RU2814404C1 - Method for differential diagnosis of obstructive pathology of major duodenal papilla - Google Patents
Method for differential diagnosis of obstructive pathology of major duodenal papilla Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814404C1 RU2814404C1 RU2023104432A RU2023104432A RU2814404C1 RU 2814404 C1 RU2814404 C1 RU 2814404C1 RU 2023104432 A RU2023104432 A RU 2023104432A RU 2023104432 A RU2023104432 A RU 2023104432A RU 2814404 C1 RU2814404 C1 RU 2814404C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- confidence
- obstruction
- pathology
- bdk
- signs
- Prior art date
Links
- 230000007170 pathology Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000003748 differential diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 210000004141 ampulla of vater Anatomy 0.000 title claims abstract description 11
- 230000000414 obstructive effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 206010061876 Obstruction Diseases 0.000 claims abstract description 21
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 17
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 11
- 238000012336 endoscopic ultrasonography Methods 0.000 claims description 11
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 claims description 9
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 8
- QHHHYLFZGYIBCX-UHFFFAOYSA-N n,n'-bis[(2,2-dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl)methyl]methanediimine Chemical compound O1C(C)(C)OCC1CN=C=NCC1OC(C)(C)OC1 QHHHYLFZGYIBCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims description 6
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 6
- 210000001198 duodenum Anatomy 0.000 claims description 5
- 201000010183 Papilledema Diseases 0.000 claims description 4
- 206010033708 Papillitis Diseases 0.000 claims description 4
- 201000002166 optic papillitis Diseases 0.000 claims description 4
- 208000003200 Adenoma Diseases 0.000 claims description 3
- 206010001233 Adenoma benign Diseases 0.000 claims description 3
- 230000009545 invasion Effects 0.000 claims description 3
- 208000008771 Lymphadenopathy Diseases 0.000 claims description 2
- 206010020718 hyperplasia Diseases 0.000 claims description 2
- 230000002390 hyperplastic effect Effects 0.000 claims description 2
- 208000018555 lymphatic system disease Diseases 0.000 claims description 2
- 230000001394 metastastic effect Effects 0.000 claims description 2
- 206010061289 metastatic neoplasm Diseases 0.000 claims description 2
- 230000002966 stenotic effect Effects 0.000 claims description 2
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 13
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 9
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 9
- 208000031481 Pathologic Constriction Diseases 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 210000000013 bile duct Anatomy 0.000 description 5
- 208000006990 cholangiocarcinoma Diseases 0.000 description 5
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 5
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 4
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 3
- 238000007459 endoscopic retrograde cholangiopancreatography Methods 0.000 description 3
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 201000001883 cholelithiasis Diseases 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 210000002603 extrahepatic bile duct Anatomy 0.000 description 2
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 210000000277 pancreatic duct Anatomy 0.000 description 2
- 210000000278 spinal cord Anatomy 0.000 description 2
- 230000036262 stenosis Effects 0.000 description 2
- 208000037804 stenosis Diseases 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 206010060999 Benign neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 206010004637 Bile duct stone Diseases 0.000 description 1
- 201000009331 Choledocholithiasis Diseases 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 210000000941 bile Anatomy 0.000 description 1
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002192 cholecystectomy Methods 0.000 description 1
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000009558 endoscopic ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000001839 endoscopy Methods 0.000 description 1
- 238000011985 exploratory data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000007773 growth pattern Effects 0.000 description 1
- 238000010562 histological examination Methods 0.000 description 1
- 230000000642 iatrogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002757 inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 210000001165 lymph node Anatomy 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000001613 neoplastic effect Effects 0.000 description 1
- 210000000496 pancreas Anatomy 0.000 description 1
- 231100000915 pathological change Toxicity 0.000 description 1
- 230000036285 pathological change Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 230000031068 symbiosis, encompassing mutualism through parasitism Effects 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, а именно к хирургии и к эндоскопической ультразвуковой диагностике и может быть использовано при дифференциальной диагностике обструктивной патологии большого сосочка двенадцатиперстной кишки (БСДК).The invention relates to the field of medicine, namely to surgery and endoscopic ultrasound diagnostics and can be used in the differential diagnosis of obstructive pathology of the major duodenal papilla (MDP).
