Результат интеллектуальной деятельности: Способ скрининга рака легкого с помощью ультранизкодозной компьютерной томографии у пациентов с массой тела до 69 кг

Изобретение относится к области медицины, в частности к рентгенологии, онкологии и пульмонологии, и может быть использован как скрининговый метод рака легкого в качестве профилактического рентгеновского исследования.

Рак легкого (РЛ) является главной причиной смерти онкологических больных в мире. Ежегодно регистрируется более 2 миллиона случаев РЛ, при этом погибает от него более 1,7 миллиона человек [Global Burden of Disease Cancer Collaboration, Fitzmaurice C, et al. Global, Regional, and National Cancer Incidence, Mortality, Years of Life Lost, Years Lived With Disability, and Disability-Adjusted Life-years for 32 Cancer Groups, 1990 to 2015. JAMA Oncology, 2016].

Большинство больных РЛ поступают в онкологические стационары в III-IV стадиях, когда уже имеются регионарные или отдаленные метастазы, и проводимое специальное лечение недостаточно эффективно. Пятилетняя выживаемость напрямую зависит от стадии заболевания, составляя при IA стадии более 80%, а при IV - 6% [Goldstraw P. et al. The IASLC Lung Cancer Staging Project: Proposals for Revision of the TNM Stage Groupings in the Forthcoming (Eighth) Edition of the TNM Classification for Lung Cancer. Journal of Thoracic Oncology 2016; 11: 39-51]. Столь неблагоприятный прогноз во многом может быть связан с неудовлетворительными результатами ранней диагностики РЛ. Удельный вес больных с запущенным опухолевым процессом (IV стадия) от числа больных с впервые в жизни установленным диагнозом злокачественного новообразования в России в 2017 г. составил 40,8% от общего числа диагностированных случаев [Под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, Г.В. Петровой Состояние онкологической помощи населению России в 2017 году. Филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» - М.: МНИОИ им. П.А. Герцена - илл. - 236 с. - Минздрава России, 2018].

Из уровня техники известен ряд аналогов заявляемого технического решения. Одним из аналогов заявляемого технического решения для проведения скрининга РЛ является диагностическая процедура посредством компьютерной томографии (КТ), выполненная по стандартному протоколу (рекомендованному производителем) [Рекомендации Американской ассоциации медицинских физиков, American Association of Physicists in Medicine, AAPM Adult Routine Chest CT Protocols Version 2.1 5/4/2016]. Преимуществом данной группы методов является высокое качество получаемого изображения. Тем не менее согласно данным рекомендациям для всех производителей компьютерно-томографический индекс дозы (CTDI) для пациентов весом до 69 кг составляет 4-10 мГр. Такой диапазон CTDI приводит к высокой дозе лучевой нагрузки (более 1 мЗв), что является недостатком аналога. Согласно данным Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ/ICRP) каждое увеличение дозы лучевой нагрузки на 1 мЗв может повысить риск развития рака на 0,005% [Boyd MA. U.S. radiation protection: role of national and international recommendations and opportunities for collaboration (harmony, not dissonance). Health Phys. 2015 Feb; 108(2):278-82]. На территории Российской Федерации действуют СанПин 2.6.1.1192-03: «Для практически здоровых лиц годовая эффективная доза при проведении профилактических медицинских рентгенологических процедур и научных исследований не должна превышать 1 мЗв» [Санитарные правила и нормы «Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских аппаратов и проведению рентгенологических исследований. СанПиН 2.6.1.1192-03», утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 14 февраля 2003 года, с 1 мая 2003 года]. Таким образом, КТ органов грудной полости по стандартному протоколу невозможно проводить в рамках скрининговых программ на территории РФ.

Другим аналогом заявленного технического решения является диагностическая процедура посредством КТ, выполненная по низкодозовому протоколу (НДКТ) [Campbell J. et al. Scanning beyond anatomic limits of the thorax in chest CT: findings, radiation dose, and automatic tube current modulation. AJR Am J Roentgenol2005; 185:1525-30. 10.2214/AJR.04.1512; Kalra M.K., et al. Techniques and applications of automatic tube current modulation for CT. Radiology 2004; 233:649-57. 10.1148/radiol.2333031150]. Указанный аналог применялся в Национальном исследовании скрининга рака легкого в Америке (National Lung Screening Trial, NLST) [Team TNLSTR. Reduced Lung Cancer Mortality with Low-Dose Computed Tomographic Screening. 2011; 1-15]. Преимуществами аналога являются высокая чувствительность и специфичность по результатам исследования NLST (93,8% и 73,4% соответственно). Аналог имеет несколько ограничений: протокол сканирования, который используется в данном исследовании, не изменяется в зависимости от веса пациента, а доза лучевой нагрузки на пациента составляет не менее 1,5 мЗв. Снижение дозы лучевой нагрузки достигается в данном аналоге путем повышения напряжения на трубке (120-140 кВ), снижения силы тока в трубке или уменьшения длины сканирования. Недостатком данного метода является невозможность использования его на территории РФ, поскольку на территории РФ действуют СанПин 2.6.1.1192-03.

