Вариабельность дифференциально-диагностических признаков цитограмм медуллярного рака щитовидной железы и наличие в мазках пунктата не характерной для этой патологии картины (признаки оксифильноклеточной дифференцировки) требуют проведения дифференциальной диагностики этого заболевания с оксифильноклеточным раком [1]. К этим признакам относятся в первую очередь оксифильная окраска цитоплазмы и наличие в цитограммах двух клеточных популяций: одноядерных и двуядерных клеток. Важность дифференциальной диагностики оксифильноклеточного и медуллярного рака на дооперационном этапе обусловлена тем, что при проведении хирургического лечения в случае злокачественной опухоли из клеток Гюртля проводят тотальную тиреоидэктомию с шейной лимфаденэктомией, а при медуллярном раке, кроме тотальной резекции органа, удаляют лимфатические узлы из средостения [2].

Одним из подходов к решению этой проблемы является создание экспертной системы на базе совокупности количественных параметров ядер и агрегатов С- и В-клеток и их весовых коэффициентов. Ранее нами были разработаны экспертные системы для диагностики рака щитовидной [3-5] и молочной [6] желез, которые позволяли с высокой эффективностью оценивать злокачественный характер опухолевого процесса.

Цель - выявить количественные закономерности патологических изменений ядер и агрегатов С- и В-клеток и построить на их основе экспертную систему для дифференциальной диагностики медуллярного и оксифильноклеточного рака щитовидной железы.

Цитологические препараты щитовидной железы получали путем аспирационной биопсии у пациентов, находящихся на лечении в Минском городском клиническом онкологическом диспансере. Фиксацию и окрашивание мазков осуществляли по Май-Грюнвальду-Гимзе. Изучали мазки пунктатов с гистологическим заключением «медуллярный (С-клеточный) рак» и «оксифильноклеточный (В-клеточный) рак». Для морфометрических исследований было отобрано 23 препарата медуллярного рака (смешанный вариант) и 20 - оксифильноклеточного рака (фолликулярный вариант).

Морфометрию ядер и агрегатов С- и В-клеток (клетки Гюртля, онкоциты) проводили с помощью компьютерного анализатора цветных изображений на базе светового микроскопа и цифровой фотокамеры («Leica», Германия). Для построения исходной базы данных измеряли площадь, периметр, фактор формы, минимальный диаметр (малая ось эллипса, по площади и периметру равного измеряемой фигуре), максимальный диаметр (большая ось эллипса, по площади и периметру равного измеряемой фигуре) и диаметр (диаметр окружности, равной по площади измеряемой фигуре) ядер и агрегатов. База данных также включала параметры, характеризующие архитектуру клеточных скоплений: количество клеток в агрегате, площадь, приходящаяся на одну клетку, отклонение координаты (усредненная сумма абсолютных значений расстояния от центра тяжести агрегата до каждой клетки) и момент инерции (усредненная сумма квадратов расстояний от центра тяжести агрегата до каждой клетки). Преобразование исходных морфометрических данных в количественные параметры проводили путем оценки среднего, построения гистограмм и регрессионного анализа. Индивидуальные средние значения каждого параметра рассчитывали по 150 ядрам и 100 агрегатам. Общий размер выборки составил 6450 ядер и 4300 агрегатов.

Регрессионный анализ осуществляли с помощью компьютерной программы «Парабола» [6]. При этом в автоматическом режиме строили диаграмму рассеяния зависимости периметра от площади ядер и агрегатов, где скопление экспериментальных точек описывалось регрессионной кривой второго порядка, представляющей собой обращенную вершиной вверх параболу. Программа рассчитывала уравнение параболы P = –a(S – b)² + c, по которому определяли значения квадратного a и линейного b коэффициентов, а также свободного члена c. Затем находили площадь AS под отрезком параболы от минимального Smin до максимального Smax значения площади ядер и площадь AD под куполом параболы между точками пересечения кривой с осью абсцисс.

Расчет весового коэффициента каждого параметра, входящего в совокупность диагностических решающих критериев, осуществляли по формуле [3, 6]:

где ki - весовой коэффициент i-го параметра; Аi - точность; Sn - чувствительность; Sp - специфичность; n - число параметров, входящих в систему.

