СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДИАГНОСТИКИ ЭНДОГЕННОЙ ИНТОКСИКАЦИИ
METHOD FOR AUTOMATED DIAGNOSIS OF ENDOGENOUS INTOXICATION

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике на основе исследования биологических жидкостей, а также к компьютерной обработке и анализу медицинских изображений, и может использоваться для автоматизированной диагностики эндогенной интоксикации и степени ее тяжести.
Эндогенная интоксикация (ЭИ) представляет собой синдром, характеризующийся накоплением в тканях и биологических жидкостях организма избытка продуктов нормального или извращенного обмена веществ или клеточного реагирования - эндотоксинов. Можно условно выделить несколько механизмов ЭИ, включающих в себя: избыточную продукцию эндогенных токсических продуктов, резорбцию токсических веществ, накопление продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и самих тел микробов, нарушение выделения эндотоксинов из организма естественными органами детоксикации [Дьяченко П.К., Желваков Н.М. Эндотоксикоз в хирургии // Вестник хирургии. - 1987. - №7. - С. 129-135.; Оболенский С.В., Малахова М.Я., Ершов А.Л.. Диагностика стадий эндогенной интоксикации и дифференцированное применение методов эфферентной терапии // Вестник хирургии. - 1991. - №3. - С. 95-100.].
И.О. Закс и соавт. [Эндогенная интоксикация и некоторые возможности ее устранения в критических состояниях / Закс И.О., Мещерякова Г.Н., Трубина И.Е., Богоявленский И.Ф. // Экспериментальные, клинические и организационные проблемы общей реаниматологии: Сб. трудов. - М., 1996. - С. 300-314.] к эндотоксинам отнесли следующие классы веществ:
- продукты естественного метаболизма в необычно высоких концентрациях;
- активированные ферменты, способные повреждать ткани;
- медиаторы воспалительных реакций и другие биологически активные вещества;
- среднемолекулярные вещества пептидной природы;
- продукты перекисного окисления липидов;
- бактериальные токсины;
- агрессивные компоненты комплемента.
Спектр эндотоксинов неуклонно расширяется, и в настоящее время к ним относят также проникающие во внутреннюю среду организма компоненты содержимого пищеварительного тракта (индол, скатол, фенол и др.), продукты извращенного обмена (альдегиды, кетоны), миоглобин, свободные аминокислоты - аргинин, пролин, аланин и др.), такие среднемолекулярные пептиды, как миокардиодепрессивный фактор, РЭС-депрессивный фактор и полипептид с молекулярной массой 14 кД, продукты взаимодействия кислорода и азота, метаболитыарахидоновой кислоты, тромбоксаны и многие другие [Гаврилов В.Б., Лобко Н.Ф., Гаврилова А.Р., Конев С.В. Определение тирозинсодержащих пептидов в плазме крови с коррекцией фонового поглощения. Резкое повышение чувствительности теста к интоксикации организма // Клин. лаб. диаг. - 2004. - №6. - С. 19-20.; Оценка тяжести эндогенной интоксикации и выбор метода детоксикационной терапии у обожженных по данным лейкоцитограммы и биохимического мониторинга / Гусак В.К., Фисталь Э.Я., Сперанский И.И., Гринь В.К. и др. // Клин. лаб. диаг. - 2000. - №10. - С. 36.; Критерии оценки эндогенной интоксикации при ожоговой травме / Матвеев С.Б., Спиридонова Т.Г., Клычникова Е.В., Николаева Н.Ю., Смирнов С.В., Голиков П.П. // Клин. лаб. диаг. - 2003. - №10. - С. 3-6.].
ЭИ является одним из универсальных механизмов патогенеза различных заболеваний, который включает выход в кровь из патологического очага токсических продуктов, их распространение по организму с током крови, накопление в эритроцитах и межклеточном матриксе, и неблагоприятное воздействие на ткани и органы [Усенко Л.В., Мальцева Л.А. Эндотоксикоз: современный взгляд на проблему //  - 1999. - №41. - С. 13-15].
Таким образом, на сегодняшний день степень ЭИ организма рассматривают как один из наиболее важных критериев, определяющих тяжесть состояния человека при широком спектре патологических процессов (воспалительных, опухолевых, дегенеративных и др.). Эти болезни могут протекать как остро, так и хронически с ремиссиями и обострениями, поэтому возникает проблема оценки степени тяжести интоксикации, контроля за состоянием пациентов и оценки эффективности лечения. Так как многие заболевания могут начинаться скрытно, стоит задача раннего выявления ЭИ при проведении массовых профилактических осмотров.
