Д. ф-м. н. Лосев А.Г.¹, к. ф-м. н. Мазепа Е.А.¹, к.м.н. Замечник Т.В.², к.м.н.Ч.Н.Мустафин³

Волгоградский государственный университет (ВолГУ)¹, Волгоградский государственный медицинский университет (ВолгГМУ)²,Российская медицинская академия постдипломного образования (РМАПО)³

Повышение специфичности метода микроволновой радиотермометрии при обследовании молочных желез в режиме скрининга за счет выявления и анализа числовых функций, описывающих качественные признаки, характерные для заболеваний молочной железы.

Рак молочной железы (РМЖ) является одной из самых активно изучаемых болезней в мире. Благодаря достижениям последних десятилетий в понимании биологии болезни, а также кардинальным изменениям в подходах к её лечению, раннее выявление и адекватное лечение РМЖ теоретически представляется возможным уже в настоящее время. Однако фактические результаты весьма далеки от ожидаемых. Заболеваемость и смертность женщин от рака молочной железы в России, как и в большинстве развитых стран мира, имеет тенденцию к неуклонному росту, занимая с 1985 г. первое место среди злокачественных новообразований у женщин. Как показывает клинический опыт, размер опухоли до начала метастазирования или его минимальной вероятности должен быть не более 0,7 см, однако частота выявления опухолей до 1 см в диаметре рентгенологическими или ультразвуковыми методами по мировым данным составляет только 10-20% (1).

В настоящее время в клинику внедряется новое поколение медицинской аппаратуры, а также технологий и методик функциональной диагностики, основанных на динамическом картировании физических полей и излучений организма человека, получивших название «функциональной визуализации». Эти методы позволяют обнаружить ранние предвестники заболеваний, кроме того, эти методы неинвазивные и абсолютно безвредные как для врача, так и для пациента. Неинвазивный способ выявления температурных аномалий внутренних тканей, с помощью измерения их собственного электромагнитного излучения – комбинированная микроволновая радиотермометрия (ИК и РТМ-диагностика). По данным Центра Рентгенорадиологии РФ чувствительность микроволновой радиотермометрии для раков in-situ составляет 83%, при этом в 50% случаев никаких изменений по данным цветной УЗИ-допплерографии у этих пациентов не наблюдается. Согласно статистике, РТМ-диагностика выявляет также до 80% всех «невидимых» ренгенонегативных раков, а в случаях диффузных и многоочаговых поражений молочной железы радиотермометрия приобретает особое значение и зачастую является единственной возможностью ранней диагностики (2,3).

Препятствием в расширении использования этого метода в поликлинических профилактических осмотрах является, на наш взгляд, то, что радиотермометрия не выявляет структурных изменений и не может ответить на вопрос, есть ли у этого пациента узловое образование или нет. Традиционные методы (рентгенография, УЗИ) основаны на обнаружении видимых структурных узловых образований. А во - вторых, микроволновая радиотермометрия имеет низкую нозологическую специфичность. Конечно в первую очередь в эту «группу риска» попадут наиболее опасные быстрорастущие опухоли, но также в эту «группу риска» войдут пациенты с выраженной пролиферацией, мастогпатией и с воспалением. Хотя чувствительность метода составляет 85–94%, специфичность – только 75–80% (4). И если первое препятствие легко преодолимо психологической перестройкой восприятия информации при практическом использовании метода, то со специфичностью связано понятие цены метода скрининга, т.е. частоты ложноположительных результатов. Другими словами специфичность - это частота отсутствия симптома у здоровых людей. Для повышения специфичности можно детализировать (т.е. усложнить) анализ результатов измерения. С этой целью в последней редакции методики микроволновой радиотермометрии для оценки результата требуется учитывать повышение величины термоасимметрии между одноименными точками молочных желез; повышеный разброс температур между отдельными точками в пораженной молочной железе; повышенную дисперсию разности температур между железами; разницу температур сосков; повышенную температуру соска в пораженной молочной железе по сравнению со средней температурой молочной железы; соотношение кожной и глубинной температур; повышенное значение осцилляции температур в областях; соотношение роста, веса, диаметра молочной железы и возраста пациента, а также отношение температур в молочной железе к температуре в опорных точках, расстояние между кривыми кожных и глубоких температур, соответствие температуры базисному уровню и т.д. Скрининговое обследование, длительность которого обычно не превышает 15 минут, не позволяет провести столь детальный анализ термограмм. Но микроволновая радиотермометрия не только визуализирует функциональные изменения. Этот метод фиксирует инфракрасную и радио температуру в исследуемых точках в количественном выражении. А это открывает возможность численных экспериментов с полученными данными с целью создания экспертной системы оценки данных. Целью нашей работы было выявление и анализ числовых функций, количественно описывающих качественные признаки, характерные для заболеваний молочной железы и отсутствующие у здоровых пациенттов. Числовое формулирование значимых признаков позволит более эффективно отделять группу здоровых пациентов от больных на стадии скринингового обследования и повысит специфичность метода микроволновой радиотермометрии.

Материалы и методы исследования. Обследование проводилось на аппарате микроволновой радиотермометрии РТМ-01-РЭС, который позволяет оценивать функциональное состояние тканей путем неинвазивного измерения поверхностной температуры (ИК) и внутренней температуры на глубине до 5 см (РТМ). Данные по температуре обрабатываются и могут быть отображены на мониторе или принтере в виде термограммы и в виде полей температур.