Известен метод НДКТ, который использовался в другом крупном национальном исследовании по скринингу рака легкого The Dutch-Belgian Randomized Lung Cancer Screening Trial (Dutch acronym: NELSON study) [Ying Ru Zhao et al. NELSON lung cancer screening study Cancer Imaging (2011) 11, S79S84 DOI: 10.1102/1470-7330.2011.9020]. В зависимости от веса пациента (<50 кг, 50-80 кг и >80 кг) были предложены 3 протокола с напряжением на трубке 80-90 кВ, 120 кВ и 140 кВ соответственно. Однако согласно данным исследования Sarah Catherine Walpole с соавт. средний вес человека в Мире составляет 62 кг [Walpole et al.: The weight of nations: an estimation of adult human biomass. BMC Public Health 2012 12:439 doi:10.1186/1471-2458-12-439]. В соответствии с предложенным протоколом аналога пациенту с массой тела 62 кг будет проведено исследование НДКТ с напряжением на трубке (kv) 120 кВ и компьютерно-томографическим индексом дозы (CTDI) 1,6 мГр. Данная доза недопустима в РФ, поскольку на территории РФ действуют СанПин 2.6.1.1192-03, ограничивающие для практически здоровых лиц годовую эффективную дозу до 1 мЗв [Санитарные правила и нормы "Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских аппаратов и проведению рентгенологических исследований. СанПиН 2.6.1.1192-03", утвержденные Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 14 февраля 2003 года, с 1 мая 2003 года]. В нашем изобретении предложен протокол с CTDI равным 0,8 мГр для пациентов с массой тела на 20 кг больше по сравнению с аналогом (CTDI снижен в 2 раза по сравнению с описанным аналогом).

Прототипом заявленного технического решения является диагностическая процедура посредством компьютерной томографии (КТ), выполненная по низкодозному протоколу (НДКТ), рекомендованному Американской ассоциацией медицинских физиков, ААРМ [Association of Physicists in Medicine Lung Cancer Screening CT Protocols Version 4.0 2/23/16]. В зависимости от веса пациента (50-70 кг; 70-90 кг; 90-120 кг) диагностическую процедуру посредством КТ проводят по протоколам прототипа со значениями CTDI 0.25-2.8 мГр; 0.5-4.3 мГр; 1.0-5.6 мГр соответственно. Преимуществом данного прототипа является низкая эффективная доза лучевой нагрузки при одной процедуре (до 1 мЗв для «среднестатистического» пациента весом 70 кг). Получаемое качество при низкой эффективной дозе достигается благодаря наличию алгоритмов итеративных реконструкций для аппаратов любого производителя. Недостаток прототипа заключается в том, что алгоритмы итеративных реконструкций появились на рынке только с 2008-2010 года (для разных производителей), когда уже были доступны компьютерные томографы свыше 64-х срезов [Geyer L.L. et al. State of the Art: Iterative CT Reconstruction Techniques. Radiology. 2015 Aug; 276(2):339-57. doi: 10.1148/radiol.2015132766]. Это обуславливает наличие во всех странах парка компьютерных томографов без итеративных реконструкций, на которых невозможно применять вышеописанный прототип.

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в снижении дозы лучевой нагрузки на пациента до уровня, разрешенного на территории РФ, для использования ультранизкодозной компьютерной томографии (УНДКТ) органов грудной полости в программе скрининга рака легкого.

Раскрытие изобретения

Технический результат состоит в уменьшении дозы облучения пациента и достигается за снег следующих существенных признаков заявляемого способа.

Известные из уровня техники способы скрининг-диагностики рака легкого с помощью компьютерной томографии содержат следующие основные этапы:

- проведение сканирования при положении пациента на спине с отведенными к голове руками;

- проведение сканирования при задержке дыхания на глубине вдоха;

При этом устанавливают стандартный фильтр для исследования легких.

Протяженность сканирования устанавливают от верхушек легких до легочных синусов.

Отличительные существенные признаки, характеризующие заявляемый способ, состоят в следующем:

- напряжение на трубке (kv) повышают по сравнению со стандартом от 120 кВ до 135 кВ;

- сила тока на трубке (mA) понижается до 15 мА;

- скорость ротации трубки (Time rotation) устанавливают 0,50 сек;

- компьютерно-томографический индекс дозы (CTDI) устанавливается 0,80 мГр.