Известные методы биохимического исследования сыворотки крови (определение концентрации молекул средней массы, продуктов перекисного окисления липидов, билирубина и т.д.) [Гаврилов В.Б., Лобко Н.Ф., Гаврилова А.Р., Конев С.В. Определение тирозинсодержащих пептидов в плазме крови с коррекцией фонового поглощения. Резкое повышение чувствительности теста к интоксикации организма // Клин. лаб. диаг. - 2004. - №6. - С. 19-20.; Оценка тяжести эндогенной интоксикации и выбор метода детоксикационной терапии у обожженных по данным лейкоцитограммы и биохимического мониторинга / Гусак В.К., Фисталь Э.Я., Сперанский И.И., Гринь В.К. и др. // Клин. лаб. диаг. - 2000. - №10. - С. 36.; Малахова М.Я. Метод регистрации эндогенной интоксикации. Пособие для врачей. - Санкт-Петербург: СПбМАПО, 1995. - 33 с.; Оболенский С.В., Малахова М.Я., Ершов А.Л. Диагностика стадий эндогенной интоксикации и дифференцированное применение методов эфферентной терапии // Вестник хирургии. - 1991. - №3. - С. 95-100.] имеют ряд общих недостатков:
- они используют кровь из вены, для чего необходимо производить инвазивную манипуляцию, которая кроме того может быть затруднена в силу особенностей анатомического строения вен или возраста обследуемого;
- для их осуществления необходима специальная биохимическая лаборатория, оснащенная сложным оборудованием и обеспеченная реактивами, что делает анализы дорогими и не всегда доступными как для лечебно-профилактических учреждений, так и для пациентов;
- они позволяют выборочно определять содержание эндотоксинов в крови, и практически никогда не охватывают весь их спектр;
- обработка большого количества показателей представляет значительные трудности для врача, вследствие чего возникает необходимость использования различных индексов и разработки сложных программ для их оценки [Келина М.Ю., Безручко Н.В., Рубцов Г.К. Биохимические проявления эндотоксикоза: методические аспекты изучения и оценки, прогностическая значимость (аналитический обзор) // Вестник Тюменского государственного университета. - 2012. - №6. - С. 143-147.].
Перечисленные недостатки ограничивают количество и частоту проведения исследований степени выраженности интоксикации. Биохимические методы не подходят для мониторинга состояния больных с хроническими заболеваниями и для экспресс-диагностики эндогенной интоксикации при массовых обследованиях населения. Необходимо разработать относительно простой метод диагностики ЭИ, направленный не на выявление определенных веществ, а дающий комплексную оценку содержания эндотоксинов в биологической жидкости.
Известны способы комплексной оценки ЭИ. Например, метод клиновидной дегидратации [Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. Морфология биологических жидкостей человека. - М.: Хризостом, 2001. - 304 с.], который не требует сложного дорогого оборудования и реактивов. Метод заключается в том, что каплю плазмы крови наносят на предметное стекло, высушивают при комнатной температуре, и затем образовавшуюся пленку - фацию - рассматривают в микроскоп. При исследовании плазмы крови авторами метода обнаружены маркеры интоксикации - морщины и токсические бляшки, которые наблюдаются в фации сыворотки крови независимо от причины интоксикации. Однако Обухова Л.М. и соавт. обнаружили эти признаки только в терминальной стадии ЭИ, вследствие чего они не могут быть использованы для раннего выявления и мониторинга ЭИ. Эти же авторы описывают множество выявленных ими маркеров фации плазмы крови, наличие которых может свидетельствовать о модификации белков сыворотки различными эндотоксинами (штриховые, многолучевые, закругленные трещины, трещины типа «черная сеть» и «рыбья чешуя» и др.) [Обухова Л.М., Ведунова М.В., Конторщикова К.Н., Добротина Н.А. Морфологический анализ плазмы крови при эндогенной интоксикации // Весник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2007 - №6. - С. 104-107.]. С увеличением степени ЭИ количество особенностей возрастает, однако точных количественных критериев авторы не указывают.
Так как для этого анализа нужно не более 0.1 мл сыворотки, то кровь можно брать из пальца. Однако метод все равно остается инвазивным. Большое количество найденных маркеров сложно оценить неподготовленному человеку. Для использования метода клиновидной дегидратации плазмы крови необходимо длительное обучение специалистов. Наличие и количество маркеров оценивается субъективно, «на глаз», что значительно затрудняет унификацию и широкое использование этого метода в лечебно-профилактических учреждениях.
