Moscow Screening: Lung Cancer Screening With Low-Dose Computed Tomography

S. P. Morozov; Морозов С. П.; E. S. Kuzmina; Кузьмина Е. С.; N. N. Vetsheva; Ветшева Н. Н.; V. A. Gombolevskiy; Гомболевский В. А.; Z. A. Lantukh; Лантух З. А.; N. S. Polishuk; Полищук Н. С.; A. Sh. Laipan; Лайпан А. Ш.; S. O. Ermolaev; Ермолаев С. О.; E. V. Panina; Панина Е. В.; I. A. Blokhin; Блохин И. А.

doi:10.32687/0869-866X-2019-27-si1-630-636

Moscow Screening: Lung Cancer Screening With Low-Dose Computed Tomography

Authors: Morozov S.P.¹, Kuzmina E.S.¹, Vetsheva N.N.¹, Gombolevskiy V.A.¹, Lantukh Z.A.¹, Polishuk N.S.¹, Laipan A.S.¹, Ermolaev S.O.¹, Panina E.V.¹, Blokhin I.A.¹
Affiliations:
1. Research and Practical Clinical Center of Diagnostics and Telemedicine Technologies
Issue: Vol 27 (2019): VOL 27, NO (2019)
Pages: 630-636
Section: Articles
URL: https://journal-nriph.ru/journal/article/view/161
DOI: https://doi.org/10.32687/0869-866X-2019-27-si1-630-636
Cite item

Abstract
Full Text
About the authors
References
Statistics

Abstract

For the first time in Moscow and Russia, a program of selective lung cancer screening has been implemented with a comprehensive approach, including organizational, management, medical, technical and educational aspects and quality control. Unique ultra-low-dose protocols (ultra-LDCT) have been developed to implement the screening program. These protocols allow performing high-quality chest computed tomography for lung nodule detection with an effective dose of less than 1 mSv. The possibility of using neural networks (“artificial intelligence”) for quality control of screening results has been proven for the first time.

Keywords

lung cancer, low-dose computed tomography, detectability, patient routing.

