CC BY
47
32. Busch W. // Berliner Klin. Wschz. 1966. Bd.3. S.245-246.
33. Dinescu G., Michai C., Spiridon M. // Oncologia si radiologia. 1971. Bd. 10. S.437-444.
34. Everson T.S. // Ann. N.Y. Acad. Sei. 1964. Vol.114. P.721-735.
35. Goetze O., Schmidt K.H. // Dtsch. Z. Chir. 1931. Bd.234. S.622-670.
36. Kirsch R., Schmidt D. // Dtsch. Zbl. Chir. 1966. Bd.91. S.1297-1312.
37. Kirsch R., Schmidt D., Schmidt H. // Disch. Gesundh. Wes. 1967. Bd.22. S.678-681.
38. Lambert R.A. // JAMA. 1912. Vol.59. P.2147-2148.
39. Lampert H. Überwärmung als Heilmittel. Stuttgart, 1948.
40. Lampert H. // Med. Welt. 1964. Bd. 18. S.1005-1015.
41. Meschini S., Calcabrini A., Matarrese P. et al. // Acta. med. rom. 1992. Vol.30, No.3-4. P.307-312.
42. Nants H., Fowler G.A., Bogatko F.H. // Acta med. Scand. (Stockholm). 1953. Vol.276. P.101-103.
43. Overgaard K., Overgaard J. // Eur. J. Cancer. 1972. Vol.8. P.65-78.
44. Rohdenburg G.L., Prime F. // Arch. Surg. 1921. Vol.2. P.116-129.
45. Rochlin D.B., Thaxter T.H., Dickerson A.G., Shiner J. // Surg. Gynec. Obstet. 1961. Vol.113. P.555-561.
46. Selawry O. // Korpereigene Abwehr und bösartige Geschwulste. Ulm—Donau, 1957. S. 15-23.
47. Shingleton W.W., Bryan F.A., O'Quinn W.L., Krueger L.C. // Ann. Surg. 1962. Vol.156. P.408-416.
48. Stehlin J.S. // Surg. Gynec. Obstet. 1969. Vol.129. P.305-308.
49. Voldagni R., Fei-Fei Liu, Kapp D.S. // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1988. Vol.15. P.959-972.
□ □□
УДК 616.076.4
B.C. Медовый, В.И. Цыганков, Н.П. Мельникова
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ МИКРОСКОПИЯ В АНАЛИЗЕ БИОМАТЕРИАЛОВ В ТЕЛЕМЕДИЦИНЕ
ЗАО "Медицинские компьютерные системы (МЕКОС)", г. Москва; Дальневосточный государственный медицинский университет, г. Хабаровск
Современное развитие микроскопии идет по направлениям повышения качества изображения объектов, автоматизации операций управления микроскопом и автоматизации анализа изображений препарата. Хотя уровень автоматизации в представленных на рынке микроскопах весьма разнообразен, в целом по этому критерию современные микроскопы можно разделить на несколько групп.
Основная представленная на рынке часть микроскопов по-прежнему относится к группе традиционных микроскопов с ручным управлением и отсутствием автоматического анализа. Микроскопы этого типа оставляют ответственность за условия наблюдения, выбор объектов, результаты анализа в полном объеме за лаборантом. Следующую группу образуют автоматизированные микроскопы (АМ), встроенная моторизованная автоматика которых в той или иной степени упрощает выбор условий наблюдения, облегчая и контролируя перемещение и фокусировку препарата, смену объективов, фильтров, освещения и др. Автоматизированные микроскопы обычно имеют в своем составе телекамеру и фрейм-граббер для ввода изображений в компью-
тер, через который они могут управляться. Типичный состав оборудования автоматизированного микроскопа показан на схеме.
Программное обеспечение автоматизированного микроскопа общего назначения выполняет такие функции, как возврат препарата в заданные точки, визуализация траектории просмотра, фиксация изображения поля зрения в базе данных, автофокусировка, управление микроскопом на расстоянии для телемедицины и др. Из-за относительно высокой стоимости до недавнего времени автоматизированные микроскопы производились в весьма ограниченных количествах для элитных научно-исследовательских лабораторий. Импортные микроскопы этого класса (Leica DMLA, Leica DMRA2, Zeiss Axiopath и др.) имеют стоимость от 15 до 50 тыс. долл. США. Отечественным представителем группы является МЕКОС-Ц1. При комплектации на базе микроскопа МИКМЕД-2 цена изделия без функционального программного обеспечения составляет 8 тыс, долл. США и более.
