«УДК 615.471: 616-073.753.3 681.32(075) № Госрегистрации Инвентарный номер УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ОАО ТФПК Элита д.т.н. М.А. Ананян февраля 2002 г. ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ ...»

TRANSNATIONAL FINANCIAL & INDUSTRIAL CORPORATION

«ELITA»

ТРАНСНАЦИОНАЛЬНАЯ

ФИНАНСОВО-ПРОМЫШЛЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ

«ЭЛИТА»

48, Shkolnaya, Moscow, 109544, Russia

Россия, 109544, Москва, Школьная, 48

Tel: (095) 953-53-94, Fax: (095) 953-53-82, E-mail: nanotech @ mail.magelan. ru УДК 615.471: 616-073.753.3 681.32(075) № Госрегистрации Инвентарный номер

УТВЕРЖДАЮ

Генеральный директор ОАО «ТФПК «Элита»

д.т.н.

М.А. Ананян « » февраля 2002 г.

ОТЧЕТ

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ И

ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ РАБОТЕ

СОЗДАНИЕ ВИДЕОКОМПЬЮТЕРНЫХ СРЕДСТВ АНАЛИЗА ДАННЫХ

ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

( заключительный ) Книга

СОЗДАНИЕ МОДИФИКАЦИЙ ВИДЕОКОМПЬЮТЕРНОГО

КОМПЛЕКСА АНАЛИЗА МИКРОСКОПНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

БИОПРЕПАРАТОВ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

В ОБЛАСТИ ГЕМАТОЛОГИИ И СМЕЖНЫХ ОБЛАСТЯХ

Руководитель НИОКР Зав. отделением компьютерной бионики к.т.н.

К.Б. Саниев Москва 2002 г.

-2Содержание Список исполнителей ………………………………………………...………….. РЕФЕРАТ …………………………………………………………………...…….. ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………….. 1. ВИДЕОКОМПЬЮТЕРНЫЙ КОМПЛЕКС «ИМАДЖЕР» …………………..… 1.1. Состав и функционирование 1.2. Унифицированное алгоритмическо-программное обеспечение анализа изображений «ИМАДЖЕРМЕДИА» …………………………………………….

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА «ИМАДЖЕР» В

МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ ………………....…………………………. 2.1. Методика плоидометрических обследований ………………………………….. 2.2. Гематология …………...………………………………………………………….. 2.3. Онкология ……………………………………………………………….………... 2.3.1. Диагностика опухолей молочной железы ………………………………………. 2.3.2. Диагностика опухолей предстательной железы ……………………………… 2.4. Трансплантация органов ………………...………………….………………….. 2.5. Оптимизация радиационно-химического лечения ……………….…………... 2.6. Заключение о применимости ………………………………………….………. 3. ПАТЕНТНЫЕ И МАРКЕТИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ …………………... 4. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРОДОЛЖЕНИЮ РАБОТ …………………………...…. В Ы В О Д Ы ……………………………………………………………………… Литература ………………………………………………………………………... -3Список исполнителей 1. Саниев К.Б. - научный руководитель темы, к.т.н., заведующий отделением компьютерной бионики ИНАТ МФК 2. Автандилов Г.Г. - медицинский научный руководитель темы, д.м.н., профессор кафедры патологической анатомии РМАПО 3. Шереметьева Г.Ф. - медицинский научный руководитель темы, д.м.н., проф., руководитель патолого-анатомического отдела РНЦХ РАМН 4. Зайратьянц О.В. - медицинский научный руководитель темы, д.м.н., проф., зам.

Гл.врача городской клинической больницы № 5. Баскаков В.Е. - научный сотрудник отделения компьютерной бионики

ИНАТ МФК

6. Большова Т.Е. - научный сотрудник отделения компьютерной бионики ИНАТ МФК 7. Мотин Ю.А. - м.н.с. отделения компьютерной бионики ИНАТ МФК В работе принимали участие:

1. Гундорова Л.В. - к.м.н., врач-патологоанатом, доцент кафедры патанатомии УДН 2. Григорьева С.Г. - врач-патологоанатом 3. Лазаренко А.И. - к.б.н., с.н.с.

4. Морозова М.М. - к.м.н., ведущий научный сотрудник РНЦХ РАМН 5. Кочарян Е. З. - к.б.н., научный сотрудник РНЦХ РАМН 6. Банов С.М. - врач радиологической клиники РМАПО 7. Султан-заде Т.С. - финансовый директор 8. Соколов В.Б. - зам. директора по научной работе, к.т.н.

Отчет 112 с., 33 рис., 10 табл., 46 источников.

ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ АНАТОМИЯ, МОРФОЛОГИЯ, ОНКОЛОГИЯ, ГЕМАТОЛОГИЯ,

ТРАНСПЛАНТАЦИЯ ПЕЧЕНИ

МЕДИЦИНСКАЯ ДИАГНОСТИКА, МИКРОСПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ,

МОРФОДЕНСИТОМЕТРИЯ, ОНКОМОРФОЛОГИЯ, ПАТОГИСТОЛОГИЯ ОПУХОЛЕЙ

ПЛОИДОМЕТРИЯ, СТАНДАРТ ДНК, ЛИМФОЦИТЫ, МАЗКИ, СРЕЗЫ

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СЛАБОФОРМАЛИЗУЕМЫХ ДАННЫХ, РАСПОЗНАВАНИЕ

ИЗОБРАЖЕНИЙ, АЛГОРИТМИЧЕСКО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ ВИДЕОКОМПЬЮТЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ БИОПРЕПАРАТОВ

Основная цель настоящей НИОКР состояла во внедрении в медицинскую практику перспективного видеокомпьютерного инструментария анализа биопрепаратов и исследовании возможностей расширения медико-диагностических областей его применения и совершенствования морфологической диагностики на его основе.

Базовым изделием являлся «Комплекс аппаратно-программный обработки и анализа цитологических и гистологических изображений «Имаджер-ЦГ», разработанный в инициативном порядке АНО ИНАТ МФК и рекомендованный к применению в медицинской практике МЗ РФ в декабре 2000 г.

Работа выполнялась в творческом содружестве с ведущими специалистами Российской медицинской академии последипломного образования (РМАПО), Российского научного центра хирургии Российской академии медицинских наук (РНЦХ РАМН) и ряда ведущих медицинских учреждений г. Москвы, осуществлявших научно-методическое руководство и авторское сопровождение медико-биологических исследований применимости и эффективности базового изделия «Имаджер-ЦГ».

Научно-медицинская методика применения базового изделия «Имаджер-ЦГ», разработанная и внедряемая в практику кафедрой патологической анатомии РМАПО, основывается на статистических оценках параметра плоидности клеток, характеризующего способность к синтезу ДНК и озлокачествлению тканей.

Медико-биологические исследования эффективности «Имадер-ЦГ» проведены в режиме опытной эксплуатации образцов прибора в клинических условиях больницы ЗИЛ, РНЦХ РАМН, госпиталя ветеранов ВОВ МЗ РФ.

с мировыми научно-медицинскими стандартами и обосновывают эффективность использования прибора «Имаджер-ЦГ» при онкологической диагностике новообразований различных органов; оптимизации качества диагностики и лечения злокачественных опухолей; диагностике болезней крови; контроле репаративной регенерации при родственной транспланции печени.

По результатам выполненных исследований прибор «Имаджер-ЦГ» также может быть рекомендован для широкого использования в практической медицине с целью определения темпов регенерации и эффективности лечебных мероприятий при различных состояниях – заболеваниях воспалительной природы, ожоговой болезни, последствий ишемических повреждений органов и др.

В процессе опытной эксплуатации прибора «Имаджер-ЦГ» разработана и апробирована унифицированная версия прикладного программного обеспечения «ИМАДЖЕРМЕДИА», учитывающая замечания медицинских пользователей и обеспечивающая более высокий уровень обработки и анализа различного рода изображений.

Результаты работы, выявленная маркетинговая конкурентноспособность продукции, а также достигнутый уровень проработки, определяют целесообразность продолжения инвестиций и работ по внедрению и унификации программно-аппаратных средств автоматизированного анализа слабоформализуемых визуальных данных на основе технологии «ИМАДЖЕРМЕДИА».

Наиболее актуальным развитием работы представляется продолжение исследований по расширению номенклатуры медико-диагностических областей применения, с включением их в перечень обязательных медицинских обследований, и сертификацией в МЗ РФ.

Предлагается, в качестве перспективной формы продолжения работ, создание межведомственных центров коллективного пользования, осуществляющих коммерческое внедрение и оказание услуг по компьютерной обработке и анализу изображений, в том числе, и пересылаемых по информационным сетям.

Актуальным является исследование применимости видеокомпьтерного комплекса «ИМАДЖЕРМЕДИА» в промышленной диагностике и контроле безопасности. В этом направлении представляются перспективными проекты, направленные на опережающую разработку и внедрение специализированных модификаций видеокомпьютерного комплекса «ИМАДЖЕРМЕДИА» - охранная система контроля визуальной обстановки, компьютерный видеотелефон, компьютерный полиэкранный телевизор, видеокомпьютерная система контроля транспортных потоков.

Исполнитель темы - Институт нанотехнологий Международного фонда конверсии (АНО ИНАТ МФК), являющийся разработчиком и правообладателем интеллектуальной собственности в области программно-аппаратных средств автоматизированного анализа изображений, интеллектуальных информационно-управляющих систем, инструментальных нанотехнологических комплексов.

Настоящая НИР «Создание модификаций видеокомпьютерного комплекса анализа микроскопных изображений биопрепаратов для медицинской диагностики в области гематологии и смежных областях» выполнялась в соответствии с Частным Техническим Заданием №_1 от 5 января 2001 г. и Календарным планом работ по Договору № 01 от 10.02.2001 г. между ОАО «ТФПК «ЭЛИТА» (Заказчик) и Отделением компьютерной бионики Института нанотехнологий Международного фонда конверсии (Исполнитель).

видеокомпьютерных средств анализа данных для медицинской диагностики и медикобиологических исследований», которая выполнялась в соответствии с Техническим Заданием от 17 января 2001г. и Календарным планом работ по Договору № 1242р/2837 от 17.01.2001г. между ОАО ТФПК «ЭЛИТА» (Исполнитель) и Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Заказчик).

Основная цель настоящей НИОКР состояла во внедрении в медицинскую практику перспективного видеокомпьютерного инструментария анализа биопрепаратов и исследовании возможностей расширения медико-диагностических областей его применения и совершенствования морфологической диагностики на его основе.

Базовым изделием являлся «Комплекс аппаратно-программный обработки и анализа цитологических и гистологических изображений «Имаджер-ЦГ», разработанный в инициативном порядке АНО ИНАТ МФК, ТУ 9443-002-44471019-01, рекомендованный к применению в медицинской практике Комитетом по новой медицинской технике МЗ РФ в декабре 2000 г., и внесенный в государственный Реестр, по согласованию технических условий, в июне 2001 г.