При использовании процедуры скрининга с помощью КТ устанавливают следующие параметры аппарата:

- компьютерный томограф с одним источником излучения;

- система детекции: детектор с количеством элементов от 64 и более;

- стандарты реконструкций для всех результатов сканирования:

Вместо традиционного фильтра для исследования легких может использоваться фильтр (Kernel) FC81 или FC07;

В предпочтительном варианте осуществления изобретения используются следующие параметры аппаратуры для скрининга:

толщину среза реконструкции устанавливают на значении 1 мм;

шаг между срезами реконструкции 0,5 мм;

измерения производят в «легочном окне».

В предпочтительном варианте осуществления изобретения протяженность сканирования находится в пределах 360 мм (от верхушки легкого до легочных синусов, определяемых по томограмме).

В этом случае полученная суммарная доза лучевой нагрузки при использовании заявляемого технического решения не превысит 0,6 мЗв.

Пациенты включаются в группу скрининга по следующей совокупности критериев:

1. Возраст от 55 до 75 лет (55 лет - 74 года и 364 дня)

2. Анамнез курения более 30 пачка-лет (не менее 1 пачки в день в течение 30 лет или 2 пачек в день в течение 15 лет и т.д.)

3. Курящие в настоящий момент или бросившие курить менее 15 лет назад

4. Возможность перенести исследование (УНДКТ).

5. Отсутствие медицинских и прочих состояний, которые бы могли влиять на качество выполняемых снимков (металлические имплантаты и прочее)

Пациенты исключаются из группы скрининга по следующим критериям:

1. Наличие опухолевого заболевания в анамнезе, выявленного менее 5 лет назад, за исключение рака кожи, рака шейки матки in situ

2. Отсутствие выраженной патологии сердечно-сосудистой, иммунной, дыхательной, или эндокринной системы, а также ожидаемый срок жизни менее 5 лет.

3. Рак легкого и/или операции на легком в анамнезе (не считая чрезкожной биопсии легкого).

4. Острое заболевание дыхательной системы, лечение антибиотиками за последние 12 недель.

5. Возможные симптомы, такие так кровохарканье или потеря веса более 10 кг за последний год.

6. Выполнение КТ исследования органов грудной клетки в течение последних 18 месяцев.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Пациент Б., 60 лет, прошел исследование У НДКТ в рамках скрининговой программы рака легкого. На настоящий момент не курит, бросил курить 2 года назад. Ранее курил на протяжении 23 лет по 2 пачки в день (стаж курения 46 пачка-лет). Пациент проходил исследование 17.11.17. На момент исследования жалоб не предъявлял. При исследовании в 8 сегменте левого легкого перифиссурально выявлен солидный узел размером 8,5 мм (см. Фиг. 1а). По классификации Lung-RADS определена категория 4А (подозрительный на злокачественные изменения) и назначена повторная УНДКТ через 3 месяца. При повторном исследовании 20.02.2018 отмечена положительная динамика, узел значительно уменьшился в размерах (см. Фиг. 1б). Наиболее вероятно узел соответствует перифиссуральному лимфатическому узлу.

Использование предложенного способа УНДКТ позволило отказаться от проведения дорогостоящих методов диагностики и инвазивных процедур после первого исследования. Суммарно за 2 исследования эффективная доза лучевой нагрузки составила 1,2 мЗв (сопоставимо с природным облучением, полученным за 6 месяцев).

Для сравнения представлено изображение КТ органов грудной полости в аксиальном сечении, выполненное по стандартному протоколу (рекомендованному производителем) (см. Фиг. 2). Эффективная доза лучевой нагрузки за одно исследование составила 8,5 мЗв.

Пример 1 демонстрирует диагностическую и экономическую эффективность предлагаемого изобретения в скрининге рака легкого.

Пример 2.

Пациент Ш., 72 лет, прошел исследование УНДКТ в рамках скрининговой программы рака легкого. Курит на протяжении 40 лет по 1 пачке в день (стаж курения 40 пачка-лет). На момент исследования жалоб не предъявлял. При исследовании в 4 сегменте правого легкого в прикорневых отделах вдоль сосудистой ветви выявлен солидный узел размером до 15 мм (см. Фиг. 3). Сегментарный бронх обрывается на уровне образования. В соответствии с классификацией Lung-RADS определена категория 4Х (подозрителен на злокачественные изменения, риск малигнизации более 15%, имеются дополнительные находки, которые увеличивают подозрение на злокачественный процесс). Пациент направлен на позитронно-эмиссионную томографию, совмещенную с компьютерной томографией (ПЭТ/КТ). Отдаленных метастазов не выявлено. Затем при фибробронхоскопии с дальнейшей морфологической верификацией подтвержден диагноз аденокарциномы правого легкого. Пациент готовится к оперативному вмешательству.

Использование предложенного способа УНДКТ позволило выявить патологический узел на ранней стадии и своевременно отправить пациента к онкологу.

Хотя настоящее изобретение описано на примере конкретных вариантов ее осуществления, для специалистов будут ясны возможности многочисленных модификаций данного изобретения, не выходящие за границы объема его правовой охраны, определяемого прилагаемой формулой.