Материал: Создание алгоритма поиска высокоинформативных диагностических признаков заболеваний молочных желез и построение на их основе алгоритма классификации

Создание алгоритма поиска высокоинформативных диагностических признаков заболеваний молочных желез и построение на их основе алгоритма классификации

Оглавление

термометрия рак молочный железа

Введение

Глава 1. Факторы, повышающие риск возникновения рака молочной железы

Глава 2. Методика диагностики рака молочной железы по данным комбинированной термометрии

Глава 3. Экспертная база данных

Глава 4. Влияние физиологических факторов на данные комбинированной термометрии

Глава 5. Алгоритм нахождения высокоинформативных диагностических признаков

.1 Выявленные ранее признаки в маммологии

.2 Поиск признаков

Глава 6. Характеристические признаки заболеваний молочной железы

Глава 7. Алгоритм классификации пациенток по данным комбинированной термометрии

.1 Алгоритм диагностики. Критерий классификации. Критерии оценки эффективности алгоритма

.2 Минимизация набора высокоинформативных признаков для первого алгоритма

.3 Проверка алгоритма диагностики на тестовых выборках

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Согласно современным статистическим данным, рак молочной железы является наиболее распространенным онкологическим заболеванием среди женщин. По экспертным оценкам в мире ежегодно от него умирает более полумиллиона человек. Показатели выживаемости при этом варьируются от 80% в странах Северной Америки до 50% в России, и ниже в странах с низким уровнем доходов. Из причин смерти женского населения рак молочной железы стоит на первом месте.

Согласно современным представлениям, для того, чтобы своевременно выявлять большинство опухолей, они должны иметь диаметр, по крайней мере, не более 5-7 мм, но это маловероятно, т. к. средний размер впервые выявляемых опухолей значительно больше (1,34 см), а частота выявления опухолей до 1 см в диаметре по мировым данным составляет 10-20%. Распознавание заболеваний на ранней стадии может приблизиться к идеальному при рентгенологическом обследовании молочных желез каждые 6 месяцев, однако, это будет сопряжено с комплексом новых проблем. Среди них возможность индуцирования рака вследствие частого облучения ткани молочной железы и значительное увеличение стоимости профилактических программ [9].

Существующие методы не позволяют выявить опухоль на ранней стадии. Мировой тенденцией современной маммологии является поиск приемлемых безопасных методов проведения профилактических обследований. При этом наиболее перспективным для повышения эффективности маммологических обследований видится метод комбинированной термометрии, который представляет собой измерение температуры тела на глубине нескольких сантиметров (РТМ) и на кожном покрове (ИК). Известно, что при возникновении заболевания какого-либо органа, происходит изменение температурного фона определенного участка тела человека. Следовательно, этот метод может быть применен и при диагностике заболеваний молочных желез.

Одной из основных проблем является и организация обследования женщин. Недостаточное для проведения профилактических осмотров количество узконаправленных специалистов не позволяет проводить качественное обследование. Поэтому для осуществления данной задачи нужны комплексы, которыми могут пользоваться не только квалифицированные врачи, но и врачи общей практики или даже медсестры.

Эту проблему вполне можно решить созданием экспертных комплексов, диагностирующих заболевания молочных желез, которые должны обладать следующими свойствами:

1.     невысокая цена;

2.      простота в применении (может быть использован средним медицинским персоналом);

.        безопасность как для пациенток, так и для обслуживающего персонала.

Для этого был разработан в 1997 году российской фирмой РЭС компьютеризированный диагностический комплекс РТМ-01-РЭС, позволяющий проводить РТМ - и ИК - обследования. Преимущество данного комплекса перед другими средствами инструментальной диагностики заключается в: 1) безопасности для здоровья, как пациенток, так и врачей; 2) потенциальных возможностях широкого применения; 3) возможности определить заболевание на ранней стадии, когда это невозможно другими методами; 4) невысокой стоимости оборудования; 5) в легкой формализации данных, позволяющей построить экспертные системы.

Целью данной работы является создание алгоритма поиска высокоинформативных диагностических признаков заболеваний молочных желез и построение на их основе алгоритма классификации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

·        формирование обучающей и тестовой выборок данных, полученных с помощью комбинированной термометрии;

·        выявление влияния физиологических особенностей организма;

·        разработка алгоритмов нахождения высокоинформативных признаков заболеваний на основе данных комбинированной термометрии и их реализация на основе созданной обучающей выборки;

·        разработка алгоритмов классификации пациенток на основе найденных диагностических признаков.

Для решения поставленных задач использовались методы математической статистики, математического и компьютерного моделирования, дискриминантного анализа, экспертного оценивания и теории принятия решения.

