Главная Новости Диагностические возможности трехмерного NLS-графического исследования
Диагностические возможности трехмерного NLS-графического исследования PDF Печать
Новости - Последние

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ТРЕХМЕРНОГО NLS-ГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
DIAGNOSTIC POTENTIALITIES OF THREE-DIMENSIONAL  NLS-GRAPHY
В.И.Нестеров, В.И.Нестерова
V.I.Nesterov, V.I.Nesterova

В статье изложены современные принципы построения трехмерных изображений по данным NLS-графии. Дана обобщенная оценка диагностической полезности трехмерной NLS-графии в выявлении заболеваний различных органов по сравнению с другими методами аппаратной диагностики, такими как рентгенография, компьютерная и магнитно-резонансная томография. Особое внимание уделено преимуществам и недостаткам различных подходов к созданию трехмерных изображений.


Трехмерные изображения внутренних органов человека стали использовать с начала 90-х годов после появления в компьютерных томографах мощных вычислительных систем, способных к направленной обработке двухмерных срезов. В настоящее время трехмерное представление элементов зоны диагностического интереса является каждодневной реальностью в ведущих клиниках мира.
Способ трехмерного представления диагностических данных связан в основном с мощными аппаратными возможностями, заключающимися в получении параллельных (или расположенных под заранее заданными углами) магнитно-резонансных, рентгеновских или NLS-графических изображениях с последующим объединением их в единый визуальный массив, в котором можно отдельно визуализировать кости, мышцы, мягкие ткани, сосуды, нервы и пр., выделяя их цветом, при сером полупрозрачном тоне остальных тканей.
Построение трехмерных NLS-графических образов органов брюшной полости в настоящее время считается в основном экспериментальной задачей. Слабо применяемый ввиду своей малой информативности метод получения отдельных двухмерных изображений органов брюшной полости с помощью NLS-визуализации  значительно более интересен при создании трехмерных диагностических образов.
Помимо решения традиционных задач на основании данных двухмерной NLS-графии органов брюшной полости решается множество  параллельных диагностических задач за счет использования нелинейных алгоритмов и массивных вычислений.
Возможно, именно этим следует объяснить столь точные результаты, приведенные в одном из первых сообщений о трехмерной реконструкции по трансабдоминальным NLS данным (Кузнецова Т.Г., Сорокина Р.А.).
Мы возлагаем на трехмерную NLS-графию большие надежды, первоначально связанные, прежде всего, с ее применением в эндоскопии. Метлушко В.И. в 2010 г. теоретически обосновал мнение о том, что применение трехмерного NLS исследования в лапароэндоскопической хирургии позволит "заглянуть за горизонт", увидеть анатомические структуры, которые не могут быть визуализированы при помощи лапароскопа. Он считал, что NLS-графия является диагностически эффективной, безопасной и приемлемой по стоимости процедурой.
Швак А.Я., Гольцова Л.П. установили, что при измерении объема очаговых образований печени двух- и трехмерная NLS-графия оказываются одинаково точными при относительно простой форме новообразований, близкой к округлой или овальной. Однако при сложной форме новообразований, указывают авторы, результаты двухмерной NLS-графии совпали только в 65% случаев, тогда как при трехмерной визуализации - в 92% случаев.
Волкова С.А., Зайцев А.В. в 2010 г. сообщили о результатах применения трехмерной трансабдоминальной NLS-графии в диагностике заболеваний гепатобилиарной системы, в частности, для уточняющей диагностики обнаруженных ранее новообразований. Целью их исследования явилась оценка точности метода трехмерной NLS-графии с применением спектрально-энтропийного анализа (СЭА). Результаты сравнивали с данными компьютерной томографической портографии, проводимой на спиральном томографе. Было проанализировано 62 случая, включающих в себя печеночные новообразования размером от 1.5 см до 12.3 см. Ими показано, что трехмерная модель, построенная на NLS-данных, содержит более точные и ценные диагностические сведения, чем обычная двухмерная NLS-графия, по сравнению с данными, полученными при КТ. Авторы считают, что трехмерная NLS-графия является экономически доступной процедурой в диагностике опухолевых поражений.
