Способ дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки

Изобретение относится к области медицины, а именно к рентгенологии, и может быть использовано для дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки. Выявляют патологический процесс с помощью выполнения компьютерной томографии (КТ). При этом до выполнения многофазного сканирования дополнительно проводят сканирование перфузионное. Затем при помощи компьютерной программы проводят параметрический анализ полученных изображений и расчет количественных значений основных показателей перфузии в зоне интереса с построением цветных параметрических карт и графиков "плотность-время". При получении цветных параметрических карт скорости и объема кровотока с преимущественным красно-желтым окрашиванием зоны патологического процесса, значении скорости кровотока более 65,38 мл/100 г/мин, среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани более 2,44 ед. HU/мин и усредненного показателя плотности более 50,52 ед. HU, и единственном подъеме кривой плотности в стенке кишки на графике "плотность-время", формирующемся непосредственно после подъема кривой плотности в афферентном сосуде, диагностируют опухолевые изменения толстой кишки. При получении цветных параметрических карт скорости и объема кровотока с преимущественно сине-зеленым окрашиванием зоны патологического процесса, значении показателя скорости кровотока менее 65,38 мл/100 г/мин, среднего времени возрастания плотности менее 2,44 ед. HU/мин, усредненного показателя плотности менее 50,52 ед. HU, и отсутствии единственного подъема кривой плотности в стенке кишки на графике "плотность-время", формирующегося непосредственно после подъема кривой плотности в афферентном сосуде, диагностируют воспалительные изменения толстой кишки. Способ обеспечивает повышение точности способа дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки за счет определения показателей перфузии. 13 ил., 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области медицины, в частности к рентгенологии, и может быть использовано для дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки с применением перфузионной компьютерной томографии (ПКТ) с целью выбора тактики лечения и предоперационного планирования.

В настоящее время методом выбора для лучевой диагностики патологических состояний толстой кишки является компьютерная томография (КТ) с болюсным внутривенным контрастированием.

При КТ с болюсным внутривенным контрастированием колоректальный рак (КРР) и воспалительные изменения толстой кишки объединяет общий симптом - утолщение стенки кишки. В большинстве случаев сложности в диагностике возникают в условиях, когда инфильтративный опухолевый процесс ограничен стенками кишки, не распространяясь за их пределы. Ряд авторов предлагает дифференцировать эти состояния путем определения протяженности выявленных изменений, разделяя изменения на фокальные, сегментарные и диффузные [Кошелев Э.Г., Китаев С.В., Беляев Г.Ю., Егоров А.А., Штернис Т.А. Возможности компьютерной томографии в диагностике заболеваний толстой кишки. REJR 2019; 106-122]. Данная методика показывает, что в большинстве случаев фокальные изменения представлены раком толстой кишки, а диффузные изменения проявлениями колита различной этиологии. Однако недостатками метода является тот факт, что КРР так же, как и воспалительные изменения, могут носить как фокальный, так и сегментарный характер. Также сложным остается вопрос при сочетании вышеописанной патологии, когда на фоне воспалительных изменений необходимо визуализировать опухоль.

Степень выраженности перифокальных изменений, определяемых при компьютерной томографии как при КРР, так и при колите может варьировать от умеренного повышения плотности параколярной жировой клетчатки до формирования инфильтратов и абсцессов, что, в свою очередь, также не может являться надежным диагностическим признаком в их дифференциальной диагностике [Бекетова О.Г., Силантьева Н.К., Березовская Т.П. Компьютерная томография в оценке глубины опухолевой инвазии рака ободочной кишки. Медицинская визуализация. 2017; 21 (1): 44-52]. Также следует учитывать, что повышение плотности параколярной жировой клетчатки может быть обусловлено как перифокальным отеком, так и десмопластической реакцией.

Известен факт, что опухоли толстой кишки, осложненные перифокальным воспалением, в том числе абсцедированием, могут дебютировать с клинической картины острого воспалительного процесса [Глушков Н.И., М.Ю. Кабанов, Горшенин Т.П. Совершенствование диагностики и хирургического лечения рака ободочной кишки, осложненного перифокальным воспалением, у больных пожилого и старческого возраста // Вестник Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова. -2019. - Т.11. - №3. - С. 41-48].

