Поиск новых направлений цитологического скрининга рака шейки матки (РШМ) в настоящее время является весьма актуальной задачей, решение которой позволит устранить ряд проблем. За последние десятилетия наблюдалось активное развитие разработок в области цервикального скрининга. Внедрены новые технологии — различные системы жидкостной цитологии [1, 2], автоматизированный морфологический анализ, морфометрия, сканирующие системы [3]; проведено множество научно-практических исследований [4—6]. Тем не менее, статистические данные по заболеваемости РШМ не улучшаются.

В России уровень заболеваемости РШМ составляет 5% и занимает 7-е место в структуре общей онкологической заболеваемости у женщин и 2-е место в возрастной категории 30—59 лет, уступая лишь опухолям молочной железы [7]. Продолжается прирост заболеваемости со среднегодовым темпом 1,98%, составив за 10 лет 22,26% и увеличившись с 18,8 в 2009 г. до 22,25 случая в 2019 г. на 100 000 населения, при этом летальность 13,5% из числа впервые выявленных. На ранних (I—II) стадиях РШМ выявляется у 66,6% пациенток, запущенные (III—IV) стадии — у 32,1%. Однако реальная распространенность заболевания значительно выше статистических данных. Среднероссийский показатель активного выявления РШМ в РФ в 2019 г. составил 41,1%. Показатель запущенности из года в год практически не меняется и составил 32,1% в 2019 г., 32,6% в 2018 г. [8], являясь крайне высоким для РШМ как опухоли визуальной локализации. Учитывая наличие оптимального диагностического теста (ПАП-тест) и развитых технологий, все это показывает неэффективность существующих скрининговых мер.

Неэффективность скрининга обусловлена рядом факторов:

— организационных — низкий охват женского населения (около 30%) и несоблюдение периодичности и частоты медицинских осмотров [9, 10];

— клинико-диагностических — низкое качество диагностики, причинами которого являются: поступление некачественного материала для цитологического исследования, нарушение временных нормативов и многократное превышение нагрузки на врача-цитолога, что приводит к беглому просмотру препаратов и неизбежному пропуску патологических изменений, несоблюдение двухступенчатого принципа цервикального скрининга, приводящее к нерациональному использованию специалистов; проведение цитологических исследований врачами лаборатории без должной подготовки по клинической цитологии, отсутствие наставничества [10];

— географическими и демографическими особенностями нашей страны — большие труднодоступные территории с неразвитой инфраструктурой, затрудненной транспортной доступностью, большие территории с низкой плотностью населения;

— экономической и социальной неоднородностью регионов, отсутствием качественной медицинской инфраструктуры, концентрация высокопрофессиональных специалистов в крупных городах при отсутствии их в небольших населенных пунктах, низкая медицинская грамотность населения.

Последнее время изменяется формат медицинской отрасли. Медицина активно переходит на цифровые и информационные технологии [11, 12]. В лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ) широко применяются медицинские информационные системы, в частности — лабораторные информационные системы. Они позволяют сохранять информацию в электронных базах данных как отдельных частных медицинских организаций, так и крупных муниципальных и государственных ЛПУ (единая медицинская информационно-аналитическая система — ЕМИАС Москвы и единая государственная информационная система в сфере здравоохранения — ЕГИСЗ). Это позволяет вести автоматизированный учет и управление потоками пациентов, оформлять электронные документы, сохранять колоссальные объемы информации, формировать и стандартизировать отчеты, бессрочные архивы документов и изображений, исключать контакт и необходимость физического присутствия, связывать пациента, врача и аппаратуру в единую сеть [13—17].

Наибольшие преобразования произошли в диагностической медицине (лучевой и морфологической). Необходимость второго мнения в сложных диагностических случаях и ведение архива послужило толчком к переходу от препаратов на стеклах к фото и цифровым изображениям. Это дало возможность удаленно консультировать, используя телемедицинские технологии [18, 19]. Накопление большого объема цифровых изображений цитопрепаратов позволило сформировать критерии патологических изменений клеток, что привело к возможности автоматической оценки и созданию искусственного интеллекта. Это открывает перспективы автоматизированного анализа потока изображений, что оптимально для скрининга. Обширный объем памяти серверов позволяет хранить колоссальное количество изображений, формируя структурированные стандартизованные архивы [3].