К третьей группе можно отнести так называемые "цифровые" микроскопы, в которых изобра-
жение поля зрения с помощью телекамеры и фрейм-граббера передается в компьютер и подвергается в нем программной обработке разного рода "системами анализа изображений". В цифровых микроскопах, так же как и в автоматизированных, лаборант несет ответственность за выбор объектов. Система анализа изображений (САИ) в случае объектов с достаточно четкими границами может автоматически выполнять измерение и количественный анализ отобранных лаборантом объектов.
Степень автоматизации анализа тем выше, чем более специализирована САИ для обработки биоматериала определенного типа. Некоторые специализированные САИ контролируют выбор условий наблюдения, сообщая, например, о качестве освещения и окраски. САИ часто совместимы с микроскопами, телекамерами, фрейм-грабберами, компьютерами различных типов, что позволяет покупать их отдельно. На рынке представлено огромное количество универсальных и специализированных САИ для анализа всех типов биоматериалов производства фирм Leica, Zeiss, Nicon, Olympus, Media Cybernetics, Chroma Vision, PicoQuant и др. Среди отечественных САИ отметим "Видеотест", "Диаморф", "МЕКОС-Ц". Сложность и стоимость САИ весьма различна — от 500 до 20 тыс. долл. США.
Основное назначение цифровых микроскопов — научно-исследовательская работа. Их незначительное использование в медицинских целях связано как с субъективностью ручного отбора объектов, так и с трудностями автоматического определения чрезвычайно вариабельных границ, формы, текстуры объектов большинства биоматериалов, не преодоленными до сих пор. Полуавтоматическое определение границ объектов в большинстве случаев оказывается чрезмерно трудоемким дня массового применения.
Наконец, последний класс образуют автоматические микроскопы-анализаторы (МА), освобождающие лаборанта от ответственности за сбор выборки объектов и за выбор условий их наблюдения. МА самостоятельно перемещают и фокусируют препарат, выбирают траекторию просмотра в зависимости от распределения биоматериала, контролируют качество освещения и окраски, обнаруживают и записывают в базу данных изображения объектов заданных типов. Выполняется измерение и анализ автоматически собранной выборки объектов. Кроме автоматизированного микроскопа и САИ в состав микроскопа-анализатора входит программное обеспечение, управляющее автоматизированным микроскопом и заменяющее при просмотре препарата глаза и руки лаборанта.
Как и у всякого автомата, результативность работы микроскопа-анализатора весьма сильно зависит от уровня стандартизации подготовки биоматериала. Поэтому система подготовки препарата либо является частью установки, либо микроскоп-анализатор имеет программные средства контроля качества препарата.
Таким образом, микроскопы-анализаторы не только сочетают в себе функции автоматизированных и цифровых, но и сЬздают новые свойства,
автоматизируя процесс просмотра препарата и обеспечивая контроль качества. Этим микроскопы-анализаторы принципиально отличаются от предыдущих групп. Их обслуживание может быть поручено среднему медицинскому персоналу. Врач-лаборант выполняет только функции контроля результатов автоматического анализа по галереям изображений объектов на экране компьютера, что многократно повышает производительность его труда. Функции микроскопа-анализатора пока удалось реализовать для небольшой группы анализов. К подобным интеллектуальным системам относятся AUTOPAP и PAPNET (США) для анализа мазков с поверхности шейки матки; LSC (США) для измерения субпопуляций клеток при многоцветной флуоресценции; ACIS (США) для анализа уровня белка HER2 при раке молочной железы; отечественная разработка МЕКОС-Ц1/АМК для анализа мазков крови и некоторых других биоматериалов.
Система AutoPap автоматического скрининга мазка с поверхности шейки матки (Papsmear) при окраске по Папаниколау способна обрабатывать обычные мазки (без применения технологии монослоя). При сегментации (определении границ) клеток и для их идентификации используются морфо-метрические, фотометрические и текстурные признаки. Система способна за приемлемое время (20 мин) просмотреть весь препарат с анализом сотен тысяч клеток. В зависимости от наличия (обнаружения) малигнизированных клеток, система классифицирует препараты как нормальные или требующие дальнейшего анализа. Вероятность пропуска злокачественной клетки системой примерно вдвое выше, чем при визуальном скрининге препарата опытным лаборантом.
Аналогичная система Papnet после сегментации выполняет идентификацию злокачественных клеток с применением метода обучения нейронной сети с обратной связью. Оператор на выходе получает 128 "сцен" (кадров) с отображенными системой наиболее злокачественными клетками. Надежностные характеристики выполняемого скрининга примерно аналогичны предыдущей системе. Стоимость подобных систем — 250-500 тыс. долл. США.