Доброкачественная и злокачественная патология гепатопанкреатодуоденальной зоны (ГПДЗ) широко распространена в мировой популяции и охватывает все возрастные группы населения. Одной из актуальных локализаций этой патологии является БСДК и парапапиллярная зона двенадцатиперстной кишки (ДПК). Инструментальная визуализация ампулы БСДК и папиллярной зоны представляет собой сложную диагностическую задачу, требующую мультидисциплинарного подхода из-за сложных анатомических особенностей этой области, а так же разнообразия встречающейся патологии. Полноценной визуализации структур папиллярной зоны ДПК, и особенно БСДК, препятствует наличие воздуха в ДПК и малые размеры, как самого сосочка, так и патологии, развивающейся в нем. Прямой осмотр БСДК при гастродуоденоскопии позволяет диагностировать патологию лишь при достаточно больших размерах поражения, распространяющуюся эхстраампулярно. Внедрение в клиническую практику эндоскопической ультрасонографии (ЭУС), уникальным свойством которой является детальная визуализация органов в непосредственной близости от пищеварительного тракта, значительно повысили возможности объективной диагностики заболеваний БСДК. Эндосонография является дополнительным высокоэффективным методом обследования пациентов с патологией БСДК, а при внутриампулярном раке ЭУС обладает наибольшей эффективностью чем все остальные. По данным исследований, ЭУС обладает наибольшей чувствительностью и специфичностью в оценке размеров и местной распространенности опухолей, выявлении поражения лимфатических узлов по сравнению с КТ и МРТ. Вместе с тем, до настоящего времени не существует четко сформулированных сонографических критериев и алгоритмов, позволяющих дифференцировать воспалительные и неопластические изменения БСДК, что закономерно объясняется отсутствием возможности использования широко распространенных статистических методов анализа данных для выделения и оценки диагностических критериев, поскольку не представляется возможным наблюдать репрезентативные однородные выборки пациентов со статистически достоверным различием по каждому диагностическому критерию. Данное обстоятельство значительно снижает информативность и объективность эндосонографической диагностики патологии БСДК и папиллярной зоны. Ошибки и несвоевременная диагностика заболеваний БСДК, до настоящего времени являются причиной неудовлетворительных результатов лечения изучаемой патологии (Диагностика и результаты эндоскопических методов лечения заболеваний большого дуоденального сосочка / А. Г. Шулешова, Е. И. Брехов, В. В. Добрусин [и др.] // Медицинский вестник МВД. - 2012. - № 1(56). - С. 8-17).Benign and malignant pathology of the hepatopancreatoduodenal zone (HPZ) is widespread in the world population and covers all age groups of the population. One of the current localizations of this pathology is the BDK and the parapapillary zone of the duodenum (DU). Instrumental visualization of the BD ampulla and papillary zone is a complex diagnostic task that requires a multidisciplinary approach due to the complex anatomical features of this area, as well as the diversity of pathologies encountered. Full visualization of the structures of the papillary zone of the duodenum, and especially the BDK, is hampered by the presence of air in the duodenum and the small size of both the papilla itself and the pathology developing in it. Direct examination of the BDDC during gastroduodenoscopy makes it possible to diagnose pathology only if the lesion is sufficiently large and extends echstrampullary. The introduction into clinical practice of endoscopic ultrasonography (EUS), the unique property of which is detailed visualization of organs in the immediate vicinity of the digestive tract, has significantly increased the possibilities of objective diagnosis of BDK diseases. Endosonography is an additional highly effective method of examining patients with BDK pathology, and for intraampullary cancer, EUS is the most effective than all others. According to research, EUS has the greatest sensitivity and specificity in assessing the size and local extent of tumors and detecting lymph node involvement compared to CT and MRI. At the same time, to date there are no clearly formulated sonographic criteria and algorithms that allow differentiating inflammatory and neoplastic changes in the BDDC, which is naturally explained by the inability to use widespread statistical methods of data analysis to identify and evaluate diagnostic criteria, since it is not possible to observe representative homogeneous samples of patients with a statistically significant difference for each diagnostic criterion. This circumstance significantly reduces the information content and objectivity of endosonographic diagnosis of the pathology of the BDK and papillary zone. Errors and untimely diagnosis of diseases of the major duodenal papilla are still the cause of unsatisfactory results of treatment of the pathology being studied (Diagnostics and results of endoscopic methods of treatment of diseases of the major duodenal papilla / A. G. Shuleshova, E. I. Brekhov, V. V. Dobrusin [et al. ] // Medical Bulletin of the Ministry of Internal Affairs. - 2012. - No. 1(56). - P. 8-17).
Известен способ диагностики заболеваний БСДК при гастродуоденоскопии и эндоскопической ретроградной холангиопанкреатографии (ЭРХПГ) (Руководство по клинической эндоскопии: Под ред. B.C. Савельева, В.М. Буянова, С.И. Лукомского. - М.: Медицина. - 1985.; 544 с.). Для диагностики патологии сосочка выполняют гастродуоденоскопию и транспапиллярные вмешательства при которых оценивают визуальные и рентгенологические изменения БСДК и протоковых систем печени и ПЖ. Для стеноза характерны изменение формы и размеров сосочка, затруднения при канюляции ампулы, расширение желчных и/или главного панкреатического протоков, стриктура желчного и/или панкреатического протоков, определяемые визуально и на рентгенограммах, одновременное контрастирование обеих протоковых систем, увеличение времени выведения контрастного вещества из общего желчного (более 45 мин) и главного панкреатического (более 15 мин) протоков. Основным недостатком такой диагностики является отсутствие возможности установки диагноза на основании визуальных критериев и необходимость выполнения ЭРПХГ, а в ряде случаев эндоскопической папиллосфинктеротомии, которые являются инвазивными вмешательствами и сопряжены с высоким риском развития осложнений. Для диагностики аденомы и рака БСДК при гастродуоденоскопии оцениваются форма, размеры БСДК, характер поверхности, состояние слизистой оболочки. При раке БСДК антеградное рентгеноконтрастное исследование позволяет оценить протяженность злокачественной инфильтрации желчных протоков. При наличии изменений, характерных для новообразований БСДК показана эндоскопическая папиллотомия и биопсия, так как диагностика изменений сосочка устанавливается при гистологическом исследовании. Недостатками гастродуоденоскопии является сложность диагностики указанных изменений на ранних стадиях заболевания при внутриампулярной локализации патологии. В такой ситуации отсутствует возможность дифференциации злокачественных и доброкачественных изменений БСДК. There is a known method for diagnosing diseases of the BDK with gastroduodenoscopy and endoscopic retrograde cholangiopancreatography (ERCP) (Manual on clinical endoscopy: Edited by V.S. Savelyev, V.M. Buyanov, S.I. Lukomsky. - M.: Medicine. - 1985.; 544 p. .). To diagnose the pathology of the papilla, gastroduodenoscopy and transpapillary interventions are performed, during which visual and radiological changes in the BDK and ductal systems of the liver and pancreas are assessed. Stenosis is characterized by a change in the shape and size of the papilla, difficulty in cannulating the ampulla, dilatation of the bile and/or main pancreatic ducts, stricture of the bile and/or pancreatic ducts, determined visually and on radiographs, simultaneous contrasting of both ductal systems, an increase in the time of removal of the contrast agent from the general bile (more than 45 minutes) and main pancreatic (more than 15 minutes) ducts. The main disadvantage of such diagnostics is the inability to establish a diagnosis based on visual criteria and the need to perform ERCP, and in some cases, endoscopic papillosphincterotomy, which are invasive interventions and are associated with a high risk of complications. To diagnose adenoma and cancer of the BDK during gastroduodenoscopy, the shape, size of the BDK, the nature of the surface, and the condition of the mucous membrane are assessed. For BDK cancer, an antegrade X-ray contrast study allows one to assess the extent of malignant infiltration of the bile ducts. If there are changes characteristic of BDK neoplasms, endoscopic papillotomy and biopsy are indicated, since changes in the papilla are diagnosed by histological examination. The disadvantages of gastroduodenoscopy are the difficulty of diagnosing these changes in the early stages of the disease when the pathology is localized intraampullary. In such a situation, there is no possibility of differentiating malignant and benign changes in the BDK.
