VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Трудности дифференциальной диагностики заболеваний, сопровождающихся диссеминированным поражением легких (ДПЛ), общеизвестны и носят междисциплинарный характер[1,2,3,4]. Группа диссеминированных поражений формируется за счет часто встречающихся заболеваний, таких как диссеминированный туберкулез, саркоидоз, канцероматоз, альвеолиты и более редких нозологий – альвеолярный протеиноз, гистиоцитоз Х, лейомиоматоз. Пациенты с выявленным ДПЛ направляются к различным специалистам: пульмонологам, онкологам, терапевтам, в зависимости от наиболее вероятного клинико-рентгенологического диагноза. Доля диагностических ошибок у данной категории пациентов составляет от 30-40% и может достигать 80% [5,6]. Тактика ведения таких пациентов остается дискуссионной, не разработан единый алгоритм обследования [4,7]. На сегодня это представляет медико-социальную проблему, которая требует новых подходов и технических решений при проведении бронхоскопии.

Бронхоскопия – это диагностическое исследование для непосредственного осмотра и оценки состояния слизистых трахеи и бронхов. Выполняется с помощью гибких эндоскопов, которые вводятся в просвет трахеи и бронхов. Бронхоскопию проводят для диагностики заболеваний дыхательных путей, а также для обнаружения нагноений, опухолей, туберкулеза и различных аномалий развития легких [8,9]. В лечебных же целях проводят удаление мокроты, различных новообразований или инородных тел.

Важной частью диагностической бронхоскопии является биопсия. Ее целью, как и целью бронхоскопии в общем, является морфологическая верификация различных процессов в трахее, бронхах и легочной ткани. Результаты исследований, полученных при ТББЛ (трансбронхиальной биопсии легких) биоптатов легочной ткани, позволяют подтвердить диагноз морфологически в 92%-42% - в зависимости от нозологии.

Существует три типа биопсии:

1. биопсия слизистой оболочки под визуальным контролем;

2. прицельная биопсия периферических образований легких под ренгенологическим контролем;

3. трансбронхиальная биопсия легочной ткани.

Проблема современной бронхоскопии – отсутствие «наружного» обзора бронхиального дерева. Бронхоскоп позволяет свободно путешествовать по большинству ответвлений вплоть до нижних долей легких, однако, при этом невозможно увидеть плотные образования, расположенные вне бронхиального дерева. Хирургу приходится просматривать сотни снимков компьютерного томографа (КТ), чтобы, имея немалый опыт и объемное воображение, попытаться представить трехмерную картину.

Этапы работы хирурга по традиционной технологии:

1. просмотр 2D изображений КТ, совместно с рентгенологом с целью выбора наиболее подходящего места для забора материала во время биопсии;

2. предварительный расчет пути до образования. В этом случае никаких математических вычислений не делается, хирург все делает «на глаз»;

3. во время процедуры при достижении нужной ветви хирург вводит биопсийную иглу практически вслепую.

Каждый этап данного алгоритма имеет большое количество проблем, наложение которых приводит к получению неинформативного материала [10,11].

Была поставлена задача показать хирургу объемное изображение патологии и бронхиального дерева, т.е. построить 3D модель вмешательства. Кроме этого требовалось рассчитать путь бронхоскопа до образования и смоделировать его работу. Такого рода симулятор очень полезен на этапе планирования ТББЛ или для обучения специалистов.

Для решения поставленной задачи использована среда визуального программирования MeVisLab [12]. Кроме основных функций по обработке медицинских изображений, данное ПО включает передовые алгоритмы медицинской визуализации для сегментации, регистрации и количественного анализа изображений.

Программа работает с данными медицинского формата DICOM, которые получают при сканировании пациента на компьютерном томографе (обязательная процедура для легочных больных). КТ-данные загружаются в программу для построения трехмерной реконструкции всего тела, отдельной его части или органа[13,14,15]. Первый этап – подготовка, который заключается в преобразовании отдельных DICOM-срезов пациента в один общий файл. Можно сказать, что уже на этом этапе уже имеем полную 3D-модель пациента.

Второй этап - выделение бронхиального дерева. Здесь необходимо достаточно точно выставить коэффициенты, чтобы выделить только ту часть бронхов, по которым способен продвигаться бронхоскоп. К тому же, если сегментировать все бронхи, будет трудно что-либо рассмотреть. Чтобы построить только ту часть бронхиального дерева, которая действительно необходима, мы ставим маркер не в легкое, а в трахею. Поскольку MeVisLab выделяет воксели по яркости, используя, выставленные нами коэффициенты, это является самым удачным местом для маркера. В самих легких множество больших и мелких сосудов, при попадании в которые, мы не получим ожидаемого результата. К тому же трахея является самым широким «туннелем» для прохождения бронхоскопа.