Комплекс «Имаджер-ЦГ» состоит из стандартной аппаратуры - микроскоп, видеокамеры, компьютер - и прикладного программного обеспечения, управляющего аппаратной частью и выполняющего анализ изображений и отображение результатов. Все изделие защищено патентом на полезную модель. Изделие предназначается для визуализации данных и распознавания изображений и предполагается использовать для оперативного получения количественной информации о свойствах биообъектов, в первую качества диагностики в различных областях медицины.

На начало данной работы изделие «Имаджер-ЦГ» уже обеспечивает проведение двух медико-биологических обследований – «Кариотипирование» и «Гистоцитопатология».

Дальнейшая унификация и модернизация изделия «Имаджер-ЦГ» представляется особо перспективной в части расширения номенклатуры специализированных обследований типа «Гистоцитопатология», в которых врач-клиницист должен оперативно выявить статистически достоверную количественную оценку состояния клеток в анализируемом биопрепарате, и по этим данным диагностировать пациента.

Возможности повышения качества изделия «Имаджер-ЦГ» и расширения медикобиологических областей его применения, как инструмента медицинской диагностики, связываются со следующими основными моментами:

- математической процедурой (автоматического) выделения на произвольных биомедицинских изображениях исследуемых биообъектов;

- медико-биологической методикой интегральной оценки состояния биообъектов по плоидности;

- пользовательским интерфейсом прикладного программного обеспечения для редактирования результатов автоматическог анализа, их документирования и накопления.

Идея данной НИР по созданию модификаций унифицированного видеокомпьютерного комплекса для медицинской морфоденситометрической диагностики состоит в том, чтобы, основываясь на результатах опытной эксплуатации базового изделия «Имаджер-ЦГ» в различных медико-биологических исследованиях, произвести доработку только его прикладного программного обеспечения, соответствующую новым областям применения.

Содержание работ данной НИР предполагает комплексирование образцов изделия «Имаджер-ЦГ»; проведение их опытной эксплуатации совместно с медицинскими соисполнителями и в режиме плановых работ медучреждений; выработку медикобиологических обоснований для освоения перспективных медицинских обследований;

разработку, по результатам опытной эксплуатации, технических требований к модификациям прикладного программного обеспечения; изготовление модификаций прикладного программного обеспечения и их практическую проверку.

В результате проведения работ выполнено следующее.

1. Скомплексированы образцы прибора «Имаджер-ЦГ» и введены в эксплуатацию в следующих медицинских учреждениях:

- кафедра патологической анатомии Российской медицинской академии последипломного образования на базе больницы ЗИЛ (профессор Автандилов Г.Г.);

(профессор Шереметьева Г.Ф.).

Также скомплексированы основные фрагменты образцов прибора «Имаджер-ЦГ» в отделении компьютерной бионики ИНАТ МФК.

2. По результатам экспериментальной эксплуатации комплексов «Имаджер-ЦГ» в медучреждениях разработан и изготовлен действующий макет унифицированного прикладного программного обеспечения «ИМАДЖЕРМЕДИА» для анализа изображений, в том числе, и для медицинской диагностики.

Прикладное программное обеспечение «ИМАДЖЕРМЕДИА» установлено в образцах прибора «Имаджер-ЦГ», введенных в эксплуатацию в медицинских учреждениях.

3. Для оценки эффективности применимости и исследования возможностей расширения номенклатуры медицинских обследований, организована и проведена в медицинских учреждениях опытная эксплуатация комплекса «Имаджер-ЦГ», в том числе, и с прикладным программным обеспечением «ИМАДЖЕРМЕДИА».

Данные медико-биологические исследования выполнены по следующим направлениям:

- дифференциальная диагностика новообразований молочной железы;

- дифференциальная диагностика новообразований предстатльной железы;

- мониторинг репаративной регенерации печени при родственной трансплантации;

- дифференциальная диагностика различных болезней крови;

- оптимизация радиационно-химического лечения боьных в клинической онкологии.

Данные медико-биологические исследования выполнены под научно-методическим руководством и при непосредстенном участии д.м.н. проф. Автандилова Г.Г., д.м.н. проф.

Шереметьевой Г.Ф., д.м.н. проф. Зайратьянца О.В.

4. По результатам данных медико-биологических исследований прибор «Имаджер-ЦГ»

с версией ППО «ИМАДЖЕРМЕДИА» рекомендуется для широкого использования в практической медицине с целью определения темпов регенерации и эффективности лечебных мероприятий при различных состояниях – заболеваниях воспалительной природы, ожоговой болезни, последствий ишемических повреждений органов и пр.

Также по результатам данных медико-биологических исследований медицинскими соисполнителями работы отмечается следующее:

- реализованная в ППО «ИМАДЖЕРМЕДИА» медико-диагностическая методика плоидометрии, как новое направление в патогистологических исследованиях, не связанная с использованием дорогостоящих расходных материалов, дает объективную дополнительную информацию о пролиферативной активности клеток эпителия, об его изменившихся генетических свойствах, что должно учитываться патогистологом при опухолеподобных образований;

- морфоденситометрические данные автоматизированного анализа биопрепаратов, получаемые с помощью компьютерного анализатора изображений «Имаджер-ЦГ», с предлагаемой программой и пользовательским интерфейсом плоидометрического исследования клеток и тканей, качественно повышают уровень патогистологических исследований и открывают новые возможности для морфологической диагностики болезней и опухолей;

- впервые полученные возможности объективизации гистологической и цитологической диагностики новообразований различной локализации являются новым направлением в медицинской науке и практике;

- с помощью разработанной методики исследования можно следить за процессами регенерации и атрофии тканей, уточнять дифференциальную диагностику, следить за действием лечебных факторов на новообразования, развивать принципы «доказательной медицины».

5. Выполнены патентные и маркетинговые исследования, в том числе, презентация реализованной в ППО «ИМАДЖЕРМЕДИА» медико-диагностической методики плоидометрии, на Европейском конгрессе патологов (Берлин) в сентябре 2001г. По результатам маркетинговых мероприятий получены предварительные запросы на прибор 15-ти зарубежных и 7-ми российских пользователей.

Результаты данной работы по практическому применению изделия «Имаджер-ЦГ», выявленная маркетинговая оценка продукции класса видеокомпьютерных комплексов, а также достигнутый уровень проработки и унификации программно-аппаратных средств автоматизированного анализа визуальных данных, дает основания считать целесообразным и коммерчески перспективным продолжение работ по данному научнотехническому направлению в следующих областях:

- исследования по расширению номенклатуры медико-диагностических областей применения модернизированной модификации видеокомпьтерного комплекса «ИМАДЖЕРМЕДИА» и организация и проведение сертификации в МЗ РФ, с включением в перечень обязательных медицинских обследований, проводимых в онкодиспансерах и патологоанатомических отделениях больниц;

- исследования применимости видеокомпьтерного комплекса «ИМАДЖЕРМЕДИА» в промышленной диагностике и контроле безопасности. Представляются перспективными проекты, направленные на опережающую разработку и внедрение специализированных модификаций видеокомпьютерного комплекса «ИМАДЖЕРМЕДИА», например, таких как видеокомпьютерная система контроля транспортных потоков.

Настоящий научно-технический отчет состоит из Введения, 4-х глав, Выводов и списка Литературы (46 наименований), и содержит 108 стр., 29 рис., 10 табл.

Глава 2 «ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСА «ИМАДЖЕР» В МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ» составлена по представленным медицинскими соисполнителями работы материалам выполненных ими медико-биологических исследований, в том числе:

- раздел 2.2. ГЕМАТОЛОГИЯ. Диагностика болезней системы крови Исполнители: д.м.н., проф. Г.Г. Автандилов, - раздел 2.3. ОНКОЛОГИЯ 2.3.1. Диагностика опухолей молочной железы.

Исполнители: д.м.н., проф. Г.Г. Автандилов, патологоанатом С.Г. Григорьева 2.3.2. Диагностика опухолей предстательной железы.

Исполнители: д.м.н., проф. Г.Г. Автандилов, к.м.н. Л.В. Гундорова 2.5. Оптимизация радиационно-химического лечения Исполнители: д.м.н., проф. Г.Г. Автандилов, врач-радиолог С.М. Банов

-11В И Д Е О К О М П Ь Ю Т Е Р Н Ы Й К О М П Л Е К С «И М А Д Ж Е Р»

Одна из целей настоящей НИОКР состояла в исследованиях эффективности практического использования перспективного видеокомпьютерного инструментария анализа изображений биопрепаратов в медицинской диагностике и возможностей совершенствования морфологической диагностики на этой технической основе. В качестве базового для этих исследований изделия был принят «Комплекс аппаратно-программный обработки и анализа цитологических и гистологических изображений «Имаджер-ЦГ», разработанный в инициативном порядке АНО ИНАТ МФК и рекомендованный к применению в медицинской практике МЗ РФ в декабре 2000 г.

1.1. СОСТАВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ Прибор «Имаджер-ЦГ» относится к классу унифицированых видео-компьютерных комплексов автоматизированного анализа изображений и состоит из стандартной покупной аппаратуры и прикладного программного обеспечения (рис. 1.-1).

Рис. 1.-1. Блок-схема видеокомпьютерного комплекса «Имаджер-ЦГ».

Аппаратная унификация строится на использовании, в качестве универсального вычислителя, «IBM PC»-совместимого персонального компьютера (ПК), который даже в минимальной конфигурации уже имеет в своем составе системные устройства хранения, отображения и передачи данных, а процессор компьютера, вместе с программным обеспечением, фактически обеспечивает функции универсального вычислителя для широкого класса задач.

ПК включают унифицированные средства обработки изображений - видеобластер и ТВкоммутатор, - которые штатно встраиваются в компьютер как дополнительные периферийные устройства и обеспечивают сопряжение компьютера с реальными изображениями стандартного телевизионного формата, т.е. их отображение на дисплее и запись (в цифровом виде) на жесткий диск ПК.

Вышеупомянутый специальный коммутатор телевизионных (видео-) сигналов обеспечивает дополнительные пользовательские возможности по одновременному подключению к компьютеру нескольких ТВ-камер и дополнительных видеоконтрольных устройств.

Аппаратура для обработки изображений включает также следующие классы техники:

- аппаратура отображения изображений (телевизоры, видеоконтрольные мониторы, дисплеи и пр.);

- аппаратура формирования первичных видеоданных, т.е. исходного изображения (ТВкамеры и другие датчики сигналов).

Унифицированный видео-компьютерный комплекс может включать и дополнительное стандартное оборудование для формирования и отображения анализируемых видеоданных. Для медико-биологических иследований таковым оборудованием является микроскоп, который сопрягается с комплексом (ПК) посредством установленной на триокуляре микроскопа ТВ-камеры.

Общие технические требования к стандартному оборудованию для унифицированного видеокомпьютерного комплекса анализа изображений приведены в табл. 1.-1.

Основным функциональным блоком унифицированного видеокомпьютерного комплекса класса «Имаджер» является прикладное программное обеспечение (ППО), вычислительная часть которого базируется на универсальном алгоритме детектирования и классификации объектов (яркостных пятен), а пользовательский интерфейс ППО может видоизменяться в зависимости от специфики конкретной области применения.

В целях унификации, прикладное программное обеспечение должно функционировать в среде Windows’9х, управляя аппаратной частью (ТВ-коммутатором и видеобластером), выполняя обработку и анализ полноформатных цветных изображений и отображение как исходных видеоданных, так и результатов автоматического анализа.