В качестве ближайшего аналога выбран метод диагностики патологии ВЖП по данным ЭУС с использованием нечетких математических моделей, описанный в работе Белозеров В.А., Кореневский Н.А., Коржук Н.Л. Диагностика патологии внепеченочных желчных протоков по данным эндоскопической ультрасонографии с использованием нечетких математических моделей // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2022. Т. 12, № 2. С. 149-164. https://doi.org/10.21869/ 2223-1536-2022-12-2-149-164. As the closest analogue, we chose the method for diagnosing the pathology of IVH according to EUS data using fuzzy mathematical models, described in the work of Belozerov V.A., Korenevsky N.A., Korzhuk N.L. Diagnosis of pathology of the extrahepatic bile ducts according to endoscopic ultrasonography using fuzzy mathematical models // Proceedings of the South-West State University. Series: Management, computer technology, computer science. Medical instrumentation. 2022. T. 12, No. 2. P. 149-164. https://doi.org/10.21869/ 2223-1536-2022-12-2-149-164.
В этом способе дифференциация обструкции ВЖП основывается на сравнении эндосонограмм наблюдаемой патологии с реперными схемами эталонных эндосонограмм. Используются реперные схемы эндосонограмм, где для каждого заболевания представлены два варианта изображений: с продольной визуализацией структуры образования и с поперечной: C1-нормальный ОЖП; C2-эхографической структуры ОЖП при холедохолитиазе; C3-эхографической структуры ОЖП, содержащего «рыхлый» конкремент; C4-эхографической структуры ОЖП при доброкачественной рубцово-воспалительной стриктуре; C5-эхографической структуры ОЖП при холангиокарциноме; C6- ОЖП при холангиокарциноме с инвазией в окружающие структуры. По шкале наименований C1, … , C6 построена шкала интервалов S с отображением на ней меры близости между типовыми реперными эхоструктурами ОЖП на которой определены функции принадлежности к классам злокачественная обструкция - ωР и доброкачественная обструкция - ωД с базовой переменной S. В такой интерпретации величины функций принадлежности трактуются как величины уверенностей в исследуемых классах состояний. Величины функций принадлежности вычисляются по формулам: In this method, differentiation of IVH obstruction is based on comparison of endosonograms of the observed pathology with reference patterns of reference endosonograms. Reference diagrams of endosonograms are used, where for each disease two variants of images are presented: with longitudinal visualization of the structure of the formation and with transverse one: C1 - normal CBD; C2-echographic structure of the CBD in choledocholithiasis; C3-echographic structure of the CBD containing a “loose” calculus; C4-echographic structure of the CBD in benign scar-inflammatory stricture; C5-echographic structure of the CBD in cholangiocarcinoma; C6- CBD with cholangiocarcinoma with invasion into surrounding structures. Using the scale of names C1, ..., C6, a scale of intervals S was constructed, displaying on it the measure of proximity between typical reference echo structures of the CBD, on which the functions of membership in the classes malignant obstruction - ω P and benign obstruction - ω D with the base variable S are determined. In this interpretation, the values membership functions are interpreted as confidence values in the studied classes of states. The values of the membership functions are calculated using the formulas:
Частные уверенности
Решающие правила работают таким образом, что по выбранной сонограмме, с точностью 0,1 определяется значение S с расчетом соответствующих значений функций принадлежности, которые определяют уверенности по исследуемым классам состояний. The decision rules work in such a way that, based on the selected sonogram, the value of S is determined with an accuracy of 0.1, with the calculation of the corresponding values of the membership functions , which determine the confidence in the studied classes of states.