В современном обществе нарастает доля лиц с хроническими заболеваниями, многие из которых сопровождаются синдромом ЭИ. Это связано с характером питания, ухудшением экологической обстановки, образом жизни, а также с увеличением количества людей старших возрастных групп, у которых происходит «накопление болезней». В связи с этим нарастает необходимость в методах контроля за состоянием пациентов, которые были бы относительно просты и недороги и не были бы связаны с инвазивными вмешательствами. Этим требованиям отвечают методики исследования смешанной слюны (ротовой жидкости) - биожидкости с уникальным набором исследовательских возможностей, включающих полную неинвазивность, достаточный по объему материал, и возможность его многократного сбора [Григорьев И.В., Чиркин А.А. Роль биохимического исследования слюны в диагностике заболеваний // Клиническая лабораторная диагностика. - 1998. - №6. - С. 18-20.; Комарова Л.Г., Алексеева О.П. Саливалогия. - Н.Новгород: Изд-во НижГМА, 2006. - 180 с.].
Участие слюнных желез в поддержании гомеостаза организма, в частности, возможность выделения ими экзо- и эндотоксинов, продемонстрирована многими исследователями.
Г.Ф. Коротько считает, что гематосаливарный барьер не является препятствием для многих токсичных веществ (тяжелые металлы, алкоголь, наркотики, хлорорганические соединения и многие другие). В частности, выявлена прямая связь содержания хлорорганических пестицидов в крови и ротовой жидкости (r=0,56), что позволило сделать заключение о несомненной эффективности саливодиагностики для определения в организме человека следовых количеств хлорорганических пестицидов и оценки результативности методов детоксикации [Коротько Г.Ф. Секреция слюнных желез и элементы саливадиагностики. - М.: Издательский дом «академия Естествознания», 2006. - 192 с.]. Комаровой Л.Г. и Алексеевой О.П. показано, что гематосаливарный барьер проницаем для пировиноградной кислоты, креатина, холестерина, арахидоновой кислоты и др. [Комарова Л.Г., Алексеева О.П. Саливалогия. - Н. Новгород: Изд-во НижГМА, 2006. - 180 с.].
Захаренкова Т.П. указывает на то, что тенденции нарушений общей и эффективной концентрации альбумина и индекса токсичности при гестозе совпадает в сыворотке крови и в смешанной слюне, что можно использовать для выявления эндотоксемиинеинвазивным методом [Захаренкова Т.П. Динамичность изменений параметров ротовой жидкости в связи с физиологическими и патологическими состояниями организма: диагностические аспекты: Автореф. дисс.…к.м.н. - Саратов, 2002. - 25 с.]. Снижение уровня средних молекул в смешанной слюне свидетельствует о снижении содержания в ней токсических продуктов нарушенного обмена белков.
В диссертации Е.А. Кизовой представлено детальное исследование маркеров эндогенной интоксикации в сыворотке крови и в смешанной слюне у гастроэнтерологических больных [Кизова Е.А. Оптимизация лечения сочетанных моторных нарушений пищеварительного тракта у лиц среднего и пожилого возраста: Автореф. дисс.…к.м.н. - М., 2008. - 24 с.]. Показано наличие статистически значимой положительной корреляции по всему изучаемому спектру молекул средней массы - основного биохимического маркера ЭИ. Кроме этого, значения экстинкций на длинах волн 264 и 274 нм при спектрофотометрии в сыворотке крови и в смешанной слюне статистически значимо не отличались, из чего следует, что молекулы средней массы выводятся слюнными железами, и их содержание можно определять в смешанной слюне.
За прототип предполагаемого изобретения выбран способ неинвазивной диагностики эндогенной интоксикации и степени ее выраженности по морфологической картине смешанной слюны [Потехина Ю.П., Щербатюк Т.Г., Кизова Е.А., Бузоверя М.Э., Щербак Ю.П. Способ неинвазивной диагностики эндогенной интоксикации. - Патент РФ на изобретение №2395087 от 20.07.2010]. У обследуемых натощак после тщательного полоскания ротовой полости забирают смешанную слюну путем сплевывания в пробирку, затем ее отстаивают в холодильнике в течение суток и надосадочную жидкость исследуют методом клиновидной дегидратации, при этом каплю слюны предварительно высушивают на предметном стекле и затем анализируют структуру полученной фации под микроскопом, и при отсутствии темной пигментации в центральной зоне фации делается заключение об отсутствии ЭИ, при наличии в самом центре центральной зоны фации пигментированного агломерата диагностируется низкая степень выраженности ЭИ, при наличии пигментированного кольца по краю центральной зоны фации - средняя степень выраженности ЭИ, а при наличии темной пигментации по всей центральной зоне фации диагностируется высокая степень выраженности ЭИ. Необходимое оборудование: предметные стекла, пипеточный микродозатор, микроскоп с проходящим светом. Никакие реактивы не требуются. Способ дешев и прост в исполнении, не требует специального дорогостоящего оборудования. Он может применяться для выявления ЭИ, определения ее степени и для динамического наблюдения за уровнем интоксикации в процессе лечения.
