Оптимизация диагностики рака верхних дыхательных путей на основе газоанализа выдыхаемого воздуха

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Опухоли головы и шеи составляют около 7 % всех злокачественных новообразований. В области головы и шеи опухолевый процесс чаще всего локализуется на языке (25–40 %) и дне полости рта (15–20 %). В большинстве случаев установление диагноза, особенно на ранних стадиях заболевания, основывается на клинической и гистопатологической оценках опухолевого процесса. Однако в последнее время приобретают актуальность разработка и внедрение неинвазивных методов ранней диагностики опухолей верхних дыхательных путей за счет выявления патогномоничных летучих маркеров опухолевого процесса в выдыхаемом воздухе.
Цель исследования – оценка диагностической точности сенсорного газоаналитического аппарата и искусственной нейронной сети при исследовании образцов выдыхаемого газа, полученных от больных раком орофарингеальной области, гортани и гортаноглотки, а также поиск оптимальных условий забора исследуемых проб.
Материалы и методы. В исследование включены 28 пациентов с раком орофарингеальной области, гортани и гортаноглотки, а также 25 здоровых добровольцев. предлагаемый метод основан на анализе проб выдыхаемого газа исследуемых лиц с помощью разработанного авторами диагностического прибора, основанного на детекции летучих соединений во вдыхаемом воздухе с помощью набора полупроводниковых сенсоров с последующим нейросетевым анализом. пробы выдыхаемого воздуха забирали двумя способами: утром натощак до проведения повседневных гигиенических процедур и физической активности (подготовленные пробы) и на фоне привычного образца жизни, питания и гигиены без ограничений перед сдачей пробы (неподготовленные пробы).
Результаты. по сигналам с данных сенсоров нейронная сеть проводила классификацию и выявление пациентов со злокачественными новообразованиями. Точность подготовленных проб у здоровых добровольцев и больных раком орофарингеальной области, гортани и глотки составила 79,17 %, неподготовленных – 84,09 %.
Заключение. Отмечена высокая диагностическая точность разработанного метода неинвазивной диагностики злокачественных опухолей орофарингеальной области, гортани и гортаноглотки по образцам выдыхаемого воздуха, которая не требует специальной подготовки обследуемых для отбора проб. 

Об авторах

Д. Е. Кульбакин

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

Россия

Е. Л. Чойнзонов

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

Россия

И. К. Федорова

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

Россия

Е. В. Обходская

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

Email: fake@neicon.ru

634050 Томск, пр-кт Ленина, 36

Россия

А. В. Обходский

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»; ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Email: fake@neicon.ru

634050 Томск, пр-кт Ленина, 36

634050 Томск, пр-кт Ленина, 30

Россия

В. О. Цхай

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

Россия

Е. А. Смолина

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

Россия

Е. О. Родионов

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

Россия

Д. В. Подолько

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

Россия

В. И. Сачков

ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

634050 Томск, пр-кт Ленина, 36

Россия

В. И. Чернов

Научно-исследовательский институт онкологии ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»; ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Email: fake@neicon.ru

634009 Томск, пер. Кооперативный, 5

634050 Томск, пр-кт Ленина, 30

Россия

Список литературы

  1. Johnson D.E., Burtness B., Leemans C.R. et al. Head and neck squamous cell carcinoma. Nat Rev Dis Primers 2020;6(1):92. doi: 10.1038/s41572-020-00224-3
  2. Patterson R.H., Fischman V.G., Wasserman I. et al. Global burden of head and neck cancer: economic consequences, health, and the role of surgery. Otolaryngol Head Neck Surg 2020;162(3):296–303. doi: 10.1177/0194599819897265
  3. Min Ang X., Chi Khang Au P., Kwok K. et al. Quality of life in patients with oral leukoplakia. J Oral Pathol Med 2019;48(7):574–80. doi: 10.1111/jop.12897
  4. Kerdpon D., Sriplung H. Factors related to advanced stage oral squamous cell carcinoma in southern Thailand. Oral Oncol 2001;37(3):216–21. doi: 10.1016/S1368-8375(00)00067-1
  5. Laura Q.M., Chow L.Q. Head and neck cancer. N Eng J Med 2020;382(1):60–72. doi: 10.1056/NEJMra1715715
  6. Schutte H.W., Heutink F., Wellenstein D.J. et al. Impact of time to diagno- sis and treatment in head and neck cancer: a systematic review. Otolaryngol Head Neck Surg 2020;162(4):446–57. doi: 10.1177/0194599820906387
  7. Guenette J.P. Radiologic evaluation of the head and neck cancer patient. Hematol Oncol Clin North Am 2021;35(5):863–73. doi: 10.1016/j.hoc.2021.05.001
  8. Idrees M., Farah C.S., Sloan P. et al. Oral brush biopsy using liquid- based cytology is a reliable tool for oral cancer screening: a cost- utility analysis: oral brush biopsy for oral cancer screening. Cancer Cytopathol 2022;30(9):740–8. doi: 10.1002/cncy.22599
  9. Cristaldi M., Mauceri R., Di Fede O. et al. Salivary biomarkers for Oral squamous cell carcinoma diagnosis and follow-up: current status and perspectives. Front Physiol 2019;10:1476. doi: 10.3389/fphys.2019.01476
  10. Kusampudi S., Konduru N. Salivary biomarkers for non-invasive early detection of head and neck cancer. In early detection and treatment of head & neck cancers: practical applications and techniques for detection, diagnosis, and treatment Ed. by R. El Assal, D. Gaudilliere, S.T. Connelly. Springer International Publishing, 2021. Pp. 149–166.
  11. Abderrahman B. Exhaled breath biopsy: a new cancer detection paradigm. Futur Oncol 2019;15(15):1679–82. doi: 10.2217/fon-2019-0091
  12. Belizário J.E., Faintuch J., Malpartida M.G. Breath biopsy and discovery of exclusive volatile organic compounds for diagnosis of infectious diseases. Front Cell Infect Microbiol 2921;10:564194. doi: 10.3389/fcimb.2020.564194
  13. Van der Schee M., Pinheiro H., Gaude E. Breath biopsy for early detection and precision medicine in cancer. Ecancermedicalscience 2018;12:ed84. doi: 10.3332/ecancer.2018.ed84
  14. Кульбакин Д.Е., Чойнзонов Е.Л., Федорова И.К. и др. Неинвазивная диагностика злокачественных новообразований верхних дыхательных путей на основе анализа маркеров в выдыхаемом воздухе. Сибирский онкологический журнал 2023;22(6):7–15. doi: 10.21294/1814-4861-2023-22-6-7-15
  15. Chernov V.I., Choynzonov E.L., Kulbakin D.E. et al. Cancer diagnosis by neural network analysis of data from semiconductor sensors. Diagnostics 2020;10(9):677. doi: 10.3390/diagnostics10090677
  16. Van der Maaten L.J.P., Hinton G.E.. Visualizing high-dimensional data using t-SNE. J Machine Learning Res 2008;9:2579–605.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 36990 от  21.07.2009.