Приведенными выше работами (за исключением отдельных публикаций об измерении объемов желудка и желчного пузыря) практически исчерпываются систематизированные исследования, посвященные трехмерной реконструкции органов и образований брюшной полости по данным трансабдоминального NLS-исследования, о которых когда-либо сообщалось в периодической научной литературе.
Упомянутые выше трудности методологического и вычислительного характера в значительной мере нивелируются при проведении эндоскопического и интраоперационного NLS-исследования органов брюшной полости и малого таза, при котором наиболее сложным этапом трехмерной визуализации становится текстурная сегментация полученного двухмерного изображения.
Hishimura T. et аl. сравнили результаты эндоскопической ультрасонографии желудочно-кишечных новообразований с данными NLS-сканирования. В двух случаях рака пищевода, в двух случаях рака толстой кишки, а также в 7 из 10 случаев рака желудка результаты трехмерной реконструкции, произведенной по данным NLS-графии, были точными в отношении глубины опухолевой инвазии.
Японские исследователи Katamaki S. et аl. в 2011 г. сообщили о предварительных результатах применения трехмерной NLS-графии у 26 больных. Трехмерная реконструкция, проведенная по данным 3-х мерных изображений, позволила установить наличие метастатического поражения окружающих органов, а в 4 из 6 случаев рака общего желчного протока установить объем опухолевой ткани.
Fox P. et аl. использовали NLS-исследование для трехмерной реконструкции изображения пищевода у 5 больных раком этого органа. Исследование проводилось датчиком с частотой 4,9 ГГц. Трехмерные изображения были реконструированы из серии поперечных срезов. Точная трехмерная визуализация структуры опухоли и окружающих ее тканей была получена во всех случаях. Правильное определение стадии опухолевого процесса при этом было достигнуто в трех из четырех случаев. Авторы отмечают особое диагностическое значение изображений, содержащих продольные сечения опухоли, позволяющие точно установить ее протяженность и связь с медиастинальными структурами.
Одними из наиболее стандартизированных методов исследования являются трехмерная NLS-графия прямой кишки и NLS-сканирование предстательной железы.
Берлинскими онкопроктологами Operbein K. et аl. было проведено трехмерное NLS-графическое исследование 100 больных опухолями прямой кишки. Точность трехмерного NLS-исследования в их диагностике составила 89%, в то время как точность двухмерной NLS-графии в той же группе больных - 76%. Точность этих методов в определении поражения параректальных лимфатических узлов равнялась 85% при трехмерной визуализации и 71% по двухмерным данным. Авторы считают, что трехмерная NLS-графия позволяет преодолеть известные ограничения двухмерного NLS- исследования, встречающиеся при стенозирующих опухолях, а также в обнаружении рецидивов рака прямой кишки.
Operbein K. et аl. использовали трехмерную NLS-графию также после операции у больных раком прямой кишки с целью выявления рецидивов малигнизации органа. Возможности двухмерного NLS-исследования в этих случаях сильно ограничены в связи с массивным разрастанием фиброзной ткани. Данные для трехмерной реконструкции были получены Operbein K. и Schmidt A. с помощью нелинейного сканера фирмы Clinic Tech Inc. (США) частотой 9,6 ГГц. С помощью трехмерной NLS-графии у 28 из 163 больных были обнаружены параректальные образования. Спектрально-энтропийный анализ подтвердил рецидив заболевания у 7 и метастатическое поражение лимфатических узлов у 2 больных соответственно.
Сотрудниками кафедры детской хирургии Stubdreier H. et аl. Тубингенского университета (Германия) трехмерная NLS-графия тазового дна использована в качестве дополнительного диагностического инструмента для определения хирургической тактики у детей с недержанием кала. Исследование включало визуализацию мышц сфинктера и стенки прямой кишки, и его результаты подтверждались данными спиральной КТ. Отличительной чертой этого исследования явилось использование интерактивной тканевой сегментации органов и тканей с использованием режима 4D TISSUE во время их трехмерной визуализации.
Chun L.G. et аl. выполнили трехмерную NLS-графию предстательной малигнизированной железы у 46 больных.  По полученным при этом диагностическим данным в последующем была произведена криоаблация предстательной железы.