Главным недостатком способа является субъективизм оператора, который обусловлен степенью его квалификации, опытом, усталостью и т.д. При массовых профилактических обследованиях требуется быстро проанализировать большое количество изображений. Даже при оцифровке изображения, полученного с помощью микроскопа, и выведения его на экран монитора, человеческий фактор остается недостатком метода визуального анализа изображений фаций. Описание структуры фаций остается в основном качественным. Выходом из этой ситуации является автоматизированная обработка изображений.
Известны способы автоматизированной обработки изображений фаций смешанной слюны (ротовой жидкости), которые вычисляют ширину периферической зоны, отношение размеров периферической и центральной зон фации, размер и степень ветвления кристаллов центральной зоны, неоднородность поля яркости и т.д. [Булкина Н.В., Брилль Г.Е., Постнов Д.Э., Поделинская В.Т. Количественная характеристика кристаллографической картины ротовой жидкости в норме и при воспалительных заболеваниях пародонта // Вестник новых медицинских технологий (Электронный журнал). - 2013. - №1.; Шаповалова О.Г. Диагностическая и лечебная тактика при отсутствие стойкой ремиссии у больных с заболеваниями пародонта: автореф. дис.…к.м.н. - Самара, 2010. - 24 с.]. Однако эти методы не используются для диагностики ЭИ и определения степени ее тяжести.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - создание автоматизированного способа диагностики ЭИ.
Технический результат от использования заявляемого изобретения состоит в автоматизированной количественной обработке изображений фаций смешанной слюны для диагностики ЭИ и определении степени ее тяжести.
Указанный результат достигается тем, что в способе автоматизированной диагностики ЭИ у обследуемого натощак после полоскания ротовой полости забирают смешанную слюну путем сплевывания в пробирку, затем ее центрифугируют на скорости не более 2000 об/мин в течение 10 минут, надосадочную жидкость капают на чистое сухое предметное стекло так, чтобы диаметр капли был в диапазоне 2-4 мм, далее каплю слюны высушиваютна предметном стекле при комнатной температуре в течение 1 часа, затем с помощью микроскопа и фотоаппарата получают цифровое изображение фации слюны, на которое наносят метки по внешним краям периферической и центральной зон фации, далее вычисляют интегральное потемнение всей фации, интегральное потемнение центральной зоны и интегральное потемнение периферической зоны фации, затем на основании полученных значений потемнения различных участков капли вычисляется предложенная нами величина М (формула (1), подробное описание - см. далее), которая приблизительно линейно зависит от степени ЭИ.
При значении данной величины меньше 70 ед. делается заключение об отсутствии ЭИ, если значение величины лежит в пределах от 70 до 80 ед., диагностируется первая степень ЭИ, если в пределах от 80 до 105 ед. - вторая степень ЭИ, при попадании величины в диапазон от 105 до 125 ед. диагностируется третья степень ЭИ, и если значение величины больше 125 ед., то диагностируется четвертая степень ЭИ.
Разъясним более детально объективную (т.е. основанную на анализе биохимических проявлений заболевания) связь предложенной нами числовой величины со степенью ЭИ.
Существует корреляция биохимических данных (стоят дорого, требуют длительных инвазивных исследований) и морфологических показателей, основанных на анализе изображения визуального образа (паттерна) высохшей в стандартных условиях капли слюны (простая и дешевая неинвазивная процедура) - [Патент РФ на изобретение №2395087 от 20.07.2010 (Потехина Ю.П., Щербатюк Т.Г., Кизова Е.А., Бузоверя М.Э., Щербак Ю.П. Способ диагностики эндогенной интоксикации].
Как указывалось, данные многочисленных клинических исследований свидетельствуют, что основным биохимическим маркером синдрома ЭИ является содержание в слюне так называемых молекул средней массы (МСМ) - основного биохимического маркера эндогенной интоксикации (молекулы средней массы выводятся слюнными железами, и их содержание можно определять в смешанной слюне). Рис. 1 показывает, что структура паттерна слюны, фиксируемая с помощью оптического микроскопа, является интегрированным образом всех имеющихся в слюнной жидкости многосложных молекулярных взаимосвязей, которые трансформированы на макроскопический уровень и «зашифрованы» в морфологии сухого паттерна. При этом существует способ однозначного сопоставления каждой стадии эндогенной интоксикации, определенной по биохимическому маркеру, характерного типа морфологии.
Корреляция, указанная на Рис. 1 позволяет говорить о возможности количественной характеризации степени эндогенной интоксикации по морфологии фации, опираясь на отображение данных биохимических анализов в морфологии фации.