Достаточно надежным методом является дифференциальная диагностика, основанная на оценке паттерна контрастирования опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки при компьютерной томографии с внутривенным болюсным введением контрастного вещества (KB). Чаще всего при воспалительной патологии отмечается модель контрастирования по типу «мишени» или «отпечатка пальца» за счет более интенсивного контрастирования слизистой оболочки и отсутствия контрастирования подслизистого слоя на фоне явлений его отека, что не характерно для опухолей, так как дифференцировка слоев стенки кишки на фоне инвазивного роста не прослеживается. В нашей практике отмечались случаи, когда вышеописанные закономерности не прослеживались.

По наиболее близкой технической сущности данный способ выбран нами в качестве прототипа [Китаев В.М./Компьютерная томография в диагностике заболеваний кишечника. - М.: МЕДпресс-информ, 2020. - 128 с.].

Недостатком способа, выбранного нами в качестве прототипа, является недостаточно высокая точность дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки, составляющая 92.5% [Hyun-Jung Jang. Acute diverticulitis of the cecum and ascending colon: the value of thin-section helical CT findings in excluding colonic carcinoma//American Journal of Roentgenology. 2000, 174: 1397-1402].

Технический результат изобретения - повышение точности способа дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки.

Технический результат изобретения достигается тем, что способ дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки заключается в выявлении патологического процесса с помощью КТ. До выполнения стандартного многофазного сканирования дополнительно проводят сканирование перфузионное. Затем при помощи компьютерной программы проводят параметрический анализ полученных изображений и расчет количественных значений основных показателей перфузии в зоне интереса с построением цветных параметрических карт и графиков "плотность-время". При получении цветных параметрических карт скорости, объема кровотока и среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани с преимущественным красно-желтым окрашиванием зоны патологического процесса, значении скорости кровотока более 65,38 мл/100 г/мин, среднего времени возрастания плотности более 2,44 ед. HU/мин и усредненного показателя плотности более 50,52 ед. HU, и при единственном подъеме кривой плотности в стенке кишки на графике "плотность-время", формирующемся непосредственно после подъема кривой плотности в афферентном сосуде диагностируют опухолевые изменения толстой кишки. При получении цветных параметрических карт скорости, объема кровотока и среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани с преимущественно сине-зеленым окрашиванием зоны патологического процесса, значении показателя скорости кровотока менее 65,38 мл/100 г/мин, среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани менее 2,44 ед. HU/мин, усредненного показателя плотности менее 50,52 ед. HU, и при отсутствии единственного подъема кривой плотности в стенке кишки на графике "плотность-время", формирующемся непосредственно после подъема кривой плотности в афферентном сосуде, диагностируют воспалительные изменения толстой кишки.

В отечественной литературе мы не нашли работ, посвященных методу перфузионной компьютерной томографии с целью оценки патологических состояний толстой кишки. В зарубежной литературе статьи, посвященные перфузионной компьютерной томографии толстой кишки, преимущественно освещают вопросы фенотипирования опухолей и прогнозирования течения заболевания, оценки степени ангиогенеза и ответа опухолей на химиолучевое лечение.

Способ осуществляют следующим образом:

Сканирование выполняют в 3 этапа:

На первом этапе выполняют бесконтрастное сканирование брюшной полости и, при необходимости - малого таза, где определяют зону интереса таким образом, чтобы при выполнении перфузии патологический процесс локализовался в центре рамки сканирования.

На втором этапе внутривенно болюсно вводят йодсодержащее контрастное вещество и выполняют серию непрерывных динамических сканирований в течение 50 секунд в выбранной зоне сканирования.

Параметры сканирования: толщина среза 5 мм; интервал 5 мм; тип сканирования axial-S Full; скорость вращения трубки 1,0 с; напряжение на трубке 80 кВ, 220 мА; ширина зоны сканирования 80 мм; матрица 512×512; общее время сканирования 60 с.

На третьем этапе дополнительно вводят KB и выполняют стандартное многофазное сканирование брюшной полости и, при необходимости, малого таза для получения дополнительной информации об анатомии и других патологических процессах в зоне сканирования.

Полученные изображения обрабатывают на рабочей станции Adwantage Workstation VS5. Для параметрического анализа используют программный пакет CT Perfusion 4D Multi-Organ. Первые изображения в серии не содержат контрастного вещества, по ним определяют базовый уровень плотности. Вручную выставляют метку (ROI1) на расположенный рядом крупный артериальный сосуд (в большинстве случаев аорта или подвздошные артерии).

После чего с помощью компьютерной программы проводят параметрический анализ полученных изображений и расчет количественных значений основных показателей перфузии в зоне интереса.

