицируемой переменной. Лямбда Уилкса при оценке канонической дискриминантной функции составила 0,953 (χ² =13,504; р=0,041).

Наибольший вклад в результаты классификации из отобранных переменных вносят показатели: максимальный размер опухоли, характер роста опухоли и диаметр сосудов, питающих опухоль.

Для исследуемых групп были определены классифицирующие функции Фишера. Коэффициенты линейных моделей дискриминантной функции, включающих в себя классификационные признаки, представлены в таблице 2.

Исходя из таблицы 2, прогнозирование тепловой ишемии до 20 мин и более 20 мин при оперативном лечении рака почки осуществляют посредством определения D₁ и D₂:

где D₁ - линейная дискриминантная функция для длительности ишемии до 20 мин, D₂ - линейная дискриминантная функция, моделирующая ишемию более 20 мин, x₁ - х₇ - значения признаков, включенных в модель (таблица 2).

При получении двух значений функций D₁ и D₂ производят их сравнение и в случае получения большего числа в функции D₂ делают вывод о высокой вероятности тепловой ишемии более 20 мин, при большем значении в функции D₁ делают вывод о высокой вероятности ишемии менее 20 мин.

На основании полученных дискриминантных функций была произведена итоговая классификация, результаты которой представлены в таблице 3.

Полученная прогностическая модель имеет специфичность 66,2%. Чувствительность модели (правильные предсказания ишемии более 20 мин.) составила 65,2%. Общая точность модели - 65,9%.

На той же выборке дискриминантная модель с использованием в качестве предиктора индекса RENAL имела чувствительность 59,1%, специфичность - 50,8%, общую точность - 52,4%. Для модели с использованием индекса PADOVA чувствительность составила 52,3%, специфичность - 64,4%, общая точность - 62,1%. При использовании в качестве предиктора длительности ишемии более 20 мин С-индекса была достигнута самая высокая чувствительность - 68,2%, но существенно более низкая специфичность - 42,6%, общая точность модели составила 47,4% (Фиг. 1).

Для реализации заявляемого способа всем пациентам перед оперативным лечением выполняют лучевую диагностику, например, КТ, микро КТ, МРТ, МСКТ. По полученным данным сроят 3D-модель патологического очага. Построение 3D-модели может быть осуществлено с использованием любых известных из уровня техники программно-реализуемых средств, обеспечивающих адекватную визуализацию анатомических структур, оцениваемые в предложенной шкале (количество артерий, питающих опухоль, объем опухоли, диаметр сосудов, питающих опухоль, максимальный размер опухоли, расстояние до мочеточника и\или ЧЛС, расстояние до магистральных сосудов, характер роста опухоли).

В качестве ПО может быть использована, например, программа Amira версии 5.4.5. (https://amira.software.informer.com/5.6/). В случае необходимости корректировки полученной 3D-модели - она может быть осуществлена, например, с помощью программного обеспечения Amira (VisageImaging).

Для построения 3D модели в программе Amira полученные данные (изображения) с помощью КТ, микро КТ, МРТ, 3D микроскопии и другими методами, загружают в программу Amira, производят фильтрацию (удаление артефактов) и предварительную обработку изображений, формируют 3D-изображение из полученных данных. На полученной модели выделяют анатомические структуры, которые измеряют и анализируют, визуализируют их пространственное взаимоотношение.

3D-моделирование позволяет без искажений эффективно совместить на одном интегральном изображении все четыре фазы визуализации (контрастирования): 1 - нативное исследование, 2 - артериальную фазу, 3 - паренхиматозную, 4 - экскреторную, что дает исчерпывающую информацию об анатомических особенностях пораженной опухолевым процессом почки, такие как количество сосудов, питающих опухоль, их диаметр, соотношение опухоли и ЧЛС и т.д.

Оценку времени тепловой ишемии при органосохраняющих операциях при опухолях паренхимы почек производят по указанным выше формулам с использованием измеренных параметров (см. Таблицу 1).

Ниже представлены примеры реализации заявляемого изобретения.

Пример. 1 Пациент X., 57 лет.

Анамнез: случайно выявленное образование при ультразвуковом исследовании. По данным МСКТ выявлена опухоль правой почки размером до 50 мм. На основании полученных данных МСКТ выполнено 3D моделирование (фиг. 2).

В качестве предоперационного планирования выполнен расчет времени тепловой ишемии при органосохраняющем пособии.

По данным 3D моделирования у пациента выявлены:

одна артерия, питающая опухоль (х₁ = 1 балл);

объем опухоли составил 62300 voxel (х₂ = 3 балла);

диаметр артерии, питающей опухоль, составил 2.17 мм (х₃ = 1 балл);

максимальный размер опухоли составил 52.31 мм (х₄ = 52.31);

минимальное расстояние от ЧЛС или мочеточника до опухоли составило 1.4 мм (x₅ = 1 балл);

минимальное расстояние от опухоли до магистральных сосудов (почечная артерия или сегментарные артерии первого порядка) составило 1.37 мм (х₆ = 1.37);

характер роста опухоли - экстраренальный более 50% (х₇ = 0 баллов).

