Обоснование нового подхода к дифференциальной диагностике и лечению больных новообразованиями орбиты

Актуальность проблемы.

Диагностика и лечение заболеваний орбиты — один из наиболее сложных разделов офтальмологии из-за многообразия патологических процессов, развивающихся в полости орбиты: опухолевых, сосудистых, эндокринных [1,3, 16].

Опухоли орбиты, независимо от генеза, представляющие угрозу для глаза и приводящие к инвалидизации больного, составляют 25−27% новообразований органа зрения и до 90% всех патологических процессов орбиты [2, 19, 85, 119].

Анатомо-топографические особенности орбиты, многообразие ее тканевых компонентов способствуют значительному полиморфизму новообразований. В полости орбиты встречается около 46 разновидностей новообразований. Доброкачественные опухоли составляют до 75%-80% [28,104,135,221], доминируют новообразования сосудистого генеза [291,300]. В литературе нет точных данных о структуре первичных опухолей в связи с отсутствием четкого разделения первичных, вторичных и метастатических новообразований [229,281].

Клиническая диагностика первичных опухолей орбиты значительно затруднена, так как обилие сходных клинических признаков различных по своему строению опухолей объединяется в симптомокомплекс одностороннего экзофтальма [30].

Высокоинформативные методы исследования УЗИ, КТ, МРТ обеспечивают дифференциальную диагностику различных заболеваний орбиты. Однако особую сложность в диагностике первичных опухолей орбиты, представляет идентификация ложных и злокачественных новообразований, что диктует необходимость разработки новых методов диагностики [2,30,225].

Опухоли орбиты ставят перед клиницистами сложные задачи не только на этапе диагностики, но и лечения [28,30,35,215,303].

Основным методом лечения опухолей орбиты является хирургический, применяемый как самостоятельно, так и в сочетании с лучевой и химиотерапией. Оперативные вмешательства на орбите дают высокий процент послеоперационных осложнений — до 20% [250,243,259,2801], что связано с невозможностью в ходе операции визуально контролировать объемный очаг, а также опасностью повреждения зрительного нерва, глазодвигательных мышц, магистральных сосудов.

Разработка принципов индивидуального планирования орбитотомий возможна при дооперационном определении характера опухоли, топографии патологического очага в орбите, выбора способа орбитотомии с учетом возможных послеоперационных осложнений, однако, до настоящего времени нет единого мнения о необходимом объеме обследований, не разработаны способы прогнозирования рецидивов и послеоперационных осложнений.

Индивидуальное планирование орбитотомии при хирургическом лечении больных опухолями орбиты позволит избежать имеющихся недостатков [169].

Такой подход объясняет необходимость комплексного изучения клинических проявлений опухолей орбиты, диагностических возможностей инструментальных методов исследования и лабораторных тестов, отражающих общее состояние организма, и ставит перед клиницистами задачу правильной интерпретации полученных данных.

Для сопоставления разнородных клинических, инструментальных, лабораторных тестов и выявления существующих между ними закономерностей необходимо применение новых информационных вычислительных технологий. Использование аппарата нечетких множеств, электронно-вычислительных машин [2,3,119] обеспечило раннюю диагностику псевдотумора и злокачественных опухолей, но трудоемкая предварительная обработка показателей ограничила применение указанных методов в клинической практике.

В последние десятилетия получили распространение искусственные нейронные сети (ИНС). Под нейронными сетями подразумеваются вычислительные структуры, моделирующие простые биологические процессы, которые ассоциируются с процессами, происходящими в головном мозгу. Они представляют собой распределенные и параллельные системы, способные к адаптивному обучению путем анализа положительных и отрицательных воздействий.

Первые опыты применения нейронных сетей в медицине свидетельствуют о перспективности данных технологий в диагностике и выборе метода лечения сердечно-сосудистых заболеваний, прогнозировании действия медикаментов, генетическом и биохимическом анализах, разработана новая медицинская нейроинформационная технология дистанционной диагностики ПОУГ, новый метод интерпретации реограмму больных глаукомой, способ прогнозирования цилиохориоидальной отслойки при хирургическом лечении ПОУГ [46,84,95].