Цифровые и телемедицинские технологии успешно применяются в диагностике и скрининге в кардиологии [18, 20], рентгенологии [18, 21], дерматологии [18, 22], урологии [18, 23]. Активно развивается телепатология в гистологии [19, 24] и диагностической цитологии [25, 26].

В настоящее время в РФ цифровые и телемедицинские технологии в скрининге РШМ не применяются. Современный цитологический скрининг — одноступенчатый процесс, где основным методом является микроскопическое исследование соскобов с шейки матки (ШМ) и цервикального канала (ЦК) с помощью метода традиционной цитологии (ТЦ), а в некоторых ЛПУ для этого используют жидкостную цитологию (ЖЦ).

Тем не менее информационные технологии постоянно дорабатываются и модифицируются в соответствии с потребностями. Широкое применение и конкуренция на рынке приводят к разнообразию и удешевлению технических средств.

Пандемия COVID-19 показала существенную значимость цифровых технологий и телемедицины. В периоды изоляции удаленная диагностика давала единственную возможность получить качественную медицинскую помощь [27]. По словам министра здравоохранения Михаила Мурашко, пандемия коронавируса может послужить поводом для модернизации системы здравоохранения в России [28].

Цель работы — определить возможности применения цифровых технологий в цитологической диагностике заболеваний шейки матки для дальнейшего использования в программах скрининга РШМ.

Материал и методы

Проведено цитологическое исследование соскобов с ШМ и ЦК материала, полученного от 1775 пациенток в возрасте от 20 до 60 лет, обратившихся к гинекологу для профилактического осмотра в 2019—2020 гг. Забор осуществляли цитощеткой с двумя наконечниками: насадку с силиконовыми ворсинами использовали для забора материала с поверхности ШМ, а ершик — с ЦК. Вначале материал с ШМ и ЦК наносили на стекла раздельно для ТЦ. После этого оба наконечника погружали в виалу с жидкостью для ЖЦ. Таким образом, из одного материала были приготовлены препараты и для ТЦ, и для ЖЦ.

В большинстве случаев материал поступал от пациенток с воспалительными заболеваниями ШМ и ЦК (57%), с заболеваниями, не связанными с ШМ и ЦК (15%), а также с диагнозом «атрофический кольпит» (13%), с кольпоскопической картиной «лейкоплакия ШМ» (6%), «полип ЦК» (4%), «эрозия ШМ» (3%), «дисплазия ШМ» (2%). Таким образом, кольпоскопически предраковые поражения определяли в 2% случаев.

Для цитологического исследования традиционным методом мазки с высушенным на воздухе материалом после фиксации (Лейшман, «Абрисплюс», РФ) окрашивали азур-эозином по Романовскому (краситель Гемистейн Р «Профессионал», «Абрисплюс», РФ) в автомате фиксации и окраски мазков АФОМК В 01 (ЭМКО, РФ). После высушивания проводили цитологическое исследование на световом тринокулярном микроскопе «AXIOLAB.А1» с камерой и ПО («KARL ZEISS JENA», Германия).

Цитологические препараты с жидкостным методом пробоподготовки получали путем центрифугирования клеточной взвеси (система ЦИТОСКРИН, ООО «Хоспитекс», РФ) на цитоцентрифуге (ООО «Хоспитекс», РФ), используя принцип седиментации на предметных стеклах с адгезивным покрытием (X-traAdhesive, Leica biosistems, Англия); при загрязненном кровью или слизью материале проводили дополнительный этап жидкой фильтрации. Для окраски по Папаниколау (МЛТ-ПАП-ДИФФ, ООО «МЛТ», РФ) применяли ручной метод; диаметр слайда составил 1,5 см. Микроскопию выполнял врач-цитолог на световом тринокулярном микроскопе с камерой и ПО «AXIOLAB.А1» («KARL ZEISS JENA», Германия).

