«Цифровая биопсия». Как понять, что у вас рак, без хирурга?

Онкоуролог Евгений Сирота рассказал о прорыве в диагностике рака благодаря радиомике

«Цифровая биопсия», в отличие от обычной, – это возможность получить информацию о типе опухоли и определить прогноз по ее лечению без разреза хирурга. Это новое революционное направление по диагностике рака разрабатывается специалистами инновационной научной школы Института урологии Сеченовского университета под руководством академика РАН Петра Глыбочко. Так получилось, что почка – тот орган, на котором биопсия при подозрении на рак традиционно не проводится перед оперативным вмешательством. Именно поэтому для урологов особенно важно создать технологию, которая неинвазивно позволяла бы определять злокачественный потенциал опухоли. О новом способе неинвазивной биопсии «Газете.Ru» рассказал руководитель Центра нейросетевых технологий Института урологии и репродуктивного здоровья человека Сеченовского университета, доктор медицинских наук Евгений Сирота.

— Что представляет собой обычная биопсия и почему ее не принято делать при подозрении на рак почки?

— Биопсией называется взятие ткани у человека, которая нужна для проведения морфологического исследования. Под микроскопом эти ткани оценивают и формируют заключение: злокачественная это опухоль или нет. После этого уролог-онколог определяет тактику лечения.

Но в случае с опухолью почки биопсия новообразования выполняется не всегда.

— То есть, биопсию почки не проводят вообще?

— Есть несколько показаний, по которым выполняется биопсия. Первое — это если планируются аблативная операция, — когда не делаются большие разрезы, вмешательство выполняется под контролем ультразвука или компьютерной томографии. Пунктируются образования, потом при помощи либо холода, либо радиочастотной аблации проводится деструкция образования почки. Это малоинвазивная, высокотехнологичная операция, но к ним сужено количество показаний.

Второй момент, когда нужно делать биопсию, — если мы, например, планируем наблюдать за больным. Например, маленькое образование, пожилой человек, его статус отягощен соматическими заболеваниями. Если возраст дожития минимальный, и мы решили его наблюдать, то можно выполнить не операцию, а биопсию.

Третье показание — это когда мы видим большое образование с множественным метастатическим поражением других органов, — оперировать сразу невозможно.

— А все остальные органы подлежат биопсии?

— Да. Все кроме яичка, но там онкомаркеры есть. Почему с почкой так получилось? Почка анатомически располагается забрюшинно, над ней находятся петли кишечника, кроме того, новообразование может располагаться на передней поверхности почки. И еще такая вещь: опухоли по своей природе гетерогенны, то есть неоднородны. Например, в одной части опухоли она может быть доброкачественной, а в другой – нет.

Идеально было бы, если бы мы точно знали: вот эту опухоль следует срочно оперировать, за этой можно понаблюдать, а вот это новообразование можно вообще не оперировать.

— Понятно, что каждому, как врачу и пациенту, хотелось бы иметь такой «волшебный прибор», который бы, безвредно просветив насквозь пациента, не только нашел новообразование, но еще и ответил на вопрос: не рак ли это? Но разве это возможно?

— Именно это и называется «цифровой биопсией» или радиомикой. Это метод, который извлекает большое количество разнообразных признаков из медицинских изображений с использованием специализированных алгоритмов.

Рентгенологические или КТ-снимки состоят из черных и белых точек, которые имеют свою интенсивность. Любое изображение в 2D-режиме состоит из мельчайших точек, где единицей является пиксель. В 3D-режиме — это воксель. Эти точки формируют какой-то узор. Этот узор можно сопоставить с картой тела, -— расположением нервов, сосудов и сделать вывод.

— Все это делают нейросети?

— Да, нужно глубокое машинное обучение. «Цифровая биопсия» опирается на выводы текстурного анализа. Статистика первого порядка состоит в том, что просто рассчитывается количество разных тонов серого. То есть, грубо говоря, определяется распределение уровня серости в опухолевой ткани.

Статистика второго порядка делает выводы о наличии определенных узоров. Как в калейдоскопе. Но эти узоры повторяются с определенной периодичностью. Существует около трехсот характеристик этих узоров.

Дальше используется интеллектуальный анализ. Полученные данные сопоставляются с данными, например, морфологии. И в результате машина выдает, к примеру: светоклеточный рак с 70%-80% точности, папиллярный рак 80%-90%.

— То есть, машина даже вид рака определяет?

— Главный вопрос, на который должна ответить машина: добро это или зло (доброкачественная опухоль или рак). А потом уже интерпретация. Если добро, то для почки это: ангиомиолипома, онкоцитома, липома, миома. Если опухоль злокачественная, то светлоклеточная, папиллярная или хромофобная. А еще машина может выдать степень ее дифференцировки (опять же, с определенной степенью достоверности), то есть степень анаплазии ядер клеток опухоли— G1, G2, G3, G4.

— Для чего нужно знать степень дифференцировки?

— Существуют высоко, умеренно, низко- и недифференцированные опухоли. Высокодифференцированные опухоли мало отличаются от нормальных клеток почечной ткани и, как следствие, их злокачественный потенциал ниже, поэтому они менее опасны. Низко- и недифференцированные опухоли мало чем напоминают своих «родителей» и живут по своим законом безудержного роста – это самые опасные типы раковой ткани.