оборудование КОНСТРУКТИВ: наличие свободных слотов шины “PCI”

КОМПЬЮТЕР

(для установки видеобластера) и шины “ISA“ (для СИСТЕМНОЕ ПО: операционная система Windows’9х;

сопутствующие сервисные программы (текстовый редактор, драйвера принтера и факс-модема) ДИСПЛЕЙ: разрешение не ниже 800*600 “High color”;

размер экрана, желательно, не менее 15 дюймов (по КОНСТРУКТИВ: наличие посадочного места для ТВМИКРОСКОП ОПТИКА: в соответствии с медико-технологическими требованиями выполняемых обследований КОНСТРУКТИВ: стандартный, без объектива, с блоком ТВ-КАМЕРЫ ВЫХОД: стандартный видеосигнал с привязкой к «0»

МИШЕНЬ: размер по диагонали не менее 1/2 дюйма

-14УНИФИЦИРОВАННОЕ АЛГОРИТМИЧЕСКО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ «ИМАДЖЕРМЕДИА»

Актуальность исследований в области распознавания образов – слабоформализуемых данных – и, в частности, изображений, и сегодня обуславливается теми же причинами, что и 20 и 50 лет тому назад, а именно:

- нарастающей потребностью в автоматизации так называемой интеллектуальной деятельности человека по выявлению и интерпретации различной информации;

- существенными затратами по подготовке технической реализации распознающих автоматов, связанными с необходимостью предварительного экспертного изучения и формализации каждой конкретной прикладной задачи;

- наличием «альтернативных» техническим - биологических - систем, механизмы переработки информации которых с очевидной легкостью обеспечивают функцию распознавания.

Во всех случаях анализа и распознавания изображений операции автоматической переработки видеоинформации решают две основные задачи:

– обнаружение, т.е. выделение из изображения (фона) участков, предположительно соответствующих искомым объектам либо их отличительным фрагментам;

– опознание, т.е. отнесение (классификация) анализируемого объекта к одному из распознаваемых классов объектов.

Анализ технических распознающих систем показывает, что они используют принципиально априорный эталон {P(i)}, который представляет собой предварительно формализованное описание решаемой задачи. Принятие решения R(t) при предъявлении внешних ситуаций {F(t)} строится на основе нахождения максимума подобия M[*] между одним из эталонов P[i] и текущей ситуацией F(t). В качестве априорного эталона используют либо микроструктурный образ объекта («корреляционный» метод), либо набор его характерных свойств («структурно-лингвистический» метод). При этом появляется принципиальная необходимость заблаговременного формирования эталона на основе предварительного изучения решаемой задачи распознавания и ее формализации. Эта процедура «статистического обучения» тем менее эффективна, чем более вариабельны входные данные.

В общем случае исходные данные - изображение - воспринимаются автоматом как множество (x, t, ) независимых точек – пикселов, - в котором в пространственновременных координатах ( x, t ) присутствуют и значимые для распознавания формализованного описания. Во-вторых, даже если типы такого рода фрагментов и определены, в каждом конкретном случае требуется своя специализированная процедура их выделения на полном множесте комбинаторных возможностей, которые предоставляет исходная яркостная микроструктура изображения после квантования и дискретизации. Втретьих, существенным помеховым фактором, создающим априорную неопределенность в задачах автоматического анализа изображений, является неограниченная изменчивость условий наблюдения одних и тех же даже объектов по масштабам, ракурсам, окружающему фону, условиям освещения и прочим визуальным параметрам.

принципиальные ограничения для технических систем принятия решений в условиях априорной неопределенности и распознавания слабоформализуемых сигналов.

Для преодоления данных методических ограничений делается попытка построения универсального алгоритма распознавания изображений, исходящего из обобщенного определения, или физического представления, визуального объекта как яркостного силуэта, для которого может иметь место универсальное полное пространство его первичных яркостно-геометрических характеристик, из которых могут быть вычислены все необходимые для распознавания, т.е. классификации с любой точностью, информативные признаки. На этой основе появляется возможность унификации алгоритма распознавания произвольных изображений, сводимого к обнаружению – детектированию – яркостных силуэтов, т.е. объектов, и последующей их классификации – распознавания – по яркостно-геометрическим параметрам.

В общем случае, анализируемое изображение f(t)=f(x,y) представляет собой множество точек Выделение искомых объектов заключается в нахождении в таких подмножеств, элементы которых связаны определенными соотношениями r. Теоретически имеется возможность рассмотрения искомых объектов, впервые объявленная в так называемом лингвистическом (или структурном) подходе к распознаванию, как простейших элементов изображения, отношения между которыми и определяют собственно семантику изображения, и на индивидуальных и взаимных свойствах которых строится его формализованное описание.

примитивов яркостные пятна, т.е. области приблизительно одинаковой яркости, на которые распадается (или которые составляют) любое изображение произвольной природы. В качестве элементов формализованного описания изображения данные области обладают следующими преимуществами:

1) множество F областей i полностью покрывает изображение так, что ---------------Стадия канцерогенеза Норма Гиперплазия Профиль,%% МИН- МИН- Профиль,%% Профиль,%% ИНДНК, с по стадиям Изменение количества клеток и показателей плоидности их ядер в эпителиальных структурах молочной железы по стадиям канцерогенеза (в % ко всему материалу и по выделенным диагностическим группам).

Протоковый эпителий (6081 ядро) ---------------Стадия канцерогенеза ИНДНК, с по стадиям ---------------Стадия канцерогенеза Норма Гиперплазия Профиль,%% МИН- МИН- Профиль,%% Профиль,%% ИНДНК, с по стадиям Ось ординат – единицы плоидности. Ось абсцисс: 1 – норма, 2 - гиперплазия, (первые столбцы – дольковый эпителий, вторые - протоковый).

Индекс накопления ДНК в ядрах характеризует интенсивность пролиферации определенных клонов клеток. Этот показатель оказался выше у долькового эпителия до стадии МИН-2. При карциномах прогрессия опухолевого роста была более выражена у проткового эпителия. Пролиферативную активность опухолевой ткани отражало увеличение значений ИНДНК по стадиям канцерогенеза, по сравнению с уровнем, характерным для нормального эпителия. Для долькового эпителия эти показатели увеличивались по указанным выше стадиям соответственно в 1,3; 1,8; 2,3; 2,4 раза, а для протокового эпителия - в 1,4; 1,4; 2,9; 3,8 раза.

Рисунки 13 и 14 демонстрируют особенности распределения ядер отдельных клонов клеток, формирующих норму и гиперплазию, маммарную интраэпителиальную неоплазию легкой и тяжелой степеней (МИН-1 и МИН-2), а также инфильтрирующие карциномы.

Имеются существенные различия в количественном составе клеток с разной плоидностью ядер. Дольковый эпителий и его гиперплазия, характеризуются постепенным увеличением числа парадиплоидных ядер, а протоковый эпителий имеет обратные соотношения - ядра с плоидностью 1,5с – 2с преобладают в клональной характеристике.

При интраэпителиальной неоплазии у долькового эпителия модальный класс ядер тетраплоидный, а у протокового преобладают парапентаплоидные ядра. Клеточный состав дольковых карцином характеризуется наличием ядер с плоидностью 4,5с – 7с. Протоковый рак имеет более выраженную полиплоидию (5с – 8с и более).

плоидометрии для патогистологической практики.

Изучение распределения ядер по значениям плоидности выявило различия между характером канцерогенеза в дольковом и протоковом эпителиях молочной железы (рис. и 14). Исходя из полученных результатов, можно оценить диагностические значения средних данных о плоидности клеток клонов разных стадий канцерогенеза (рис. 2.2.-2.).

Рис. 2.3.-3. Распределение 9061 ядра клеток долькового эпителия молочной железы по По оси абсцисс: первые три столбца – норма и гиперплазия (1,5с-2,9с), третья группа столбцов - инфильтрирующая дольковая карцинома (4,5с – 6,9с).

Рис. 2.3.-4. Распределение 6081 ядер клеток протокового эпителия молочной железы по По оси абсцисс: первые три столбца – норма и гиперплазия (1,5с - 2,9с), третья группа столбцов - инфильтрирующая протоковая карцинома (5с – 8с >).

тетраплоидных значений плоидности, всегда характеризуют доброкачественные стадии онкогенеза. Более высокие показатели могут свидетельствовать или о тяжелой неинвазивной интраэпителиальной неоплазии, включающей в себя и рак «in situ» ( до 4,4с) или уже о инвазивной карциноме при 4,5с и более для дольковой и более 5с для протоковых инвазивных карцином.

Получены количественные данные о динамике изменения средних арифметических показателей плоидности ядер эпителиальных клеток, формирующих различные клоны в дольках и протоках молочной железы, в ходе развития стадий канцерогенеза (табл. 4, рис.18). При проведении дифференциальной диагностики важно учитывать не только средние значения показателей, с возможной ошибкой выборки из генеральной совокупности, но и вероятности безошибочного суждения разной точности. Поэтому в таблице, кроме средних арифметических показателей плоидности ядер для каждой стадии канцерогенеза, приведены дополнительно показатели средней плоидности ядер для клеток клонов, проходящих через «бифуркационную ситуацию», т.е. когда вероятность нахождения показателей в двух пограничных диагностических группах равна между собой (р = 0,5 при =0,67).

безошибочного суждения (р = 0,7 при = 1,0) и с 0,95 уровнем вероятности (р = 0,95 при = 2,0).

Дфференциально-диагностические параметры плоидности ядер клеток долькового и Дольковый эпителий (9061 ядро) Протоковый эпителий (6081 ядро) эпителиальных структур молочной железы (первые столбцы) и с вероятностью 0,5 при отклонениях от средних значений на +0,67 (вторые столбцы).

На оси абсцисс (первая группа столбцов - дольковый, вторая группа - протоковый эпителий): 1,6 - нормальный эпителий и его гиперплазия, 2 и 7 - MИН –1, 3 и 8 - MИН-2, 4 - дольковая и 9 - протоковые инфильтрирующие карциномы.

Для начальных изменений эпителия, проявляющихся в пролиферации клеток с нормальным генотипом, которая гистологически описывается как эпителиальная гиперплазия, следует учитывать увеличение значений показателей плоидности ядер нормальных клеток в пределах до З (вероятность безошибочного суждения выше 0,95).

С учетом величин ошибок выборки, можно считать, что между средними показателями плоидности ядер доброкачественных (гиперплазия эпителия и МИН-1) и злокачественных стадий (МИН-2 и карциномы) канцерогенеза имеются статистически достоверные различия. Это особенно выражено при канцерогенезе в протоковом эпителии. Вероятность безошибочного суждения при использовании этих показателей для решения дифференциально-диагностических задач достигает 0,95 - 0,99 и, конечно, значительно превышает по точности другие методы исследования. Особенно эти данные ценны для диагностики преинвазивных фаз неоплазии, которые также достоверно статистически отличаются от инвазивной формы.

