Введение к работе
Актуальность проблемы
Болезни легких от воздействия фиброгенной пыли остаются в ряду ведущих проблем пульмонологической клиники. За последние годы в нашей стране отмечается постоянный рост профессионально обусловленной патологии, в том числе и пылевых заболеваний легких — пневмокониоза и хронического пылевого бронхита (Измеров Н.Ф., 1998; Артамонова В.Г., Фишман Б.Б., 2003). Отягощает их течение неблагоприятная экологическая ситуация в большинстве промышленных регионов (Нестеровский Я.И., 1994; Осипов Ю.А. и др., 1995). За рубежом, в государствах с высоким социальным приоритетом здравоохранения, проблема патогенного воздействия фиброгенных пылей на органы дыхания также далека от решения, несмотря на масштабные гигиенические мероприятия (Rosenman K.D. et al., 1997; Welch L.S.etal., 1998; WangX. etal., 1999).
Неспецифическая, зачастую стертая клиническая симптоматика кониотиче-ского фиброза, особенно в начале его развития, вызывает необходимость получения инструментальной информации о регионарных легочных дисфункциях. Ее глубина и достоверность определяют адекватную оценку тяжести состояния больного и своевременность лечебных мероприятий. Роль функционального аспекта диагностики акцентирована в новой отечественной классификации пневмо-кониозов, где отмечено, что тяжесть заболевания зависит не столько от степени фиброза, сколько от особенностей клинических проявлений и функциональных нарушений.
Фундаментом лучевого распознавания пылевых заболеваний легких (ГОЛ) является рентгенологический метод. Тем не менее, нельзя оспорить тот факт, что изолированное его применение оставляет за пределами диагностического процесса важнейшую функциональную информацию о регионарном легочном кровотоке и вентиляции, их соотношениях, о состоянии защитной функции легких, активности пневмонита. Традиционные инструментальные тесты (функция внешнего дыхания, реография) не могут в полной мере возместить этот диагностический пробел. Инвазивные же процедуры (биопсия, лаваж) далеко не безразличны для здоровья пациента и не всегда доступны.
Новые перспективы в решении теоретических и диагностических проблем профессиональной пульмонологии открывают современные радионуклидные технологии. Они способны выступать в роли связующего звена, которое позволяет вывести скрытые морфофункциональные проявления ПЗЛ на уровень реальной и, что особенно важно, визуальной клинической диагностики.
В то время как радионуклидная визуализация прочно вошла в пульмонологическую практику, многие аспекты ее клинико-диагностического значения при ПЗЛ до настоящего времени ясно не определены. Большинство исследований касается лишь отдельных сторон формирования регионарных легочных дисфункций — в основном нарушений капиллярной перфузии (Бродский О.Б., Волкова В.М., 1980; Кузьмина О.Г., 1989; Ливергант Ю.Э. и др., 1989; Орлова Г.П. и др., 1996). Сведения о состоянии вентиляционно-перфузионных отношений у больных с ко-ниотическим фиброзом и пылевым бронхитом немногочисленны и фрагментарны (Susskind Н. et al., 1988). Методический уровень ряда исследований прошлых лет
1'ОС
ЕНБЛ Ctltrep Q3 Пв
НАЦИОНАЛЬНАЯ| ІНБЛНОТЕКА
уже нельзя признать достаточным в силу стремительного прогресса компьютерной радионуклидной визуализации. До сих пор недостаточно исследованы системные взаимосвязи при формирования легочно-сердечной недостаточности у больных с пылевой патологией легких на основе сопоставления и взаимокорреляции методов радионуклидной диагностики и ультразвукового зондирования.
Не решен вопрос о сравнительной диагностической информативности функциональных тестов и радионуклидных методов в ранней диагностике вентиляционных нарушений при пневмокониозах (ПКЗ) и хроническом пылевом бронхите (ХПБ). Существенные пробелы в лучевой диагностике ПЗЛ обусловлены неразработанностью радионуклидных подходов к исследованию защитной функции легких (мукоцилиарного аппарата) и неинвазивной индикации активности кониоти-ческого пневмонита на основе аэрозольной визуализации. По нашему мнению, разработка этого научного направления создаст условия для более широкого практического использования научного потенциала современных представлений о патогенезе профессиональных пылевых заболеваний легких (Величковский Б.Т., 1998; Лощилов Ю.А., 1999; Милишникова В.В. и др., 2002), атакже будет способствовать совершенствованию диагностики хронических обструктивных болезней легких, остающейся важной проблемой (Чучалин А.Г., 1998).
В клинике профессиональных пульмонологических заболеваний практически не реализован потенциал современных радионуклидных компьютерных информационных технологий обработки изображений, позволяющих выйти на более высокий уровень понимания патогенетических легочных механизмов, формирующихся под воздействием фиброгенной пыли.
Все сказанное определяет теоретическую и практическую актуальность поставленной проблемы и требует всесторонней разработки данного научного направления.