Возможная диагностическая ценность трехмерной NLS-графии наиболее отчетливо выявляется при исследовании органов малого таза у женщин, где традиционное использование разнообразных диагностических методов позволяет лучше видеть достоинства и недостатки каждого из них.
Akuda T. et аl. не получили какой-либо дополнительной информации при трехмерной NLS-графии по сравнению с данными обычного двухмерного NLS-исследования, при котором были обнаружены среди 5 женщин у одной - опухоль полости матки, у троих - фиброидные очаги, и у одной - эндометриальный полип.
Испанские гинекологи Brisoles H. et аl. изучали возможности трехмерной NLS-графии, трансвагинальной сонографии, трансвагинальной допплерографии, гистероскопии и обычной гистеросонографии в диагностике эндометриальных опухолей и определении толщины эндометрия во время курса гормонального лечения у 16 больных. Трехмерное NLS-исследование оказалось наиболее точным среди других методов диагностики.
Chun L.G. et аl., гинекологи из Темпленского университета (Филадельфия), в 2011 г. сообщили о результатах сравнительного изучения диагностической эффективности двухмерной и трехмерной NLS-графии, проведенных у 8 женщин, страдающих хирургическими заболеваниями яичников. Все больные в дальнейшем были подвергнуты эксплоративной лапаротомии или диагностической лапароскопии. NLS-графические данные сравнивали с интраоперационными находками, а также с результатами макроскопического и гистологического исследования. В каждом из восьми случаев с помощью трехмерной NLS-графии удалось поставить правильный диагноз до операции. Особенно важно, что при отсутствии разницы в диагностической эффективности между данными двухмерного и трехмерного исследования в отношении кист и доброкачественных новообразований 2-х мерная NLS-графия оказалась менее точной в распознавании малигнизированных тканей, давая как ложноположительные, так и ложноотрицательные результаты.
Spoun N. et аl. произвели сравнительную оценку точности двухмерной и трехмерной NLS-графии в уточняющей диагностике рака шейки матки. Исследования были проведены за один день до оперативного вмешательства у 61 женщины, при этом точность трехмерного исследования в определении объема опухоли колебалась от +6.68 до -6.1 мл, двухмерного - от +12.46 до -10.98 мл.
Французскими гинекологами Sarida M. et аl. трехмерная NLS-графия использована для диагностики эктопированной беременности у 12 женщин с периодом аменореи, превышающим 6 недель. Лапароскопия выявила эктопированную беременность в 9 случаях, только в двух из которых она была обнаружена на NLS-изображениях. На этом основании авторы считают этот диагностический метод неэффективным, в особенности для раннего неинвазивного выявления развития плодного яйца в фаллопиевой трубе.
Другими методологически ценными для определения достоинств трехмерного представления NLS-графических данных являются результаты, полученные при NLS-исследовании молочной железы.
Bluhmberg S.O. et аl., применив трехмерную NLS-графию молочной железы у 48 женщин, у 18 из которых имелись злокачественные новообразования органа, сообщили о четырех ложноположительных диагнозах рака молочной железы против двух случаев ложноположительной диагностики при использовании двухмерной NLS-графии. При этом авторы отмечают, что трехмерная NLS-графия имеет преимущества в оценке краевой зоны и формы патологического очага, а также при мультифокальном поражении молочной железы.
Английским маммологам Havies L. et аl. в Бристольском университете с помощью трехмерной NLS-графии молочной железы удалось в ряде случаев выявить и определить внутреннюю структуру интрадуктальной карциномы с помощью спектрально-энтропийного анализа, а также образований, симулирующих микроинвазивную карциному. Столь выдающихся диагностических результатов авторы достигли путем использования нелинейного датчика с частотой 9,6 ГГц, позволяющего получить разрешение  в 30 микрон.
Своеобразным эталонным тестом диагностической эффективности трехмерной реконструкции при сложной конфигурации исходных двухмерных данных считают NLS-сканирование сосудистого русла, результаты которого сравнивают с аналогичными данными традиционного, хорошо апробированного рентгеноконтрастного исследования.