Full Text

Введение Онкологические заболевания занимают второе место среди причин смертности. Проблема злокачественных новообразований (ЗНО) имеет медицинский, демографический и социально-экономический характер. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила рак легкого в десять основных причин смерти всех людей [1]. В 2018 г., по данным ВОЗ, ежегодная смертность от рака легкого впервые превысила 2 млн человек, оставаясь лидером среди всех ЗНО по количеству унесенных жизней [2]. В России в числе ведущих локализаций рак легкого занимает третье место среди обоих полов, а у мужчин - первое. Для жителя России риск умереть от ЗНО составляет 12,8% (вне зависимости от пола), при этом риск смерти именно от рака легкого особенно высок: 2,6% (для мужчин - 5,5%, для женщин - 0,7%) [3, 4]. Пятилетняя выживаемость больных раком легкого остается на уровне менее 15%, что прежде всего связано с поздней диагностикой. Рак легкого относится к наиболее актуальным медицинским и социально-экономическим проблемам, требующим особых усилий, новых высокоэффективных подходов по преодолению. Заболеваемость раком легкого снижается; за последние 10 лет в России ее прирост носит отрицательный характер (-9,88%). Однако эта тенденция имеет место только при совместной оценке обоих полов или мужского населения отдельно. Уровень заболеваемости раком легкого у женщин вызывает серьезную обеспокоенность. В 2006-2016 гг. ее прирост составил 13,07% (при среднегодовом темпе 1,22%). Данная ситуация характерна как для России в целом, так и для Москвы в частности [4]. В 2016 г. смертность от рака легкого в Российской Федерации составила 19,94 на 100 тыс. населения (по Центральному федеральному округу - 17,8, по г. Москве - 14,12) [4]. В структуре смертности населения России от злокачественных новообразований опухоли легкого (совместно с поражениями трахеи и бронхов) имеют наибольший удельный вес - 17,4%. Раком данной локализации обусловлены 26,5% случаев смерти мужчин от ЗНО [4]. В целом по стране за последние 10 лет отмечается снижение смертности от рака легкого (рис. 1, а), но в Москве ситуация принципиально иная - в 2007-2016 гг. отмечается тенденция к росту смертности от рака легкого у обоих полов (рис. 1, б). ps2019si.4elibrary.0000095.jpg Рост смертности обусловлен поздней выявляемостью. По состоянию на начало 2017 г. в Российской Федерации показатель несвоевременной диагностики максимален именно при новообразованиях легкого, трахеи и бронхов (среднероссийский показатель - 40,9%) [4]. Эта ситуация, к сожалению, характерна и для столицы. Можно утверждать, что в Москве сложился дисбаланс между своевременной диагностикой и качеством лечения. Действительно, в десятилетней перспективе наблюдаются двукратный рост индекса накопления контингентов, выраженное снижение летальности, в том числе на первом году после установления диагноза. В целом эти тенденции соответствуют общероссийским; они свидетельствуют о принципиальном росте качества медицинской помощи. Программы модернизации, развитие высокотехнологичных методов, постоянное совершенствование кадровых ресурсов привели к значительному улучшению исходов лечения рака легкого в Москве. Но одновременно, как ни парадоксально, значимо ухудшились показатели выявляемости. Удельный вес рака легкого, выявленного на IV стадии, вырос почти на 9% (с 40,3% в 2007 г. до 49,1% в 2016 г.), а число активно выявленных лиц уменьшилось на 6% (с 23,3% в 2007 г. до 17,4% в 2016 г.). Выявленный дисбаланс свидетельствует о недостаточной работе по раннему выявлению рака легкого, особенно на доклинической, бессимптомной стадии. В 2016 г. в Москве всего лишь 15,2% больных с ЗНО легкого выявлено на первой стадии, а 13,3% - на второй. Американское исследование Lung, Colorectal and Ovarian (PLCO) показало неэффективность регулярной рентгенографии грудной клетки в снижении смертности от рака легкого [5]. В рандомизированных исследованиях скрининг рака легкого с помощью низкодозовой компьютерной томографии (НДКТ) приводит к снижению смертности от рака легкого на 44% (на 26% у мужчин и на 61% у женщин) и к снижению смертности от всех причин смерти на 6,7% [6]. Ряд отечественных профессиональных организаций в 2016 г. опубликовали «Рекомендации по ранней диагностике рака легкого для врачей первичного звена», где зафиксирована роль НДКТ как метода скрининга рака легкого (СРЛ), а также многие его организационные и методические аспекты [7]. Сказанное обусловливает необходимость системного подхода к организации скрининга для своевременного выявления рака легкого и дальнейшей маршрутизации пациентов. Цель работы - обосновать, внедрить и оценить результативность селективного скрининга рака легкого методом НДКТ. Материалы и методы В 2017 г. ГБУЗ «Научно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий ДЗМ» совместно с ГБУЗ «Московский научно-практический центр борьбы с туберкулезом ДЗМ», ГБУЗ «Московская городская онкологическая больница № 62 ДЗМ», городскими поликлиниками № 2, 5, 12, 36, 45, 109, 170, 180, 212 и диагностическим центром № 5 при поддержке Департамента здравоохранения г. Москвы (ДЗМ) организовал и реализовал проект селективного скрининга рака легкого путем применения НДКТ. Результаты первого года проекта проанализированы в 2019 г. Разработаны методические и административные документы, разработаны и инсталлированы специализированные ультра низкодозные протоколы (дозовая нагрузка <1 мЗв), проведено обучение персонала, выстроена система маршрутизации. Подготовлен проект нормативного документа, утвержденного в виде приказа ДЗМ от 01.02.2017 № 49 «О реализации пилотного проекта „Низкодозная компьютерная томография грудной клетки как скрининговый метод диагностики рака легкого и других заболеваний органов грудной клетки“». Для интерпретации исследований НДКТ и дальнейшей тактики ведения использовалась классификация Lung-RADS 2014 г. [8]. Результаты В течение первого года проекта было проведено 5310 НДКТ, в соответствии с критериями в исследование включены результаты 4762 (89,6%) из них. Выявлен 291 пациент (6,1%) с очагами 3-й категории по LungRADS, 228 (4,8%) - с очагами категории 4а, 196 (4,1%) - с очагами категорий 4b, 4x. Все пациенты с очагами 4-й категории по LungRADS были маршрутизированы в соответствии с методологией проекта и приказом ДЗМ. У 371 обследованного (7,8%) были случайные патологические находки, не связанные с очагами в легких, но подозрительные на рак (пневмония, саркоидоз и т. д.). Эти лица также были направлены на консультации врачей-специалистов. Эффективность выявления ЗНО будет детализирована далее. С организационной точки зрения необходимо отметить, что в результате анализа результатов НДКТ-скрининга впервые в Российской Федерации нами определено необходимое количество («number needed to screen» - NNS) НДКТ-исследований для выявления одного верифицированного случая рака легкого (NNS=57) и для выявления одного случая рака легкого в I стадии (NNS=207). Показатель NNS используется для объективизации организационной результативности программ скрининга, широко используется для их сравнительного изучения, применяется в аспекте доказательной медицины [9]. Полученные значения могут быть использованы как при планировании масштабирования НДКТ-скрининга в Москве, так и при внедрении аналогичных проектов в других субъектах Российской Федерации. ps2019si.4elibrary.0000097.jpg В целях контроля качества выполняемых НДКТ нами на постоянной основе осуществлялся дистанционный аудит результатов исследований с последующим формированием и реализацией индивидуальных стратегий улучшения качества [10]. Сравнительные результаты аудита представлены в табл. 1. Для повышения производительности и расширения возможностей аудита нами проведено специальное научное исследование (в рамках проекта НДКТ-скрининга) с целью оценки значимости системы обработки естественного языка для анализа качества протоколов радиологических исследований. Было поставлено две задачи: 1. Оценить применимость системы для выявления расхождений в протоколах (описаниях и заключениях) исследований (количественный анализ). 2. Оценить приверженность врачей-радиологов рекомендациям по ведению очагов в соответствии с классификацией LungRADS в версии 2014 г. (качественный анализ соответствия рекомендаций выявленным находкам). На базе коммерчески доступной когнитивной системы обработки естественного языка проведен анализ 5047 протоколов НДКТ органов грудной клетки. Обучение и настройка системы проводились сотрудниками компании-разработчика. Специалисты ГБУЗ «НПКЦ ДиТ ДЗМ» обеспечили формирование выборок, подготовку технического задания, необходимых словарей и классификаторов, определение критично значимых слов и их сочетаний (триггеров), проведение консультаций в процессе обучения системы и оценку точности. В процессе многоэтапной работы системы нами были внесены в библиотеки уточнения, повысившие точность выявления триггеров. В результате автоматизированного анализа протоколов НДКТ установлено, что в 8,3% документов содержались расхождения между описанием и заключением. Суть расхождений состояла в том, что значимый элемент (например, наличие очагов в легких) был указан лишь в одном компоненте протокола (описании или заключении). Данное расхождение несет потенциальные риски и должно учитываться в процессе аудита качества радиологических исследований. Также в результате автоматизированного анализа установлено, что для очагов LungRADS 3 рекомендованные принципы ведения пациентов использованы в 