Физические методы исследований в экспертных системах диагностики онкологических заболеваний

УДК 004.891

ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМАХ ДИАГНОСТИКИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

М.И. Давыдов1, В.Ю. Сельчук1'2, В. Г. Никитаев, О. В. Нагорнов,

A. Н. Проничев, В. В. Дмитриева, Е. В. Поляков, А. О. Расулов1,

B. П. Кононец1, С. А. Мелихов1, И. С. Акимов, З. М. Айдунбеков,

В. И. Кадашев, А. А. Лаврова, В. К. Голованова, А. А. Пашнюк,

В. Е. Стригин

Рассмотрены вопросы использования физических методов исследования в диагностике онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта и построения на их основе мультимедийного обучающего комплекса для врачей. В состав комплекса ходят,: экспертные системы, система дистанционного обучения, электронный учебник. Рассмотрены локализации заболеваний в следующих органах: пищевод, желудок, кишечник, поджелудочная железа, печень. Практическое применение комплекса обеспечивает повышение эффективности обучения при последипломной подготовке врачей-онкологов и при повышении их квалификации.

Ключевые слова: экспертные системы, онкологическая диагностика, желудочно-кишечный тракт.

Онкологические заболевания относятся к одним из самых серьёзных заболеваний современности. В России они занимают второе место среди причин смертности. При этом ощущается дефицит высококвалифицированных кадров врачей онкологов, особенно в местах, удаленных от ведущих медицинских центров. Например, в периферийных горо-

Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 115409, Москва, Каширское шоссе, 31.

1 Российский онкологический научный центр им. Н. Н. Блохина, Москва.

2 2МГМСУ им А. И. Евдокимова; e-mail: kaf46@mail.ru.

дах более чем в половине сложных случаев гистологический диагноз оказывался неверным [1]. Нехватка профессиональных кадров в онкологии делает актуальной проблему повышения эффективности подготовки клинических онкологов [2].

Пути решения проблем онкологической диагностики и лечения связаны с мультидис-циплинарными фундаментальными и прикладными исследованиями и их объединением по ряду направлений: физика, химия, биология, генетика, зрительное восприятие, измерительная техника, метрология, кибернетика, электроника, связь, образование и др.

Учитывая дефицит высококвалифицированных специалистов в области онкологии, одним из эффективных средств подготовки медицинских кадров является разработка высокотехнологичных компьютерных обучающих комплексов на базе достижений искусственного интеллекта (базы знаний, экспертные системы, распознавание образов) [3-5]. Эта масштабная работа требует совместного участия научных и образовательных коллективов, врачей и специалистов по IT-технологиям.

Цель настоящей работы - создание обучающего комплекса по онкологическим заболеваниям желудочно-кишечного тракта для врачей-онкологов.

Для решения поставленной задачи был создан коллектив врачей РОНЦ им. Н. Н. Блохина, профессоров и преподавателей МГМСУ им. А. И. Евдокимова, НИ-ЯУ МИФИ (преподавателей и студентов). Коллектив врачей РОНЦ им Н. Н. Блохи-на возглавил директор РОНЦ им Н. Н. Блохина М. И. Давыдов, коллектив МГМСУ им А. И. Евдокимова - заведующий кафедрой онкологии В. Ю. Сельчук, коллектив НИЯУ МИФИ - заведующий кафедрой компьютерных медицинских систем В. Г. Ни-китаев. Коллектив из семи студентов работал под руководством студента-дипломника И. С. Акимова.

При диагностике онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта широко используется ряд физических методов - эндоскопический, рентгенологический, ультразвуковой, микроскопический, различные виды томографии (рентгеновская, магниторе-зонансная, позитрон-эмиссионная) и др. Эндоскопическая диагностика рака пищевода, желудка и толстой кишки является неизменным "золотым стандартом", позволяя выполнить биопсию для морфологической верификации диагноза [6]. При морфологическом исследовании применяется микроскопический метод светлого поля в проходящем свете для анализа прозрачных препаратов. Для того, чтобы сделать видимой структуру клеток и тканей исследуемых органов, препарат окрашивают. Частицы красителей связываются с соответствующими оксифильными, базофильными или нейтрофильны-ми структурами, входящими в состав цитоплазмы и ядер клеток. При этом изображе-

ние структуры клеток и тканей формируется в результате дифракции света, вызванной частицами красителей разных типов (с кислой, щелочной, нейтральной реакцией), поглощающих свет в разных спектральных диапазонах. Полученные в результате цветные изображения позволяют анализировать структуру клеток (их цитоплазму и ядро) и строение тканей исследуемого органа и судить о нормальном состоянии органа или свидетельствуют о происходящем в органе патологическом процессе (например, рост злокачественной опухоли).