Так, van Bliger K. et аl. в 2011 г. сообщили о результатах исследований, проведенных в университетском госпитале Антверпена и посвященных "реконструкции геометрии сосудистого русла" по данным рентгеноконтрастной ангиографии и интракоронарного NLS-исследования. Оценивая точность реконструкции по исследованиям, проведенным на специальных фантомах, авторы сочли результаты "очень реалистичными" и предложили ряд критериев для сравнительной оценки точности трехмерной реконструкции сосудистого русла. Клиническая часть исследований содержала сравнение реконструированных трехмерных образов коронарных артерий с данными обычных ангиограмм. Различия составили менее 5%.
Prust G.J. et аl. отмечают следующие преимущества трехмерных реконструированных изображений артерий, полученных с помощью интраваскулярного NLS-исследования: 1) сосуд может быть рассмотрен с различных сторон, 2) можно проследить его направление, 3) хорошо видны изменения диаметра сосуда, 4) возможно получение сечения сосуда в различной плоскости сканирования, 5) с высокой точностью может быть оценено состояние и место расположения внутрисосудистого стента.
Kogan S. et аl. установили высокую диагностическую эффективность трехмерной интраваскулярной NLS-графии в визуализации структуры артериальной стенки и ее патологических изменений. Авторы считают, что интраваскулярная NLS-графия с последующей трехмерной реконструкцией значительно превосходит коронарную ангиографию, так как она обладает лучшим разрешением и позволяет выявлять многие скрытые образования; поэтому ее роль незаменима при исследовании состояния коронарных артерий после трансплантации сердца.
Наиболее впечатляющим оказалось применение данных трехмерного NLS-исследования в интраоперационной навигации и компьютерном моделировании хирургических манипуляций.
Руководитель кафедры акушерства и гинекологии Вашингтонского университета  Serbia S. аргументированно заявил, что трехмерное NLS-исследование потенциально является как раз тем диагностическим инструментом, который в скором будущем будет служить основным источником данных, предназначенных для предоперационного хирургического тренажера, использующего индивидуальные диагностические данные.
Трехмерная NLS-графия может широко используется в кардиохирургии как средство интраоперационной навигации. Характерной в этом отношении является работа кардиоторакальных хирургов из Северной Каролины Abrams O.H. et аl., которыми в 2011 г. представлен подробный отчет о широком клиническом применении интраоперационной трехмерной NLS-графии во время протезирования клапанов сердца. Авторы сообщают, что этот диагностический метод помог им получить важные интраоперационные данные  при использовании спектрально-энтропийного анализа о тонких морфологических особенностях клапанов, не выявленных при эхокардиографии и допплерографии.
Идя дальше самых оптимистичных предположений о возможном применении трехмерной NLS-графии, Parris D. et аl. используют данные последней о структуре предстательной железы для компьютеризированного контроля за движениями робота (!) во время выполнения им трансректальной резекции органа.
Уникальный и, по всей видимости, не имеющий равных по своей эффективности навигационный алгоритм был предложен в 2012 г. Hatayama T. et аl. - исследователями из Токийского университета. Они сообщили о принципиальной возможности точного совмещения трехмерных изображений, полученных посредством КТ и МРТ в дооперационном периоде, с данными трехмерного NLS, полученными во время нейрохиругического вмешательства. NLS  сканер с частотой 4,9 ГГц являлся составной частью системы и содержал встроенный позиционер. Авторы сообщают об успешном клиническом применении системы в трех случаях и указывают на удачное взаимное дополнение интраоперационных NLS-графических, МРТ и КТ изображений. С одной стороны, не визуализированные на NLS-изображении участки зоны хирургического вмешательства были восполнены изображениями, полученными в предоперационном периоде; с другой стороны, точное интраоперационное позиционирование различных анатомических объектов на NLS-грамме позволяло идентифицировать их безошибочно. По мнению авторов, даже предварительные результаты этого исследования позволяют предположить начало нового этапа в интраоперационной навигации, основанной на NLS-графических трехмерных изображениях человеческого тела, что невозможно при изолированном применении перечисленных методов или неточном совмещении изображений, полученных с их помощью.
