ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) — хроническое заболевание, характеризующееся персистирующим ограничением скорости воздушного потока, которое обычно прогрессирует и связано с повышенным хроническим воспалительным ответом легких на действие патогенных частиц или газов (GOLD, 2011).

К сожалению, своевременная постановка диагноза ХОБЛ происходит всего в 25% случаев, несмотря на широкое распространение заболевания (Труфанов Г. Е., Кузнецова Н. Ю., 2007). Это обстоятельство неблагоприятно сказывается на качестве лечения, так как терапия особенно эффективна на ранних стадиях бронхиальной обструкции (Жестков А. В., Косарев В. В., Бабанов С. А., 2009). Такая ситуация обусловлена поздним обращением пациентов за медицинской помощью и низкой точностью диагностики на ранних стадиях (Линденбратен Л. Д., 2000).

Указанные факты являются предпосылками для многочисленных исследований, посвященных разработке методик раннего выявления ХОБЛ и оценке влияния различных факторов на тяжесть заболевания и его исход (Юдин А. Л., Афанасьева Н. И., Абович Ю. А., 2006; Lopez A. D., Shibuya K., Rao C. et al., 2006; Lee J. H., Lee Y. K., Kim E. K. et al., 2010).

Диагностика ХОБЛ, согласно требованиям GOLD, базируется на данных спирометрии. Диагноз устанавливается в том случае, если уровень индекса Тиффно ниже порогового значения 0,7 (Белевский А. С., 2012). Однако для ранних стадий заболевания характерна изолированная обструкция мелких бронхов

и бронхиол, которая не выявляется методом спирометрии (Чучалин А. Г., 2000; Окороков А. Н., 2000).

Компьютерная томография (КТ) является наиболее точным методом диагностики тонких морфологических изменений, сопутствующих ХОБЛ.

Степень разработанности темы

В настоящее время исследователями предпринимаются попытки расширить критерии диагностики ХОБЛ и связать функциональные нарушения, характеризующие ограничение воздушного потока, с клиническими данными (Юдин A. Л., Афанасьева Н. И., Абович Ю. А., 2006). Такой подход получил название фенотипирования больных ХОБЛ (Авдеев С. Н., 2010, 2011). Стоит особо отметить, что разделение больных ХОБЛ по фенотипам является не только теоретическим вопросом патогенеза заболевания, но и влияет на эффективность ответа на проводимую терапию различными препаратами и, как следствие, определяет качество жизни пациентов (Aryal S., Diaz-Guzman E., Mannino D. M., 2013).

ХОБЛ в результате своего патогенеза приводит к развитию различных осложнений (Кароли Н. А., Ребров А. П., 2011; Кароли Н. А., 2007), в том числе и кардиальных, которые могут быть установлены с помощью эхокардиографии. Среди осложнений одним из наиболее опасных является ремоделирование по типу хронического легочного сердца. Выявление хронического легочного сердца и прогнозирование его развития является актуальным вопросом комплексной оценки состояния пациента с ХОБЛ (Яковлев В. А., Куренкова И. Г., 1996; Клестер Е. Б., Шойхет Я. Н., 2008).

При обследовании больных ХОБЛ активно используются специализированные клинические приложения по постпроцессинговому анализу компьютерных томограмм, которые дают объективные числовые показатели. Врач-рентгенолог может ориентироваться на эти показатели при оценке распространенности эмфиземы и прогрессирования заболевания при контрольном исследовании (Mohamed Hoesein F.

Несмотря на то, что различные аспекты ХОБЛ активно исследуются, ряд вопросов диагностики заболевания остается нерешенным:

1. Роль МСКТ (мультисрезовой компьютерной томографии) в оценке бронхиальной обструкции при нормальных значениях индекса Тиффно.

2. Значение МСКТ при фенотипировании пациентов.

3. Особенности распространенности эмфиземы у пациентов в зависимости от фенотипа.

4. Влияние фенотипа на развитие хронического легочного сердца.

Цель исследования

Улучшение диагностики и фенотипирования ХОБЛ, оптимизация прогнозирования развития хронического легочного сердца по данным компьютерной томографии.

Задачи исследования

1. Оценить состояние легких и правых отделов сердца у больных с диагнозом ХОБЛ и хронический необструктивный бронхит.