Поэтому всегда хотелось бы знать степень дифференцировки опухоли перед началом лечения. Это очень важно.

— Действительно снимки одного пациента можно сравнить с другими и сделать выводы. Но ведь пациенты генетически отличаются друг от друга? На сколько точными будут предсказания?

— Поэтому начало развиваться еще одно направление – радиогеномика. Например, если мы знаем о том, что у пациента существуют генетические аномалии, то именно у него конкретный рак будет вести себя очень агрессивно. И это врачи поймут на основании генетического анализа, сопоставляя данные.

Если сопоставим с белками, которые присутствуют в кровотоке у пациента, — это радиопротеоника. РНК, ДНК — радиотранскриптоника. Есть много различных направлений. И все эти гигантские объёмы данных могут быть учтены в новом направлении – «цифровой биопсии».

— Это очень серьезные большие направления. Для их развития нужно много упорядоченных данных пациентов. Как с ними в России?

— С ними действительно проблема. Почему в Москве, когда был COVID, быстро был создан компьютерный помощник, анализирующий снимки КТ? Потому что выполнялось очень много компьютерной томографии, эти снимки собрали в одном месте, быстро обучили нейросеть.

С раком почки все значительно сложнее. Данные разрозненны, их нужно собирать, но это тоже не проблема на базе Сеченовского Университета с 2020 года работает Национальный медицинский исследовательский центр по профилю «урология» под руководством профессора Магомеда Газимиева. Необходимо лишь время для сбора достаточного количества клинических наблюдений пациентов с новообразованиями паренхимы почки.

— Каково будущее цифровой биопсии? Как будет происходит диагностика рака в Сеченовском университете будущего?

— Есть два варианта. Первый таков: приходит пациент выполнять исследование, компьютерную томографию, но помимо заключения о том, что нашли на снимке, машина тут же, в автоматическом режиме, с определенной степенью достоверности определяет вид опухоли. Если это рак, – то пишет его тип, степень дифференцировки опухоли и выдает прогноз. Потом с этими данными пациент идет к доктору.

Вариант второй: пациент приходит к урологу-онкологу уже с данными компьютерной томографии. На основе 2D-данных с диска алгоритм формирует 3D-модель опухоли. Сейчас мы разрабатываем единый программный IT-продукт для этих целей. На данный момент система уже существует и обкатывается у нас в Институте урологии. Это программный софт, которым будут пользоваться врачи.

— Что представляет собой такое 3D-моделирование?

— 3D-моделирование — это компьютерная обработка данных КТ с получением трехмерных объемных моделей почки, включающая в себя всю нормальную и патологическую анатомию органа (артерии, вены, мочевые пути, паренхимы органа, опухоль, камни). При этом на мониторе компьютера все элементы окрашены в цвета, которые приняты для обозначения этих структур в анатомических атласах. Исторически проблематикой 3D-моделирования Институт урологии Сеченовского Университета занимается с конца 90-ых годов. Научным руководителем большинства работ сотрудников клиники урологии по направлению 3D-технологий является член-корреспондент РАН Юрий Аляев. Магомед Газимиев вместе с Аляевым стояли у истоков формирования самой идеи трёхмерного моделирования в урологии.

— И что видно на 3D-модели опухоли? Почка, сосуды, нервы, сама опухоль? Ее можно показать пациенту?

— Да, это очень важно. Показать и рассказать, как именно будет проходить лечение. И еще очень важно то, что мы можем эту опухоль виртуально прооперировать. Это похоже на то, как мы приходим в мебельный магазин заказывать кухню. И нам говорят: «Садись, давай размеры своей кухни». И тебе выстраивают там шкаф определенной высоты, вытяжку вписывают, раковину на определенной высоте. Каждую сторону кухни крутят-вертят. То же мы делаем и с помощью нашего программного софта. Мы можем многократно выполнить виртуально операцию.

Врач в этот момент может определиться, во-первых, как он будет оперировать, каким доступом — он будет разрез большой делать, он может малоинвазивно будет или лапароскопически, может с помощью роботической системы будет оперировать.

Второй момент: хирург может решить: а что именно он будет делать? Будет ли почку эту сохранять, будет ли удалять опухоль с частью паренхимы, а оставшуюся почку оставлять, либо полностью почку удалить, потому что опухоль большая. А если будет выполнять резекцию, то какую резекцию, как ее делать? Разрез плоско пройдет, косо, прямо? Ведь на изображении видны крупные артерии, мочевые пути. И можно полностью рассчитать ход операции, избавив пациента от будущих свищей и других осложнений.

— И потом это можно будет распространить этот подход и на другие органы?

— Да. Мы уже работаем с колопроктологами по раку толстой кишки, мы работаем с врачами-хирургами по раку желудка. И вот сейчас еще появилось намерение поработать с торакальными хирургами по поводу рака легких. Так что у «цифровой биопсии» и 3D-моделирования большое будущее!

Но я хочу особо подчеркнуть, что в ближайшее время, «цифровая биопсия» не заменит классической, именно по этой причине мы и указываем название «цифровая биопсия» в кавычках. Однако, следует иметь в виду, что чем больше кейсов пройдёт через нейросеть, тем более высокой будет точность определения вида и типа опухоли. И кто знает, может мы ещё застанем то время, когда «цифровая биопсия» будет указываться без кавычек.