Для оцифровки были отобраны 773 жидкостных препарата методом случайной выборки. Сканирование проводили с помощью системы VISIONsuite (ООО «Вест-Медика», РФ-Австрия). Для хранения цифровых изображений использовали облачное хранилище. Преклассификацию клеток на основе искусственного интеллекта (ИИ) автоматически осуществляли путем анализа изображений, применяя программу CYTOVISION РАР (ООО «Вест-Медика», РФ-Австрия), разделяя норму и патологию с сортировкой патологических клеток по системе Бетесда (The Bethesda System, 2014) [29] на ASC-US/ASC-H, LSIL, HSIL (рис. 1).

В работе был проведен сравнительный анализ методов рутинной цервикальной цитодиагностики: ТЦ, ЖЦ, цифровая цитология (ЦЦ) и ИИ.

Рис. 1. Сканирование. Препарат цифровой цитологии с преклассификацией клеток.

Оценивали показатели (количество случаев): адекватность материала (ТЦ и ЖЦ — 1775); просматриваемость цитологических объектов в препарате (ТЦ и ЖЦ — 1775, ЦЦ — 773); идентичность морфологической картины (ТЦ и ЖЦ — 1775, ЦЦ — 773); выявляемость патологии (ТЦ — 1775, ЖЦ — 1775, ЦЦ —773, ИИ —773); структура патологии (ТЦ — 1775, ЖЦ — 1775, ЦЦ — 773, ИИ — 773); сопоставимость результатов (ТЦ — 1775, ЖЦ —1775, ЦЦ —773, ИИ — 773); время исследования — аналитический этап (ТЦ —1775, ЖЦ—1775, ЦЦ —773, ИИ — 773); трудоемкость.

Результаты

Адекватность материала

Для оценки адекватности материала при ТЦ и ЖЦ использовали терминологическую систему Бетесда (The Bethesda System, 2014) [29]. Адекватным считался препарат, в котором клетки плоского эпителия четко просматривались и составляли для ТЦ не менее 8000—12 000 клеток, для ЖЦ — более 5000 клеток; присутствовали элементы зоны трансформации и ЦК — клетки метаплазированного и цилиндрического эпителия. Недостаточно адекватный материал тот, в котором отсутствовали элементы зоны трансформации и ЦК при достаточном количестве просматриваемых клеток плоского эпителия. Неадекватный — материал, по которому невозможно произвести оценку: мало или полное отсутствие клеток, толстый непросматриваемый мазок. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1. Адекватность материала (число обследованных пациенток 1775). Сравнительный анализ

Адекватность материала зависела от качества забора биоматериала гинекологом. При использовании метода ТЦ и ЖЦ доля адекватных мазков одинакова. Доля недостаточно адекватного материала при ТЦ и ЖЦ приблизительно одинаковая. Неадекватные мазки наблюдались и при ЖЦ. Причинами явились скопление клеток в сгустках слизи и задержка их в толще фильтра, из-за чего они не попадали на стекло. Таким образом, при оценке адекватности в настоящем исследовании не наблюдалось существенных преимуществ одного метода перед другим.

Просматриваемость цитологических объектов в препарате

Для сравнения качества ТЦ-, ЖЦ- и ЦЦ-препаратов анализировали просматриваемость (табл. 2) — отчетливое различение цитологических объектов (клеток, структур клеток) более чем в 80% площади полученного мазка. Просматриваемость зависела от загрязненности препарата (в ТЦ-препарате кровь, слизь, детрит, элементы воспаления, в ЖЦ-препарате неотфильтрованный лизат) и качества передаваемого изображения, связанного с оптическими характеристиками (увеличение, фокусировка и кривизна поля зрения, светоподача, цветопередача, блики и пр.).

Таблица 2. Просматриваемость. Сравнительный анализ

Неудовлетворительная просматриваемость отмечалась в 19% ЖЦ-препаратов и в 12% ТЦ-препаратов. После введения этапа фильтрации просматриваемость при использовании ЖЦ улучшилась в среднем на 5%. В отсканированных жидкостных препаратах (ЦЦ) неудовлетворительная просматриваемость в 10% обусловлена загрязненностью лизатом и некачественным сканированием отдельных участков (см. табл. 2). Просматриваемость цитологических объектов при ЖЦ хуже на 2%, чем при ТЦ, за счет плотных скоплений неотфильтрованного лизата и клеток. При ЦЦ отмечалась просматриваемость лучше (на 4%), чем при микроскопии, за счет большого обзора монитора, возможности просмотра на любом увеличении (в отличие от заданной кратности объективов микроскопа), а также за счет оптических настроек сканера — постоянной (не требующей настройки) фокусировки, равномерного освещения и плоскостности поля зрения, настраиваемой контрастности. Плотные скопления клеток и ядерные структуры при ЦЦ просматриваются лучше, чем в микроскопе.

Идентичность морфологической картины

Анализ идентичности морфологической картины основывался на субъективной оценке препаратов. В ТЦ- и ЖЦ-препаратах морфология клеток базально-парабазального слоя многослойного плоского эпителия, метаплазированного и цилиндрического эпителия существенно отличается: в ЖЦ-препаратах клетки гораздо меньше, ядро и цитоплазма просматриваются хуже, клеточные структуры промежуточного и поверхностного слоев непривычно четко контурируются, что ошибочно может быть принято за койлоцитоз. Железистый эпителий в ЖЦ-препаратах расположен более плотными скоплениями и также существенно меньшего размера, чем при ТЦ; в ТЦ-препаратах клетки железистого эпителия кажутся больше, чем при ЖЦ, в них четко не визуализируются края цитоплазмы (рис. 2).

Рис. 2. Сравнение морфологии клеток в препаратах ТЦ (начало).

Окраска по Романовскому, ×400, и ЖЦ, окраска по Папаниколау, ×400.

Рис. 2. Сравнение морфологии клеток в препаратах ТЦ (окончание).

Окраска по Романовскому, ×400, и ЖЦ, окраска по Папаниколау, ×400.

Существенные отличия клеток глубоких слоев плоского эпителия при ТЦ и ЖЦ являются причиной трудностей при исследовании атрофических мазков. При ЖЦ дифференциальную диагностику следует проводить между базально-парабазальными слоями, клетками железистого эпителия и HSIL в отличие от ТЦ, где таких затруднений не возникает.

Цифровые цитограммы полностью идентичны микроскопическим, но оцифровка (сканирование) возможна только для монослойных препаратов с небольшой площадью слайда, т.е. для ЖЦ. Сканирование препарата при ТЦ занимает значительно больше времени (до 4 ч), полученные изображения имеют низкое качество. Из-за неравномерного распределения материала на стекле невозможно учесть и задать параметры фокусировки для всех участков препарата, поэтому ТЦ не применима для потокового сканирования.

Выявляемость патологии

За «патологию» мы принимали структурные, клеточные и ядерные изменения различного характера, включая реактивные, ASC-US, LSIL, HSIL [29] (табл. 3).

Таблица 3. Выявляемость патологии. Сравнительный анализ

В 60% случаев выявленная патология при ТЦ и ЖЦ совпала. При сравнении метода ТЦ и ЖЦ установлено, что у 21% пациенток с цитологическим заключением ASC и SIL (дискариозы, ASC-US, LSIL, HSIL, рак) методом ЖЦ выявлена патология. У этих же пациенток при ТЦ или не определена, или установлена более легкая степень поражения. У 19% пациенток с заключением ASC и SIL методом ТЦ диагностирована патология, а ЖЦ или не выявлена, или определена более легкая степень поражения. При этом показатели выявляемости патологии при использовании ТЦ и ЖЦ приблизительно одинаковые (10 и 11% соответственно). Это доказывает отсутствие преимущества одного метода перед другим.

Высокая «выявляемость» (31—80%) при использовании ИИ без исследования цифрового препарата врачом обусловлена тем, что система плохо дифференцирует клетки базально-парабазальных слоев многослойного плоского эпителия и цилиндрического эпителия, относя их к категории HSIL, а также принимает за патологию любые отклонения в морфологии клеток и несоответствия с заданными физико-математическими параметрами сканирующей системы. Этот показатель не является достоверным и не применяется для самостоятельной диагностики, так как существенно увеличивает долю «ложноположительных» результатов. Вместе с тем система производит тщательный отсев нормальных клеток, позволяя врачу не просматривать весь препарат, а оценивать только отобранную «патологию», что существенно сокращает время исследования.

Колебания значений от 31 до 80% обусловлены степенью адаптации ИИ к различным системам ЖЦ.