В результате проведенной работы были найдены высокоинформативные признаки, основанные на выявлении молочных желез больных пациенток (77 признаков, см. Приложение, Таблица 1), и характеристические признаки (84 признаков, см. Приложение, Таблица 2).

В результате диагностики были достигнуты:

·        на обучающей выборке: точность - 90,9%, специфичность - 85% и чувствительность - 91,9%.

·        на тестовой выборке 1: точность - 87,6%, специфичность - 85% и чувствительность - 88%.

·        на тестовой выборке 2: чувствительность - 91,5%.

Результаты докладывались на Научной сессии 2014, г. Волгоград (ВолГУ) и семинаре "Математическое моделирование в медицине" (рук. А.Г. Лосев) и опубликованы в [5], [13].

Пользуясь случаем, автор хотел бы выразить глубокую благодарность за полезные обсуждения, замечания и постоянное внимание к работе участникам семинара "Математическое моделирование в медицине".

Глава 1. Факторы, повышающие риск возникновения рака молочной железы

Согласно сведениям, приведенным в Постановлении Правительства Москвы от 14 мая 2014 г. №249-ПП в Москве в 2013 году вновь выявлено 39 248 больных злокачественными новообразованиями (324,1 больных на 100 тыс. населения). При этом 22,8% больных являются лицами трудоспособного возраста, 45,1% больных - лица старше 70-летнего возраста. Дети среди вновь заболевших составили 0,5%, причем половину из них составляют дети в возрасте до 4-х лет. В структуре онкологической заболеваемости в 2013 году рак молочной железы составляет 15,1% от всех заболевших (в 2012 году - 14,4%) [10].

Рассмотрим поподробнее, что же влияет на развитие и возникновение рака молочной железы. Несомненно, возраст можно определить как один из факторов риска [6].

Далее перечислим, что относится к факторам риска у женщин моложе 35 лет. К ним можно отнести следующие признаки:

·        Увеличение щитовидной железы;

·        Первая беременность после 30 лет;

·        Рак молочной железы у кровных родственников.

Женщинам от 35 до 49 лет присуще следующие факторы риска развития рака молочной железы:

·        Раннее (до 12 лет) начало менструации;

·        Нарушение менструальной функции;

·        Нарушение половой функции;

·        Нарушение детородной функции;

·        Хронические заболевания печени;

·        Рак молочной железы в семейном анамнезе.

Женщины от 50 до 59 лет подвержены увеличению риска развития рака молочной железы. Здесь имеют значение следующие признаки:

·        Гипертоническая болезнь (10 лет и более);

·        Ожирение 3 степени (5 лет и более);

·        Сахарный диабет;

·        Атеросклероз (5 лет и более);

·        Позднее (после 50 лет) наступление менопаузы (это полная остановка менструаций у женщины в результате прекращения функций яичников);

·        Фибромиома матки (это доброкачественная опухоль, возникающая в мышечном слое матки).

Для женщин 60 лет и старше, находящихся в глубокой менопаузе относят следующие факторы:

·        Сочетание раннего (до 12 лет) начала месячных и позднего (после 50 лет) их окончание;

·        Сочетание гипертонической болезни, ожирении, атеросклероза, сахарного диабета;

·        Злокачественные опухоли женских половых органов, толстой кишки в семейном анамнезе.

Женщины, которые имеют 3 признака соответствующей возрастной группы, относят в группу риска рака молочной железы [6].

Также нездоровый образ жизни повышает вероятность развития данного заболевания. Например:

·        Курение;

·        Регулярное употребление алкоголя:

·        Излишние повышение веса после 18 лет;

·        Отказ от самообследования и профилактических осмотров, маммографии.

Так же существует ряд признаков, которые снижают вероятность развития рака молочной железы [6]:

·        позднее начало менструаций;

·        преждевременное окончание менструаций, в том числе связанное с оперативными вмешательствами;

·        кормление грудью;

·        регулярные маммографии после 40 лет;

·        регулярное посещение врача для обследования молочных желез;

·        здоровый образ жизни (в том числе регулярные занятия спортом);

·        регулярное самообследование молочных желез;

·        поддержание нормального веса тела;

·        отсутствие употребления алкоголя или редкое употребление;

·        употребление пищи с низким содержанием жиров, частое употребление в пищу фруктов, овощей.

Обследование женщин маммологом начинается с опроса, выяснения жалоб и выявления факторов, способствующих развитию предполагаемого недуга. После этого врач внимательно осматривает грудь, просит пациентку поднять руки и положить их за голову. Пальпация проводится в положении стоя и лежа. Маммолог аккуратно прощупывает все участки железы, зон лимфатического оттока, и прежде всего подмышечной впадины и надключичных областей.

