У двух опухолей может быть один и тот же диагноз — и совершенно разный характер. Одна растет на миллиметр в год, а другая быстро распространяется и не отвечает на базовое лечение. Как заметить эту разницу на КТ и МРТ еще до того, как врач возьмет образец ткани? Об этом мы поговорили с Павлом Румянцевым — профессором, доктором медицинских наук и онкологом-радиологом клиники «Белоостров». Более 30 лет он работает в онкологии и занимается технологиями на стыке медицинской визуализации, молекулярной биологии, математики и искусственного интеллекта — в том числе радиомикой и радиогеномикой, на которых основана идея виртуальной биопсии. Вместе разбираемся, что снимки уже способны рассказать об опухоли, как в этом помогает компьютерный анализ и где в этой схеме появляется ИИ.

Что такое виртуальная биопсия и зачем она нужна?

— Обычная биопсия требует вмешательства: врачу нужно добраться до подозрительного участка и взять небольшой образец ткани. Процедура в большинстве случаев проходит без проблем, но иногда может быть болезненной, с кровотечением или другими осложнениями. Поэтому ее не назначают на всякий случай.

Сначала подозрительный участок изучают с помощью дерматоскопии, эндоскопии, УЗИ, КТ и других методов. Они помогают предположить его природу и понять, распространился ли процесс за пределы первичного очага. Если обнаружена опухоль, врачу важно оценить, как она может себя вести. Даже похожие новообразования порой растут с разной скоростью, по-разному реагируют на лечение и отличаются риском метастазов.

Виртуальная биопсия — это способ получить дополнительную информацию из снимков КТ, МРТ и ПЭТ. Для этого используют компьютерный анализ и ИИ-алгоритмы. Они ищут признаки, которые могут указать на происхождение опухоли и на то, как она будет себя вести. 

В результате врач получает не окончательный диагноз, а дополнительную подсказку. Вместе с осмотром и другими исследованиями это помогает решить: пока наблюдать за образованием, провести новые проверки, назначить обычную биопсию или готовиться к операции. Если ткань все же нужно взять, анализ снимков указывает на самый подходящий участок.

Павел Румянцев

Пока звучит сложно, как это происходит на практике?

— Лучше всего виртуальная биопсия сейчас работает с раком молочной железы и раком легких. Объясню, как действует алгоритм, на примере очага в легком. Вот его заметили на КТ — это может быть и рубец после пневмонии, и туберкулез, и аденокарцинома (вид рака). Делать биопсию или пока понаблюдать — врач решит скорее всего по размеру образования. А компьютерный анализ учтет больше признаков: форму, объем, контуры, внутреннюю структуру. И проверит, нет ли рядом похожих участков. По этим данным система рассчитает, что вероятнее: злокачественная опухоль, доброкачественное изменение или процесс, вообще не связанный с новообразованиями. Еще она определит, насколько агрессивно будет вести себя болезнь и есть ли риск метастазов. Если вероятность рака окажется высокой, диагноз уточнят с помощью прицельной биопсии.

Что компьютерный анализ может найти на снимке такого, чего не заметит человек?

— Часть особенностей снимка врач видит сам. Но вот мелкие нюансы помогает заметить программа: она переводит изображение в цифры и сравнивает сотни параметров. ИИ ищет комбинации, которые сложно обнаружить невооруженным взглядом. Это нужно, чтобы лучше понять происхождение опухоли, ее неоднородность и вероятное поведение. Кроме того, система может сопоставить результаты УЗИ, КТ, МРТ и ПЭТ. Их часто оценивают разные специалисты, а затем врачам приходится собирать выводы в одну картину. Компьютерный анализ помогает проанализировать сразу все данные и найти неочевидные связи между ними.

Откуда алгоритм знает, какие признаки искать?

— Его обучают на большой базе изображений, по которым диагноз уже подтвержден исследованием ткани. К каждому из них добавляют сведения об особенностях клеток и изменениях в их генах. Система сопоставляет эти данные и ищет повторяющиеся сочетания признаков — в том числе мелкие детали на снимках разных режимов МРТ. После такой подготовки алгоритм, изучая новый случай, может предположить, есть ли мутации, которые повлияют на течение болезни и выбор лечения.

Может ли виртуальная биопсия заменить обычную?

— Нет. Виртуальная биопсия оценивает косвенные признаки на снимках и дает вероятностный вывод. Но только исследование ткани дает рассмотреть клетки конкретного образования, определить его происхождение и тип. Поэтому тканевая биопсия остается «золотым стандартом» для подтверждения диагноза.

У обычной биопсии тоже есть ограничение: для анализа чаще всего берут небольшой фрагмент из одного доступного участка. При этом разные части опухоли и ее метастазы могут отличаются друг от друга. Образец не всегда представляет наиболее агрессивную зону, а значит — не показывает всю картину. Именно поэтому методы исследования сочетают друг с другом. Тканевая биопсия подтверждает диагноз, а ПЭТ+КТ помогают увидеть очаги в разных частях организма и сравнить их между собой.

Насколько можно доверять выводам ИИ-алгоритма?

— Он не дает стопроцентной гарантии. Впрочем, такой точности нет ни у одного метода диагностики. Поэтому врач не опирается только на компьютерный прогноз, а проверяет его с помощью других исследований.

Хороший пример — поиск генетических изменений в опухоли. Такие прогнозы сегодня оказываются верными примерно в 70–90% случаев. Система может предположить наличие определенной мутации, но подтвердить ее способен только специальный тест. Подсказка алгоритма помогает понять, какие анализы провести в первую очередь. Так пациент не тратит зря время и деньги. 

Виртуальная биопсия покажет, есть ли эффект от лечения?

— Для этого врачи в первую очередь сравнивают КТ или МРТ с контрастом. Исследования выполняются одним методом и в одинаковом режиме — иначе сопоставить результаты будет сложно. А вот виртуальная биопсия в такой оценке не участвует. Она может понадобиться, только если на снимках появятся новые очаги и нужно будет разобраться в их природе.

Почему технологию пока не используют повсеместно?

— В отдельных направлениях виртуальная биопсия уже заметно продвинулась — прежде всего в анализе КТ легких и МРТ головы. Но для обычной клинической практики этого пока недостаточно. Нужно лучше понять, какие «глубинные» характеристики снимков помогают оценивать опухоль.

Одна из самых перспективных областей, на мой взгляд, — радиогеномика. Она ищет связи между особенностями образования на изображении и изменениями в его генах. Объем информации здесь огромен, поэтому для ее обработки нужны более совершенные технологии. В том числе — новые инструменты для «компьютерного зрения». С их помощью алгоритм будет находить больше значимых признаков и лучше рассчитывать вероятный результат.

Развивать такую систему должна целая команда: врачи, биологи, медицинские физики, математики и программисты. А прежде чем использовать ее в работе с пациентами, результаты нужно проверить по строгим научным правилам. Только после этого технологию можно будет применять шире.

Что в итоге изменится для доктора и пациента?

— Главное — врачам будет проще выбрать следующий шаг и лишний раз не нагружать человека. В одном случае понадобится тканевая биопсия или лечение, в другом пока будет достаточно наблюдения. Я против обследований на всякий случай: каждое должно либо уточнять диагноз, либо влиять на дальнейшие решения. Как говорил Николай Пирогов, лучшая операция — та, которую удалось не делать.