46% случаев, для LungRADS 4А - в 42%, а для LungRADS 4B - в 49%. Верификация решений «искусственного интеллекта» проведена двумя независимыми врачами-радиологами; точность системы обработки естественного языка составила 95%. Полученные данные использованы для формирования серии образовательных и информационных мероприятий, направленных на повышение качества программы НДКТ-скрининга. Таким образом, научно обоснованы потенциальные возможности системы «искусственного интеллекта» для выявления значимых слов и их сочетаний, характеризующих качество описаний и заключений, а также для анализа соответствия рекомендаций, формулируемых врачом-рентгенологом, методическим и иным требованиям. За первый год проекта у маршрутизированных к онкологу 196 лиц с очагами 4-й категории по LungRADS установлены следующие результаты: -злокачественное новообразование легкого - 84 (42,9%), -доброкачественное новообразование легкого - 31 (15,8%), -иные исходы (воспалительные и дегенеративно-дистрофические процессы в легких, внутрилегочных лимфатических узлах, отказ пациента от углубленного исследования) - 81 (41,3%). ps2019si.4elibrary.0000099.jpg Детальная информация о структуре выявленной онкологической патологии представлена в табл. 2. С позиций обеспечения своевременного раннего выявления ЗНО легкого чрезвычайно важен следующий результат: как показано на диаграмме (рис. 2), на I стадии рак обнаружен и верифицирован у 28,1% пациентов, на II - у 12,2%. Вместе с тем, по официальным данным, в 2016 г. (перед стартом проекта) на I-II стадиях активно выявлялись 28,5% ЗНО легких, на III стадии - 22,4%, на IV - 49,1%. Таким образом, благодаря внедрению НДКТ-скрининга в Москве существенно возросла активная выявляемость ЗНО легкого на ранних (I-II) стадиях. Клинический пример. Бессимптомному пациенту П., 65 лет (рис. 3), удовлетворяющему всем критериям группы риска рака легкого (в том числе стаж курения более 50 лет), выполнено НДКТ в одной из медицинских организаций, участвующих в проекте. Обнаружен единичный очаг в верхней доле правого легкого размером до 16 мм. Пациент направлен на консультацию к онкологу в ГБУЗ «МГОБ № 62 ДЗМ», в результате которой выдано направление на ПЭТ/КТ. Через 5 дней проведено ПЭТ/КТ (за счет средств ОМС) всего тела, установлена гиперметаболическая активность образования в верхней доле правого легкого размером 16 мм SUV 5,5. Других участков гиперметаболической активности не выявлено. Пациент направлен на госпитализацию. Диагноз при поступлении: периферический рак верхней доли правого легкого (C34.1), сТ1bN0N0, стадия IA, II кл. группа. Хирургическое лечение: видеоторакоскопическая верхняя лобэктомия справа с ипсилатеральной медиастинальной лимфаденэктомией. ps2019si.4elibrary.0000101.jpg Иммуногистохимическое заключение: аденокарцинома верхней доли правого легкого, преимущественно солидного строения, TTF1-позитивная. Материал направлен на EGFR-исследование. Пациент находился на стационарном лечении 27 календарных дней. При выписке состояние удовлетворительное; диагноз при выписке: периферический рак верхней доли правого легкого (C34.1), сТ1bN0N0, стадия IA, II кл. группа. Сопутствующее заболевание: хроническая обструктивная болезнь легких средней тяжести, дыхательная недостаточность I ст., атеросклеротический кардиосклероз, хроническая сердечная недостаточность I ст., I функциональный класс (J44.9). Данный пример наглядно иллюстрирует активное выявление рака легкого на ранней стадии с последующим своевременным малоинвазивным хирургическим лечением. Результаты и обсуждение Результаты проекта отражены в научных публикациях, методических рекомендациях, а также представлены в средствах массовой информации. Для широкого информирования общественности и профессионального сообщества о проекте и методике НДКТ-скрининга создан веб-сайт (рис. 4). По результатам работы: 1. Опубликовано 12 научных работ, в том числе 6 научных статей (из них три - в журналах, индексируемых Scopus). 2. Разработаны четыре методические рекомендации. 3. Получено три документа о регистрации прав на интеллектуальную собственность. 4. Сделано 30 докладов на научно-практических конференциях. 