Таким образом, оцифрованному изображению фации действительно можно сопоставить некоторую числовую величину, разные диапазоны значений которой отвечают соответствующим стадиям ЭИ - эта числовая величина и есть предлагаемый нами параметр - количественная мера ЭИ, определяемая компьютерным анализом особенностей оцифрованного изображения нормированной фации (т.е. сухого паттерна высохшей капли слюны круглой формы), полученного методами компьютерной микроскопии, исходя из распределения светлых и темных зон на изображении на основе специальных компьютерных дескрипторов.
Нормировав на степени интоксикации эту компьютерную меру ЭИ по морфологии фации слюны в соответствии с продиагностированной специалистом-экспертом выборкой изображений фаций (базой данных продиагностированных проб), можно определять непосредственно степень ЭИ по данной компьютерной мере ЭИ.
Это проясняет связь предлагаемой в нашем изобретении величины как с биохимическими показателями ЭИ, так и, с другой стороны, с морфологией изображения фации, оцифрованной методом компьютерной микроскопии, между которыми есть объективная связь.
Процедура получения числового значения, характеризующего степень ЭИ, на основе анализа морфологии изображения фации.
1
2
1
2
k
Обследуемого натощак или не менее чем через 2 часа после еды после просят прополоскать ротовую полость дистиллированной водой для минимизации влияний на состав смешанной слюны возможных патологических процессов в полости рта (кариес, гингивит, пародонтит и т.д.). Затем его просят сплевывать смешанную слюну в пробирку около 10 минут. Собранную смешанную слюну центрифугируют на скорости не более 2000 об/мин в течение 10 минут, надосадочную жидкость капают микродозатором на чистое сухое предметное стекло так, чтобы диаметр капли был в диапазоне 2-4 мм, далее каплю слюны высушивают на предметном стекле при комнатной температуре в течение 1 часа. Затем предметное стекло с получившейся фацией смешанной слюны помещают в микроскоп с малым увеличением так, чтобы вся фация попала в поле зрения. С помощью помещенного на место окуляра цифрового фотоаппарата получают цифровое изображение фации слюны, на которое наносят метки по внешним краям периферической и центральной зон фации (подробное описание работы оператора - см. далее). После этого программными средствами определяют степень потемнения фации и вычисляют следующие покзатели: интегральное потемнение всей фации по формуле  интегральное потемнение центральной зоны фации по формуле  интегральное потемнение периферической зоны фации по формуле  где N - число пикселей, попадающих в границы фации, N - число пикселей, попадающих в центральную зону фации, N - число пикселей, попадающих в периферическую зону фации, N=N+N, x - потемнение в отдельной точке изображения (численное значение берется программой из стандартного bmp-файла для соответствующего пикселя оцифрованного изображения фации).
k
Суммирование в вышеприведенных формулах проводится по пикселям, попавшим в соответствующие зоны, величина x является количественной мерой, выражающей темноту пикселя оцифрованного изображения (берется программой из стандартного bmp-файла для соответствующего пикселя).
Затем рассчитывается значение параметра, определяемого выражением
Данное выражение определяет упомянутое ранее значение степени выраженности ЭИ, вычисляемой на основе анализа морфологии оцифрованного паттерна.
Для нормировки величины М на стадии ЭИ был обработан массив образцов слюны, полученный из медицинской лаборатории НижГМА. Все образцы получили предварительную экспертную оценку по степени ЭИ.
Степень ЭИ оценивалась по шкале от 0 до 4:
0 - нет интоксикации,
1 - низкая степень ЭИ,
2 - средняя степень ЭИ,
3 - высокая степень ЭИ,
4 - очень высокая степень ЭИ.
При значении М меньше 70 ед. делается заключение об отсутствии ЭИ, если значение величины лежит в пределах от 70 до 80 ед., диагностируется первая степень ЭИ, если в пределах от 80 до 105 ед. - вторая степень ЭИ, при попадании величины в диапазон от 105 до 125 ед. диагностируется третья степень ЭИ и если значение величины больше 125 ед., то диагностируется четвертая степень ЭИ.
Поясним выделение зон на паттерне фации, визуализированном на мониторе компьютера, которое необходимо для вычисления указанной величины.
Первоначально оператор выделяет внешнюю границу фации шестнадцатью точками. Точки ставятся на пересечении вспомогательных лучей и внешнего контура фации (Рис. 2).
После установки точек, описывающих границу всей фации, выделяется внутренняя (центральная) область фации (Рис. 3). Внутренняя область фации выделяется произвольным числом точек. Чем больше точек, тем точнее будет описана область и соответственно точнее будет вычислено интегральное потемнение.
