Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения объема опухоли при раке шейки матки при проведении магнитно-резонансной томографии

Изобретение относится к медицине, а именно к лучевой диагностике, и касается определения объема опухоли при раке шейки матки с помощью магнитно-резонансной томографии.

В связи с ростом заболеваемости и смертности женщин репродуктивного возраста эффективное лечение рака шейки матки является одной из важнейших задач современной онкологии ("Клинико-морфологические факторы прогноза и современные принципы формирования программ лучевой терапии у оперированных больных местно распространенным раком шейки матки", Крейнина и Титова, ж. Онкогинекология, Т. С. 33-42, 2012). В числе методов лечения больных раком шейки матки - лучевая терапия. Критерием эффективности лечения является регрессия опухоли, поэтому крайне важным является определение объема опухоли до лечения, который также является важным параметром и для оценки дозы облучения, ее эффективности ("Method and timing of tumor volume measurement for outcome prediction in cervical cancer using magnetic resonance imaging", Mayr, Taoka и др., Int J Radiat Oncol Biol Phys, T. 52. C. 14-22, 2002; Магнитно-резонансная томография в оценке эффективности лечения больных раком шейки матки", Прошин, Скугарев и др., Сибирский онкологический журнал, с. 163-164, 2009; Клинико-морфологические факторы прогноза и современные принципы формирования программ лучевой терапии у оперированных больных местно распространенным раком шейки матки", Крейнина и Титова, Онкогинекология, с. 33-42, 2012; Рак шейки матки: магнитно-резонансные и клинические факторы прогноза", Прошин, Березовская и др., Диагностика опухолей репродуктивной системы, с. 102-107, 2012; Uterine cervical cancer volumetry using T2- and diffusion-weighted MR images in patients treated by primary surgery and neoadjuvant chemotherapy", Tanaka, Okada и др., Acta Radiol, 2015).

Известен способ определения объема опухоли с использованием формулы вычисления объема, приближающей опухоль эллипсоидом на Т2-взвешенных изображениях:

где a, b, с - полуоси эллипсоида, т.е. половины трех взаимно перпендикулярных максимальных размеров опухоли; d1, d2, d3 - оси эллипсоида, т.е. три взаимноперпендикулярных максимальных размера опухоли ("Магнитно-резонансная томография в оценке эффективности лечения больных раком шейки матки", Прошин, Скугарев и др., Сибирский онкологический журнал, с. 163-164, 2009).

Недостатки способа: размеры измеряют в стандартных аксиальной, фронтальной и сагиттальной плоскостях, при этом они не всегда являются максимальными диаметрами образования. Вычисление объема по формуле для эллипса правильной формы приводит к ошибке и затрудняет выбор лечения.

Существенно лучший результат дает способ вычисления объема поражения посрезово, особенно для опухолей объемом 40-100 см³, а также в процессе лучевой терапии (Mayr NA, и др. Method and timing of tumor volume measurement for outcome prediction in cervical cancer using magnetic resonance imaging. // Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2002 Jan 1; 52 (1): 14-22 - прототип). Врач выделяет пораженный участок на каждом срезе, измеряется площадь опухоли на каждом срезе. Полный объем V опухоли рассчитывают как сумму площадей Si опухоли на каждом i-м срезе при их общем числе n, умноженную на толщину t среза с учетом расстояния R между срезами, т.е.:

Основным недостатком данного способа является тот факт, что выделение всех площадей и последующий расчет требует большого количества времени, что затрудняет работы диагностического кабинета в целом. По нашим данным требуется около 2-3 минут на срез, 5-10 минут на вычисление.

Задачей изобретения является разработка способа определения объема опухоли, мало проигрывающего в точности прототипу и легко осуществимого на практике.

Задача решается с помощью получения диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ) со следующими параметрами: поле зрения 400 мм, матрица изображения 96×196, толщина среза 4 мм, количество накоплений = 6, TR/TE = 370 мс / 82 мс, b фактор = 800, после чего объем измеряется аналогично прототипу, но используются не все срезы, а только каждый третий, шестой, девятый и т.д., а объем V опухоли рассчитывают по выражению:

n - общее число срезов

S_i - площадь опухоли на i-м срезе, см²;

t - толщина одного среза, см;

R -расстояние между срезами, см.

Технический результат - сокращение длительности определения объема опухоли при повышении точности.

Известно, что ДВИ характеризуется хорошо выраженным контрастом между уплотненной тканью опухоли шейки матки и окружающими тканями при значениях b фактора от 800 (Demirbas, Т., et al., Contribution of diffusion-weighted imaging to diagnosis and staging of cervical cancer. Balkan Med J, 2014. T. 31, I. 2, p. 154-7). Нами это свойство впервые использовано для вычисления объема опухоли при раке шейки матки. ДВИ были также использованы в патенте (LI Wu at el., Automatic segmentation method for cervical cancer image based on T2-MRI and DW-MRI), однако авторы не выявляли необходимое для точного вычисления число срезов, которое, как оказалось, может быть меньшим за счет более четко определяемых границ на взятых срезах.