Микроспекторфотометрические данные позволили получить дополнительную объективную информацию о клонах эпителиальных клеток долек и протоков молочной железы. Выявлены различия в увеличении средних показателей содержания Фельген-ДНК в ядрах долькового и протокового эпителия. Так, по сравнению с нормальными в ядрах клеток в 1,3 раза. Дальнейшее увеличение показателя плоидности связано с появлением клеток с новыми биологическими свойствами, что проявляется в картине легкой неинвазивной неоплазии (легкой и умереннй дисплазиии). Более выраженные изменения клонального профиля клеток наблюдаются при тяжелых формах дисплазии и при интраэпителиальном раке. МИН – 2 отличается от нормы увеличением показателя средней плоидности ядер клеток в 1,6 раза. Наибольшее отклонение от нормы - в 1,9 раз, отмечается при инвазивной дольковой карциноме. Более интенсивное изменение показателей плоидности ядер клеток наблюдается при внутрипротоковой пролиферации эпителия: при MИН-1 - в 1,1 раза; при MИН - 2 - в 1,8 раза и при протоковой карциноме - в 2,1 раза (рис.6). Эти показатели свидетельствуют о разных темпах малигнизации долькового и протокового эпителия молочной железы.

Пролиферативная активность клонов клеток возрастала по изучаемым группам наблюдений в такой же последовательности: у клеток долькового эпителия - 0,4 – 1,1 – 1, – 2,6 и у протокового эпителия - 0,4 – 0,7 – 2,4 –3,1. Полученные показатели демонстрируют нарастающий характер темпа размножения клеток, приобретающих новые свойства, в каждой последующей фазе канцерогенеза.

Рис.2.3.-6. Изменение индекса клональной пролиферации в разных стадиях Ось абсцисс: 1 – МИН - I, 2 – МИН – II, 3 - инфильтрирующие карциномы (первые столбцы - дольковый эпителий, вторые - протоковый).

протокового эпителия (нижний график) по значениям средней плоидности их ядер.

Ось ординат - количество исследованных ядер (в % ко всем измеренным ядрам).

Ось абсцисс (единицы плоидности, с): первая область (норма и гиперплазия, МИН-1), вторая - МИН-2, третья - инфильтрирующие карциномы.

Выявленная динамика изменения пролиферативной активности эпителиальных клеток озлокачествления протокового эпителия, по сравнению с дольковым.

Нарастающие значения плоидности ядер клеток долькового и протокового эпителия, в норме и при гиперплазии, почти одинаковы. При легкой и тяжелой маммарной неоплазии показатели количества ядер двух видов эпителия отличаются (почти половина ядер с повышенной плоидностью преобладает у долькового эпителия при легкой неоплазии, а у протокового - при тяжелой форме). Число ядер с высокой плоидностью у протоковых карцином значительно выше, чем у дольковых.

Выявлены также различия в «профиле плоидности ядер» у клонов клеток долькового и протокового эпителия молочной железы, имеющие разные типы гистограмм. Ядра МИН-1, ядра по содержанию генетического материала, не выходят за пределы паратетраплоидных значений.

Таким образом, доброкачественные новообразования характеризуются клонами клеток, имеющих количество ДНК, не превышающее тетраплоидного значения.

Этот рубеж преодолевают пограничные новообразования, которые не имеют инфильтративного роста. В этих случаях четко диагностируются клоны клеток, характеризующие тяжелую неоплазию (МИН-2). Этот вид неоплазии долькового эпителия превышает паратетраплоидные значения и приближается к параоктаплоидным (до 7с и 8с).

Превышение указанных показателей на гистограммах, правее значений для МИН-2, обеспечивают клоны клеток с полиплоидными ядрами, которые уже формируют дольковую карциному. Другими словами, ядра клеток инфильтрирующих раков по своим показателям превышают параоктаплоидный рубеж.

В протоковом эпителии эта закономерность повторяется. При легкой форме неоплазии (МИН-1) плоидность ядер достигает в среднем значений 3,4с, а при тяжелой дисплазии и раке «in situ» (МИН-2) встречаются ядра с плоидностью до 5с. При инвазивной протоковой карциноме выявляются клетки с плоидностью ядер свыше 5с и разброс их значений выше параоктаплоидных, встерчаются и полиплоидные ядра (до 14с).

Отметим, что верхние пределы значений плоидности ядер эпителиальных клеток при МИН–2 и инфильтрирующих карциномах очень близки, что, по-видимому, свидетельствует о достаточной близости геномов ядер в этих стадиях канцерогенеза.

Следовательно, для полной характеристики стадий канцерогенеза, кроме обычной оценки патогистологических изменений в предопухолевых и опухолевых образованиях молочной железы, желательно дополнительно использовать, как количественные показатели плоидности ядер исследованного клона (среднее арифметическое или среднее взвешенное значение - «индекс накопления ДНК ), так и качественную характеристику клона клеток, проявляющуюся в виде статистического распределения показателей плоидности их ядер - «профиля плоидности ядер».

Установлено, что распределение клеток по плоидности ядер в гистограммах по оси абсцисс до паратетраплоидных показателей свидетельствует о доброкачественном пролиферативном процессе. Преобладание в гистограмме ядер со значением плоидности свыше 4с уже указывает на возможность возникновения следующей, более тяжелой, интраэпителиальной неоплазии, а дальнейшее увеличение показателей плоидности ядер клеток, в районе параоктаплоидных и выше, свидетельствует о наличии инфильтрирующих карцином молочной железы.

экспоненциального накопления ДНК в ядрах клеток ростковых зон в процессе канцерогенеза [5]. Следует также отметить, что показатели плоидности ядер для стадии МИН-2 и карцином очень близки и должны, по-видимому, рассматриваться уже в качестве атипической пролиферации, отражающей, в общих чертах, злокачественный тип процесса, в котором гистологически диагностированный рак «in situ», имеет только отсроченный риск перехода его в инфильтративную карциному. Заметим также, что патогистологические критерии тяжелой дисплазии и рака «in situ», в ряде наблюдений, не дают полной уверенности в том, что исследуемый срез является вполне представительным для этой стадии канцерогенеза, т.к. гистологическая картина зависит от места иссечения кусочка, от уровня прохождения и плоскости среза, а также от их количества. Информация о плоидности ядер клонов клеток точнее характеризует стадию канцерогенеза.

При наличии данных о плоидности ядер клеток опухолей молочной железы, указанные ограничения почти снимаются, т.к. появляется возможность оценки пролиферативных свойств определенного клона клеток. Таким образом, при наличии результатов плоидометрии ядер эпителиальных клеток, предлагаются следующие диагностические критерии, которые должны, в соответствующих случаях, отражаться в заключениях патологоанатома при исследовании биоптатов молочной железы - нормальный эпителий и гиперплазия эпителия.

На основе проведенных нами исследований предлагается рабочая классификация стадий канцерогенеза, отличающиеся от известной рубрификации опухолей молочной железы Тавассоли [11], а именно:

- Доброкачественная стадия канцерогенеза, - легкая и умеренная маммарная интраэпителиальная неоплазия (MИН-1), - Пограничная стадия канцерогенеза, - тяжелая маммарная интраэпителиальная неоплазия, включающая в себя рак «in situ»

(MИН-II), - Злокачественная стадия канцерегенеза, - инфильтрирующие дольковые и протоковые карциномы молочной железы (без метастазов и с метастазами).

Следовательно, данные плоидометрии ядер клеток визуализирующие их генетические различия, могут быть использованы в качестве дополнительных дифференциальнодиагностических критериев при патогистологической диагностике новообразований молочной железы.

Опухоли и опухолеподобные образования предстательной железы в настоящее время стали одной из важных проблем современной онкоурологии. В связи с состоянием проблемы повышаются требования к ранней диагностике начальных опухолевых изменений в простате, с обращением особого внимания на пограничные («предраковые») состояния. Однако обычные методы морфологической диагностики биоптатов предстательной железы, основывающиеся только на описательной характеристике структурных и микроскопических изменений желез простаты, что во многом снижает точность патогистологической диагностики и препятствует единообразной трактовке наблюдаемых картин разными патологоанатомами. В литературе приводится излишняя морфологическая детализация стадий канцерогенеза, которая зависит от места забора материала, изготовления срезов и других причин. Это прежде всего касается диагностики тяжелых форм дисплазий и рака «in situ», а также оценки самых начальных признаков инвазии. Появилась новая терминология для обозначения начальных фаз тканевой неоплазии в предстательной железе («простатическая интраэпителиальная неоплазия» ПИН - с разной степенью выраженности - I, II, III) [3 ]. Однако, пока нет полной согласованности в практическом применении этих степеней. Некоторые авторы используют для диагностики только две градации (низкая и высокая). Имеются существенные расхождения при оценках степеней дисдифференцировки инфильтрирующих опухолей (высоко -, умеренно- низкодифференцированные и недифференцированные).

Возрастающие требования к точности диагностики стадий канцерогенеза в различных органах связаны с новыми возможностями лечения онкологических заболеваний. В связи с чем, проблема унификации диагностики различных опухолей и опухолеподобных образований предстательной железы в современной онкологии приобретает весьма важное значение. Возросли требования к достоверности гистопатологических заключений при дифференциальной диагностике доброкачественных, пограничных и злокачественных новообразований простаты [1,2,3]. Иногда затруднен дифференциальный диагноз между аденоматозной гиперплазией и карциномой простаты, т.к. клеточный и ядерный полиморфизм не характерны для дифференцированных форм рака и более важным диагностическим признаком в этих случаях является атипизм структуры железы или ее отделов. Например, криброзный вариант аденокарциномы отличается от гиперплазии эпителия простаты только более крупными размером клеток, который по разному оценивается патогистологом. Много субъективизма проявляется и при оценке степени дисдифференцировки стадий аденокарцином простаты.

систему определения гистологической степени дифференцировки опухолей предстательной железы по Глисону, которая учитывает гетерогенность строения опухоли [4]. Для предсказания поведения опухолей простаты дополнительно проводят иммуногистохимические исследования пролиферативной активности клеток опухолей.

В последнее время для обозначения прединвазивных процессов в железе используется термин «интраэпителиальная неоплазия», а применительно для предстательной железы простатическая интраэпителиальная неоплазия» - ПИН, которым обозначают две или три стадии дисплазии разной тяжести и рак «in situ».

Таким образом, повышение надежности и достоверности морфологической диагностики опухолевого процесса связано с максимальной объективизацией определения стадий канцерогенеза. Для указанной цели может быть применена плоидометрия, основанная на микроспектрофотометрическом анализе содержания Фельген-ДНК в ядрах клеток, которые формируют определенные клоны клеток с разными биологическими свойствами.

Цель настоящего исследования – применение плоидометрии для совершенствования диагностики опухолеподобных и опухолевых изменений предстательной железы.

Материал и метод.

После обычного патологогистологического исследования биоптатов, операционного и секционного материала предстательных желез, полученных от 80 пациентов, проводили микроспектрофотометрическое исследование гистологических срезов толщиной 8 мкм тех же биоптатов, окрашенных по Фельгену. Главным требованием при использовании способа сравнительной микроспектрофотометрии являлись стандартная толщина и одновременная окраска срезов.