После выделения внешней границы фации и центральной области необходимо запустить расчет потемнения. По окончании расчет программа выдаст информационное сообщение с результатами расчета (Рис. 4).
Подтверждение достоверности диагноза ЭИ на конкретном материале (валидация)
Оценочная функция для определения стадии ЭИ по оцифрованному изображению фации строилась как линейный тренд относительно экспертной оценки по базе данных обработанных указанным выше способом проб из тренировочной выборки (60 образцов). Затем полученная оценочная функция тестировалась на тестировочной выборке, не пересекающейся с тренировочной (40 образцов).
На тренировочной выборке получен функционал:
где величина М определяется по формуле (1).
На Рис. 5 приведена корреляция степени ЭИ, определенной компьютерной программой по соотношению (2) и экспертной оценки степени ЭИ для тренировочной выборки (ось абсцисс). Коэффициент корреляции линии тренда (Exel) составляет 0.6619.
На Рис. 6 приведена корреляция диагноза, поставленного программой на основании соотношения (2) на тестировочной выборке, которая не использовалась при получении соотношения (2). По оси абсцисс - экспертная оценка степени ЭИ для соответствующих образцов. Для данного графика корреляция с экспертной оценкой, определяемая линией тренда, равна 0.6853.
Видно, что корреляция машинного диагноза с экспертной оценкой при переходе от тренировочной выборки к тестировочной практически не изменилась, что позволяет сделать вывод о достоверности предлагаемого принципа диагностики и его конкретной реализации с использованием «предложенной нами величиной», компьютерной мерой степени ЭИ, описываемой выражением (1).
Разработанная нами автоматическая экспертная система, предназначенная для обработки изображений фаций слюны, дает оценку степени выраженности эндогенной интоксикации. Для вновь разрабатываемых диагностических тестов обычно рассчитывают чувствительность и специфичность по отношению к уже существующим методам диагностики. Оценка нового теста основана на сравнении его результатов с результатом некоего точного способа определения болезни, так называемым «золотым стандартом». Однако, для многих заболеваний строгие критерии диагностики вообще отсутствуют. Изучаемый нами синдром эндогенной интоксикации как раз относится к таковым. Поэтому мы сравнивали результаты, выдаваемые программой, с результатами экспертной оценки.
Чувствительность определяется как доля лиц с положительным результатом теста в популяции с изучаемым заболеванием. Чувствительный тест редко пропускает пациентов, у которых имеется болезнь. Специфичность - это доля лиц с отрицательным результатом теста в популяции без изучаемой болезни [Флетчер Р., Флетчер С., Вагнер Э. Клиническая эпидемиология. Основы доказательной медицины. Пер. с англ. - М.: Медиа Сфера, 1998. - 352 с.].
Для расчета этих показателей заполняется четырехпольная таблица (таблица 1).
Чувствительность = а/(а+с)
Специфичность = d/(b+d)
В таблицах 2, 3 и 4 приведены результаты сравнения работы программы и эксперта по анализу фаций слюны с целью выявления и оценки степени выраженности эндогенной интоксикации. Под каждой таблицей приведены расчеты чувствительности и специфичности программы, а также доля (в процентах) полного совпадения степени эндогенной интоксикации по оценке эксперта и программы.
Чувствительность = 55/(55+0)=1
Специфичность = 2/(0+2)=1
Полное совпадение степени ЭИ=35/57×100=61,4%
Чувствительность = 32/(32+0)=1
Специфичность = 2/(2+2)=0,5
Полное совпадение степени ЭИ=21/36×100=58,3%
Чувствительность=87/(87+0)=1
Специфичность=4/(2+4)=0,67
Полное совпадение степени ЭИ=21/36×100=60,2%.
Таким образом, во всех случаях чувствительность программы по выявлению ЭИ оказалась равной 1, то есть максимальной. Результирующая специфичность 0,67, то есть не очень высокой. Как правило, одновременно высокой чувствительности и специфичности достичь не удается, увеличение специфичности диагностического теста возможно только в ущерб его чувствительности, и наоборот. Чувствительные тесты рекомендуется применять на ранних стадиях диагностического поиска для сужения его рамок. Для врача чувствительный тест особенно ценен, когда он дает отрицательный результат, то есть какое-то заболевание или синдром исключаются. Специфичные тесты нужны для подтверждения диагноза, который предполагается на основе других данных. Следовательно, разработанная нами программа может использоваться для скрининговых исследований, когда нужно быстро, неинвазивно и относительно дешево обследовать большое количество людей, например, при профилактических осмотрах, для выявления синдрома ЭИ. Далее людям с выявленной ЭИ рекомендуется пройти дополнительное обследование для определения причин ЭИ и установки диагноза.