При измерении показателей перфузии в зоне патологического процесса метки выставляются на наиболее васкуляризированные области утолщенной стенки кишки.

Относительно полученных значений плотности в афферентной артерии и базовой плотности программа делает расчет основных показателей перфузии в зоне интереса с построением цветных параметрических карт (Фиг. 1) и кривой «плотность-время» (time-enhancement curve) (Фиг. 2).

Фиг. 1. демонстрирует результаты ПКТ, а именно цветные параметрические карты: на картах скорости кровотока (а), объема кровотока (б) и среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани (в) определяется красно-желтое окрашивание опухоли ректосигмоидного отдела толстой кишки в метке ROI2.

Фиг. 2. иллюстрирует график «плотность-время», отражающий изменение плотности контрастного вещества во времени в зоне интереса (кривая 2, соответствует установленной метке ROI2 на Фиг. 1) относительно кровотока в афферентном сосуде (кривая 1).

Для количественной оценки значений кровотока в каждом вокселе используются многочисленные параметры, такие как скорость кровотока (BF - blood flow, мл/100 г/мин), объем кровотока (BV - blood volume, мл/100 г), среднее время прохождения контрастного вещества (МТТ - mean transit time, сек), показатель проницаемости стенки капилляров (PS - permeability surface-area product, мл/100 г/мин), среднее время возрастания плотности контрастного вещества в ткани (MSI - mean slope of increase, ед. HU/мин), время достижения максимальной плотности (ТТР -time to peak, сек), максимальное время прохождения контрастного вещества (Tmax - time maximum, сек), которые отражают функциональное состояние ткани в зоне интереса и выводятся в виде таблицы абсолютных числовых значений (Фиг. 3).

На Фиг. 3 представлен сводный список числовых значений показателей перфузии в установленной точке интереса ROI2 на фиг.1.

Нами выполнена перфузионная компьютерная томография 50 пациентам (19 мужчин, 31 женщина). Диагноз аденокарцинома толстой кишки установлен у 35 пациентов, воспалительные изменения - у 15.

Выявлена статистически достоверная разница между показателями перфузии в утолщенных стенках толстой кишки при опухолевом и неспецифическом воспалительном процессе, что, в свою очередь, объясняется двумя основными процессами: в первом случае, опухолевым неоангиогенезом при аденокарциноме толстой кишки, характеризующимся увеличением количества и диаметра хаотично расположенных патологических сосудов; во втором случае, подслизистым отеком воспаленной стенки кишки.

Статистический анализ полученных данных выполняли средствами системы STATISTICA for Windows (версия 10 Лиц. BXXR310F964808FA-V).

Были рассчитаны средние числовые значения показателей перфузии для рака и воспалительных изменений толстой кишки с их нормальными отклонениями, максимальными и минимальными значениями, верхними и нижними квартилями (Таблица 1). В результате были выявлены наиболее достоверные показатели перфузии, такие как BF, MSI и показатель Average (р<0.001) и показатели с наименьшей достоверностью, такие как BV (р<0.10) и PS (р>0.10).

Пороговые критерии числовых значений перфузии для дифференциальной диагностики рака и воспалительных изменений толстой кишки определяли с помощью метода построения «деревьев классификации» (Classification Trees), Таблица 2.

Относительный риск рака (OR) вычисляли по стандартным формулам доказательной медицины. При наличии в таблице нулевых значений для расчета использовалась поправка Халдейна.

Выявлено, что при одновременном присутствии трех значений показателей Average, BF и MSI выше уровня пороговых значений относительный риск рака составляет 95,6%. Для наглядности представляем несколько графиков Box&Whisker Plot (Фиг. 4, 5, 6, 7).

Фиг. 4 иллюстрирует суммарный график, отражающий статистически достоверную разницу в диагностике рака и воспалительных изменений стенки толстой кишки при одновременном совпадении характерных значений показателей Average, BF и MSI.

Фиг. 5 иллюстрирует график, отражающий статистически достоверную разницу между характерными показателями Average для диагностики рака и воспалительных изменений стенки толстой кишки.

Фиг. 6. иллюстрирует график, отражающий статистически достоверную разницу между характерными показателями перфузии BF для диагностики рака и воспалительных изменений стенки толстой кишки.

Фиг. 7. иллюстрирует график, отражающий статистически достоверную разницу между характерными показателями перфузии MSI для диагностики рака и воспалительных изменений стенки толстой кишки.