Анализ ЦЦ совместно с автоматической преклассификацией клеток (т.е. пересмотр патологических клеток цифрового препарата, отобранных ИИ) показал выявление патологии в 18% случаев. ИИ проводит анализ 100% клеток в препарате в отличие от врача, который может пропустить часть клеток по субъективным причинам — беглый просмотр, большой шаг из-за превышенной нагрузки; отсутствие или недостаточный опыт исследования препаратов при ЖЦ, усталость и снижение внимания.

Структура патологии

Структура патологии, выявленная разными методами, представлена в табл. 4.

Таблица 4. Структура патологии. Сравнительный анализ

Клеточные изменения реактивного и неясного (ASC-US/ ASC-Н) генеза во всех методах исследования составляют большинство патологических цитограмм (49% при ТЦ, 63% при ЖЦ и 61% при ЦЦ). Более высокая доля выявляемости ASC-US и дискариозов при ЖЦ и ЦЦ обусловлена отличиями в морфологии клеток от ТЦ. При ЦЦ и ЖЦ структура выявленных патологических изменений примерно одинаковая.

К категории LSIL относятся нерезкие клеточные и ядерные изменения, а также признаки папилломавирусной инфекция (койлоцитоз). Различия показателей ТЦ (34%) и ЖЦ (28%) объясняются разной трактовкой нерезких изменений: при ТЦ и ЦЦ — как LSIL (ПВИ), а при ЖЦ — как ASC-US.

Отличающиеся показатели HSIL в структуре патологии различных методов связаны с тем, что умеренная дисплазия (CIN2) при ЖЦ и ЦЦ была отнесена к LSIL, а при ТЦ — к HSIL.

Структуру патологии при использовании ИИ достоверно оценить не получилось, так как в большинстве патологических цитограмм (80—97%) были представлены все типы клеточных изменений: ASC-US, LSIL и HSIL. При этом часто за HSIL принимались глубокие слои плоского, клетки незрелого метаплазированного и железистого эпителия, 3—10% (в зависимости от системы ЖЦ) были представлены патологией, не тяжелее LSIL и ASC-US. В 98% слайдов были найдены реактивные изменения (в эту группу попадали артефакты, наложения ядер двух клеток, заломы цитоплазмы и пр.).

Таким образом, структура выявленных патологических изменений при ЦЦ несколько отличается от таковой при ТЦ и соответствует ЖЦ; правильно оценить структуру патологических изменений клеток, используя ИИ без просмотра препарата врачом, невозможно.

Анализ сопоставимости

Результаты анализа сопоставимости всех методов цитологического исследования показаны в табл. 5.

Таблица 5. Сопоставимость результатов выявленной патологии

Примечание. Патология ASC-US, LSIL, HSIL, рак: (+) — выявлена, (—) — не выявлена.

Показатель диагностированной патологии при использовании ИИ составил 39% (без просмотра врачом цифрового препарата), однако при ТЦ, ЖЦ и ЦЦ цитолог не обнаружил патологии. Эти данные не являются диагностически достоверными. В 25% случаев при ЦЦ с ИИ патология выявлена, а при ТЦ и ЖЦ нет. В 17% случаев отсутствие патологии подтвердили все методы цитологического исследования, в 9% все методы тоже указали на наличие патологии, в 3% патологию выявила ЖЦ и ИИ, а ТЦ и ЦЦ (без применения ИИ) патологию не установили. В 2% случаев патология была подтверждена при ЖЦ и ЦЦ с ИИ, в 2% патология диагностирована только при ЖЦ. В 1% случаев патология (дискариозы и ASC-US) установлена в ТЦ, ЖЦ и ИИ при норме в ЦЦ и, наоборот, диагностирована только в ЦЦ при норме в ТЦ, ЖЦ и ИИ; методы ТЦ и ИИ выявили патологию, а ЖЦ и ЦЦ — нет. Остальные комбинации цитологического исследования в нашем исследовании не встречались.

Этот анализ показал высокую выявляемость (25%) патологических клеточных изменений при использовании ЦЦ совместно с ИИ, что объясняется автоматизированным анализом 100% клеток (исключает пропуски), преклассификацией (выделяет подозрительные клетки и распределяет по степени тяжести) и оптическими характеристиками цифрового препарата.