Ключевое значение при формировании технических требований к микроскопам-анализаторам имеет технология приготовления цитологического препарата. Основными требованиями со стороны машинной обработки изображений к технологии приготовления любых типов препаратов, включая препараты клеток системы крови, являются следующие:
— сохранение (выявление) морфологии натив-ных клеток;
— стабильность окраски клеточных структур;
— стабильность распределения клеток по стеклу, отсутствие (минимизация) наложения клеток друг на друга (для мазков и отпечатков);
— стабильность фиксации клеток на стекле с "распластыванием" клеток (высота фиксированной клетки существенно меньше длины и ширины для мазков и отпечатков);
— отсутствие (минимизация) артефактов;
Принципиальная схема автоматизированного микроскопа
— воспроизводимость (в статистическом смысле) характеристик препарата при повторном взятии материала.
Чем выше уровень автоматизации анализа препарата, тем, как правило, более жесткие требования предъявляются к технологии его приготовления. Большинство автоматических цитоанализато-ров изображений, как и проточные системы, имеют встроенные средства приготовления препаратов либо работают совместно с автоматами, реализующими высокостабильную технологию фиксации и окраски клеток. Интересно, что появившиеся в последнее время технологии приготовления препаратов для анализаторов изображений сначала переводят цитологический материал в суспензию, что сближает эти технологии с технологиями проточных анализаторов.
В настоящее время в достаточной мере удалось удовлетворить перечисленным выше требованиям только при разработке технологий приготовления препаратов мазков с поверхности шейки матки (Рарвшеаг). Успех в разработке технологии для Рарвшеаг определяется огромными усилиями ряда ведущих фирм в этой области, что связано с коммерческими перспективами рынка Рарвтеаг.
В последние годы выявлены потенциальные возможности применения цитоанализаторов изображений для диагностики онкологических и иных заболеваний. Это, по-видимому, должно стимулировать появление высокостабильных технологий на основе окрасок ^-N0115, Фельгена и др. Вместе с совершенствованием программно-аппа-ратной части цитоанализаторов это позволяет рассчитывать на значительное пополнение состава автоматических цитоанализаторов медицинского назначения.
В этом плане представляют интерес разработки по цитометрической идентификации злокачественных клеток в цитологическом материале на основе окраски ^-N0118, проводимые в ЦНИЛ ДВГМУ. Возможно, уже в ближайшее время на базе автоматизированной микроскопии и программы компьютерной классификации морфотипов ядер эпителиальных клеток молочных желез удастся создать специализированную систему анализа изображений. Разработка и внедрение в клиническую практику такой системы приведет к определенной корректировке технологии цитологической диагностики заболеваний молочной железы.
Перспективным направлением реализации возможностей автоматизированной микроскопии является телемедицина. Существующие периферийные пункты систем телемедицины, расположенные в региональных лечебно-профилактических учреждениях, в настоящее время оснащаются главным образом недорогими цифровыми микроскопами без автоматизированного управления. Эффективность телеконсультаций с применением такого оборудования зависит от квалификации врача-лаборанта, формирующего за компьютером периферийного пункта кадры поля зрения для передачи эксперту в консультационный центр по линиям связи. Как известно, определить диагностически значимые объекты на большом пространстве препарата часто весьма непросто и эквивалентно постановке самого диагноза. Кроме того, вырванные из контекста отдельные поля зрения могут терять диагностическую информативность. В сложных случаях, которые являются основным предметом телеконсультаций, оба этих фактора создают трудноразрешимые проблемы. Неполнота выборки полученных изображений препарата ограничивает возможности и ответственность эксперта за диагностические решения.
Программная компонента из состава МЕКОС-Ц1 "виртуальный микроскоп" формирует так называемый "виртуальный препарат", который представляет собой расширенное поле зрения микроскопа, состоящее из большого числа плотно "пристыкованных" друг к другу физических полей зрения телекамеры. Благодаря автоматической фокусировке на каждом физическом поле зрения "виртуальный препарат" создает трехмерную сфокусированную поверхность препарата. Съемка ведется на максимально необходимом для данного препарата увеличении. Максимальный размер формируемого "виртуального препарата" определяется применяемым объективом и допустимым временем передачи, которое зависит от скорости канала связи. Например, при объективе 25х "виртуальный препарат" объемом 10 Мб покрывает 4 мм2 препарата, что во многих случаях достаточно для диагностических целей и не требует от врача на периферийном пункте высокой квалификации.