Целью настоящей работы является улучшение диагностики профессиональных пылевых заболеваний легких и разработка новых подходов к изучению функционально-морфологических аспектов их формирования на основе радионуклидных методов с применением компьютерных технологий обработки и анализа изображений.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
Разработать информационные технологии обработки и анализа радионуклидных изображений, позволяющие визуализировать и количественно оценить основные звенья патогенетических механизмов пылевых заболеваний легких и их осложнений.
Изучить состояние регионарной легочной вентиляции методами радионуклидной диагностики, сопоставить полученные данные с результатами исследования функции внешнего дыхания, рентгенологическими, эндоскопическими и клиническими данными, выявить сцинтиграфическую симптоматику вентиляционных нарушений при ПЗЛ, дать сравнительную оценку диагностической эффективности этих тестов на основе принципов доказательной медицины.
3. Оценить состояние легочной перфузии и гемодинамики радионук-
лидными, ультразвуковыми, рентгенологическими методами. Применить для вы
явления патогенетических закономерностей формирования легочно-сердечной
недостаточности при ПЗЛ компьютерную обработку сцинтиграмм, а также кор
реляционный, кластерный и факторный анализ для раскрытия клинического и
патогенетического значения выявленных изменений.
4. Оценить вентиляционно-перфузионные соотношения при пылевых
заболеваниях легких методами вентиляционной и перфузионной сцинтиграфии,
установить характер, тяжесть и направленность возможного их дисбаланса. Про
вести математическое моделирование пылевых заболеваний легких с использо
ванием полученных параметров.
5. Изучить состояние мукоцилиарнои защитной функции легких у
больных пневмокониозами и хроническим пылевым бронхитом с помощью аэро
зольной радионуклидной технологии, оценить тяжесть и глубину распростране
ния нарушений мукоцилиарного транспорта, дать им количественную оценку.
6. Исследовать возможность неинвазивного распознавания активности
кониотического пневмонита путем исследования легочного клиренса 9тТс-
дизтилентриаминопентаацетата (ДТПА), сопоставить параметры проницаемости
легочного эпителия (ПЛЭ), полученные данным методом, при различных формах
пылевой патологии, изучить взаимосвязь легочного клиренса Тс-ДТПА с те
чением пылевого пневмофиброза.
Научная новизна.
Впервые в профессиональной пульмонологии на основе компьютерных ра-дионуклидных технологий разработана новая методология решения проблемы объективной системной оценки морфологических и функциональных нарушений со стороны органов дыхания, наступающих под воздействием фиброгенной пыли.
Новизна предложенных способов диагностики функционально-морфологического состояния органов дыхания подтверждена на уровне государственной патентной экспертизы трех изобретений (патенты РФ №2109484; №2131216; №2173086).
Впервые разработан метод спектрального анализа сцинтиграмм, обеспечивающий количественную характеристику нарушений перфузии и классификацию уровня фиброгенного воздействия на легочную микроциркуляцию.
Впервые с позиций доказательной медицины дан сравнительный анализ диагностической информативности традиционных инструментальных тестов (функция внешнего дыхания) и радионуклидных технологий в плане ранней диагностики респираторных нарушений при пылевых заболеваниях. Доказана высокая клиническая ценность аэрозольной ингаляционной сцинтиграфии легких при выявлении вентиляционных нарушений.
Впервые визуализированы и установлены особенности изменения вентиля-ционно-перфузионного дисбаланса при ПЗЛ. Это позволило расширить представления о патофизиологических аспектах пылевой патологии, продемонстрировать возможность срыва механизма ауторегуляции легочного кровотока. Впервые для решения таких задач использована генерация компьютерного вентиляционно-перфузионного изображения.
Впервые наиболее информативным радионуклидным методом дана характеристика тяжести и распространенности нарушений мукоцилиарнои защитной функции легких.
Впервые установлена возможность неинвазивного определения активности кониотического пневмонита методом аэрозольной визуализации и оценки неравномерности пространственного распределения его проявлений в легочной ткани. Разработан новый метод прогнозирования течения пневмокониозов.
Практическая значимость работы
Результаты исследования позволяют сформулировать новую лучевую диагностическую концепцию, развивающую и дополняющую фундаментальный и традиционный клинико-рентгенологический и функциональный подход к распознаванию ПЗЛ широким спектром радионуклидных методик, способных существенно приблизить врача к пониманию истинной тяжести поражения легочной функций у больного. Основу этой концепции составляют: 1) использование оригинальных информационных технологий, расширяющих возможности традиционной радионуклидной визуализации, 2) широкое использование научно-практического потенциала аэрозольной визуализации -оценка вентиляции, проницаемости легочного эпителия, мукоцилиарного клиренса. Клиническим результатом внедрения этой концепции в профпатологическую клинику являются более точная оценка состояния больного, своевременность и эффективность терапевтических мероприятий. Этот результат обоснован на основе методологии доказательной медицины (ROC-анализ) и совокупности методов углубленного статистического анализа (дисперсионного, кластерного, факторного и дискриминационного), включающего многомерное исследование патологических закономерностей.