Диагностический индекс рассчитывали по сумме значений весовых коэффициентов параметров, попавших в диапазон системы диагностических решающих критериев, характеризующих медуллярный рак, по формуле [4, 6]:

где ki - весовой коэффициент i-го параметра, а pi=1, если значение параметра находится в диапазоне системы, и pi=0, если значение параметра не входит в диапазон системы.

Кариометрический анализ С- и В-клеток. Кариометрическое исследование аспирационного материала пациентов, у которых по результатам гистологической диагностики были верифицированы медуллярный и оксифильноклеточный рак щитовидной железы, показало, что размеры ядер С- и В-клеток колебались в широких пределах. Оценка среднего показала, что индивидуальные значения средней площади колебались в интервале от 44,3 до 129,1 мкм² и от 52,0 до 137,2 мкм² при медуллярном и оксифильноклеточном раке соответственно. Среднестатистическое значение средней площади ядер, рассчитанное по 10 пациентам, при обоих заболеваниях приведено в табл. 1.

Учитывая, что на цитограммах при обоих заболеваниях имеются две популяции клеток - одноядерные и двуядерные, нами был проведен кариометрический анализ для каждой из этих популяций (рис. 1).

Морфометрический анализ агрегатов С- и В-клеток. Анализ цитограмм показал, что агрегаты С-клеток при медуллярном раке по сравнению со скоплениями В-клеток при оксифильноклеточном раке были более мелкими по размеру (см. рис. 1). Данные микроскопической оценки степени агрегированности клеток подтверждены результатами морфометрического исследования.

В табл. 2

В частности, как видно из этой таблицы, среднестатистическое значение площади ядер при медуллярном раке было меньше этого показателя при оксифильноклеточном раке в 1,6 раза и составляло 734,2±217,4 и 1143,7±252,1 мкм² соответственно. Сходное соотношение наблюдалось между остальными количественными параметрами агрегатов С- и В-клеток. Следует отметить, что среднестатистические значения площади агрегатов А-клеток при папиллярном и фолликулярном раке [4] превышали данный показатель агрегатов С-клеток при медуллярном раке примерно в 4 раза, а агрегатов В-клеток при оксифильноклеточном раке - в 2,6 раза. Это указывало на менее выраженный характер агрегированности специализированных клеток в опухолях из С- и В-клеток по сравнению с опухолями из А-клеток. Индивидуальные значения средних параметров колебались в значительном интервале при обоих заболеваниях. Так, при медуллярном раке значения средней площади Sср агрегатов С-клеток колебались в диапазоне от 439,9 до 1000,7 мкм², среднего периметра Pср - от 86,1 до 133,6 мкм, средней площади на одну клетку Sсср - от 51,4 до 86,3 мкм², среднего расстояния между клетками Lср - от 19,1 до 25,0 мкм, среднего момента инерции Мср - от 198,4 до 386,5 мкм², среднего отклонения координаты Kср - от 2,20 до 2,88 мкм. При оксифильноклеточном раке Sср агрегатов В-клеток варьировала в интервале от 784,3 до 1549,6 мкм², Pср - от 119,7 до 164,3 мкм, Sсср - от 92,3 до 146,1 мкм², Lср - от 25,5 до 33,0, Мср - от 350,7 до 613,6 мкм², Kср - от 2,84 до 3,84 мкм. Диапазоны индивидуальных значений Sср, Pср, Мср и Kср перекрывались между собой в группах сравнения, и зона перекрытия значений этих параметров в группах сравнения находилась в интервалах 784,3-1000,7 мкм²; 119,7-133,6 мкм; 350,7-386,5 мкм² и 2,84-2,88 мкм соответственно. В то же время диапазон значений Sсср и Lср не перекрывался между собой и зона разрыва находилась в интервале 86,3-92,3 мкм² и 25,0-25,5 мкм соответственно. С учетом вышеизложенного были найдены пороговые значения параметров, по величине которых к медуллярному раку можно достоверно отнести случаи, когда Sср <784,3 мкм², Pср <119,7 мкм, Sсср ≤86,3 мкм², Lср ≤25,0 мкм, Мср <350,7 мкм² и Kср <2,84 мкм, а к оксифильноклеточному раку - Sср >1000,7 мкм², Pср >133,6 мкм, Sсср ≥92,3 мкм², Lср ≥25,5 мкм, Мср >386,5 мкм² и Kср >2,88 мкм.