Предлагаемое изобретение предназначено для диагностики ЭИ путем определения морфологических свойств высушенного образца испаренной капли слюны с помощью автоматической экспертной системы. Это дает возможность проводить мониторинг здоровья пациента. Предлагаемый метод представляет собой комбинацию подходов биоинформатики и биохимических исследований для получения диагностической информации из морфологического анализа стандартизированных высушенных образцов слюны. По результатам тестирования предлагаемого изобретения можно сделать следующие выводы:
1. Автоматизированная экспертная система имеет максимальную чувствительность, что позволяет рекомендовать ее для выявления лиц с синдромом ЭИ при массовых профилактических осмотрах.
2. Автоматизированная экспертная система может осуществить диагноз без привлечения уникальных медицинских экспертов: на основе числовых значений найденных маркеров и статистического анализа диагноза на тренировочной выборке изображений.
3. Это относительно быстрый и дешевый способ характеризации состояния здоровья пациента, не требующий привлечения высококвалифицированных медицинских экспертов.
Преимуществом подхода, заложенного в изобретение, являеся то, что для реализации предлагаемого способа может быть использовано общедоступное оборудование: предметные стекла, пипеточный микродозатор, микроскоп с проходящим светом, цифровой фотоаппарат, персональный компьютер. Никакие реактивы не требуются: метод безреагентный, простой в исполнении. Он может применяться для выявления эндогенной интоксикации, определения ее степени и для динамического наблюдения за уровнем интоксикации в процессе лечения.
Использование автоматизированной обработки дает объективные количественные характеристики изображения фации смешанной слюны, которая позволяет оценивать изменения при мониторинге состояния пациента, а также проводить статистическую обработку полученных данных. Автоматизация процесса дает возможность быстро обрабатывать большое количество изображений фаций смешанной слюны. Оператором программно-аппаратного комплекса может быть средний медицинский персонал, не имеющий квалификации по экспертной диагностике эндогенной интоксикации, что существенно удешевляет процесс обследования. Изобретение может быть использовано в клинической практике для скрининга и мониторинга ЭИ пациентов.
Далее приведены примеры практического применение данной методики.
Пример 1. Во время профилактического осмотра у женщины 52 лет натощак после полоскания ротовой полости дистиллированной водой собрали смешанную слюну путем оплевывания в пробирку в течение 10 минут. Собранную смешанную слюну центрифугировали на скорости 2000 об/мин в течение 10 минут, надосадочную жидкость нанесли микродозатором на чистое сухое предметное стекло, диаметр капли 4 мм. Далее каплю слюны высушили при комнатной температуре в течение 1 часа. Затем предметное стекло с получившейся фацией смешанной слюны поместили в микроскоп с малым увеличением так, чтобы вся фация попала в поле зрения. С помощью помещенного на место окуляра цифрового фотоаппарата получили цифровое изображение фации слюны, на которое нанесли метки по внешним краям периферической и центральной зон фации.
Автоматизированный морфологический анализ ротовой жидкости: ЭИ второй степени.
Женщина была направлена на консультацию к гастроэнтерологу. На приеме активно жалоб не предъявляла, но при подробном опросе выяснилось, что в течение последних 15 лет у нее отмечался нерегулярный стул не чаще 2 раз в неделю, головные боли тупого характера 1-2 раза в неделю, быстрая утомляемость - «как у всех».
При осмотре состояние удовлетворительное. Нормального питания. Тоны сердца ритмичные, ЧСС - 76 уд. в минуту. АД - 110/70 мм рт.ст. Язык влажный, обложен у корня белым налетом. Живот мягкий, незначительная болезненность в правой подвздошной области. Печень - по краю реберной дуги, безболезненная.
Показатели общего и биохимического анализов крови - без отклонения от нормальных значений.
УЗИ органов брюшной полости: эхопризнаки хронического бескаменного холецистита. Диффузные структурные изменения печени по типу жировой дистрофии.
Ректороманоскопия: хронический внутренний геморрой вне обострения.
Клинический диагноз: Хронический функциональный запор. Хронический бескаменный холецистит. Стеатоз печени.
Женщине было разъяснено, что в норме стул должен быть ежедневным, а хронический запор является причиной интоксикации, которая вызывает быструю утомляемость и может привести к другим неприятным последствиям. Была рекомендована диета с большим количеством жидкости, вареных и свежих овощей, кисломолочных продуктов.
Рекомендовано лечение: дицетел 50 мг × 3 раза в сут., дюфалак 30 мл/сут.
Контроль через месяц показал, что состояние пациентки улучшилось: появилась бодрость, нормализовался стул, уменьшилась частота и интенсивность головных болей.