Содержание Фельген–ДНК в ядрах клеток определяли на компьютерном анализаторе изображений «Имаджер-ЦГ» (с версией программы для плоидометрии «Автан-Сан»).

Для изучения особенностей канцерогенеза определяли плоидность интерфазных ядер эпителиальных клеток в следующих зонах препарата:

- в участках нормального строения простаты и с признаками гиперплазии эпителия желез (первая группа наблюдений), - с явлениями легкой и умеренной дисплазии - ПИН-I (вторая группа), - с признаками тяжелой дисплазии и рака «in situ» - ПИН-П (третья группа), - и в участках инфильтрирующих аденокарцином простаты с разной степенью дисдифференцировки (четвертая группа).

Все полученные данные подвергали статистической обработке.

Все данные микроспектрофотометрического исследования ядер эпителиальных клеток предстательной железы представлены в таблице 2.3.-3, и иллюстрируются рис.2.3.-9.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что средние показатели плоидности ядер типичных клонов клеток доброкачественных процессов достоверно отличаются от злокачественных новообразований. По сравнению со средними показателями плоидности ядер клеток нормального эпителия, при гиперплазии он увеличивается в 1,07 раз, при ПИН-I - в 1,32 раза, при ПИН-II - в 1,53 раза, при аденокарциномах трех нарастающих степеней дисдифференцировки, соответственно: в 1,92, 1,96 и 2,4 раза.

При сравнении средних взвешенных показателей плоидности интерфазных ядер клеток – «индексов накопления ДНК» - эти различия более выражены и в тех же группах имели значения: 1,35; 1,57; 1,71; 2,21; 2,32; 2,46.

Средние показатели плоидности ядер клеток основного клона эпителиальных клеток предстательной железы на различных стадиях канцерогенеза железы Аденокарциномы:

цированная цированная -рованная Пролиферативная активность (ПА) клеток поддерживается на постоянном уровне при физиологической регенерации любой ткани, резко увеличивается при повышенных функциональных нагрузках, что морфологически выражается в гипертрофии, и при развитии опухолевого процесса, при котором размножаются клоны клеток с новыми биологическими свойствами. Снижение ПА в тканях наблюдается при атрофических процессах и в результате различных патологических воздействий. В обычной процесса, как известно, остаются показатели митотической активности клеток, которая не всегда достаточна для диагностики стадии процесса.

При изучении особенностей изменений отдельных прогрессирующих фаз канцерогенеза в предстательной железе выявлены существенные различия, характерные для изученных четырех стадий канцерогенеза.

По мере озлокачествления ткани пролиферативная активность эпителия желез предстательной железы выражалась следующими увеличивающимися показателями: 0,8;

1,8; 2,4; 2,8, а для аденокарцином с прогрессирующей степенью дисдифференцировки – 4,2; 4,5; и 4,9.

Получены также четкие диагностические границы между средними значениями плоидности (около 4,5 с) и пролиферативной активности (2,8с) для доброкачественных изменений железы и для и аденокарцином простаты (рис.2.2.-7).

Рис.2.3.-7. Дифференциально-диагностическое значение плоидности ядер Ось абсцисс - единицы плоидности (с): средние арифметические показатели (первые столбцы в парах столбиков) и их средневзвешенные значения.

Ось ординат: стадии канцерогенеза: 1 - норма, 2 – гиперплазия эпителия, 3 - ПИН – I, 4 - ПИН –II; аденокарциномы простаты: 5 – хорошодифференцированная, 6 – умереннодифференцированная, 7 - плоходифференцированная Представляло интерес проследить за плоидометрическими значениями ядер клеток изучаемых стадий канцерогенеза с учетом «бифуркационной ситуации», т.е. когда вероятность нахождения признака в диагностируемой группе равна 0,5 (при колебаниях показателя в пределах ±0,67). Возможные границы перехода показателей в соседние диагностические группы приведены в таблице 2.2.-4 и рис.2.2.-8.

Переходные значения средних показателей плоидности ядер клеток на разных стадиях канцерогенеза в предстательной железе Аденокарциномы:

Рис.2.3.-8. Возможные пределы уровней перехода показателей средней плоидности ядер клеток простаты (первые столбики - М – 0,67, вторые М+0,67) в соседние диагностические группы стадий канцерогенеза в предстательной железе.

По оси ординат: средние показатели плоидности ядер клеток - с.

По оси абсцисс: 1 – норма, 2- ПИН-I, 3 – ПИН – II аденокарциномы:

4 – высоко дифференцированная, 5 – умерено дифференцированная, Результаты статистического анализа полученных показателей, характеризующих каждую группу, с учетом асимметрии распределения, выявили высокую степень достоверности различий между изучаемыми диагностическими группами (р< 0,001).

Таким образом, данные плоидометриии позволяют точнее отличать доброкачественный характер неоплазий (гиперплазия эпителия и ПИН -I), от пограничных состояний (ПИН-II) и злокачественных стадий канцерогенеза (инфильтрирующих аденокарцином).

С учетом требований онкологической практики целесообразно при гистологической диагностике, учитывающей в качестве базового состояния картину нормальной ткани и ее гиперплазии, выделение, по нашему мнению, только трех основных стадий канцерогенеза.

типам их гистограмм клонов клеток, а именно:

- Доброкачественные стадии опухолевого процесса - Легкая внутриэпителиальная (внутритканевая) неоплазия I степени;

- Пограничная стадия - Тяжелая неинвазивная внутриэпителиальная (внутритканевая) неоплазия II cтепени;

- Злокачественные стадии опухолевого процесса - Инфильтрирующие карциномы (без метастазов и с метастазами).

В связи с полученными данными, следует рассмотреть возможность внесения дополнений в Международные классификации опухолей простаты, дающие возможность однотипно шифровать характер эпителиальных новообразований в предстательной железе.

2.4. ТРАНСПЛАНТАЦИЯ ОРГАНОВ Исследование процессов регенерации органов и тканей является одной из фундаментальных проблем биологии и медицины, а изучение репаративной регенерации играет главенствующую роль в реконструктивной хирургии..

Вместе с тем, достижения современной морфологии в значительной мере связываютчя с внедрением математических методов количественного анализа биомедицинских изображений. Компьютеризация этого процесса, в принципе, значительно расширяет возможности исследователей и ускоряет процессы познания. Если ранее распознавание состояния биопрепарата было исключительно прерогативой опытного врачаисследователя, то в настоящее время созданы программы, позволяющие компьютеру распознавать и анализировать некоторые морфологические структуры.

Наиболее развиты такие программы для анализа гематологических препаратов, что связано, прежде всего, с идентичным набором клеток в мазках. Хуже обстоит дело с распознаванием клеток в гистологических срезах. Это обусловлено сложностью и разнообразием строения органов, различиями клеток даже одной популяции, плотностью их расположения, а также отсутствием стандарта уровня среза.

Поэтому программ по анализу гистологических препаратов до настоящего времени все еще крайне мало и в мире постоянно ведутся работы по их созданию. Комплекс «Имаджер-ЦГ» является одной из таких разработок. В ней поставлены и решены задачи автоматического определения и анализа размеров ядер и плоидности клеток. Поэтому использование видеокомпьютерного комплекса анализа микроскопических изображений биопрепаратов «Имаджер-ЦГ» для медицинской диагностики является целесообразным, поскольку использование этой программы исключает рутинную работу исследователя по подсчету клеток с определенным размером и плотностью ядра, позволяет быстро получать количественные характеристики клеток.

2.4.1. Обоснования метода.

дифференцированной структуры - бывает физиологическая и репаративная.

Физиологической регенерацией называется естественное обновление структуры, которое имеет место в процессе жизнедеятельности органов и тканей. На смену закончившим жизненный цикл клеткам приходят новые. Репаративная регенерация заключается в образовании новых структур на месте поврежденных. Признаком репаративной регенерации является образование массы малодифференцированных клеток со свойствами эмбриональных клеток зачатка регенерирующего органа или ткани.

процессы развития этой структуры в раннем онтогенезе. Характер клеточной популяции поврежденной структуры определяет возможность ее регенерации. Так, репаративная регенерация возможна, если структура состоит из клеток обновляющейся популяции (эпителиальные клетки, клетки мезенхимального происхождения). Репаративная регенерация также возможна, если в тканях имеются стволовые клетки и существуют условия для их дифференцировки. Например, при повреждении скелетной мышцы ткань восстанавливается за счет дифференцировки стволовых клеток-сателлитов в миобласты, которые затем формируют мышечные волокна. Ткани, утратившие стволовые клетки, такие как кардиомиоциты или нейроны не имеют шансы к восстановлению. Однако в случае повреждения части нейрона его восстановление возможно за счет интенсификации внутриклеточных процессов: синтеза белка, внутриклеточного транспорта, увеличения внутриклеточных органелл –т.е. осуществления регенерации на внутриклеточном уровне.

Важным фактором восстановления структуры органа является существование морфогенетических полей, не имеющих четких анатомических границ, но клетки, их составляющие, формируют строго определенную структуру. Морфогенетическое поле организовано таким образом, что при изменении в нем количества клеток оставшиеся клетки вновь устанавливают исходные взаимоотношения и восстанавливается нормальная структура ткани. Регенерация в пределах морфогенетического поля контролируется регуляторными механизмами на основе позиционной информации клеток этого поля.

Одним из клеточных механизмов регенерации является деление клеток - митоз. Но прежде чем он совершится, в клетке, находящейся в интерфазе, происходит удвоение ДНК. Поэтому изучая вопросы регенерации необходимо иметь представление о клеточном цикле, т.е. многократном повторении некоторой последовательности событий в определенном отрезке времени. Так период интерфазы, в котором синтезируется ДНК, был назван S-периодом клеточного цикла. Было установлено, что этот период начинается спустя примерно 8 часов после окончания митоза и завершается через 7-8 часов.

Промежуток между окончанием митоза и началом S-периода получил название G1периода, а промежуток между концом S-периода и началом следующего митоза назвали G2-периодом.

Установление факта удвоения ДНК в течение части периода интерфазы изменило широко распространенное представление о том, что на протяжении всей интерфазы клетка занята выполнением своей специализированной функции. Создавалось впечатление, что клетка должна выполнять свою специализированную функцию во время либо G1-, либо G2-периода цикла. Экспериментальные исследования показали, что клеткам, непрерывно ни на специализацию, ни на выполнение специализированных функций. Поэтому интерфазные клетки, для того, чтобы превратиться в высокоспециализированные функционирующие клетки, должны на время или навсегда выйти из цикла. Обычно это происходит в G1-периоде. Таким образом, выполнение специализированных функций обеспечивается клетками, находящимися в продленном G1-периоде. Однако для нормальной жизнедеятельности организм должен располагать клетками разных типов, которые бы делились хотя бы время от времени. В самом деле в некоторых органах и тканях клетки регулярно делятся. Тем не менее, не все клетки в организме способны совершать митотический цикл.

Поддержание клеточных популяций различными клетками осуществляется по-разному.

При рассмотрении этого вопроса полезно помнить об одном законе, носящем самый общий характер: между степенью специализации клетки и ее способностью к делению существует в какой-то мере обратная зависимость.