Рисунок 1. Срез легких с выделенной трахеей.

Для получения полной картины необходимо выделить и добавить к модели плотное образование.

Здесь возможны две ситуации:

1. образование достаточно крупное, его хорошо видно и в него можно поставить маркер для сегментации;

2. диссеминированные образования в легком.

В первом случае, когда плотное образование достаточно велико, его достаточно просто выделить и соединить с бронхиальным деревом. Такую модель уже можно посмотреть со всех сторон, оценить будущую ситуацию, возможно, если опухолей несколько, выбрать наиболее «удобную».

Рисунок 2. Выделение плотного образования.

Можно добавить ареол легкого. Это позволит «успокоить» глаз, а также увидеть и при необходимости рассчитать расстояние от опухоли и до плевры. В данном случае изображение активно и его состояние благоприятно для различных манипуляций: вращение в нескольких плоскостях, можно отрезать от изображения лишнюю часть, чтобы рассмотреть тот или иной участок более детально.

Благодаря тому, что MeVisLab работает с яркостью точек, а на снимках КТ даже незначительные образования, радиус которых не превышает 1-2 миллиметра, имеют свое значение, то на общей картине их тоже можно различить. К примеру, как показано на рисунке 3, данные мелкие образования достаточно четко отображены и различимы (небольшие темные пятна эллипсоидной формы).

Следующий не менее значительный этап работы заключается в построении манипулятора, который будет являться имитацией проникновения бронхоскопа.

Рисунок 3. Общая картина: бронхиальное дерево, образование, ареол легких, манипулятор.

Следующий шаг - расчет углов изгиба бронхоскопа. Две плоскости – минимальное требуемое количество, необходимое для полной ориентации манипулятора в пространстве.

Рисунок 4. Расчет углов изгиба.

Заключительный этап - расчет длины «выхода» биопсийной иглы. Хирург выбирает место-ориентир в центре плотного образования, расстояние до которого необходимо вычислить. Достраивая завершающую часть манипулятора (фрагмент зеленого цвета), которая будет имитировать выход биопсийной иглы, подбираем ее длину.

В случае с диссеминированными образованиями, необходимо провести дополнительные построения, чтобы иметь на выходе многочисленные мелкие образования, среди которых выбрать скопления, наиболее удобные для проведения биопсии.

Рисунок 5. Диссеминация плотных образований.

Выводы

В ходе работы создан СИМУЛЯТОР выбора места забора материала при проведении трансбронхиальной биопсии легких при диссеминированных поражениях легких. С использованием данного симулятора проводилась фибробронхоскопия (ФБС) с прицельной трансбронхиальной биопсией легких (ТББЛ) из наиболее пораженного сегмента.

Этапы работы хирурга с использованием симулятора:

1. построение 3D модели;

2. выбор оптимального места для проведения биопсии;

3. предварительный расчет пути до образования (углы изгиба бронхоскопа и длина «выхода» биопсийной иглы).

Присланный на патологоанатомическое исследование фрагмент лёгкого разрезался на фрагменты не более 0,3см. Для выявления патологии в полученном материале применялись следующие окраски: гематоксилин и эозин, комбинированная окраска пикрофуксин по Ван-Гизону с резорцин-фуксином Вейгерта, по Цилю-Нильсену.

С использованием данного метода успешно получен материал у 4 пациентов. Результаты исследования полученных при ТББЛ биоптатов легочной ткани явились основой клинического диагноза у всех пациентов.

Таким образом, 3D модель позволила получить диагностически значимый материал у пациентов с ДПЛ. Необходимо дальнейшая работа в этом направлении, а именно проведения большего количества ТББЛ с использованием 3D симулятора и статистическая обработка полученного материал для более точных выводов. Однако уже сейчас можно сказать, что с точки зрения восприятия специалистом, объёмное интерактивное изображение значительно лучше иллюстрирует изучаемый объект и упрощает его оценку.

Мы полагаем, что с помощью данного СИМУЛЯТОРА практикующие врачи получат возможность использовать дополнительную информацию установления диагноза при ДПЛ на фоне терапии и без таковой.

Список литературы:

1. Илькович М.М., Кокосова А.Н. Интерстициальные заболевания легких. Руководство для врачей. 2005; 5.