2. Предложить фенотипы ХОБЛ на основании результатов компьютерной томографии, оценить эффективность использованных принципов стратификации больных.

3. Изучить показатели эхокардиографии в выделенных фенотипах ХОБЛ и выявить фенотип, в котором выше уровень признаков хронического легочного сердца.

4. Оптимизировать алгоритм обследования больных с подозрением на ХОБЛ при первичном обращении и динамическом наблюдении.

5. Разработать компьютерную программу и устройство, обеспечивающие цифровой анализ плотностных характеристик легочной ткани у больных ХОБЛ.

6. Установить диагностическую эффективность получаемых числовых показателей путем расчета операционных характеристик тестов и ROC- анализа.

Научная новизна исследования

Впервые разработаны программа для компьютерной обработки и анализа компьютерных томограмм и тест-объект для калибровки компьютерных томографов (Патенты № 2015612523, от 19.02.2015, № 135246 от 10.12.13).

Обоснована роль МСКТ в фенотипировании больных ХОБЛ, подтверждена эффективность разделения больных на 4 фенотипа: 1) эмфизематозный; 2) бронхитический; 3) смешанный; 4) без эмфиземы и поражения бронхиальной стенки. Выделенные фенотипы достаточно точно различались по результатам спирометрии, компьютерной томографии и эхокардиографии, что подтверждено дискриминантным анализом.

Впервые выявлен более высокий уровень показателей ремоделирования по типу хронического легочного сердца в группе больных со смешанным фенотипом (эмфизема в сочетании с проявлениями поражения бронхиальной стенки).

Впервые установлена взаимосвязь прогрессирования бронхиальной обструкции и развития хронического легочного сердца и распространенности эмфиземы.

Теоретическая и практическая значимость

На основании проведенного исследования установлено, что использование МСКТ для оценки состояния легких в группе риска ХОБЛ позволяет выявить ранние проявления бронхиальной обструкции, дает важную информацию для фенотипирования больных и прогнозирования развития хронического легочного сердца. Полученные данные позволяют своевременно установить диагноз ХОБЛ и выбрать оптимальную тактику лечения.

Разработанные компьютерная программа и тест-объект позволяют объективизировать данные компьютерной томографии с помощью цифрового анализа медицинских изображений.

Создан и внедрен в практику диагностический алгоритм для пациентов из группы риска ХОБЛ, определено место постпроцессингового анализа в алгоритме обследования больных ХОБЛ.

Методология и методы исследования

Диссертационное исследование состояло из нескольких этапов. Первоначально проводилось изучение научной литературы по теме исследования. Всего было проанализировано 147 источников, из них отечественных — 50, зарубежных — 97.

На втором этапе были проанализированы данные спирометрии, компьютерной томографии и эхокардиографии 106 пациентов из исследуемой группы и 20 здоровых добровольцев.

Исследования функции внешнего дыхания проводили на аппарате Spiro USB (Carefusion, Великобритания).

Для получения количественных параметров данные компьютерной томографии в формате DICOM загружались в разработанное приложение «Программа для анализа компьютерных томограмм легких». Результаты МСКТ

анализировались с учетом постпроцессинговой обработки в рамках предложенных фенотипов ХОБЛ.

Клиническая характеристика больных

Основой работы послужило комплексное обследование 106 человек в возрасте от 55 до 80 лет, являвшихся пациентами отделений терапевтического профиля Клиник Самарского государственного медицинского университета в период с 2012 по 2015 годы. Компьютерная томография проводилась в рентгеновском отделении, эхокардиография в отделении функциональной и ультразвуковой диагностики. У 52 пациентов диагноз ХОБЛ был верифицирован согласно критериям GOLD-2011. 54 пациентам был выставлен диагноз

хронический необструктивный бронхит (ХНБ). В качестве контрольной группы было обследовано 20 здоровых добровольцев. В обследовании пациентов была использована программа, разработанная на базе Центра прорывных исследований СамГМУ «Информационные технологии в медицине».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Инспираторно-экспираторная компьютерная томография позволяет обнаружить у больных ХОБЛ ранние признаки бронхиальной обструкции в то время, когда индекс Тиффно остается в пределах нормы, а проведение цветового картирования с количественным анализом томограмм дает возможность объективно оценить распространенность эмфиземы.