В настоящее время активно развиваются новые методы эндоскопических исследований органов желудочно-кишечного тракта. Здесь выделяют такие виды эндоскопических исследований как эндоскопия высокого разрешения, увеличительная эндоскопия, узкоспектральная эндоскопия, флюоресцентная эндоскопия, хромоэндоскопия.

С целью обеспечения эффективного использования знаний по широкому кругу методов диагностики и лечения онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта и был разработан рассматриваемый комплекс для обучения и поддержки принятия решений врачей при диагностике и лечении онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта.

Концептуальная модель комплекса. Комплекс состоит из экспертных систем, электронного учебника и системы дистанционного обучения (рис. 1). Экспертные системы [7] представлены системой клинической, гистологической и цитологической диагностики.

Во всех разделах экспертных систем, в электронном учебнике и в системе дистанционного обучения рассмотрены локализации в следующих органах желудочно-кишечного тракта: пищевод, желудок, кишечник, поджелудочная железа, печень. Экспертные системы создавались на основе данных, полученных по результатам обследования и лечения пациентов РОНЦ им. Н. Н. Блохина. Экспертная система по клинической диагностике содержит данные по более чем 500 историям болезни пациентов РОНЦ им. Н. Н. Блохина, системы цитологической и гистологической диагностики содержат более 8000 изображений препаратов указанных органов с описаниями, характеризующими проявления патологических изменений в клетках и тканях исследованных образцов.

Так, например, в системе клинической диагностики данные о пациентах отражены в следующих разделах: 1) регистрационные данные; 2) группа крови и резус-фактор; 3) локализация опухоли; 4) гистологическое строение; 5) описание жалоб пациента; 6) социальное положение; 7) детские инфекции; 8) характеристики вредных привычек (курение); 9) характеристики питания; 10) психические травмы; 11) опухолевые заболе-

Рис. 1: Структура обучающего комплекса в области диагностики онкологических заболеваний.

вания в семье; 12) длительность заболевания; 13) тип телосложения; 14) рост; 15) вес; 16) результаты диагностики; 17) содержание лечения; 18) осложнения лечения; 19) характеристики состояния больного при выписке.

Использование совокупности данных историй болезни с данными цитологического и гистологического анализов позволяет повысить объективность диагностического заключения, а объединение в едином комплексе разнообразных сведений о проявлениях заболеваний желудочно-кишечного тракта с мультимедийными технологиями повышает эффективность обучения врачей.

Заключение. В современных условиях дефицита высококвалифицированных кадров в области онкологической диагностики актуально создание компьютерных обучающих комплексов, объединяющих в себе электронные учебники, экспертные системы и системы дистанционного обучения. В работе описан такой комплекс, включающий вопросы обучения и средства поддержки принятия решений врача в области диагностики и лечения онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта. Применение комплекса обеспечит повышение эффективности обучения и повышения квалификации врачей, а применение систем поддержки принятия решений будет способствовать повышению объективности и точности диагностики.

ЛИТЕРАТУРА

[1] В. Г. Никитаев, Измерительная техника № 2, 68 (2015).

[2] М. И. Давыдов, Ш. Х. Ганцев, Л. З. Вельшер и др., Креативная хирургия и онкология № 1, 4 (2010).

[3] В. Г. Никитаев, Ю. Р. Нагуманова, А. Н. Проничев, К. С. Чистов, Измерительная техника № 5, 65 (2012); V. G. Nikitaev, Yu. R. Nagumanova, A. N. Pronichev, and K. S. Chistov, Measurement techniques 55(5), 583 (2012).

[4] В. Г. Никитаев, А. Н. Проничев, Е. Ю. Бердникович, К. С. Чистов, Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика № 10, 1 (2011).

[5] Е. Ю. Бердникович, Е. Лебедева, В. Г. Никитаев, К. С. Чистов, Измерительная техника № 10, 67 (2012); E. Yu. Berdnikovich, E. S. Lebedeva, V. G. Nikitaev, K. S. Cistov, Measurement techniques 55(10), 1219 (2013).

[6] Ю. Я. Карагодина, О. И. Костюкевич, Российский медицинский журнал № 19, 1213 (2011).

[7] Е. Ю. Бердникович, Е. С. Лебедева, В. Г. Никитаев, К. С. Чистов, Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика № 2, 11 (2013).

По материалам IV Международной молодежной научной школы-конференции "Современные проблемы физики и технологий".

Поступила в редакцию 12 мая 2015 г.