Приводим клинические примеры:

Пример 1. Пациент Ч., 83 года, поступил в стационар с жалобами на боль в нижних отделах живота, вздутие, плохое отхождение стула и газов. В клиническом анализе крови проявления железодефицитной анемии, лейкоцитоз. При компьютерной томографии выявлено равномерное циркулярное утолщение стенок ректосигмоидного отдела толстой кишки с тяжистыми уплотнениями мезоколярной жировой клетчатки и линейными скоплениями жидкости вдоль листков тазовой брюшины, регионарной лимфаденопатией в бассейне верхней прямокишечной артерии. При внутривенном введении контрастного вещества отмечается «слоистое» контрастирование стенок кишки, что не типично для опухолевой ткани (Фиг. 8).

Фиг. 8. демонстрирует результаты КТ Пациента Ч.: Мультипланарная реконструкция (а) в аксиальной и (б) сагиттальной плоскостях в венозную фазу сканирования. Циркулярное утолщение стенок ректосигмоидного отдела толстой кишки с признаками «слоистого» накопления контрастного вещества (длинная желтая стрелка), уплотнение мезоколярной жировой клетчатки (короткая зеленая стрелка).

При оценке данных перфузионной компьютерной томографии уже на этапе визуальной оценки цветных параметрических карт отчетливо дифференцируется гиперваскулярное инфильтративное образование с высокими показателями перфузии относительно смежных интактных стенок кишки, что выражается в красно-желтом окрашивании опухоли на картах скорости и объема кровотока, что демонстрирует

Фиг. 9, представленная ПКТ пациента Ч. - Цветные параметрические карты (а) скорости кровотока (BF) и (б) объема кровотока (BV) с установленной меткой ROI2 для оценки числовых показателей перфузии в опухоли и построения графика «плотность-время», демонстрирующие гиперваскулярную инфильтративную опухоль ректосигмоидного отдела толстой кишки (красно-желтое окрашивание).

Также признаки гиперперфузии находят отражение в высоких числовых значениях скорости кровотока (BF) - 96,92 мл/100 г/мин. Опухолевая ткань характеризуется высоким усредненным показателем плотности контрастного вещества в стенках кишки (Average 71,76 ед. HU), а показатель среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани (MSI) равен 2,535 ед. HU/мин, что подтверждает Фиг. 10 б. На графике «плотность-время» определяется единственный подъем кривой плотности в стенке кишки, формирующийся непосредственно после подъема кривой плотности в афферентном сосуде с признаками его постепенного снижения. (Фиг. 10 а).

Фиг. 10. (а) График «плотность-время» и (б) список числовых значений, отражающие перфузию в опухоли ректосигмоидного отдела толстой кишки в установленной точке ROI2 на Фиг. 9 (б).

По результатам перфузионной компьютерной томографии установлен диагноз резектабельной инфильтративной опухоли ректосигмоидного отдела толстой кишки, подтвержденной путем биопсии при колоноскопии.

По результатам обследований пациенту выполнена видеоассистированная сигмостомия. При гистологическом исследовании верифицирована низкодифференцированная аденокарцинома с прорастанием всех слоев стенки кишки.

Пример 2. Пациент Ш., 82 года, поступил в стационар с жалобами на боли в животе, больше в правых отделах, тошноту, изжогу, общую слабость. В клиническом анализе крови проявления железодефицитной анемии, лейкоцитоз. При компьютерной томографии выявлено циркулярное утолщение стенок восходящего отдела ободочной кишки, с уплотнением параколярной жировой клетчатки, с линейными скоплениями жидкости вдоль листков латероканальной и передней почечной фасций, с регионарной лимфаденопатией в бассейне слепоподвздошной артерии. В латеральном канале определяется жидкостное образование, прилежащее к стенке кишки. При внутривенном введении контрастного вещества отмечается «слоистое» контрастирование стенок кишки, накопление KB стенками жидкостного образования в латеральном канале (Фиг. 11). Фиг. 11. демонстрирует результаты КТ. Мультипланарная реконструкция в аксиальной плоскости (а) и в сагиттальной плоскости (б) в венозную фазу контрастирования. Циркулярное утолщение стенок восходящего отдела ободочной кишки с признаками «слоистого» накопления контрастного вещества (длинная желтая стрелка), с уплотнением параколярной жировой клетчатки (короткая зеленая стрелка). Жидкостное образование в латеральном канале, прилежащее к стенке кишки (короткая голубая стрелка).