Автоматизированный морфологический анализ ротовой жидкости: ЭИ первой степени.
Пример 2. Больной П. 64 лет, поступил в гастроэнтерологическое отделение с жалобами на боли и тяжесть в эпигастрии и правом подреберье постоянного характера, изжогу, отрыжку воздухом, горечь во рту, тошноту, вздутие живота.
В течение 10 лет неоднократно лечился по поводу хронического панкреатита, 5 лет назад впервые диагностирован цирроз печени токсического генеза. Ухудшение состояния в течение месяца после очередного злоупотребления алкоголем.
При поступлении состояние средней степени тяжести. Сознание ясное. Иктеричность кожи и склер, пальмарная эритема. Тоны сердца ритмичные, приглушенные, ЧСС 96 уд/мин, АД 150/95 мм рт.ст. Живот несколько напряжен и болезнен при пальпации в верхней половине. Печень выступает из подреберья на 4-5 см, плотная, бугристая. Пальпируется увеличенная селезенка.
12
9
9
Показатели общего анализа крови: гемоглобин - 106 г/л, эритроциты - 3,5×10/л, лейкоциты 9,3×10/л, СОЭ - 26 мм/час, тромбоциты - 160×10/л. Биохимический анализ крови: АЛТ - 5N (в 5 раз выше нормы), ACT - 8N, общий билирубин - 102 ммоль/л, щелочная фосфатаза - 4N, общий белок - 63 г/л.
ФГДС: Эрозивный рефлюкс-эзофагит. Варикозное расширение вен пищевода II степени, портальнаягастропатия.
УЗИ: Печень увеличена (передне-задний размер 15 см), структура крупнозернистая, эхогенность снижена. Диаметр воротной вены 14 мм. Холедох 4 мм. Желчный пузырь 8,4×3,2 см, стенка уплотнена. Поджелудочная железа с неровными контурами, эхогенность повышена, размер головки 3,4 см. Селезенка 13×5 см.
Автоматизированный морфологический анализ ротовой жидкости: ЭИ третьей степени.
Клинический диагноз: Цирроз печени токсической этиологии, класс А по Чайльд-Пью с явлениями портальной гипертензии (варикозное расширение вен пищевода, спленомегалия) и начальными проявлениями печеночной недостаточности. Потральнаягастропатия. Хронический рецидивирующий панкреатит в стадии умеренного обострения. ГЭРБ: эрозивный рефлюкс-эзофагит. Артериальная гипертензия II, риск 2.
Проведенное лечение: внутрь омепразол 20 мг/сут., мезим 10000 ЕД × 3 раза в сут.; инъекции платифиллина, цефатаксима, эссенциале, реамберина, витаминов группы В.
Через 3 недели лечения боли в верхней половине живота и диспепсический синдром исчезли, уменьшилась желтуха. Улучшились биохимические показатели крови: АЛТ - 2N, ACT - 2N, общий билирубин - 46 ммоль/л, щелочная фосфатаза - 3N, общий белок - 64 г/л.
По данным ФГДС эрозии в пищеводе эпителизировались.
Автоматизированный морфологический анализ ротовой жидкости: ЭИ второй степени.
Краткое описание рисунков
Рисунок 1 - Корреляция степени ЭИ, определяемой биохимически по МСМ (ось ординат) и по морфологии паттерна - фации слюны, высушенной стандартным образом (ось абсцисс). Вдоль оси абсцисс представлены характерные изображения (фотографии) фаций слюны (паттерны) для каждой степени эндогенной интоксикации, полученные с помощью микроскопа.
Рисунок 2 - Процесс выделения внешней границы фации слюны (черные крестики расставляются оператором на компьютере в интерактивном режиме; радиальная линия указывает направление на котором должен быть установлен очередной крестик). Сильно увеличено (реальный диаметр капли 7 мм).
Рисунок 3 - Пример выделения центральной области фации (белые крестики, расставляемые оператором в интерактивном режиме на компьютере аналогично выделению внешней границы, указанной черными крестиками). Сильно увеличено (реальный диаметр капли 7 мм).
Рисунок 4 - Информационное сообщение с результатами расчета. На плакате отображается диагностическая информация, определенная автоматической экспертной системой: степень выраженности эндогенной интоксикации. Сильно увеличено (реальный диаметр капли 7 мм).
Рисунок 5 - Компьютерный диагноз степени ЭИ на тренировочной выборке (ось ординат) в сравнении экспертной оценкой (ось абсцисс). Полученный тренд описывается формулой (2)
Рисунок 6 - Компьютерный диагноз степени ЭИ на тестировочной выборке (ось ординат) в сравнении экспертной оценкой (ось абсцисс).