У всех пациенток с HSIL заключения совпали с гистологическими.

Время исследования

За время исследования принимали среднее время аналитического этапа, включающее морфологическое исследование и внесение формализованного заключения в бланк ответа ЛИС (табл. 6).

Таблица 6. Продолжительность исследования. Сравнительный анализ

Сравнительный анализ показал, что затраты времени на исследование ЦЦ с ИИ составляют в среднем от 2 до 8 мин, что в 2—6 раз меньше ТЦ и ЖЦ.

Время исследования существенно зависит от оснащения и организации лаборатории — наличия ЛИС с настроенным цитологическим профилем, включающим шаблоны описания и заключения, интеграции программы сканера в ЛИС. При оптимально настроенной ЛИС с подключением сканера — заключение и бланк выдачи с приложенными фото препарата формируется автоматически.

Трудоемкость и себестоимость

Трудоемкость оценивалась субъективно. Сравнение трудоемкости и себестоимости при различных методах цитологического исследования показано в табл. 7. Учитывался весь процесс: преаналитика (приготовление препаратов), цитологический анализ и постаналитика (формирование и выдача заключений, ведение архива).

Таблица 7. Трудоемкость. Сравнительный анализ

Наименее трудозатратным и экономичным является метод ТЦ за счет дешевых реагентов-красителей, ручного и простого способа приготовления препаратов и отсутствия сложной аппаратуры. Наиболее трудозатратным и дорогим является метод ЦЦ с ИИ вследствие более дорогих расходных материалов ЖЦ, сложного процесса приготовления препарата, необходимости использовать дорогостоящее оборудование (сканер, облачное хранилище, программное обеспечение).

Метод цифровой цитологии с искусственным интеллектом превосходит по своим рабочим характеристикам используемые в настоящее время способы исследования: снижение или полное исключение субъективизма за счет автоматического анализа 100% клеток; стандартизация препаратов, архива и заключений; структурированное хранение большого объема изображений с данными пациентов; возможность проведения дистанционной диагностики при отсутствии специалиста-цитолога в лаборатории; создание единого пространства (буфер-лаборатории) врачей разной квалификации федерального масштаба; возможность быстрой консультации и виртуальных консилиумов; создание единой базы данных с интеграцией в ЕГИСЗ, сокращение времени исследования — все вышесказанное позволяет применять цифровые технологии в цитологической диагностике заболеваний шейки матки в рутинной практике.

Выводы

1. Адекватность материала при ТЦ и ЖЦ одинаковая и составляет 87%.

2. Просматриваемость цифрового препарата выше на 4%, чем при световой микроскопии. Просматриваемость при ТЦ лучше на 2%, чем при ЖЦ.

3. Морфология клеток ЖЦ отличается от таковой в ТЦ. Цифровые цитограммы полностью идентичны микроскопическим.

4. Выявляемость патологии при ЦЦ с автоматизированной преклассификацией составляет 18%; при ТЦ и ЖЦ этот показатель одинаков: 10 и 11% соответственно; с помощью применения ИИ (автоматический анализ) патология выявляется в 3—8 раз чаще (31—80%), но этот показатель не является достоверным.

5. Структура выявленной патологии в ЦЦ несколько отличается от таковой в ТЦ, но полностью соответствует ЖЦ.

6. В 25% случаев методом ЦЦ с ИИ патология была выявлена там, где при использовании ТЦ и ЖЦ пропущена.

7. Временные затраты на исследование при ЦЦ с ИИ составляют в среднем от 2 до 8 мин, что сокращает время анализа в 2—6 раз по сравнению с ТЦ и ЖЦ.

8. Наименее трудозатратным и дешевым является метод ТЦ. Наиболее объективным, функциональным и перспективным при высокой себестоимости — ЖЦ с ИИ.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Н.Н. Баяндина, Е.Н. Славнова

Сбор и обработка материала — Н.Н. Баяндина

Статистическая обработка — Н.Н. Баяндина

Написание текста — Н.Н. Баяндина, Е.Н. Славнова

Редактирование — Е.Н. Славнова

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.