Способ осуществляют следующим образом.

Получают методом магнитно-резонансной томографии диффузионно-взвешенные изображения (ДВИ) со следующими параметрами: поле зрения 400 мм, матрица изображения 96×196, толщина среза 0,4 см, количество накоплений = 6, TR/TE = 370 мс / 82 мс, b фактор = 800.

Далее используются третий, шестой, девятый и т.д. срезы. Врач выделяет пораженный участок на этих срезах, используя стандартное программное обеспечение рабочей станции, которое выдает площадь опухоли на каждом из обозначенных выше срезов.

Полный объем опухоли рассчитывается как сумма площадей опухоли на каждом срезе, умноженная на толщину среза с учетом расстояния между срезами и числа пропущенных срезов, т.е.:

где

n - общее число срезов

Si - площадь опухоли на i-м срезе, см²;

t - толщина одного среза, см;

R - расстояние между срезами, см.

На фиг. 1 схематично представлена опухоль в сагиттальной проекции с условными обозначениями. 1 - граница опухоли, 2 - обозначенные пунктирной линией не используемые при подсчете срезы, 3 - сплошные черные линии, соответствующие номеру среза i=3, 6, 9 и т.д., они используются для вычисления объема, t - толщина среза, R - расстояние между срезами.

На фиг. 2 показаны диаграммы размаха доли ошибки для методов подсчета объема опухоли на ДВИ и Т2ВИ по данным 18 пациенток в возрасте от 25 до 63-х лет с гистологически подтвержденным диагнозом. Проведено также сравнение со способами: с использованием каждого второго, четвертого и пятого срезов, изображений другой взвешенности (Т2-взвешенных изображений), а также способом приближения эллипсоидом.

По оси ординат отложена доля ошибки, на оси абсцисс записаны названия методов: 2-5 Т2ВИ - с использованием скорректированной толщиной среза с учетом каждого 2-го - 5-го срезов соответственно на Т2ВИ, 2-5 ДВИ - с использованием скорректированной толщиной среза с учетом каждого 2-го - 5-го срезов соответственно на ДВИ, эллипсоид - соответствует расчету объема с использованием трех взаимно перпендикулярных размеров. Данные представлены как медиана, первый и третий квантиль, минимальное и максимальное значения. Доля ошибки = |(Vпрот - Vрасч) / Vпрот|, где Vпрот - объем опухоли, вычисленный способом, взятым за прототип, Vрасч - объем, посчитанный обозначенным на оси абсцисс способом. Объему, рассчитанному при помощи прототипа, соответствует «0» оси ординат. Видно, что патентуемый способ (3 ДВИ) показывает наилучшую точность по сравнению с остальными, медиана доли ошибки составляет 0,04, не выявляется статистически значимое отличие от подсчета с использованием каждого второго среза на ДВИ, p-значение <0,05 по критерию Вилкоксона. Сами рассчитанные объемы на Т2ВИ и ДВИ статистически значимо не отличались, p-значение >0,2 по критерию Вилкоксона.

Пример 1. Пациентка П., 35 лет, поступила на обследование с первично диагностированным гистологически подтвержденным раком шейки матки. Результат измерения объема опухоли способом, взятым за прототип - 89,72 см³, предложенным способом - 92,11 см³. Таким образом, доля ошибки для предложенного способа - 0,03. Времена измерения составили для способа, взятого за прототип - 35 минут, для способа приближения эллипсоидом - 10 минут, для предложенного способа - 13 минут.

Пример 2. Пациентка А., 49 лет, поступила на обследование с первично диагностированным гистологически подтвержденным раком шейки матки. Результат измерения объема опухоли способом, взятым за прототип - 37,56 см³, предложенным способом - 36,85 см³. Таким образом, доля ошибки для способа, для предложенного способа - 0,02. Времена измерения составили для способа, взятого за прототип - 40 минут, для способа приближения эллипсоидом - 10 минут, для предложенного способа - 15 минут.

Пример 3. Пациентка А., 36 лет, поступила на обследование с первично диагностированным гистологически подтвержденным раком шейки матки. Результат измерения объема опухоли способом, взятым за прототип - 54,52 см³, предложенным способом - 56,5 см³. Таким образом, доля ошибки для способа приближения эллипсоидом по сравнению с прототипом - 0,17, для предложенного способа - 0,04. Времена измерения составили для способа, взятого за прототип - 30 минут, для способа приближения эллипсоидом - 10 минут, для предложенного способа - 10 минут.

Представленные данные свидетельствуют о том, что доля ошибки по сравнению с принятым за ноль прототипом - 0,04, затраты времени при этом уменьшаются втрое, пропорционально числу взятых срезов.