С началом применения нейроалгоритмов актуальная проблема ранней диагностики новообразований получила новое осмысление. Доказана возможность использования нейронных сетей в обработке онкологических данных, систематизации и классификации больных с онкопатологией по степени тяжести заболевания, разработаны новые и усовершенствованы старые методы диагностики [59,114,296], что доказывает необходимость использования указанных технологий в дифференциальной диагностике и прогнозировании клинического течения опухолей орбиты.

Существующие оценки результатов хирургического лечения опухолей орбиты не лишены субъективизма, так как не всегда возможно точно определить исходную остроту зрения, развитие рецидивов, что обуславливает необходимость разработки объективных методов оценки эффективности лечения. Анализ литературы показал, что параметры качества жизни являются объективной оценкой состояния больного и могут быть использованы для определения эффективности лечения [72, 55, 66].

Все вышеизложенное имеет особую актуальность в республике Казахстан, где четко налаженная система оказания высокоспециализированной медицинской помощи населению претерпела значительные изменения из-за изменившихся социально-экономических условий, при этом большое значение приобрел фактор отдаленности специализированных офтальмологических центров, определяющий несвоевременность диагностики сложной офтальмопатологии, к которой относятся новообразования орбиты, позднее лечение.

Таким образом, дальнейшее изучение особенностей клинического течения опухолей орбиты с использованием современных методов инструментальной и лабораторной диагностики, а также новых информационных технологий — ИНС — является своевременным, позволяющим решить важную народно-хозяйственную задачу.

Цель:

Повышение эффективности хирургического лечения больных опухолями орбиты на основании нейросетевого определения основных видов новообразований орбиты, прогнозирования послеоперационных осложнений и рецидивов заболевания.

Задачи исследования.

1. Изучить частоту, структуру первичных опухолей орбиты и выявить факторы риска их развития в Республике Казахстан.

2. Определить значимость клинических, биохимических, инструментальных параметров в дифференциальной диагностике опухолей орбиты.

3. Изучить и выявить, используя ИНС, наиболее значимые признаки опухолей орбиты в целях их ранней дифференциальной диагностики.

4. Разработать способы прогнозирования послеоперационных осложнений и рецидивов опухолей орбиты на основе нейросетевого анализа их клинических, лабораторных и инструментальных характеристик.

5. Обосновать оптимальную тактику и определить параметры объективной оценки эффективности хирургического лечения больных с опухолями орбиты.

Научная новизна исследования.

Впервые установленные закономерности частоты, структуры, распространения опухолей орбиты в Казахстане позволили определить их особенности в зависимости от пола, места проживания, возраста, хронических неинфекционных заболеваний организма, что нацеливает на необходимость дальнейшего совершенствования методов своевременной диагностики новообразований орбиты.

Разработан новый метод дифференциальной диагностики опухолей орбиты путем оценки изменений ПКК при доброкачественных, ложных, злокачественных новообразованиях (предпатент РК № 9059 от 15.07.1999 г.).

Разработан новый метод дифференциальной диагностики опухолей орбиты на основе качественной оценки совокупности клинических проявлений заболевания, интегральных гематологических показателей, общего состояния организма искусственными нейронными сетями (приоритет на изобретение № 2002/14 981).

Впервые в Казахстане разработан новый способ прогнозирования развития послеоперационных осложнений, рецидивов опухолей орбиты путем оценки их клинико-лабораторных характеристик ИНС (рац. предложения №№ 004, 005 от 10.12.03 .).

Предложенный алгоритм планирования орбитотомий при хирургическом лечении больных опухолями орбиты способствует значительному снижению числа послеоперационных осложнений и рецидивов новообразований.

Разработан способ объективной оценки хирургического лечения больных опухолями орбиты путем определения показателей КЖ (рац.предлождение № 0.03 от 2003 г.), выраженных в баллах.

Практическая значимость работы.

Изучение частоты опухолей орбиты в Казахстане и полученные сведения о территориальных особенностях распространения позволит определить оптимальные пути для своевременного их выявления и определения оптимальной тактики медицинской помощи данной категории больных.

Разработанные методы дифференциальной диагностики и прогнозирования клинического течения опухолей орбиты позволяют снизить число осложнений и рецидивов после хирургического лечения.