Решение о характере заболевания принимается по максимальному значению
Однако этот способ разработан для диагностики и дифференциации патологии ВЖП и не может использоваться для интерпретации изображений патологических изменений БСДК. Недостатком способа являются так же низкие диагностическая чувствительность и диагностическая специфичность особенно в областях с близкими значениями коэффициентов уверенности по дифференцируемым классам, что может приводить к диагностическим ошибкам. Кроме того, в этой работе для дифференциальной диагностики патологии ВЖП в качестве объекта сравнения используются идеализированные изображения, а именно реперные схемы эталонных эндосонограмм, что без демонстрации реальных эталонных изображений, которые привычны для восприятия практикующего специалиста ультразвуковой диагностики приводит к его частичной дезориентации и снижает эффективность способа. Экстраполяция вариантов продольной и поперечной визуализации эталонных сонограмм для отображения патологии БСДК не имеет практического значения в связи с малыми размерами диагностируемых структур и близкими значениями их измерений в различных плоскостях сканирования. В практическом плане характерное изображение патологического очага часто максимально проявляется в одном из сечений, или эти изображения очень идентичны.However, this method was developed for the diagnosis and differentiation of IVH pathology and cannot be used to interpret images of pathological changes in the BDK. The disadvantage of this method is also low diagnostic sensitivity and diagnostic specificity, especially in areas with similar values of confidence coefficients for differentiated classes , which can lead to diagnostic errors. In addition, in this work, for the differential diagnosis of IVH pathology, idealized images are used as an object of comparison, namely reference diagrams of reference endosonograms, which, without demonstrating real reference images that are familiar to the perception of a practitioner of ultrasound diagnostics, leads to his partial disorientation and reduces the effectiveness of the method . Extrapolation of options for longitudinal and transverse visualization of reference sonograms to display the pathology of the BDK has no practical significance due to the small size of the diagnosed structures and the close values of their measurements in different scanning planes. In practical terms, the characteristic image of the pathological focus is often maximally manifested in one of the sections, or these images are very identical.
Технической задачей предлагаемого способа является уменьшение количества ошибок при дифференциальной диагностике обструктивной патологии БСДК. The technical objective of the proposed method is to reduce the number of errors in the differential diagnosis of obstructive pathology of the BDK.
Для решения этой задачи в качестве математического аппарата исследования была использована методология синтеза гибридных нечетких решающих правил (МСГНРП) в основе которой лежит симбиоз интеллекта медицинского специалиста, инженера когнитолога и искусственного интеллекта. Интеллект клиницистов компенсирует недостаток статистики и позволяет совместно с инженером - когнитологом строить формальные модели на основе плохоформализуемых данных. Инженер - когнитолог проводит разведочный анализ, подбирает математические модели, соответствующие структуре решаемых задач. Рациональная комбинация интеллектуальных составляющих обеспечивается соответствующим алгоритмом МСГНРП. Такое взаимодействие предоставляет возможность генерации новых информационных систем, которые решают задачи по интерпретации изображений и обеспечивают правильность принимаемых решений в условиях неопределенности исходных данных. Для повышения качества дифференциальной диагностики эндосонограмм организованы исследования с привлечением экспертов, которые ориентированы в диагностике патологии БСДК. Проспективному и ретроспективному анализу подвергнуты результаты лечения 188 пациентов с патологией БСДК. Среди них 134 (71,3%) больных с доброкачественным стенозом БСДК, 24 (12,8%) больных с доброкачественными новообразованиями, 31 (16,5%) больной с раком БСДК. Возраст больных составил от 24 до 82 лет, средний возраст составил 69+6,3 года. Большинство пациентов были женщины - 63,4%. Среди этой группы пациентов ЖКБ страдали 104 (55,4%) человека, у 32 (30,8%) из которых в различные сроки ранее была выполнена холецистэктомия, соответственно ЖКБ не было у 84 (44,6%) больных. To solve this problem, the methodology for the synthesis of hybrid fuzzy decision rules (MFDR) was used as a mathematical research tool, which is based on the symbiosis of the intelligence of a medical specialist, a cognitive engineer and artificial intelligence. The intelligence of clinicians compensates for the lack of statistics and allows, together with a cognitive engineer, to build formal models based on poorly formalized data. A cognitive engineer conducts exploratory analysis and selects mathematical models that correspond to the structure of the problems being solved. A rational combination of intelligent components is provided by the corresponding MSGNRP algorithm. Such interaction provides the opportunity to generate new information systems that solve problems of image interpretation and ensure the correctness of decisions made in conditions of uncertainty in the source data. To improve the quality of differential diagnosis of endosonograms, studies have been organized with the involvement of experts who are focused on diagnosing the pathology of BDK. The results of treatment of 188 patients with BDK pathology were subjected to prospective and retrospective analysis. Among them, 134 (71.3%) patients with benign stenosis of the spinal cord, 24 (12.8%) patients with benign neoplasms, 31 (16.5%) patients with cancer of the spinal cord. The age of the patients ranged from 24 to 82 years, the average age was 69+6.3 years. The majority of patients were women - 63.4%. Among this group of patients, 104 (55.4%) people suffered from cholelithiasis, 32 (30.8%) of whom had previously undergone cholecystectomy at various times; accordingly, 84 (44.6%) patients did not have cholelithiasis.