Построение гистограмм распределения площади агрегатов С- и В-клеток показало, что для медуллярного рака было характерно экспоненциально-подобное распределение, в то время как для оксифильноклеточного рака отмечался куполообразный характер распределения (рис. 2).

Построение диаграмм рассеяния зависимости периметра от площади агрегатов С- и В-клеток показало, что скопления экспериментальных точек, характеризующие медуллярный и оксифильноклеточный рак, в значительной степени перекрывались между собой. Совокупность этих экспериментальных точек описывалась регрессионной зависимостью второго порядка (R² >0,95), представляющей собой параболу (рис. 3 и 4).

Совокупность пороговых значений количественных параметров агрегатов в группах сравнения приведена в табл. 4.

Построение экспертной системы. Совокупность пороговых значений 11 количественных параметров агрегатов представляла собой систему диагностических критериев для дифференциальной диагностики медуллярного и оксифильноклеточного рака щитовидной железы (см. табл. 4). Для оценки значимости каждого из параметров, приведенных в этой таблице, в диагностике медуллярного рака были рассчитаны их точность, чувствительность и специфичность (табл. 5).

Дифференциальная диагностика медуллярного и оксифильноклеточного рака щитовидной железы с помощью экспертной системы осуществлялась по величине диагностического индекса D. Индекс D определяли по сумме значений весовых коэффициентов параметров, попавших в заданный диапазон при сравнении пороговых значений параметров системы диагностически решающих критериев для медуллярного рака (см. табл. 4) с параметрами исследуемого образца, согласно формуле (2).

Определение граничных значений диагностического индекса при медуллярном и оксифильноклеточном раке проводили следующим образом: параметры исследуемых образцов, отобранных для построения экспертной системы, поочередно сравнивали с количественными параметрами системы диагностических критериев для медуллярного рака, а затем для каждого образца рассчитывали величину диагностического индекса по формуле (2). Так, для медуллярного рака его значения колебались в интервале от 17,3 до 100%, а для оксифильноклеточного - от 0,0 до 8,2%. Если при расчете диагностического индекса препарата от пациента с неустановленным диагнозом его величина попадала в диапазон 17,3-100%, то диагностировали медуллярный рак. В случае попадания значения D в диапазон 0,0-8,2% - оксифильноклеточный рак.

Проверку эффективности экспертной системы проводили с помощью слепого тестирования. Для этого была отобрана экзаменационная группа из 10 пациентов, в цитологическом заключении которых было указано «подозрение на медуллярный рак». Экспертная система в 3 случаях диагностировала медуллярный рак, а в 7 - оксифильноклеточный рак. При гистологическом исследовании у 4 пациентов был выявлен медуллярный рак, а у 6 - оксифильноклеточный рак. Сравнительный анализ результатов слепого тестирования экспертной системы с данными гистологического исследования выявил, что нозологическая форма новообразования щитовидной железы была распознана экспертной системой в 9 из 10 случаев (3 из 4 при медуллярном раке и 6 из 6 при оксифильноклеточном раке).

Разработанная экспертная система является важным шагом в автоматизации процесса цитологической диагностики медуллярного и оксифильноклеточного рака щитовидной железы на дооперационном этапе.

Выявлены количественные закономерности степени агрегированности С- и В-клеток при медуллярном раке и оксифильноклеточном раке щитовидной железы, которые легли в основу экспертной системы для дифференциальной диагностики этих злокачественных заболеваний на начальных этапах обследования пациентов.

Конфликт интересов отсутствует.

Участие авторов:

Дизайн исследования: В.А.К.

Сбор и обработка материала: О.А.Е.

Статистическая обработка данных: А.О.Г.

Написание текста: В.А.К.

Редактирование: О.А.Е.