На основании анализа ИНС клинических, лабораторных, инструментальных параметров определен объем обследования больных с подозрением на новообразования орбиты на разных этапах оказания офтальмологической помощи населению Республики Казахстан.

Магнитно-резонансную томографию следует использовать для определения локализации новообразования относительно хирургических пространств орбиты, что повышает эффективность хирургического лечения.

Предложен комплекс клинических, биохимических показателей, инструментальных методов обследования, необходимых для оптимизации планирования операций больным новообразованиями орбиты.

Предложен способ оценки эффективности хирургического лечения больных опухолями орбиты на основе определения показателей КЖ, выраженных в баллах.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Частота, распространение опухолей орбиты на территории Казахстана имеет свои особенности и зависит от возраста, пола больных, места проживания и других факторов.

2. Однотипность клинических проявлений опухолей орбиты, ограниченные возможности компьютерной и магнитно-резонансной томографии в идентификации первичных новообразований, особенно ложных и злокачественных, затрудняют своевременную диагностику и проведение адекватного лечения.

3. Опухоли орбиты, помимо локальных изменений полости орбиты, выявляемых компьютерной и магнитно-резонансной томографией, сопровождаются метаболическими сдвигами, касающимися белков сыворотки и лейкоцитарной формулы крови.

4. Особенности клинических, лабораторных, инструментальных характеристик опухолей орбиты, выявленные с помощью искусственных нейронных сетей, способствуют повышению точности дифференциальной их диагностики, при этом многослойные ИНС обладают значительными преимуществами в идентификации основных опухолей орбиты по сравнению с полносвязными нейронными сетями.

5. Прогнозирование клинического течения опухолей орбиты, основанное на нейросетевом анализе клинических симптомов заболевания, интегральных гематологических показателей и данных общего состояния организма, проводимое до операции, обеспечивает возможность выбора оптимального варианта орбитотомии, что способствует повышению эффективности хирургического лечения, сокращению времени восстановительного периода.

6. Показатели качества жизни, выраженные в баллах, являются объективным критерием оценки эффективности хирургического лечения больных опухолями орбиты.

Реализация результатов исследования.

Результаты работы внедрены в практическую деятельность глазных отделений Павлодарской, Жамбылской, Южно-Казахстанской, Западно-Казахстанской, Карагандинской, Кызылординской областей, в глазном отделении клинической больницы г. Астаны, Национального госпиталя Киргизии г. Бишкека, используются в учебном процессе Государственной педиатрической медицинской академии г. Санкт-Петербурга, на семинарах и тематических циклах в Казахском научно-исследовательском институте глазных болезней.

Апробация работы.

Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на VIII-IX Всероссийских семинарах «Нейроинформатика и ее приложение», г. Красноярск-2000; 2001 гг.- Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям, С-Петербург, 2001 г.- III Всероссийской научно-технической конференции, Москва, 2001 г.- III Международной конференции «ИКИ», Барнаул, 2002 г.- VI Международной научной конференции «Здоровье семьи — XXI век», Пермь (Россия) — Дубай (ОАЭ) 2002 г.- Центрально-Азиатской конференции по офтальмологии, Бишкек, 2002 г.- Международной конференции по офтальмологии, посвященной 70-летию КазНИИ глазных болезней, 2003 г.- заседаниях Ученого совета КазНИИ глазных болезней, 2000, 2001, 2003 г. г.

Публикации по теме диссертации.

По теме диссертации опубликована 51 работа, получено 3 предпатента РК, приоритет на изобретение, 3 рационализаторских предложения, изданы методические рекомендации: «Выявление и диспансерное наблюдение больных офтальмоонкопатологией».- Алматы, 1996 г.- «Клинико-томографические характеристики опухолей орбиты» — Алматы, 1999 г.- «Нейросетевая система диагностики новообразований орбиты" — Алматы, 2000 г.- «Хирургическое лечение больных опухолями орбиты» — Алматы, 2003 г.- монография «Компьютерная и магнитно-резонансная томография орбит» — Алматы, 2001 г.

Структура диссертации.

Диссертационное исследование изложено на 211 страницах компьютерного набора, состоит из введения, 6 глав результатов собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы из 342 источников, среди которых русскоязычных — 200 и иностранных — 142. Работа иллюстрирована 26 таблицами и 31 рисунками.