Различают 3 категории клеток:

1-ая категория - к моменту рождения или самое большее - после нескольких первых лет жизни организма - клетки достигают высокой специализации при полной потере способности к размножению. Более того, в организме нет совершенно никаких резервов для замещения этих специализированных структур в случае их отмирания. Классический пример – это нервные клетки.

2-ая категория - высоко специализированные клетки хотя и утратившие способность к размножению, но сохранившие возможность их замещения той же линией не столь специализированных и не утративших способность к размножению клеток. Данный фонд служит постоянным источником новых клеток, которые могут далее специализироваться, замещая соответствующие специализированные клетки, утраченные организмом. Это означает, что во многих частях тела происходит непрерывное и подчас быстрое обновление клеточной популяции за счет относительно неспециализированных клеток, которые достаточно часто проделывают цикл, чтобы поставлять дочерние клетки, способные специализироваться и занимать место утрачиваемых функционирующих клеток.

Таким образом, во многих частях организма существует равновесие между образованием клеток и их утратой, так что общее число клеток остается постоянным, хотя отдельные части клеточной популяции заменяются. Такие клеточные популяции называются обновляющимися, а состояние в котором они находятся - стационарным состоянием. Например, клетки, выстилающие большую часть кишечного тракта, выстилка кишечника сохраняет целостность, так как другие клетки, принадлежащие к той же линии, но менее специализированные, продолжают совершать клеточный цикл и образуют дочерние клетки, которые выходят из цикла в G1 -периоде, специализируются и перемещаются в направлении просвета кишечника, сохраняя целостность эпителия. В результате этого процесса эпителий кишечника каждые несколько дней обновляется.

Для обозначения неспециализированных клеток, сохраняющих способность к делению, которую члены данного семейства утрачивают, становясь высокоспециализированными, было предложено несколько разных терминов:

1) герменативные клетки, 2) материнские клетки, 3) камбиальные клетки, 4) стволовые клетки.

Чаще употребляется термин стволовые клетки. Следовательно, стволовой называется такая камбиальная клетка, которая на всем протяжении постнатальной жизни остается клеткой одного и того же типа и тем самым сохраняет способность, совершая циклы в течение всей жизни организма, поставлять клетки, специализирующиеся в определенном направлении, замещая отмирающие или утрачиваемые клетки. Многие стволовые клетки пребывают в продленном G1- периоде, не подвергаясь специализации, и готовы в любой момент вступить в цикл, чтобы обеспечить численность стволовых клеток на обычном уровне. Если же стволовые клетки выходят из своей популяции, то это происходит в G1периоде, после чего они начинают специализироваться.

Сохранение в организме фондов стволовых клеток разных типов имеет огромное значение для роста и поддержания клеточных популяций тех тканей, в которых специализированные функционирующие клетки утратили свою способность к размножению.

Существует также 3-я категория клеток, составляющих исключение из общего правила, согласно которому выполнение специализированных функций обычно нарушает способность к размножению. Имеются примеры высокоспециализированных клеток, которые в известных условиях, по-видимому, способны вступать в цикл, с тем, чтобы восстановить свою численность. Однако таким высокоспециализированным клеткам обычно не приходится использовать свою способность к размножению после завершения роста органа, к которому они относятся. Клетки этой категории имеются главным образом в тех органах, у которых функционирующие клетки отличаются большой происходит редко. Примером таких клеток служат клетки печени - гепатоциты.

В эксперименте показано, что удаление 2/3 печени у животного ведет к тому, что клетки оставшейся части начинают делиться, причем с такой скоростью, что печень меньше, чем за две недели восстанавливается до прежних размеров.

Способность к регенерации у гепатоцитов обусловлена возможностью репликации ДНК с последующим цитокинезом или без него. Если клетка не разделяется, образуется двуядерный гепатоцит.

Показано, что у человека при ряде воспалительных заболеваний печени увеличивается количество двуядерных клеток, что рассматривается как один из цитологических регенераторных механизмов, обеспечивающих повышение функциональных возможностей органа в ответ на повреждение. Считается, что одним из механизмов компенсации функции при повреждении печени является полиплоидия, т.е. увеличение количества геномов клетки. Если в норме в соматической клетке содержится 46 хромосом, образующих 23 пары, то в полиплоидной количество хромосом увеличивается в несколько раз. В интерфазе у полиплоидной клетки печени ядро крупнее, чем у диплоидной.

Существует мнение, что полиплоидия является результатом незавершившегося митоза и сопровождается усилением синтеза ДНК. Обычная причина полиплоидии состоит, возможно, в том, что в метафазе митоза двум s-хромосомам каждой d-хромосомы не удается разойтись, в результате чего два набора s-хромосом, вместо того, чтобы направиться к противоположным концам клетки, остаются вблизи экваториальной пластинки до тех пор, пока не образуется новая мембрана и все они не оказываются в одном ядре.

Исследование плоидности имеет большое значение в медицине, поскольку позволяет выявить поломки на уровне соматических клеток. В эксперименте показано, что длительное размножение клеток ведет к анэуплоидии, характерной для злокачественного роста. Поэтому изучение плоидности при регенерации, длительно происходящей при хронических заболеваниях приобретает особое значение [6,7,8,9,10,11].

В связи с тем, что одним из цитологических механизмов регенерации печени человека является изменение плоидности гепатоцитов, определение этого показателя при исследовании гистологических препаратов имеет большое значение, так как интенсивность его может свидетельствовать о различных путях компенсаторноприспособительных и регенераторных процессов в зависимости от характера патологии.

поражениях и более 10 лет - трансплантация печени как от трупа, так и от живых родственных доноров. В настоящее время проводится активная работа по проблеме “Ортотопическая пересадка печени от трупа и живого родственного донора” (номер госрегистрации № 01990002398). Уникальные компенсаторные возможности печени позволяют производить обширные резекции печеночной паренхимы до 70-80% ее условной массы, а также пересаживать фрагменты (правую или левую долю) от живого родственного донора, что, в связи с резким дефицитом трупных трансплантатов, имеет огромное значение для спасения жизни больных. Условия компенсации функции и восстановления необходимой массы гепатоцитов при трансплантации печени, особенно при пересадке доли печени, существенно отличаются от таковых при резекции, так как они связаны не только с изначальным дефицитом массы органа, но и со степенью ишемического повреждения в процессе забора трансплантата у донора, последующей консервации и имплантации его реципиенту, а также с осложнениями реперфузии и реакции отторжения. Несмотря на малый изначальный объем пересаженных фрагментов печени в послеоперационном периоде обеспечивается адекватная функция трансплантата и последующее увеличение его до нормальных размеров.

2.4.2. Программа и результаты исследований.

В настоящей работе ставится задача оценки эффективности использования в реальной клинической практике видеокомпьютерного комплекса «Имаджер-ЦГ» для анализа микроскопических изображений гистологических препаратов, с обращением особого внимания на определение плоидности клеток в условиях регенерации.

Плоидность клеток представляет особый интерес, так как позволяет на гистологическом срезе оценить этот показатель клеточной популяции как при опухолевом процессе, так и при регенерации.

1-й этап Предполагается на материале 174 пункционных биопий трансплантированной от живых родственных доноров доли печени 12 больным ( 5мужчин и 7 женщин) в возрасте от 3 до 42 лет изучить динамику плоидности гепатоцитов в различные сроки послеоперационного периода. Пункционные биопсии выполняли под ультразвуковым контролем режущей иглой 14G типа Tru-Cut для морфологического мониторинга реакции отторжения трансплантата на 3-4, 10-12 сутки и далее еженедельно в течение первых двух месяцев после ортотопической трансплантации печени, а затем каждые 3 месяца в отдаленном послеоперационном периоде (до 5 лет).

формалине, парафиновые срезы окрашивали гематоксилином и эозином, по ван Гизону, проводили гистохимические реакции: для определения РНК- реакция Браше, ДНК – реакция Фельгена, гликогена- ШИК- реакция.

Идентификация клеток, находящихся на различных стадиях митоза в световом микроскопе, при окраске гематоксилином и эозином возможна, если имеются достаточно крупные окрашивающиеся структуры, и в препаратах срезы через делящиеся клетки совпали с экваториальной плоскостью клетки. Обнаружение фигур митоза также в значительной степени зависит от того, удастся ли найти клетки, в которых вместо распределения хроматина, характерного для G1-периода, видны хромосомы. Кроме того, необходимо иметь в виду, что на обычных срезах хромосомы часто сбиваются в комки, и они трудно отличимы от ядра умирающей клетки. Шансов найти срез, который прошел бы именно в нужной плоскости через фигуры митоза, гораздо меньше, чем найти срезы, прошедшие через другие плоскости.

Наблюдение за процессами митоза облегчилось благодаря возможности выявления ДНК хромосом с помощью гистохимической реакции Фельгена - одного из методов селективной окраски срезов, применяемых в количественном анализе гистологических структур. Для осуществления этой реакции срезы фиксированного материала подвергаются действию концентрированной кислоты, разрушающей связь между пуриновым основанием и дезоксирибозой, которые затем выявляются с помощью реактива Шиффа. При этом участки, содержащие ДНК, окрашиваются в фиолетовый цвет.

Благодаря этому гистохимическому методу было установлено, что ДНК локализуется в хроматине ядер неделящихся клеток и в хромосомах делящихся клеток.

При анализе гистологического материала, обработанного по этому методу, для получения объективных данных можно и необходимо подключать количественные методы исследования.

Результаты 1-го этапа исследований иллюстрируются рис. 2.4.-1_2.4.-4.

Результаты 1-го этапа исследований показали, что, наряду с положительными факторами, при создании программы должны быть уточнены и следующие моменты.

При изучении регенераторных процессов на гистологических препаратах необходимо учитывать неоднородность клеточного состава органов. Так, печень сложный орган одновременно она является экзокринной и эндокринной железой, что обусловлено особенностями ее строения. В паренхиме печени каждый гепатоцит контактирует с протоком, относящимся к системе выведения экзокринного секрета (желчи), а также с кровеносным сосудом, в который выделяется эндокринный секрет.

Ядра клеток, расположенных по периферии, не вошли в анализ Захвачены одновременно ядра 2-х гепатоцитов и одной эндотелиальной клетки; 3 ядра соседних гепатоцитов;

Микропрепарат печени родственного донора, и.б. № 20332032. Пункционная биопсия № 16448-59/00. Окраска гематоксилином и эозином, х220.

захвачено 35 в центре поля, из них ядра 3-х гепатоцитов захвачены лишь частично.

Микропрепарат пересаженной правой доли печени через 16 дней после трансплантации, и.б.№ 472204. Пункционная биопсия № 16338-47/98. Гистохимическая реакция Фельгена, х 220.

гепатоцитами, выстланы клетками (эпителий в желчных протоках и эндотелий в сосудах и синусоидах). Выстилка синусоидов печени отличается от обычных капилляров тем, что ее образуют 2 вида клеток: тонких и плоских, напоминающих эндотелий обычных капилляров, и крупных звездчатого вида клеток Купфера, которые являются производными моноцитов и относятся к макрофагам.

Таким образом, из сказанного следует, что поскольку компьютер не распознает тип клеток - эндотелий, гепатоцит, клетка Купфера и т.д., только автоматический режим работы при изучении как печени, так и любого другого органа, использовать нельзя.