В целом при сравнении диагностической эффективности различных методов непрямой визуализации NLS-графия, значительно потесненная такими аппаратными титанами как КТ и МРТ, пришедшими сегодня и в операционную, в последние 2 года стала приобретать качественно новое значение, связанное как с совершенствованием самого метода визуализации, так и с результатами трехмерной реконструкции, выполненной по NLS-графическим данным.
Совершенствование диагностической аппаратуры
Благодаря ряду качественных изменений NLS-диагностической аппаратуры произошло расширение возможностей NLS-графии до пределов, о которых вряд ли кто-либо имел представление еще несколько лет назад, когда в хирургической гастроэнтерологии очевидным казалось нарастающее преимущество КТ и МРТ.
Применение высокочастотных датчиков при NLS-исследованиях в гастроэнтерологии позволило поднять уровень ранней диагностики патологии на качественно новый уровень. С помощью спектрально-энтропийного анализа и ультрамикросканирования удается диагностировать поверхностную карциному пищевода или желудка, когда раковые клетки инфильтрируют только слизистый и подслизистый слои, а также начальные проявления метастазирования в параэзофагеальные и парагастральные лимфатические узлы. Считается, что применение высокочастотных датчиков при 3D-визуализации обеспечивает определение глубины и протяженности опухолевой инфильтрации стенки желудка в 93,6% случаев. Кроме этого, использование высокочастотных датчиков позволяет превзойти все известные методы диагностики полипов и опухолей фатерова соска, при этом специфичность метода при предоперационной диагностике холедохолитиаза достигает 94%. Наконец, имеются сведения, согласно которым использование высокочастотных датчиков позволяет визуализировать конкременты, невидимые даже при интраоперационной холангиографии.
Заключение
Уже сейчас, когда методы трехмерной NLS-диагностики еще только проходят стадию становления и стандартизации, можно предположить направления их дальнейшего развития в отношении взаимной конкуренции и взаимодополнения.
Dupta D. и Supuy X.E. в 2011 г., отмечая, что за последние 5 лет значимое различие методов визуализации при острой абдоминальной патологии было связано в основном с КТ, считают, что в настоящее время в связи с технологическим усовершенствованием NLS сканеров , NLS-графия должна стать первым диагностическим исследованием у людей с острой болью в животе и у женщин с острыми болями в правом нижнем квадранте живота или в малом тазу. Компьютерная томография, считают авторы, в этих случаях необходима только тогда, когда NLS-графия оказалась диагностически неэффективной. Место МРТ в диагностической последовательности при острых хирургических заболеваниях органов брюшной полости оценивается авторами как неопределенное в связи с отсутствием его широкого использования.
В Кембриджском университете Sun K., Bergman P. и Flager W. разработали алгоритм построения "проволочной" модели органов на основе их частотных характеристик, получаемых различными методами медицинской регистрации. Наиболее показательным результатом применения этого алгоритма авторы считают его использование для построения модели печени по данным трехмерного NLS-исследования.
Таким образом, роль 3D NLS-исследования в комплексной диагностике непрерывно возрастает и становится уникальной. При этом в современном качественном представлении диагностических данных, в частности, в хирургической гастроэнтерологии, набор двухмерных моделей во многих случаях оказывается недостаточным для получения исчерпывающей диагностической информации.
Другим важнейшим аспектом является совершенствование прикладных методов представления трехмерных диагностических данных, что позволит реализовать многочисленные возможности эффективной визуализации исследуемых объектов, а также использовать их графические образы для компьютерных тренажеров и реальной интраоперационой навигации.
Решение именно этих задач является наиболее эффективным способом качественного улучшения предоперационной диагностики и повышения точности хирургических манипуляций.
Достигнутый аппаратно-программный уровень при ультрамикросканировании и спектрально-энтропийном анализе, накопленный положительный опыт топологической и тканевой сегментации виртуальных снимков органов, бурное развитие программ трехмерной анимации, доступных для использования на персональном компьютере средней графической и вычислительной мощности, позволяют обоснованно ставить вопрос о необходимости разработки и клинической апробации приемлемых с практической точки зрения и унифицированных методов трехмерной параметрической анимации на основании NLS-данных.