В результате исследований, проведенных в течение последних нескольких лет, была создана база термометрических данных пациенток. На ее основе формировалась обучающая выборка (экспертная база данных), которая включает в себя информацию о 550 молочных железах пациенток в возрасте от 17 до 88 лет. Выборка была разделена на два класса: 1) здоровые железы (80 молочных желез) и 2) железы больных пациенток (470 молочных желез).

Результаты и их обсуждение. В процессе развития метода комбинированной термометрии специалистами были выявлены качественные признаки заболеваний молочной железы (3,4), которые нами были описаны с помощью математических функций.

Например, в качестве функции, которая описывает очень характерный качественный признак - разницу температур сосков, можно использовать Для описания другого характерного для заболевания молочной железы качественного признака - повышенная температура соска в пораженной молочной железе по сравнению со средней температурой молочной железы с учетом возрастных изменений температуры, можно использовать:

· Повышенное максимальное значение температуры соска по сравнению со средней температурой молочной железы

где , t_i – температура в i-ой точке молочной железы.

· Повышенное значение температуры соска по сравнению с каждой точкой молочной железы

где t_i – температура в i-ой точке молочной железы.

· Повышенное значение температуры соска по сравнению со средним значением соседних точек молочной железы . Например,

где t_i – температура в i-ой точке молочной железы.

В качестве функций, которые описывают соотношение кожной и глубинной температур, можно использовать:

· Значение разности между кожной и глубинной температурами точки пораженной молочной железы

где – глубинные и - кожные температуры в i-ых точках молочной железы.

· Среднее значение между разностями кожной и глубинной температур соседних точек пораженной молочной железы

где – глубинные и - кожные температуры в i-ых точках молочной железы.

· Максимальное значение между разностями кожной и глубинной температур соседних точек пораженной молочной железы

где – глубинные и - кожные температуры в i-ых точках молочной железы. Повышенное значение осцилляции областей можно описать как

где t_i – температура в i-ой точке молочной железы.

Повышенную разницу температур опорной точки Т1 и точек молочной железы можно описать как

где t_i – температура в i-ой точке молочной железы.

В целом в данном исследовании было проанализировано более сотни числовых функций, которые характеризовали степень симметрии температурных полей, наличие (отсутствие) зон аномальной высокой (низкой) температуры и другие качественные диагностические признаки. Результаты анализа позволили выделить характеристические признаки, отсутствующие у здоровых пациентов.

Рассмотрим пример поиска характеристических признаков для функции (см. Таблица 1).

Таблица 1.Поиск характеристических признаков.

№	Признак		Диапазон	Количество молочных желез, у которых наблюдается признак
				Класс "Здоровые"	Класс «Больные»,
1		-1,95	РТМ	0	4
2		-1,85	РТМ	0	4
3		-1,75	РТМ	0	8
4		-1,65	РТМ	0	12
5		-1,55	РТМ	0	12
6		-1,45	РТМ	0	14
7		-1,35	РТМ	0	17
8		-1,25	РТМ	0	26
9		-1,15	РТМ	0	40
10		-1,05	РТМ	0	47
11		-0,95	РТМ	1	55

Как видно из приведенной таблицы, первым 10 интервалам принадлежат значения , соответствующие молочным железам только класса «Больные». В интервал №11 попадают значения , соответствующие молочным железами здоровых пациентов, поэтому останавливаем поиск и выбираем предыдущий интервал как характеристический признак. Таким образом, был получен ряд признаков, характерных только для больных пациентов и отсутствующих у здоровых .Количественное описание качественных признаков позволило выделить интервалы изменения температур тканей молочной железы, которые не свойственны здоровым. Например, повышенное значение температуры соска по сравнению со средним значением глубинной температуры соседних точек молочной железы у здоровых пациентов не должно превышать от 0,9ºС до 1,3 ºС в по сравнению с различными точками на молочной железе. И в то же время, повышение глубинной температуры в тех же точках по сравнению с температурой соска молочной железы более чем на 1,25 ºС – 2,7 ºС у здоровых пациентов также не встречается. Набор характеристических признаков, которые чаще встречаются у больных и отсутствуют у здоровых был проверен в диагностике на тестовых выборках. Тестовая выборка, которая состояла из молочных желез не включенных в обучающую выборку, была представлена двумя классами: здоровые молочные железы здоровых пациенток (40 молочных желез) и больные молочные железы больных пациенток (236 молочных желез). В результате диагностики на тестовой выборке была получена точность 87,6%, специфичность – 85% и чувствительность 88%.

Таким образом, предлагаемый нами подход к оценке данных микроволновой радиотермометрии позволяет достичь высокого уровня специфичности и повысить ценность метода для массовых скрининговых исследований с целью выявления рака молочной железы.

Литература.

1. Веснин С.Г., Каплан М.А., Авакян Р.С. Современная микроволновая радиотермометрия молочных желез // Опухоли женской репродуктивной системы. – 2008. – № 3. – С. 28-35.

2. Сдвижков А.М., Веснин С.Г., Карташева А.Ф. и др. О месте радиотермометрии в маммологической практике. Актуальные проблемы маммологии. М., 2000; С. 28–40.

3. Бурдина, Л.М. Применение радиотермометра диагностического компьютеризированного интегральной глубинной температуры ткани для диагностики рака молочной железы / Л.М. Бурдина, В.А. Хайленко, Е.В.Кижаев и др. // Пособие для врачей. – М. – 1999 г. – 35 с.

4. Гурьева В.А. СВЧ –радиотермометрия в диагностике и оценке эффективности неоадъювантного лечения рака молочной железы. Автореферет, Москва, 2013