Перед запуском формирования "виртуального препарата", как правило, достаточно вручную на предметном стекле найти область с удовлетворительным качеством и количеством материала. После того, как "виртуальный препарат" снят, программно формируются поля зрения обзора препарата на меньших увеличениях. На компьютере консультационного центра размещается специальная программа просмотра "виртуального препарата". Эксперт в консультационном центре может начать изучение препарата с малых увеличений, автоматически подкачивая, при необходимости, участки для просмотра на максимальном увеличении.
Другой вариант состоит в предварительной пересылке "виртуального препарата" в консультационный центр целиком. Для эксперта имитируется возможность перемещения поля зрения просмотра препарата, возврата в заданные точки, смены увеличения. Кроме "виртуального микроскопа" и других программных компонент, оборудование, на котором размещен МЕКОС-Ц1, может применяться на периферийном пункте не только для консультаций, но и для выполнения лабораторных анализов, таких как клинический анализ крови, анализ миелограмм, анализ осадков мочи, анализ фекалий на гельминты и др.
Резюмируя вышеизложенное, отметим, что существующие в настоящее время микроскопы-анализаторы позволяют:
— автоматизировать трудоемкие рутинные процедуры микроскопических анализов биоматериалов, повысить производительность труда высококвалифицированного персонала;
— осуществлять быстрый просмотр препаратов на экране монитора в наглядной концентрированной форме;
— ускорить выполнение стандартных микроскопических анализов, внедрить в практику трудоемкие углубленные анализы;
— обеспечить полноценный контроль качества исследований;
— создавать высококачественные изображения и виртуальные образы препаратов для электронной истории болезни, телемедицинских конференций, атласов, учебных пособий и т.п.;
— обеспечить дешевый удаленный просмотр препаратов по существующим линиям связи;
—автоматически формировать выборки клеток заданных типов и производить детальное определение их геометрических, текстурных характеристик, цветности и оптической плотности для научно-исследовательских целей, в том числе и после переокраски препаратов.
Литература
1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. М.: Медицина, 1990.
2. Автандилов Г.Г. Компьютерная микротеле-фотометрия в диагностической гистоцитопатоло-гии. М., 1996.
3. Вапник В.Н, Червоненкис А.Я. Теория распознавания образов. Статистические проблемы обучения. М.: Наука, 1974.
4. Крокер Дж. // Гематол. трансфуз. 1990. Т.35, №11. С.28-34.
5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. 4.1. М.: Наука, 1976. С.568.
6. Медовый B.C., Балабуткин В.А., Верденская Н.В. и др. // Клин, лаборат. диагн. 1997. №10. С.6-8.
7. Пратг У. Цифровая обработка изоображений. М.: Мир, 1982.
8. Фукунага К. Введение в статистическую теорию распознавания образов. М.: Наука, 1979. 367 с.
9. Abercrombie E.W. Automation in cytology // Anal. Quant. Cytol. Histol. 1996. Vol.18, No.l. P.44.
10. Anderson T.L. // Compendium on the Computerized Cytology and Histology. Chicago, 1994. P.306-311.
11. Bentley S.A. et al. // Am. J. Clin. Pathol. 1994. Vol.102. P.223.
12. Garner D.M., Harrison A., MacAulay C., Palcic B. // Compendium on the Computerized Cytology and Histology. Chicago, 1994. P.346-352.
13. IBAS: The Image Analysis Program IBAS 2000. Revision 4.4. June 1986.
14. Rosenthal D.L., Mango LJ. // Compendium on the Computerized Cytology and Histology. Chicago, 1994. P.173.
15. Schenk U. et al. // Compendium on the Computerized Cytology and Histology. Chicago, 1994. P. 211.
16. Wied G.L, Bartels P.H. et al. // Acta Cytol. 1996. Vol.40, No.l. P.l.
□ □□
УДК 616 - 073.48/616.71 - 003.93 Т.И. Долганова, Т.И. Мешцикова
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА ДИСТРАКЦИОННОГО РЕГЕНЕРАТА (Обзор литературы)
Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия " им. акад. Г.А. Елизарова, г. Курган
Благодаря появлению новых ультразвуковых сканеров, способных получать качественные диагностические изображения, метод ультразвуковых исследо-
ваний (ультрасонография (УСГ) получил широкое распространение во многих областях медицины. Если первоначально метод УСГ использовали для иссле-