Сущность изобретения состоит в том, что для дифференциальной диагностики обструктивной патологии БСДК по классам ωР - «злокачественная патология БСДК» и ωД- «доброкачественная патология БСДК» осуществляется ЭУС гепатопанкреатодуоденальной зоны. Анализируются видеоизображения ЭУС пациентов с патологией БСДК, формируются шкалы изображений, отражающих эхографическую структуру изучаемых объектов, состоящих из совокупности эндосонограмм всех обследованных больных. Из видеороликов отбирают оптимальные изображения, максимально точно передающие исследуемые анатомические структуры и выявленную патологию. Сонографические изображения на шкале эхографических структур располагают в порядке от нормального БСДК, до рака сосочка со злокачественной инфильтрацией в окружающие структуры. Отсутствие формальной процедуры формирования исходной системы признаков, используемых для решения поставленной задачи дифференциальной диагностики патологии БСДК побуждает полагаться на опыт экспертов ультразвуковой диагностики, ориентированных в патологии органов панкреатобилиарной зоны. Для оптимизации дифференциации патология БСДК представлена в виде двух изображений: первое изображение представляет собой эталонную сонограмму, а второе - искусственно созданное, идеализированное изображение (репер), отображающий только значимые структуры, выделенные из эталонной сонограммы, что позволяет акцентировать внимание на актуальной патологии и обеспечить более точную диагностику. The essence of the invention is that for the differential diagnosis of obstructive pathology of BDDC according to classes ω P - “malignant pathology of BDDC” and ω D - “benign pathology of BDDC”, EUS of the hepatopancreatoduodenal zone is performed. Video images of EUS of patients with BDK pathology are analyzed, image scales are formed that reflect the echographic structure of the studied objects, consisting of a set of endosonograms of all examined patients. From the videos, the optimal images are selected that most accurately convey the anatomical structures being studied and the identified pathology. Sonographic images on a scale of echographic structures are ranked in order from normal BDK to papillary cancer with malignant infiltration into surrounding structures. The lack of a formal procedure for the formation of the initial system of signs used to solve the problem of differential diagnosis of the pathology of the BDK encourages one to rely on the experience of ultrasound diagnostic experts focused on the pathology of the pancreaticobiliary zone organs. To optimize differentiation, the pathology of the BDK is presented in the form of two images: the first image is a reference sonogram, and the second is an artificially created, idealized image (reference), displaying only significant structures isolated from the reference sonogram, which allows focusing on the actual pathology and providing more accurate diagnosis.
С математической точки зрения задача классификации исследуемых классов заболеваний по эндосонограммам относится к классу плохоформализуемых задач, которые целесообразно решать, используя теорию нечеткой логики принятия решений и, в частности, МСГНРП которая разрабатывалась для решения задач со структурой данных аналогичных нашей задаче. Рекомендации по практическому использованию МСГНРП, включая решение задач аналогичных заявляемому способу описаны в работе Кореневский Н.А. Методология синтеза гибридных нечетких решающих правил для медицинских интеллектуальных систем поддержки принятия решений НА Кореневский, СН Родионова, ИИ Хрипина. - Старый Оскол: ТНТ. - 2019. - 472 с. From a mathematical point of view, the problem of classifying the studied classes of diseases using endosonograms belongs to the class of poorly formalized problems that are advisable to solve using the theory of fuzzy decision logic and, in particular, MSGNRP, which was developed to solve problems with a data structure similar to our problem. Recommendations for the practical use of MSGNRP, including solving problems similar to the proposed method, are described in the work of Korenevsky N.A. Methodology for the synthesis of hybrid fuzzy decision rules for medical intelligent decision support systems NA Korenevsky, SN Rodionova, AI Khripina. - Stary Oskol: TNT. - 2019. - 472 p.
Анализ эталонных эндосонограмм эхографической структуры позволил сделать вывод о том, что специалисты уверенно дифференцируют наблюдаемые изображения и соотносят их с эталонными сонограммами и реперными схемами. Это определяет возможность значительного увеличения точности в принимаемых решениях путем перехода от шкалы порядка (номер сонограмм) к более мощной шкале интервалов S с отображением на ней меры близости между эталонными эндосонограммами эхоструктур обструктивной патологии ВЖП. В ходе проведенных исследований, с учетом мнений высококвалифицированных экспертов и структуры данных решаемой задачи, шкалы интервалов S была построена по следующим правилам. Номерам основных эталонных сонограмм были поставлены в соответствие целые числа от 1 до 6 с учетом того, что с ростом этих чисел увеличивается уверенность в принимаемых решениях по классу ωР через класс ωД. В качестве единицы измерений выбран отрезок шкалы величиной 0,1. Механизм построения шкалы S подробно описан в работах:Analysis of reference endosonograms of the echographic structure allowed us to conclude that specialists confidently differentiate the observed images and correlate them with reference sonograms and reference diagrams. This determines the possibility of significantly increasing the accuracy in decisions made by moving from the order scale (number of sonograms) to a more powerful interval scale S with displaying a measure of proximity between reference endosonograms of echostructures of obstructive pathology of the IVH. In the course of the research, taking into account the opinions of highly qualified experts and the data structure of the problem being solved, the interval scale S was constructed according to the following rules. The numbers of the main reference sonograms were assigned integers from 1 to 6, taking into account the fact that with the growth of these numbers, the confidence in the decisions made in the class ω P through the class ω D increases. A scale segment of 0.1 was selected as the unit of measurement. The mechanism for constructing the S scale is described in detail in the works:
Белозеров В.А., Кореневский Н.А. Дифференциальная диагностика патологии поджелудочной железы по данным эндоскопической ультрасонографии на основе нечетких математических моделей // Системный анализ и управление в биомедицинских системах, том 20, №1, 2021.- С 102-110. Belozerov V.A., Korenevsky N.A. Differential diagnosis of pancreatic pathology according to endoscopic ultrasonography based on fuzzy mathematical models // System analysis and management in biomedical systems, volume 20, no. 1, 2021.- P. 102-110.