Предложены и внедрены в практику охраноспособные способы компьютерной обработки радионуклидных изображений. Разработанное оригинальное программное обеспечение позволяет объективизировать патогенетические проявления ПЗЛ и повысить надежность и воспроизводимость врачебного заключения при экспертной оценке тяжести состояния больного с профессиональным поражением бронхолегочной системы.
Обоснованы показания к применению комплекса радионуклидных методов для раннего распознавания нарушений функции дыхания у больных ПЗЛ. Установлен диагностический приоритет аэрозольной ингаляционной сцинтиграфии легких в обнаружении регионарных нарушений вентиляции и ранней диагностики обструктивных нарушений при кониотическом фиброзе и пылевом бронхите. Созданная информационная технология анализа аэрозольных сцинтиграмм обеспечивает повышение точности их количественной оценки.
Определены перфузионные сцинтиграфические критерии риска возникновения формирования хронического легочного сердца при ПЗЛ, а также показатель агрессивности воздействия фиброгенного фактора на микроциркуляторное русло.
Показана целесообразность оценки проницаемости легочного эпителия с помощью аэрозольной технологии в качестве индикатора повреждения альвеол и интерстиции легких при пневмокониозе, способного заменить сложные инвазив-ные процедуры (биопсию или лаваж дыхательных путей).
Выделены характерные радионуклидные диагностические критерии, отражающие формирование дыхательной недостаточности от скрытых форм до срыва компенсации.
Реализация работы Основные положения диссертации и разработанные методы внедрены и используются при обследовании пациентов Самарского областного центра профпатоло-гии, медико-санитарной части № 5 г. Самары, в отделении радионуклидной диагностики и рентгенологическом отделении клиник Самарского государственного медицинского университета, Самарском областном клиническом госпитале для ветеранов войн, ММУ городской клинической больницы № 3 г. Самары, ММУ городской поликлиники № 9 г. Самары. Ряд положений теоретического и практического характера, сформулированных в диссертации, а также разработанное программное обеспечение для обработки медицинских изображений используются в учебном процессе на кафедрах лучевой диагностики и лучевой терапии с курсом медицинской информатики и на кафедре профессиональных болезней, клинической фармакологии и фармакотерапии Самарского государственного медицинского университета.
Апробация работы
Научные результаты и основные положения диссертации представлены в материалах и доложены на: научно-практической конференции «Геронтология и гериатрия» (Самара, 1996); 7 Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (Москва, 1997); VI Национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 1997); Join World Federation of Nuclear Medicine and Biology and European Association ofNuclear Medicine Congress (Berlin, 1998); Всероссийской специализированной выставке «Мир медицины-99» (Самара, 1999); I Всероссийском съезде проф-патологов (Тольятти, 2000); Российской научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Геленджик, 2000); конференции «Лучевая диагностика и лучевая терапия на пороге третьего тысячелетия» 1-го Российского форума с международным участием (Москва, 2000); международной конференции «Современные проблемы ядерной медицины и радиофармацевтики» и II съезде Российского общества ядерной медицины (Обнинск, 2000); Российской научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Геленджик, 2000); European Association ofNuclear Medicine Congress (Paris, 2000); Первом губернском съезде врачей (Самара, 2001); VIII Всероссийском съезде рентгенологов и радиологов (Москва, 2001); конференции «Лучевая диагностика и лучевая терапия в клинике XXI века» 3-го Российского научного форума (Москва, 2002); конференции «Цифровые технологии в рентгенодиагностике» (Самара, 2002).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
1. Применение разработанных информационных технологий компью-
терной обработки и анализа данных радионуклидной визуализации объективизирует легочные нарушения, возникающие под воздействием фиброгенной пыли.
Высокая эффективность радионуклидной диагностики при выявлении регионарных вентиляционных и перфузионных нарушений при пылевых заболеваниях легких.
Радиоаэрозольное исследование проницаемости легочного эпителия визуализирует воспалительно-деструктивные процессы, характерные для конио-тического пневмонита и позволяет прогнозировать течение пневмокониоза.
4. Значение исследования мукоцилиарного клиренса методом динами-
ческой пульмоносцинтиграфии для сужденияь о сохранности мукоцилиарной зашиты у больного с пылевой патологией легких и определения показания для лечебных мероприятий, направленных на ее восстановление.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 24 печатные работы ( в том числе 1 монография и 6 статей в научных журналах и изданиях Перечня ВАК Министерства образования РФ для публикации результатов докторских диссертаций). Получено 3 патента РФ на изобретения.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на^«Зсграницах машинописного текста, содержит ^^"рисунков и ^Хтаблицу. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и практических рекомендаций. Список литературы содержит 325 источников (129 отечественных и 196 зарубежных).