ВЫВОДЫ.

1. На основании изучения частоты и распространенности установлено, что опухоли орбиты составляют 21,8% всех новообразований органа зрения и 80,1% заболеваний орбитычаще встречаются в южном регионе республики (42,50%). Риск развития опухоли орбиты больше у жителей города, женщин, при воздействии черепно-мозговых травм, простудных заболеваний и сопутствующей общей патологии организма (хронические воспалительные процессы, сердечно-сосудистые заболевания, поражения желудочно-кишечного тракта).

2. Развитие опухолей орбиты характеризуется наличием клинических однотипных симптомов, нарушением белкового спектра сыворотки крови, больше выраженном при ложных опухолях, снижением уровня тиоловых соединений и повышением пептидно-катаболического коэффициента при злокачественных опухолях, развитием эндогенной интоксикации на фоне нарушений микромакрофагальной системы, выявленных при всех видах новообразований. Исследования указанных параметров являются дополнительными диагностическими тестами.

3. Компьютерная и магнитно-резонансная томографии эффективны в определении объемных поражений орбиты (91,5−95,8%), но в дифференциальной диагностике доброкачественных, ложных, злокачественных опухолей, а также в определении морфологического типа новообразований диагностическая значимость этих методов значительно снижается: 52,2−53,2%.

4. Нейросетевой анализ клинических симптомов новообразований, биохимических нарушений, происходящих при этом в организме больного, способствует дооперационной диагностике доброкачественных, ложных, злокачественных опухолей, в зависимости от архитектуры ИНС в 68,9−86,7%. Точная дифференциальная диагностика ложных и злокачественных новообразований при использовании многослойных ИНС достигает 100%.

5. Наиболее значимыми признаками для дифференциальной диагностики опухолей орбиты, выявленными при нейросетевом анализе, являются острота зрения, степень экзофтальма, смещение глазного яблока, характер репозиции, нарушение функций глазодвигательных мышц, изменения тканей периорбиты, степень подвижности и эластичности образования, локализация процесса, рецидив, длительность заболевания.

6. Анализ клинических, лабораторных, инструментальных характеристик ИНС больных опухолями орбиты с послеоперационными осложнениями, а также с рецидивами заболеваний позволил определить прогноз клинического течения процесса в 79,8 — 91,3% случаев, на основе последнего разработаны способы прогнозирования развития рецидивов и послеоперационных осложнений.

7. Разработан алгоритм планирования операций при хирургическом лечении больных опухолями орбиты, включающий: определение вида опухоли с помощью ИНСуточнение локализации опухоли в полости орбиты на основании МРТ, прогнозирование послеоперационных осложнений и рецидивов новообразования ИНС и выбор вида оперативного вмешательства. Указанная тактика лечения больных позволила уменьшить число послеоперационных осложнений и рецидивов в 3−6 раз.

8. Изучение параметров качества жизни больных опухолями орбиты выявило их зависимость от вида опухолей, длительности процесса, половой принадлежности больногоповышение уровня показателей качества жизни больных после оперативного вмешательства является объективной оценкой эффективности лечения.

Практические рекомендации.

1. При проведении профилактических осмотров и обследовании больных с подозрением на новообразования орбиты необходимо учитывать факторы риска их развития: среда проживания, пол, возраст, травмы, простудные и общие хронические заболевания.

2. Для дифференциальной диагностики новообразований орбиты в процессе подготовки больных к оперативным вмешательствам рекомендуется, помимо офтальмологического обследования, исследовать спектрограмму белков сыворотки крови, пептидно-катаболический коэффициент, тиоловые соединения, интегральные гематологические показатели.

3. Рекомендуется к применению в практике анализ ИНС результатов офтальмологического обследования, инструментальных и гематологических показателей, что позволяет провести идентификацию основных видов опухолей орбиты и прогнозировать развитие послеоперационных осложнений и рецидивов заболевания.

4. Для определения локализации процесса относительно хирургических пространств орбиты рекомендуется проводить МРТ в трех проекциях.

5. Для объективной оценки эффективности хирургического лечения больным опухолями орбиты необходимо определять КЖ.