Белозеров В.А., Кореневский Н.А. Нечеткие модели дифференциальной диагностики очаговых образований поджелудочной железы по данным ультрасонографии на основе анализа реперных схем эталонных эндосонограмм //. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение, том 10 №3/4, 2020._С102-117.Belozerov V.A., Korenevsky N.A. Fuzzy models of differential diagnosis of focal formations of the pancreas according to ultrasonography based on the analysis of reference patterns of reference endosonograms //. News of the Southwestern State University. Series: Management, computer technology, computer science. Medical instrumentation, volume 10 No. 3/4, 2020._С102-117.
Белозеров В.А., Кореневский Н.А., Коржук Н.Л. Диагностика патологии внепеченочных желчных протоков по данным эндоскопической ультрасонографии с использованием нечетких математических моделей // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2022. Т. 12, № 2. С. 149-164. https://doi.org/10.21869/ 2223-1536-2022-12-2-149-164.Belozerov V.A., Korenevsky N.A., Korzhuk N.L. Diagnosis of pathology of the extrahepatic bile ducts according to endoscopic ultrasonography using fuzzy mathematical models // Proceedings of the South-West State University. Series: Management, computer technology, computer science. Medical instrumentation. 2022. T. 12, No. 2. P. 149-164. https://doi.org/10.21869/ 2223-1536-2022-12-2-149-164.
Полученные шкалы S позволяют судить о том, насколько близко располагается объект наблюдений с эталонным изображением к исследуемым классам состояний ωР и ωД по построенным на них функциям принадлежности
Анализ полученных функций принадлежности показал, что их использование в решающих правилах дает недопустимо широкую зону неопределенных решений и низкую чувствительность по классу ωР.Analysis of the obtained membership functions showed that their use in decision rules gives an unacceptably wide zone of uncertain solutions and low sensitivity for the class ω Р.
С учетом этого нами были организованы специальные исследования, в ходе которых помимо основных сонографических характеристик дифференцируемой патологии, отраженных в эталонных сонограммах, изучались диагностические возможности группы сонографических признаков, максимально выраженные характеристики которых, не возможно отобразить в рамках одной эталонной сонограммы. В эту же группу включены признаки с количественными характеристиками, поскольку их максимальные значения так же не отображаются в рамках эталонной сонограммы. Кроме того, при реализации механизма дифференциальной диагностики патологии ВЖП клиницист неизбежно сталкивается с патологией, коэффициенты уверенности которой близки, что может негативно сказываться на диагностической чувствительности и специфичности метода. В область с близкими коэффициентами уверенности входит наиболее сложная для дифференциации патология со сходными эхографическими признаками. К ней, в первую очередь, относятся доброкачественные стриктуры желчных протоков и злокачественные, до 90% которых составляют холангиокарциномы. Дифференциация этой патологии представляет наибольшие трудности, поскольку холангиокарцинома в большинстве случаев характеризуется инфильтративным характером роста, и проявляется в виде очагового утолщения стенки протока и стриктуры желчных путей без образования опухолевой массы. В то же время, различные доброкачественные стриктуры, включая ятрогенную травму в результате хирургических вмешательств, а также рубцово-воспалительные стриктуры, имитируют инфильтративные холангиокарциномы. С учетом сказанного на экспертном уровне для увеличения уверенности в диагнозе ωР - злокачественная обструкция ОЖП, было получено пространство информативных признаков Xi в составе: X1 - диаметр ОЖП свыше 14 мм; X2 - симптом двух протоков; X3 - признаки метастатической лимфаденопатии; X4 - признаки инвазии в магистральные сосуды. В состав этой группы информативных признаков вошли признаки, которые непосредственно не являются характеристикой патологического очага, но значительно влияющие на дифференциальную диагностику доброкачественного и злокачественного поражения БСДК. Все признаки имеют двоичное кодирование: 0 - признак отсутствует (не соответствует выбранному условию); 1 - признак присутствует (соответствует выбранному условию). Используя рекомендации МСГНРП для каждого из информативных признаков Xi были получены коэффициенты уверенности КУi в том, что у пациента злокачественная обструкция ОЖП (класс ωР). Для нулевых значений Xi - КУi=0. Для единичных значений Xi получен следующий набор коэффициентов уверенности: КУ1=0,45; КУ2=0,45; КУ3=0,7; КУ4=0,7. Taking this into account, we organized special studies, during which, in addition to the main sonographic characteristics of differentiated pathology reflected in the reference sonograms, we studied the diagnostic capabilities of a group of sonographic signs, the most pronounced characteristics of which cannot be displayed within a single reference sonogram. This group also includes features with quantitative characteristics, since their maximum values are also not displayed within the reference sonogram. In addition, when implementing a mechanism for differential diagnosis of IVH pathology, the clinician inevitably encounters a pathology whose confidence coefficients are close, which can negatively affect the diagnostic sensitivity and specificity of the method. The area with similar confidence coefficients includes the most difficult to differentiate pathology with similar echographic signs. It primarily includes benign strictures of the bile ducts and malignant ones, up to 90% of which are cholangiocarcinomas. Differentiation of this pathology presents the greatest difficulties, since cholangiocarcinoma in most cases is characterized by an infiltrative growth pattern, and manifests itself in the form of focal thickening of the duct wall and stricture of the bile ducts without the formation of a tumor mass. At the same time, various benign strictures, including iatrogenic trauma resulting from surgical interventions, as well as scar-inflammatory strictures, mimic infiltrative cholangiocarcinomas. Taking into account what has been said at the expert level, to increase confidence in the diagnosis ω P - malignant obstruction of the CBD, a space of informative features Xi was obtained consisting of: X1 - CBD diameter over 14 mm; X2 - symptom of two ducts; X3 - signs of metastatic lymphadenopathy; X4 - signs of invasion into the great vessels. This group of informative signs includes signs that are not directly characteristic of the pathological focus, but significantly influence the differential diagnosis of benign and malignant lesions of the BDDC. All signs are binary encoded: 0 - the sign is absent (does not correspond to the selected condition); 1 - the sign is present (corresponds to the selected condition). Using the recommendations of the MSGNRP for each of the informative signs Xi, confidence coefficients CIi were obtained that the patient has a malignant CBD obstruction (class ω P ). For zero values of Xi - KUi=0. For single values of Xi the following set of confidence coefficients was obtained: KU1=0.45; KU2=0.45; KU3=0.7; KU4=0.7.