5. Выполнено около 20 популярных публикаций. Подробный список приведен в конце статьи. Скрининг рака легкого с помощью НДКТ является доказанным путем к снижению смертности от рака легкого. Однако в России условия проведения таких исследований ограничены дозой лучевой нагрузки в 1 мЗв. В то же время в исследованиях, выполняемых за рубежом, этот показатель превышается, достигая в рекомендациях National Comprehensive Cancer Network 5 мЗв - соответственно превышая в 5 раз отечественные требования для профилактических исследований. В связи с этим требуется разработка протоколов сканирования, которые возможно использовать в России. Однако производители самостоятельно не спешат выполнять изучение таких протоколов для официальных рекомендаций, потому что Россия и СНГ не являются основными рынками потребления продукции производителей томографов. Они сфокусированы на рынке развитых стран Европы и США. В связи с этим лишь на передовых томографах установлены низкодозные протоколы сканирования, удовлетворяющие требованиям «до 1 мЗв». Это подталкивает к разработке собственных протоколов ультра-НДКТ-сканирования. ps2019si.4elibrary.0000103.jpg В России были единичные очаги опыта скрининга рака легкого, однако они ограничивались единичными томографами, отсутствием полноценной методологии охвата прикрепленного населения, отсутствием целенаправленного привлечения граждан из групп риска, отсутствием направлений на исследования, алгоритмов интерпретации, объединения результатов, повторных приглашений среди граждан, которым рекомендуются повторные исследования и т. д. Другими словами, в России до настоящего времени не было предпринято попыток селективного скрининга с использованием ультра-НДКТ и популяционным компонентом в виде активных персонализированных приглашений на скрининг. До текущей работы в Москве никогда не проводились исследования скрининга рака легкого с помощью ультра-НДКТ, в связи с чем отсутствовали многие компоненты эффективного скрининга, включая единую информационную систему с данными о пациентах в потенциальной группе риска, так как такая база об индексе «пачек в день/лет курения» никогда не собиралась на уровне городских ресурсов. В рамках текущего проекта пришлось провести исследование для оценки распространенности группы риска среди граждан, проходящих флюорографические исследования во всех филиалах поликлиник пилотного проекта. Это позволило за 4 дня опросить более 4000 человек и выяснить, что 9% среди всех проходящих флюорографию попадают в группу риска и их нужно направлять на НДКТ вместо флюорографии. ps2019si.4elibrary.0000105.jpg Залогом успешности проекта скрининга рака легкого стали наличие Единого радиологического информационного сервиса (ЕРИС), Единой медицинской информационно-аналитической системы (ЕМИАС), возможность предоставлять услугу позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), объединенной с компьютерной томографией (КТ), до верификации в рамках Территориальной программы ОМС, специализированный стационар с онкопульмонологическим отделением, а также системы анализа выявленных ЗНО «Канцеррегистр» и BIGDATA. Итак, научно обоснована и практически продемонстрирована значимость скрининга рака легкого с помощью НДКТ для системы здравоохранения Москвы: 1. Впервые в Москве и Российской Федерации реализована программа селективного скрининга ЗНО легких на принципах системного подхода, включающего организационно-управленческие, медицинские, технические, образовательные аспекты и методологию контроля качества. 2. Разработаны уникальные (как на национальном, так и на глобальном уровне) ультранизкодозные протоколы компьютерной томографии грудной клетки при лучевой нагрузке менее 1 мЗв (получаемые изображения имеют достаточный уровень диагностического качества). 3. Впервые в Российской Федерации по результатам скрининговой программы определено необходимое количество («number needed to screen») НДКТ-исследований для выявления одного верифицированного случая рака легкого (NNS=57) и для выявления одного случая рака легкого в I стадии (NNS=207) за первый год скрининга. 4. В результате первого года проведения НДКТ-скрининга удельный вес ЗНО легких, активно выявляемых на ранних (I-II) стадиях, возрос с 28,5 до 40,3% (в показателях наглядности - на 42%). 5. Впервые доказана возможность применения интеллектуальных технологий («искусственного интеллекта») для контроля качества скрининговых лучевых исследований. Заключение Научно обоснована и практически продемонстрирована значимость скрининга рака легкого с помощью НДКТ. В системе здравоохранения Москвы организована и успешно реализована программа селективного скрининга ЗНО легких на принципах системного подхода, включающего организационно-управленческие, медицинские, технические, образовательные аспекты и методологию контроля качества. Значительно повышена активная выявляемость ЗНО легкого на ранних стадиях. Показан вклад в снижение смертности от ЗНО легкого. Подготовлен план расширения проекта до городской программы скрининга рака легкого. Исследование не имело спонсорской поддержки. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Благодарность Авторы проекта выражают глубокую благодарность руководителям и сотрудникам медицинских организаций Департамента здравоохранения г. Москвы, принимающим участие в реализации проекта.

About the authors