Каждое поле зрения исследователю необходимо коррегировать, убирая ядра клеточных популяций, не подлежащих анализу. Однако при этой процедуре число анализируемых клеток в поле зрения резко сокращается.

Кроме того, в предлагаемой программе в анализ не включаются клетки, расположенные по периферии исследуемого поля, что также резко уменьшает количество изучаемых объектов. В некоторых клетках захватывается лишь часть ядра, а в других - сразу 2-3 ядра близ лежащих клеток различных клеточных популяций.

Поэтому обработка одного поля зрения не дает статистически достоверных результатов.

Необходимо, чтобы данные измерений с каждого поля зрения суммировались и обрабатывались только при накоплении исследуемых параметров не менее 100 клеток.

2-й этап В РНЦХ РАМН более 10 лет производится трансплантация печеи от живых родственных доноров. При пересадке печени от родственного донора имеется дефицит массы органа, т.к. пересаживается только часть печени. Масса родственного трансплантата рассчитывается с учетом соответствия ее антропометрическим параметрам и определением коэффициента К – соотношения массы трансплантата к идеальной расчетной массе печени реципиента. Однако, уже к первому году после операции пересаженный фрагмент печени увеличивается и соответствует массе тела реципиента, что убедительно доказывают проводимые в клинике функциональные и ультразвуковые исследования. Расширение технических возможностей исследования тонких механизмов данного процесса приобретает важнейшее значение.

На данном этапе работы была поставлена задача изучения динамики репаративных процессов при родственной пересадке печени человека, определение площади и обеспечения комплекса “Имаджер-ЦГ”.

В программе «ИМАДЖЕРМЕДИА» учтены замечания, выявленные на 1-м этапе работ.

Программа «ИМАДЖЕРМЕДИА» позволяет определять площадь и плоидность ядер, причем захватывает для анализа большое количество объектов не только с центра, но и с периферии монитора; обрабатывает выбранную исследователем группу изображений в автоматическом режиме и создает архив данных. Накопление и суммирование количественных показателей дает возможность объективизировать результаты, экстраполировать их на орган в целом и оценивать такие важнейшие факторы регенерации, как синтез ДНК и пролиферативная активность клеток.

Материалом исследования на 2-м этапе служили 250 пункционных биоптатов трансплантированной печени, полученных при морфологическом мониторинге реакции отторжения у 18 реципиентов в возрасте от 3-х до 55-ти лет (8 - мужского и 10 – женского пола), в сроки от 2-х суток до 10-ти лет после пересадки. Контролем служили 18 биоптатов печени донора.

В первый месяц после пересадки морфологические изменения в трансплантате отличались разноообразием: наблюдались эпизоды отторжения, просходило становление и развитие регенераторных процессов.

Сильное интерстициальное, а также гуморальное отторжение, не наблюдались.

Интерстициальное отторжение было слабо выражено, гепатоциты существенно не повреждались.

Регенераторные процессы при родственной пересадке печени наиболее интенсивно развивались в течение первых 3-х месяцев. При гистологическом исследовании они характеризовались появлением многочисленных крупных клеток с большими ядрами и пиронинофильной цитоплазмой, неравномерным распределением гликогена.

В процессе регенерации выявлялись фигуры митоза. В первые две недели после операции количество митозов колебалось от 0,1% до 0,6%. Наблюдались также удвоение и дискомплексация балок, гетерогенность размеров ядер и клеток и очаги пролиферации в виде скопления мелких гепатоцитов, которые выстраивались вокруг синусоидов и каналикул, образуя подобие альвеол, выявлялись ретикулиновые волокна, поддерживающие структуру синусоидов.

Очаги пролиферации были характерны для первых 3-х месяцев, но иногда наблюдались и в более отдаленные сроки – через 8 месяцев после операции пр родственной пересадке взрослым реципиентам с индексом К, близким к 0,5. У детей с малой массой тела, где индекс К приближался к 1, очаги пролиферации отсутствовали.

исследования (программа “ИМАДЖЕРМЕДИА”): определялись площадь и плоидность ядер гепатоцитов. Оказалось, что площадь ядер гепатоцитов достигала максимума лишь к концу второго месяца и постепенно возвращалась к исходному уровню в течение года.

Параллельно с возрастанием площади ядер увеличивалась средняя плоидность гепатоцитов (рис. 2.4.-5).

Анализ плоидности показал преобладание тетраплоидных гепатоцитов в исходе. Число клеток с высокой плоидностью (преимущественно шестиплоидных) увеличивалось ко второй неделе после операции, что коррелировало с возрастанием площади ядер.

Показатели плоидности достигали максимума через 1,5 – 2 месяца (среднее значение 8) и сохранялись повышенными до 8-ми месяцев после трансплантации у реципиентов с индексом К, близким к 0,5, а затем возвращались к исходному уровню. При этом в очагах пролиферации преобладали мелкие гепатоциты с диплоидным ядром и пиронинофильной цитоплазмой.

Репаративные процессы заканчивались полным восстановлением структуры органа:

дискомплексация балок исчезала, размеры ядер и клеток приближались к донорским, фиброзные изменения отсутствовали.

Интенсивность и характер репаративной регенерации определяляись соответствием массы пересаженного органа. При трансплантации от родителей к детям нередко индекс К -77Рис. 2.4.-6.

-78- Рис. 2.4.-7.

-79- Рис. 2.4.-8.

-80- Рис. 2.4.-9.

приближался или составлял 1. В этих случаях существенной структурных изменений в дольке не происходило. При индексе К, близком к 0,5, очаги пролиферации и увеличение плоидности гепатоцитов определялись в течение 8 месяцев (рис. 2.4.-5 … 2.4.-9).

Изучение динамики репаративной регенерации трансплантированной печени с использованием программы «ИМАДЖЕРМЕДИА» показало, что определение оптимальной массы пересаживаемой части печени от родственного донора и эффективная иммуносупрессионная терапия обеспечивают необходимые темпы репарации и полное восстановление структуры трансплантата.

При сопоставлении морфологических и клинических показателей найдено соответствие динамики пролиферативных процессов с нарастанием массы трансплантата по данным ультразвукового исследования.

2.4.3. Выводы.

1. Весьма полезным и эффективным инструментом для медицинской диагностики и научных исследований является видеокомпьютерный комплекс «Имаджер-ЦГ» анализа микроскопических изображений гистологических и цитологических препаратов, с модернизированным программным обеспечение «ИМАДЖЕРМЕДИА».

Использование программы «ИМАДЖЕРМЕДИА» позволяет объективизировать морфологическую информацию, экстраполировать характеристики отдельных клеток на орган в целом и, следовательно, сопоставлять морфологические и клиникофункциональные данные, что, в конечном итоге, повышает диагностические возможности и создает перспективы целенаправленного лечения больных.

2. Метод количественной оценки площади и плоидности ядер с помощью унифицированной компьютерной программы «ИМАДЖЕРМЕДИА», апробированный при исследовании регенерации пересаженного родственного фрагмента печени, позволяет объективно оценить синтетическую и пролиферативную функцию популяции клеток и может быть рекомендован для широкого использования в практической медицине с целью определения темпов регенерации и эффективности лечебных мероприятий при различных состояниях – заболеваниях воспалительной природы, ожоговой болезни, последствий ишемических повреждений органов и пр.

Описание и применение метода представлены на XIX научно-практической конференции «Морфометрия в диагностике болезней», Москва, 2001 г., (Шереметьева Г.Ф., Кочарян Е.З., Морозова М.М. Динамика регенерации печеночной ткани при родственных пересадках) и приняты к печати в журнале “Вестник академии медицинских наук” (Шереметьева Г.Ф., Морозова М.М., Готье С.В., Цирульникова О.М., Кочарян Е.З.).

-82ОПТИМИЗАЦИЯ РАЦИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ

Возможности компьютерной микрофотоспектрометрии в клинической онкологии В современной онкологии существуют три основных метода лечения:

- хирургический, - химиотерапевтический и - лучевое лечение.

Эмпирически выработаны определенные схемы лечения применительно к каждой конкретной опухоли.

Однако выбор оптимальной формы лечения применительно к каждой конкретной опухоли остается серьезной проблемой. Соотношение между минимальным воздействием и радикальностью (полноценностью) лечения является серьезной задачей современной мировой онкологии.

Очень часто в онкологии в погоне за радикализмом (излечением) проводят достаточно агрессивное лечение. Результатом подобного лечения может быть потеря органа, различные осложнения и приобретение стойкой инвалидности.

Реализация принципа минимальной достаточности лечения с одновременным максимальным радикализмом возможен только в условиях постоянной оценки эффективности лечения.

В настоящий момент критерием эффективности лечения являются клинические методы, т.е. оценка изменения размеров опухоли, уменьшение размера метастазов, положительные изменения инструментальных и лабораторных методов исследования анализы крови, компьютерная томография и пр.

Однако эти методы субъективны, не всегда информативны, не достаточно оперативны в плане проведения.

Кроме того, они не отражают объективных процессов происходящих в клетках опухоли. Именно подобные изменения, происходящие в опухоли определяют причину рецидивирования последней при кажущихся хорошими результатами стандартных методов контроля лечения.

Компьютерная микрофотоспектрометрия позволяет определить в ядрах опухолевых клеток количество ДНК, что является чрезвычайно важным показателем, определяющим злокачественность процесса.

изменить тактику лечения.

В одном случае, изучая изменение этого показателя, «агрессивность» лечения можно значительно снизить и добиться излечения с минимальными затратами (экономический эффект) и сохранением трудоспособности пациента (качество жизни + экономический эффект).

В другом случае с помощью этого же метода можно своевременно установить факт неэффективности стандартных методов лечения и увеличить интенсивность лечения, добиваясь стойкого излечения или длительной ремиссии процесса.

На рисунках 2.5.-1, 2.5.-2 и 2.5.-3 приведены примеры результатов компьютерного анализа, с помощью программы «ИМАДЖЕРМЕДИА», биопрепаратов онкологических пациентов, подверженных разным дозам облучения.

-84Рис. 2.5.-1.

-85- Рис. 2.5.-2.

-86- Рис. 2.5.-3.

2.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ О ПРИМЕНИМОСТИ Таким образом, морфометрия и плоидометрия, как новое направление в патогистологических исследованиях, не связанное с использованием дорогостоящих расходных материалов, дает дополнительную объективную информацию о пролиферативной активности клеток эпителия, об его изменившихся генетических свойствах, что должно учитываться патогистологом при принятии решений, связанных с дифференциальной диагностикой опухолей и опухолеподобных образований различных органов.

Морфоденситометрические данные автоматизированного анализа биопрепаратов, получаемые с помощью компьютерного анализатора изображений «Имаджер-ЦГ», с предлагаемой программой и пользовательским интерфейсом плоидометрического исследования клеток и тканей, качественно повышают уровень патогистологических исследований и открывают новые возможности для морфологической диагностики стадий развития опухолей.

С помощью разработанной методики исследования можно следить за процессами регенерации и атрофии тканей, уточнять дифференциальную диагностику, следить за действием лечебных факторов на новообразования, развивать принципы «доказательной медицины».