При наличии нескольких информативных признаков из этой группы уверенность в ωР определяется агрегацией КУi. If there are several informative features from this group, confidence in ω P is determined by the aggregation of KUi.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.
На фигуре 1 представлено изображение эхографической структуры нормального БСДК: а - эндосонограмма, b - реперная схема; Figure 1 shows an image of the echographic structure of a normal BDK: a - endosonogram, b - reference diagram;
на фигуре 2 представлено изображение эхографической структуры БСДК при склерозирующем папиллите; а - эндосонограмма, b - реперная схема; Figure 2 shows an image of the echographic structure of the BDK with sclerosing papillitis; a - endosonogram, b - reference diagram;
на фигуре 3 представлена эндосонограмма структуры БСДК при гиперпластическом стенозирующем папиллите; а - эндосонограмма, b - реперная схема;Figure 3 shows an endosonogram of the structure of the BDK in hyperplastic stenotic papillitis; a - endosonogram, b - reference diagram;
на фигуре 4 представлено изображение структуры аденомы БСДК; а - эндосонограмма, b - реперная схема;Figure 4 shows an image of the structure of the BDK adenoma; a - endosonogram, b - reference diagram;
на фигуре 5 представлено изображение эхографической структуры при раке БСДК без инфильтрации окружающих тканей; а - эндосонограмма, b - реперная схема; Figure 5 shows an image of the echographic structure of BDK cancer without infiltration of surrounding tissues; a - endosonogram, b - reference diagram;
на фигуре 6 представлено изображение эхографической структуры при раке БСДК с инфильтрацией окружающих тканей; а - эндосонограмма, b - реперная схема;Figure 6 shows an image of the echographic structure of BDK cancer with infiltration of surrounding tissues; a - endosonogram, b - reference diagram;
на фигуре 7 приведены графики функций принадлежности к классам ωР и ωД по шкале S. Figure 7 shows graphs of the functions of membership in classes ω Р and ω Д on the S scale.
Аналитически графики функций принадлежности, приведенные на фигуре 7 описываются выражениями:Analytically, the graphs of membership functions shown in Figure 7 are described by the expressions:
Уверенности в исследуемых классах заболеваний по шкале S определяются выражениями: Confidence in the studied classes of diseases on the S scale is determined by the expressions:
Уверенность по классу ωР по группе дополнительных признаков определяется выражением:Confidence in class ω P for a group of additional features is determined by the expression:
где
С учетом рекомендаций работы Кореневский Н.А. Методология синтеза гибридных нечетких решающих правил для медицинских интеллектуальных систем поддержки принятия решений НА Кореневский, СН Родионова, ИИ Хрипина. - Старый Оскол: ТНТ. - 2019. - 472 с. финальная уверенность по классу ωД определяется выражением (3), а по классу ωР выражением вида:Taking into account the recommendations of the work Korenevsky N.A. Methodology for the synthesis of hybrid fuzzy decision rules for medical intelligent decision support systems NA Korenevsky, SN Rodionova, AI Khripina. - Stary Oskol: TNT. - 2019. - 472 p. the final confidence for class ω D is determined by expression (3), and for class ω P by an expression of the form:
При дифференциальной диагностике решение принимается в пользу класса с большей финальной уверенностью. In differential diagnosis, the decision is made in favor of the class with greater final confidence.
Конкретные примеры реализации способа. Specific examples of method implementation.
Пациент АPatient A
По анализу эндосонограммы у пациента А врач определил: S=2,1. Дополнительные признаки отсутствуют. Based on the analysis of the endosonogram in patient A, the doctor determined: S = 2.1. There are no additional signs.
Для этого значения S функции принадлежности:
Диагноз:Diagnosis:
С уверенностью 0,85 у пациента А доброкачественная обструкция БСДК, уверенность в злокачественной обструкции БСДК крайне низкая, поэтому окончательный диагноз - доброкачественная обструкция БСДК.With a confidence of 0.85, Patient A has a benign BDSM obstruction, the confidence of a malignant BDSB obstruction is extremely low, so the final diagnosis is benign SBDC obstruction.
Пациент БPatient B
По анализу эндосонограммы у пациента Б врач определил: S=4,5 Дополнительные признаки отсутствуют. Based on the analysis of the endosonogram in patient B, the doctor determined: S = 4.5 There are no additional signs.
Для этого значения S функции принадлежности:
Вывод. Уверенность в диагнозах низкая. Требуется дообследование или наблюдение в динамике.Conclusion. Confidence in diagnoses is low. Further examination or follow-up is required.