Далее были рассчитаны значения линейной дискриминантной функции для длительности ишемии до 20 мин и более 20 мин, соответственно:

D₁ = -11,512+2,165x1-2,216x3-0,283x1+0,287x52.31+2,379x1+0,205x1.37+1,751x0=1.24

D₂ = -13,002+2,168x1-2,167x3-0,631x1+0,308x52.31+2,530x1+0,196x1.37+2,107x0=1.25

Значение D₁ составило 1,24, значение D₂ составило 1,25. Полученное значение D₂ превысило значение D₁, у пациента по данным произведенных расчетов перед операцией выявлена высокая вероятность тепловой ишемии более 20 мин.

По результатам предоперационного планирования у пациента ожидаемое время тепловой ишемии более 20 мин. Пациенту выполнена лапароскопическая энуклеаация опухоли почкй. Интраоперационное время ишемии составило 27 мин.

Пример 2. Пациент X, 63 года.

Анамнез: случайно выявленное образование при ультразвуковом исследовании. По данным МСКТ выявлена опухоль правой почки размером до 20 мм. На основании полученных данных МСКТ выполнено 3D моделирование.

В качестве предоперационного планирования выполнен расчет времени тепловой ишемии при органосохраняющем пособии.

По данным 3D моделирования у пациента:

не выявлено артерий, питающих опухоль (х₁ = 0 баллов, х₃ = 0 баллов);

объем опухоли составил 45000 (х₂ = 1 балл);

максимальный размер опухоли составил 22 мм (х₄ = 22);

минимальное расстояние от ЧЛС или мочеточника до опухоли составило 30 мм (x₅ = 0 баллов);

минимальное расстояние от опухоли до магистральных сосудов (почечная артерия или сегментарные артерии первого порядка) составило 40 мм (х₆ = 40);

характер роста опухоли - экстраренальный более 50% (х₇ = 0 баллов).

Значение линейной дискриминантной функции D₁ составило 0.588, значение D₂ составило 0,562:

D₁ = -11,512+2,165x0-2,216x1-0,283x0+0,287x22+2,379x0+0,205x40+1,751x0=0.588

D₂ = -13,002+2,168x0-2,167x1-0,631x0+0,308x22+2,530x0+0,196x40+2,107x0=0562

Полученное значение D₁ превысило значение D₂, у пациента по данным произведенных расчетов перед операцией выявлен низкий риск вероятности тепловой ишемии более 20 мин.

По результатам предоперационного планирования у пациента ожидаемое время тепловой ишемии менее 20 мин. Пациенту выполнена лапароскопическая энуклеация опухоли почки. Интраоперационное время ишемии составило 7 мин.

Таким образом, заявляемый способ показал свою состоятельность и возможность использования в практической работе.

Способ прогнозирования времени тепловой ишемии при органосохраняющих операциях при опухолях паренхимы почек, включающий проведение исследования опухоли паренхимы почек лучевыми методами с построением 3D-модели патологического очага, определение диагностических признаков, в качестве которых используют:

количество артерий, питающих опухоль (x₁), которое измеряют в баллах, при этом отсутствие артерий определяют как 0 баллов, наличие от 1 до 3 артерий включительно - 1 балл, более 3-2 балла;

объем опухоли (х₂), который измеряют в баллах, при этом опухоли объемом до 20000 voxel присваивают 0 баллов, 20000-40000 voxel - 1 балл, 40001-60000 voxel - 2 балла, более 60000 - 3 балла;

наибольший диаметр артерий, питающих опухоль (х₃), который измеряют в баллах, при этом, если артерии не визуализируются, присваивают 0 баллов, если диаметр составляет 1-3 мм - 1 балл, более 3 мм - 2 балла;

максимальный размер опухоли (x₄), который измеряют в мм;

расстояние от ближайшего края опухоли до мочеточника или чашечно-лоханочной системы (x₅), которое измеряют в баллах, при этом расстоянию более 7 мм присваивают 0 баллов, 7 мм и менее - 1 балл;

расстояние от края опухоли до магистральных сосудов (х₆), которое измеряют в мм,

характер роста опухоли (x₇), который измеряют в баллах, где при экстраренальном характере роста опухоли равном или более 50% присваивают 0 баллов, экстраренальном менее 50% - 1 балл, интраренальном с расстоянием до капсулы почки 0-10 мм - 2 балла, интраренальном с расстоянием от опухоли до капсулы почки более 10 мм - 3 балла;

по полученным значениям рассчитывают значения функций D₁ и D₂:

D₁ = -11,512+2,165х₁-2,216x2-0,283х₃+0,287х₄+2,379х₅+0,205х₆+1,751х₇

D₂ = -13,002+2,168х₁-2,167x₂-0,631х₃+0,308х₄+2,530х₅+0,196х₆+2,107х₇,

где функция D₁ характеризует время ишемии до 20 мин, D₂ - характеризует время ишемии более 20 мин;

сравнивают рассчитанные значения D₁ и D₂, при этом в случае получения большего числа в функции D₂ делают вывод о высокой вероятности тепловой ишемии более 20 мин, при большем значении в функции D₁ делают вывод о высокой вероятности ишемии менее 20 мин.