Однако, по наблюдениям специалистов данных факторов недостаточно для правильной постановки диагноза. При необходимости маммолог предложит инструментальные методы обследования - УЗИ, маммография, биопсия. В случае подозрения на связь патологии молочной железы с заболеваниями других органов и систем организма могут быть назначены соответствующие анализы, консультации эндокринолога, гинеколога и других специалистов.

УЗИ (ультразвуковое исследование) молочной железы

УЗИ - безопасный, безболезненный и информативный метод исследования молочных желез в маммологии. Используя ультразвуковой сканер и специальный датчик, врач - маммолог последовательно осматривает грудь женщины. Подозрительные участки изучаются более пристально и отмечаются на экране монитора особыми метками. Это нужно для того, чтобы маммолог мог сопоставить данные ощупывания, УЗИ, маммографии и установить диагноз. В процессе УЗИ могут быть обнаружены кисты и другие проявления мастопатии, доброкачественные (фиброаденома, липома) и злокачественные опухоли (рак). Под контролем ультразвука врач-маммолог также берет пункцию подозрительных новообразований, которые не удалось определить при пальпации молочных желез.

Маммография

Маммография - это безболезненное рентгенологическое обследование молочных желез с помощью маммографа. Применение этого метода в маммологии имеет некоторые ограничения, так как определенная лучевая нагрузка оказывает неблагоприятное влияние на организм женщины. И хотя современные технологии позволяют значительно ее снизить, улучшая при этом качество диагностики, без вреда допустимо провести всего 1-2 исследования в год. О маммографии следует задуматься после 40 лет. Врачи-онкологи рекомендуют делать ее однократно в возрасте от 35 до 40 лет. С 40 до 50 лет необходимо обследоваться один раз в два года, а после 50 лет - ежегодно.

Биопсия

Биопсия - это прижизненный забор из подозрительного участка молочной железы небольшого количества тканей для микроскопического диагностического исследования. Взятый тонкой иглой или специальным инструментом препарат окрашивают и рассматривают под микроскопом, после чего врач-цитолог или врач-гистолог дает заключение о природе материала. Несмотря на кажущуюся безошибочность, биопсия в маммологии только в совокупности с маммографией и УЗИ позволяет поставить диагноз с точностью до 95%. Существует также эксцизионная биопсия. Если маммография, ультразвуковое и цитологическое исследования бессильны установить характер болезни, сомнительное образование удаляют, то есть проводят под местным обезболиванием секторальную резекцию молочной железы, и изучают под микроскопом [8].

Подводя итоги, можно подчеркнуть важность прохождения регулярных осмотра у врача-маммолога и обследования инструментальными методами такими, как УЗИ и маммография. Однако согласно современным представлениям, для того, чтобы своевременно выявлять большинство опухолей, они должны иметь диаметр, по крайней мере, не более 5-7 мм, но это маловероятно, т. к. средний размер впервые выявляемых опухолей значительно больше (1,34 см), а частота выявления опухолей до 1 см в диаметре по мировым данным составляет 10-20%. Поэтому данные инструментальные методы малоприменимы для ранней диагностики. Таким образом, следует подчеркнуть важность прохождения обследования именно при помощи комбинированной термометрии, так как согласно существующим представлениям, изменение температуры тканей обычно предшествует структурным изменениям, которые обнаруживаются при общепринятых методах исследования молочной железы - УЗИ, маммографии, пальпации. Поэтому, термометрия представляет интерес для ранней диагностики заболеваний.

Глава 2. Методика диагностики рака молочной железы по данным комбинированной термометрии

Комбинированная термометрия - это биофизический метод неинвазивного обследования, заключающийся в измерении внутренних и поверхностных температур тканей по интенсивности их теплового излучения, соответственно, в микроволновом (РТМ) и инфракрасном (ИК) диапазоне и последующей их регистрацией в виде числовых данных. Данную технологию в маммологии рекомендуют для скрининга, дифференциальной диагностики и для оценки эффективности проводимого лечения.

Высокочувствительная система РТМ-01-РЭС позволяет оценивать функциональное состояние тканей путем неинвазивного измерения внутренней температуры на глубине до 5 см и температуры кожи. Неинвазивность методики, полное отсутствие ионизирующих излучений и, как следствие, полная безвредность метода обуславливает отсутствие прямых противопоказаний для проведения исследования. Метод абсолютно безопасен, исследование не сопровождается никакими неприятными ощущениями и может проводиться неограниченное количество раз в целях динамического наблюдения.

При опросе пациента в процессе радиотермометрического обследования врач задает пациенту вопросы, которые, по замыслу разработчиков программы, должны помогать в диагностике патологии молочной железы [11].