2. Визель И.Ю. Характеристика больных с вновь выявленным гистологически верифицированным саркоидозом // Всероссийская конференция с международным участием «Актуальные проблемы в терапевтической практике». Сб. научн. трудов под ред. акад. В.Т.Ивашкина, Р.Г.Сайфутдинова, Н.Б.Амирова. — Казань, 2010г. — Вестник современной клинической медицины. 2010. — Том 3. — Приложение 1. — С. 35-36.

3. Потанин А.В., Потанин В.П., Визель А.А., Визель И.Ю. Инвазивная диагностика лёгочных лимфаденопатий и диссеминаций в условиях онкологического стационара // Сборник трудов конгресса. XX Национальный конгресс по болезням органов дыхания; Под ред. акад. А.Г.Чучалина. — М.: ДизайнПресс, 2010. — Реф. 373. — С.281.

4. «Интерстициальные заболевания легких: клинические рекомендации Британского торакального общества совместно с Торакальным обществом Австралии и Новой Зеландии и Ирландским торакальным обществом». Часть 1 А.У. Веллс, Н. Хирани. Пульмонология. 2009; 4: 11-57.

5. Шмелев Е.И. Дифференциальная диагностика диссеминированных заболеваний легких неопухолевой природы РМЖ. 2001; 9(21).

6. Визель А.А., Гурылёва М.Э. Потенциальные инфекционные триггеры при саркоидозе. Кмах. 2002; 4: 313–324. (http://www.antibiotic.ru/cmac/).

7. Raghu G, Egan JJ, Martinez FJ, Ancochea J, Behr J, Demosthenes B, Brown KK, Carvalho C, Collard HR, Cordier JF, Costabel U, du Bois R, Flaherty KR, Kim DS, King T Jr, Kondoh Y, Lasky JA, Richeldi L, Ryu JH, Selman M, Swigris JJ, Wells AU, Schünemann HJ, Hansell DM, Johkoh T, Lynch DA, Müller NL, Colby TV, Ebina M, Myers J, Nicholson AG, Dudden RF, Griss BS, Protzko SL. An official ATS/ERS/JRS/ALAT statement: idiopathic pulmonary fibrosis: evidence-based guidelines for diagnosis and management. Am J Respir Crit Care Med. 2011 Mar 15;183(6):788-824. doi: 10.1164/rccm.2009-040GL.

8. Shiv Saidha, MRCPI, Elias S Sotirhos, MD, Christopher Eckstein, MD. Etiology of sarcoidosis: does infection play a role? Yale journal of biology and medicine 85 (2012), pp. 133-141.

9. Isaac Browenell, Francisco Ramirez-Valle, Miguel Sanchez, Stephen Prystowsky. Evidence for mycobacteria in sarcoidosis. Nov;45(5):899-905, American journal of respiratory cell & molecular biology — id: 140521, year: 2011, vol: 45, page: 899, stat: Journal Article.

10. Y. Zbou, H.P. Li, Q.H. Li, H.Zbeng, R.X.Zbang, G.Cben, R.P.Baugbman. Differntiation of sarcoidosis from tuberculosis using real-time PCR assay for the detection and quantification of mycobacterium tuberculosis. Sarcoidosis vasculitis and diffuse lung diseases 2008; 25; 93-99.

11. Muhunthan Thillai, Christian Eberhardt, Alex M Lewin, Lee Potiphar, Suzie Hingley-Wilson, Saranya Sridhar, Jonathan Macintyre, Onn Min Kon, Melissa Wickremasinghe, Athol Wells, Mark E Weeks, Donald Mitchell, Ajit Lalvani Sarcoidosis and tuberculosis cytokine profiles: indistinguishable in bronchoalveolar lavage but different in blood. Department of Respiratory Medicine, National Heart and Lung Institute, Imperial College London, London, United Kingdom. PLoS ONE (Impact Factor: 3.73). 01/2012; 7(7):e38083. DOI:10.1371/journal.pone.0038083 Source: PubMed

12. MeVisLab [Электронный ресурс] Medical image processing and visualization. – Режим доступа: http://www.mevislab.de/ 23.12.2012

13. Маркина С.Э.,Памятных В.Е. О возможностях компьютерной визуализации медицинских данных в программе Mevilab// журнал "Успехи современного естествознания. – 2012. – № 6 – стр. 108-109

14. Маркина С.Э., Меньщикова T.А. Информационно-интеллектуальное средство поддержки процедуры уточнения диагноза // журнал "Успехи современного естествознания. – 2012. – № 6 – стр. 37

15. Fetita C, Preteux F, Grenier P. Three-dimensional reconstruction of the bronchial tree in volumetric computerized tomography: application to computerized tomography bronchography. // J Electron Imaging 15:023004-1-023004-17. 2006.

Код для цитирования: Скопировать