Пациент ВPatient B
По анализу эндосонограммы у пациента В врач определил: S=5,8. Из дополнительных признаков присутствуют признаки X2 и X3.Based on the analysis of the endosonogram in patient B, the doctor determined: S = 5.8. Additional features include features X2 and X3.
Для этого значения S функции принадлежности:
Уверенность в ωP по дополнительным признакам:
Финальная уверенность в ωР
Диагноз:Diagnosis:
С уверенностью 0,98 у пациента В злокачественная обструкция БСДК.With a confidence of 0.98, patient B has malignant obstruction of the BDK.
Пациент Г.Patient G.
По анализу эндо сонограммы у пациента Г врач определил: S=5,1. Из дополнительных признаков присутствуют признаки X2 и X4. Based on the analysis of the endosonogram of patient G, the doctor determined: S = 5.1. Additional features include features X2 and X4.
Для этого значения S функции принадлежности:
Уверенность в ωР по дополнительным признакам:
Финальная уверенность в ωР
Диагноз:Diagnosis:
С уверенностью 0,96 у пациента Г злокачественная обструкция БСДК.With a confidence of 0.96, patient G has malignant obstruction of the BDK.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2814404C1 true RU2814404C1 (en) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010086874A2 (en) * | 2008-11-20 | 2010-08-05 | Jadhav Vikas B | An evolution for the diagnosis of duodenal diseases by transabdominal ultrasonography |
RU2582565C1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-04-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации /ГБОУ ВПО ОрГМУ Минздрава России/ | Method for differential diagnosis of gastric and duodenal ulcers |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010086874A2 (en) * | 2008-11-20 | 2010-08-05 | Jadhav Vikas B | An evolution for the diagnosis of duodenal diseases by transabdominal ultrasonography |
RU2582565C1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-04-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации /ГБОУ ВПО ОрГМУ Минздрава России/ | Method for differential diagnosis of gastric and duodenal ulcers |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Белозеров В.А. и др. Диагностика патологии внепеченочных желчных протоков по данным эндоскопической ультрасонографии с использованием нечетких математических моделей, Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2022. Т. 12, N2. С. 149-164. * |
Руководство по клинической эндоскопии: под ред. B.C. Савельева, и др., 1985; 544 с. XV МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "ФИЗИКА И РАДИОЭЛЕКТРОНИКА В МЕДИЦИНЕ И ЭКОЛОГИИ" с научной молодежной школой им. И.Н. Спиридонова ФРЭМЭ 2022 28-30 ИЮНЯ 2022 стр. 1-100. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hwang et al. | Does ultrasonography accurately diagnose acute cholecystitis? Improving diagnostic accuracy based on a review at a regional hospital | |
Waters et al. | CT vs MRCP: optimal classification of IPMN type and extent | |
Catalano et al. | Observer variation and reproducibility of endoscopic ultrasonography | |
Yavuz et al. | The reliability of color doppler “twinkling” artifact for diagnosing millimetrical nephrolithiasis: comparison with B-Mode US and CT scanning results | |
Talreja et al. | Comparison of sonoelastography with sonourethrography and retrograde urethrography in the evaluation of male anterior urethral strictures | |
Baek et al. | Disease-specific imaging utilizing support vector machine classification of H-scan parameters: assessment of steatosis in a rat model | |
Serra-Aracil et al. | Endorectal ultrasound in the identification of rectal tumors for transanal endoscopic surgery: factors influencing its accuracy | |
Johansson et al. | Near-occlusion is difficult to diagnose with common carotid ultrasound methods | |
Karimov | THE ROLE OF ENDOSCOPIC ULTRASONOGRAPHY IN DIFFERENTIATING OBSTRUCTIVE PATHOLOGIES OF THE DUODENUM | |
Horiuchi et al. | Diagnostic performance in gastric cancer is higher using endocytoscopy with narrow-band imaging than using magnifying endoscopy with narrow-band imaging | |
Kang et al. | Prediction of bone mineral density in CT using deep learning with explainability | |
RU2814404C1 (en) | Method for differential diagnosis of obstructive pathology of major duodenal papilla | |
Krakhotkin et al. | Diagnostic value ultrasound signs of stones less than or equal to 10 mm and clinico-radiological variants of ureteric colic | |
Tagaya et al. | Automatic objective diagnosis of lymph nodal disease by B-mode images from convex-type echobronchoscopy | |
Holmes III et al. | Trans-urethral ultrasound (TUUS) imaging for visualization and analysis of the prostate and associated tissues | |
Dogan et al. | Diagnostic value of pulsed wave doppler in pneumothorax: a prospective study | |
Mallya et al. | A novel dual-energy cone beam computed tomography device for assessment of jaw bone density | |
Alajaji et al. | Detection of extracranial and intracranial calcified carotid artery atheromas in cone beam computed tomography using a deep learning convolutional neural network image segmentation approach | |
RU2202954C1 (en) | Method for diagnosing urinary bladder neoplasms | |
Go et al. | Ultrasonography, computed tomography, endoscopic retrograde cholangiography and angiography in the diagnosis of pancreatic cancer | |
Wang et al. | Value of the color Doppler imaging mode in improving physicians’ diagnostic performance in patients with mid-ureteric stones larger than 5 mm: a retrospective study | |
Scotland | Colorectal cancer-clinical quality performance indicators | |
RU2785325C1 (en) | Method for differential diagnosis of pancreatic cancer and chronic pancreatitis | |
Khakimovich | Ultrasound Diagnosis of Urolithiasis. | |
Corrick | Is radiography or ultrasonography superior at detecting intestinal obstructions in dogs with acute abdominal signs? |