При визуальной оценке параметрических карт отчетливо определяются признаки диффузного снижения перфузии в утолщенных стенках восходящего отдела ободочной кишки и стенках прилежащего жидкостного образования, что характеризуется преимущественно их синим окрашиванием на картах скорости и объема кровотока, представленными на Фиг. 12, которая демонстрирует ПКТ пациента Ш. - (а) Цветная параметрическая карта скорости кровотока (BF), демонстрирующая диффузное снижение перфузии (синее окрашивание) в стенках восходящего отдела ободочной кишки (длинная желтая стрелка) и стенках параколярного жидкостного образования (короткая голубая стрелка). (б) Цветная параметрическая карта объема кровотока (BV): установлена метка ROI2 в единичном участке гиперперфузии в утолщенной стенке восходящего отдела ободочной кишки для оценки числовых показателей перфузии и построения графика «плотность-время».

Визуальные признаки снижения кровотока также находят отражение в низком усредненном показателе плотности контрастного вещества в стенках кишки (Average 21,93 ед. HU), что демонстрирует таблица числовых значений на Фиг. 13 б. Единичные участки гиперперфузии в утолщенных стенках кишки, представленные на Фиг. 12 6, в том числе демонстрируют невысокие показатели скорости кровотока (BF), по сравнению с опухолевой тканью - 33,10 мл/100 г/мин, показатель среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани (MSI) равен 1,594 ед. HU/мин (Фиг. 13 б). При построении графика «плотность-время» кривая плотности в стенке кишки имеет относительно пологий ход, отсутствует характерный для опухоли единственный подъем кривой, формирующийся после подъема кривой плотности в афферентном сосуде (Фиг. 13 а).

На Фиг. 13. представлены (а) График «плотность-время» и (б) список числовых значений, отражающие перфузию в стенках восходящего отдела ободочной кишки в установленной точке ROI2 на Фиг. 12 б.

Выявленные изменения характерны для подслизистого отека стенок кишки, обусловленных колитом. Под контролем УЗИ выполнено дренирование жидкостного образования параколярного пространства, получен гной. При контрольном исследовании абсцесс и явления колита регрессировали.

Таким образом, применение ПКТ позволило исключить опухоль и установить диагноз колита, что определило тактику лечения.

При стандартном протоколе КТ с внутривенным болюсным контрастированием опухолевые и воспалительные изменения стенок толстой кишки зачастую демонстрируют сходные признаки. В нашем исследовании ложноотрицательные результаты имели место у 1 пациента и ложноположительные - у 1. Истинноположительные результаты установлены у 34 пациентов, истинноотрицательные - у 14.

Точность заявляемого способа рассчитана нами по формуле:

ДЭ - диагностическая эффективность;

ИП - истинноположительные результаты;

ИО - истинноотрицательные результаты;

ЛП - ложноположительные результаты;

ЛО - ложноотрицательные результаты.

Таким образом, применение перфузионной КТ, по сравнению с прототипом, позволяет повысить точность дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки на 3,5%, помогает определить тактику ведения лечения.

Способ дифференциальной диагностики опухолевых и воспалительных изменений толстой кишки, заключающийся в выявлении патологического процесса с помощью выполнения компьютерной томографии (КТ), отличающийся тем, что до выполнения стандартного многофазного сканирования дополнительно проводят сканирование перфузионное, затем при помощи компьютерной программы проводят параметрический анализ полученных изображений и расчет количественных значений основных показателей перфузии в зоне интереса с построением цветных параметрических карт и графиков "плотность-время", и при получении цветных параметрических карт скорости и объема кровотока с преимущественным красно-желтым окрашиванием зоны патологического процесса, значении скорости кровотока более 65,38 мл/100 г/мин, среднего времени возрастания плотности контрастного вещества в ткани более 2,44 ед. HU/мин и усредненного показателя плотности более 50,52 ед. HU, и при единственном подъеме кривой плотности в стенке кишки на графике "плотность-время", формирующемся непосредственно после подъема кривой плотности в афферентном сосуде, диагностируют опухолевые изменения толстой кишки; при получении цветных параметрических карт скорости и объема кровотока с преимущественно сине-зеленым окрашиванием зоны патологического процесса, значении показателя скорости кровотока менее 65,38 мл/100 г/мин, среднего времени возрастания плотности менее 2,44 ед. HU/мин, усредненного показателя плотности менее 50,52 ед. HU, и при отсутствии единственного подъема кривой плотности в стенке кишки на графике "плотность-время", формирующегося непосредственно после подъема кривой плотности в афферентном сосуде, диагностируют воспалительные изменения толстой кишки.