2. Фенотипирование больных ХОБЛ на основе результатов МСКТ обеспечивает более точную стратификацию пациентов с учетом сочетания и доминирования ведущих патогенетических механизмов, определяющих индивидуальные особенности развития заболевания и эффективность его терапии.

3. Ремоделирование правых отделов в большей степени характерно для пациентов, имеющих сочетание эмфиземы и бронхиальной обструкции по данным МСКТ, что указывает на высокую вероятность развития хронического легочного сердца у больных ХОБЛ со смешанным фенотипом.

Степень достоверности и апробация результатов

Степень достоверности результатов исследования определяется значительным объемом выборки (n=106), наличием группы сравнения (n=20), применением современных методик исследования и обработкой результатов исследования современными статистическими методами.

Основные положения диссертации представлены в материалах конференций и конгрессов: Национальный конгресс по болезням органов дыхания (Казань, 2013, 2014 гг.), Конгресс российской ассоциации радиологов «Лучевая

диагностика и терапия в реализации национальных проектов» (Санкт-Петербург, 2013 г.), Конгресс российской ассоциации радиологов (Москва, 2014 г.), V Международный Молодежный Медицинский Конгресс (Санкт-Петербург,

2013 г.), конференция «Межуниверситетские инновационные чтения УМНИК» (Самара, 2013, 2014 гг.), VII Всероссийский национальный Конгресс лучевых диагностов и терапевтов «РАДИОЛОГИЯ-2013» (Москва, 2013 г.), Евразийский конгресс кардиологов (Москва, 2013 г.), Невский радиологический форум-2014 (Санкт-Петербург, 2014 г.), конференция «Аспирантские чтения» (Самара,

2014 г.), конференция «Избранные вопросы лучевой диагностики» (Екатеринбург, 2014 г.).

Личный вклад

Тема и план диссертации, ее содержание разработаны совместно с научным руководителем на основании многолетних исследований.

Автор самостоятельно выделил цель, задачи и этапы научного исследования. Разработан лист регистрации данных пациента, на их основе создана электронная база данных.

Диссертант лично провел компьютерную томографию 106 пациентам из исследуемой группы и 20 пациентам из контрольной группы.

Разработка компьютерной программы проводилась на основе целей и методологии, предложенных автором, алгоритм и интерфейс программы разрабатывался с учетом его требований.

Личный вклад автора в анализ литературы, сбор клинических материалов и их статистическую обработку, написание текста — 100%.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 19 научных работ, из них 5 в журналах, рекомендованных к публикации ВАК Министерства образования и науки РФ. Получены патент на полезную модель и свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка сокращений, списка используемой литературы и приложений. Диссертация содержит 10 диаграмм, 25 рисунков, 25 таблиц. Список литературы включает 147 источников (50 отечественных и 97 зарубежных). Текст диссертации изложен на 142 листах машинописного текста.

Методы статистической обработки результатов исследования

Данные пациентов, результаты оценки функции внешнего дыхания, компьютерной томографии с постпроцессинговой обработкой и эхокардиографии заносились в специально разработанную электронную базу данных в программе Statistica 7.0 (Statsoft, США).

В ходе исследования использовались следующие методики:

1. Анализ достоверности между выделенными группами с использованием непараметрического U- критерия Манна-Уитни.

2. Ранговая корреляция Спирмена для оценки взаимосвязи признаков.

3. Расчет критерия Кохена для оценки согласованности мнения экспертов.

4. Дискриминантный анализ для проверки гипотезы об эффективном разделении на группы с расчетом F-критерия и л Уилкса.

5. Расчет операционных характеристик и построение ROC-кривых проводились в программе MedCalc (Medcalc Software, США).

Внедрение результатов в практическую работу

Разработанное компьютерное приложение «Программа для анализа компьютерных томограмм легких» используется врачами-рентгенологами, пульмонологами, терапевтами. Результаты исследования и алгоритм ведения больных внедрены в работу рентгенологических отделений Клиник ГБОУ ВПО СамГМУ и ООО «Медицинский лучевой центр».