Впервые полученные возможности объективизации гистологической и цитологической диагностики новообразований различной локализации являются новым направлением в медицине, особенно в онокологии и патологии.

Необходимость развития компьютерной диагностики патологических процессов и различных заболеваний диктуется перспективами медицины ХХI века и требует широкого внедрения в медицинскую практику.

-88П А Т Е Н Т Н Ы Е И М А Р К Е Т И Н Г О В Ы Е И С С Л Е Д О В А Н И Я

Маркетинговые исследования включали в себя следующее:

видеокомпьютерного комплекса анализа цитологических и гистологических изображений «Имаджер-ЦГ», рекомендованного к применению МЗ РФ в декабре 2000 г.;

- разработку, изготовление и распространение рекламно-информационных материалов на видеокомпьютерный анализатор биопрепаратов «Имаджер-ЦГ» и его перспективные модификации;

- подготовку материалов для публикаций по результатам медико-биологических исследований эффективности применения анализатора «Имаджер-ЦГ», с целью научномедицинской рекламы прибора и реализованной в нем медико-диагностической методики плоидометрических исследований;

- ознакомление с прибором «Имаджер-ЦГ» и возможностями его применения слушателей курсов повышения квалификации кафедры патанатомии Российской академии последипломного образования (в течение 2001 г.);

- научно-медицинскую презентацию прибора «Имаджер-ЦГ» на 18-м Европейском конгрессе патологов в Берлине (сентябрь 2001 г.).

Изделие - в комплекте с микроскопом –п редназначено для надежной и быстрой диагностики предопухолевых изменений в организме, злокачественных новообразований, видеокомпьютерные комплексы различной направленности растет, и эта тенденция искусственным интеллектом, частью которого является зрение.

К известным аналогам создаваемого комплекса можно отнести автоматизированную компьютерную микротелефотометрическую систему “Гистоцитоскоп”, систему “Видеотест” (Россия) и анализатор изображения LECO IA 3001 (США).

Продукция ИНАТ МФК образует самостоятельный класс средств компьютерного видеомониторинга, характеризующийся высоким уровнем автоматизации, удобным и “доброжелательным” пользовательским интерфейсом применительно к решению медицинских и медико-биологических задач.

Унификация решений по обработке видеоизображений позволяет использовать изделие в диагностической медицинской сети с пространственно-разнесенными диагностическими пунктами.

методологии обработки видеоизображений, что позволяет легко адаптировать возможности систем к требованиям пользователей.

Объем продаж комплекса медико-биологической направленности на ближайшие 2 года прогнозируется, по предварительным оценкам номенклатуры потенциальных пользователей цитологических и гистологических обследований в объеме сотен единиц, при следующем контингенте покупателей:

- Исследователи и исследовательские центры, - Научно-консультационные и консультационно-диагностические учреждения, - Диспансеры, поликлиники, - Разработчики наукоемкой аппаратуры (см. письмо РМА ПО МЗ РФ, рис. 3.-1).

Ориентировочная цена изделия определяется заказанным потребителем комплектом поставки и может составлять от 1000 долларов США (программное обеспечение) до 12000тысяч долларов США при полной конфигурации оборудования.

«ИМАДЖЕРМЕДИА» может составлять порядка 3000 долларов США.

Себестоимость соответственно составляет от 50 долларов США (тиражирование программного обеспечения) до 10000-12000 долларов США (комплексирование оборудования).

Планируемая прибыль на единицу продукции составляет 35%.

Объем продаж и цены конкурентов являются, как правило, конфиденциальной информацией. В этой связи, для продвижения продукции представляются необходимыми специальные оргмероприятия, например, организация предоставления услуг по пользованию разрабатываемым оборудованием Оказание таких услуг должно включать в себя:

! предоставление пользователям возможности работы на оборудовании для решения их собственных задач. Оборудование будет располагаться в центрах коллективного пользования в России и за рубежом;

оборудованном рабочем месте, адаптированном к их задачам. Такое место укомплектуется специальными приспособлениями и оснасткой, препаратами, аппаратурой и приборами для съема, обработки, хранения и передачи С учетом новизны предлагаемого оборудования представляется целесообразным и коммерчески оправданным создать систему платного обучения пользователей с их последующей сертификацией. Такая система обучения, выполняя одновременно функции консультационного центра, была бы полезна также для покупателей оборудования, персонала дилерских и сервисных компаний. Особенно важно функционирование системы обучения на начальных этапах продвижения продукции, когда неумелые действия персонала с новой техникой, могут ее просто дискредитировать. Одновременно в таких центрах велся бы анализ рекламаций от пользователей и учет их пожеланий, чтобы позволило бы построить программу по выпуску оборудования и его модернизации.

Еще одной важной функцией центра должны быть информация и реклама указанной продукции, включающая в себя издательскую деятельность, ИНТЕРНЕТ-технологии, организацию постоянно действующих семинаров и выставок для специалистов и пользователей.

Информация о зарубежных медицинских пользователях, проявивших интерес к приобретению прибора «Имаджер-ЦГ», представлена в табл. 3.-1.

Последняя редакция рекламно-информационного листка, подготовленная к принятой публикации в ведущем профессиональном журнале «Архив патологии» с учетом полученных в работе результатов, приведена на рис. 3.-2.

Проведена также апробация программного обеспечения «Имаджер» в Пущинском научном центре РАН, в биологических исследованиях по экологическому мониторингу (рис. 3.-3).

-91Рис. 3.-1.

АНАЛИЗАТОР МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

БИОПРЕПАРАТОВ «ИМАДЖЕР-ЦГ»

Рекомендован МЗ РФ к применению в медицинской диагностической практике Предназначен для цитогистопатологии и кариотипирования, оценивающих патологию клеток и тканей на основе измерений кариоцито-гистометрических и денситоморфометрических свойств микроскопических изображений биопрепаратов, с использованием перспективной методики плоидометрии, основанной на сравнении содержания ДНК в интерфазных ядрах клеток со стандартом плоидности 2С.

Позволяет объективизировать контроль за развитием атрофических, гипертрофических, дистро-фических, некробиотических, воспалительных, иммунологических, регенерационных и неоплас-тических процессов и морфологической основы болезней.

Способствует повышению точности и достоверности клинических диагнозов 1. Стандарт плоидности (2С). Мазок крови. Ядра малых лимфоцитов (синие). 2. Инфильтрирующий рак молочной железы. Срез. Пентаплоидные ядра (красные).

3. Рак молочной железы. Мазок. Пентаплоидные ядра (красные). 4. Проток предстательной железы. Срез. Диплоидные и триплоидные ядра (синие и зеленые). Единичные тетраплоидные ядра (красные).

5. Крупноклеточная В-лимфома. Срез. Преобладание тетра- и пентаплоидных ядер (красные и темнокрасные).

6. Лимфогрануломатоз. Срез. Преобладание три- и тетраплоидных ядер (зеленые и красные).

Работа выполнялась при поддержке Фонда содействия развитию малого предпринимательства в научно-технической сфере по проекту № 1. Guski, Hans Institut fur Pathologie der Charite Campus Charite Mitte, 2. Haroske, Gunter Institut fur Pathologie Klinikum Dresden-Friedrichstadt 3. Kallioniemi, Oli-P Cancer Genetic Branch, 4. Tavassoli, Fattanch Armed Forces Institute of Pathology 5. Bostwick, David G. Bostwick Laboratories 935 / W Broad Street Richmond VA, 6. Holland, Roland National Expert and Training Centre Leica Microsystems Ian Salisbury 10. Baak, Jan P. A. MD; PhD; FRCPath; FIAC(Hon); Dr HC(Antwerp) 11. Deutschland: OLYMPUS Wendenstrabe 14-18 D-20097 Hamburg Germany

OPTICAL

(EUROPA) GMBH E-mail: [email protected] Mr. Michael Czempiel 12. Dalquen, Peter Institut fur Pathologie der Universitat

14. MICROWAVE LABORATORY SYSTEMS

ELIA ROSETTA

-94Рис. 3.-3.

4. П Р Е Д Л О Ж Е Н И Я ПО П Р О Д О Л Ж Е Н И Ю Р А Б О Т

Результаты данной работы по практическому применению изделия «Имаджер-ЦГ», выявленная маркетинговая оценка продукции класса видеокомпьютерных комплексов, а также достигнутый уровень проработки и унификации программно-аппаратных средств автоматизированного анализа визуальных данных, дает основания считать целесообразным и коммерчески перспективным продолжение инвестиций по данному научно-техническому направлению.

Наиболее актуальным развитием настоящей работы является продолжение исследований по расширению номенклатуры медико-диагностических областей применения модернизированной модификации видеокомпьтерного комплекса «ИМАДЖЕРМЕДИА» и организация и проведение его сертификации в МЗ РФ, с включением в перечень обязательных медицинских обследований.

Весьма актуальным представляется такая форма работ, как организация и ввод в эксплуатацию межведомственных центров коллективного пользования, коммерческого внедрения, модернизации видеокомпьютерных приборов анализа изображений, а также оказания услуг по компьютерной обработке и анализу изображений, в том числе, и пересылаемых по информационным сетям.

Идея такого рода проекта, например, совместного предприятия, заключается в создании научно-промышленно-торговой структуры для совместной с инвестрорм коммерческой реализации перспективных разработок и «ноу-хау» в сфере информационных технологий по тематике интеллектуальных робототехнических систем для медицинской и промышленной диагностики.

Научно-техническая направленность проекта отражает мировые тенденции исследований в этой области и базируется на разработках эффективных унифицированных алгоритмов автоматизированного анализа слабоформализованных данных (в частности, изображений и звука) и новых методах построения интеллектуальных (со способностью к формированию адекватных условно-рефлекторных стереотипов поведения) нейросетей.

Пользовательская направленность проекта состоит й этап: внедрение (маркетинг, освоение серийного выпуска, продажа, обслуживание, авторское сопровождение) существующих видеокомпьютерных приборов (охранная сигнализация, анализатор микроскопных изображений).

Последующие этапы проекта предполагают развитие видеокомпьютерного комплекса анализа биомедицинских изображений расширением номенклатуры медико-биологических исследований (гематология, макроморфология); освоение опытного производства для задач оперативного контроля визуальной обстановки (охранная сигнализация, мониторинг транспортных потоков); апробацию экспериментальных образцов принципиально новых компьютерных игрушек типа «тамагочи» - со способностью к естественному диалогу в аудио- и видео- модальностях.

Реализуемость проекта обеспечивается тем, что предлагаемое для реализации «ноу-хау»

опосредуется в виде прикладных программных продуктов, функционирующих на общеупотребительной вычислительной технике класса ПЭВМ IBM PC и сопряженных со стандартным видео-, связным и орг- оборудованием.

Коммерческая сторона проекта может включать непосредственные поставки продукции;

сервисное обслуживание; услуги по обучению пользователей и аренде (центры коллективного пользования).

Развитие коммерческого аспекта предполагается в направлении зарубежного патентования «ноу-хау» и продукции на его основе; продаже патентов и лицензий на тиражирование и распространение; привлечении различных грантов на исследования по данной тематике.