Способ автоматизированного микроскопического исследования образца

Способ осуществляют с помощью связанных посредством компьютерной связи лаборантского и консультационного пунктов. На лаборантском пункте проводят макроскопическое исследование операционного материала, содержащего новообразование щитовидной железы. Получают увеличенные цифровые изображения макроучастка, выделенного маркировкой на консультационном пункте. На консультационном пункте определяют место, на котором на лаборантском пункте выполняют вырезание гистологического среза ткани. На лаборантском пункте проводят микроскопическое исследование гистологического среза ткани, в результате которого получают цифровые изображения гистологического среза ткани и увеличенные цифровые изображения выделенных на консультационном пункте зон изображений. Описывают полученные изображения с помощью формализованных признаков и по полученной их комбинации отбирают эталонные изображения, имеющие сходные комбинации формализованных признаков. Результаты сравнения полученных и эталонных изображений используют для гистологической диагностики новообразования щитовидной железы. Технический результат - повышение объективности и точности исследований и, как следствие, повышение достоверности диагнозов и уменьшение субъективизма, а также уменьшение времени, затрачиваемого на проведение автоматизированного исследования образца, в том числе во время хирургических операций. 6 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к способам исследования и анализа материалов с помощью оптических и компьютерных средств и может быть использовано, в частности, для анализа и выявления патологий исследуемых образцов материала, например, в онкоморфологии.

Известен способ автоматизированного исследования состояния пациента (RU 2251965 С2, опубл. 27.07.2004). включающий использование системы, содержащей связанные посредством компьютерной связи лаборантский и консультационный пункты, соединенные с аппаратурой контроля состояния пациента, и блоком документирования результатов диагноза. Система содержит блок адаптации для самонастройки и самообучения, блок оперативных консультаций и блок интеллектуального интерфейса, причем блок управления специалиста-консультанта содержит экспертную систему, рабочее место соединено с блоком интеллектуального интерфейса, а блок специалиста-консультанта соединен с блоком оперативных консультаций, блоком адаптации и блоком интеллектуального интерфейса. Однако указанное решение не позволяет проводить автоматизированные микроскопические исследования образца, в том числе гистологические исследования, и объективно обосновывать постановку диагноза при использовании изображений срезов в области макро- и микропатологий.

Также известен способ автоматизированного микроскопического исследования образца (RU 2234099 С1, опубл. 10.08.2004), принятый в качестве прототипа, в котором осуществляют предварительное получение образца, подготовку полученного образца для микроскопического исследования и проводят микроскопическое исследование образца, в качестве которого используют гистологические срезы ткани новообразования, изображения которых получают с помощью микроскопа, на полученном изображении выделяют ядра малых лимфоцитов, определяют их плоидность, принимают ее за стандарт, с использованием которого проводят компьютерное определение средней плоидности ядер клеток ростковых зон новообразования, и по значению этого показателя осуществляют диагностику стадий канцерогенеза. Однако и данное решение не обладает достаточно высокой информативностью и объективностью и не дает возможности при любой неясной гистологической картине в изучаемом препарате щитовидной железы определиться с характером процесса, оценкой его злокачественности, установить гистогенез, также не обеспечено высокое качество исследуемого материала и, соответственно, достоверность и объективность получаемых результатов, не обеспечена многофункциональность исследований с использованием ряда критериев, помогающих патологоанатому в постановке правильного гистологического диагноза не только в отношении дифференциальной диагностики доброкачественности или злокачественности процесса, но также и в определении гистогенеза данного новообразования.

Актуальность повышения достоверности исследований образцов, в том числе, используемых в онкологической диагностике, не вызывает сомнений. Гистологическое исследование является определяющим способом диагностики опухолей. Особое значение оно имеет во время хирургических операций, когда проводится анализ операционного материала (удаленные кусочки органов или тканей, содержащие патологический очаг) на макро- и микроскопическом уровне, на основании которого, в случае выявления злокачественности, хирургом может быть принято решение о продолжении операции и об удалении органа в целом. На указанный экспресс-анализ отводится 10-25 минут. При этом в клинической практике в данной области медицины существует ряд проблем:

1. Отсутствие в ряде нозологии четких критериев, позволяющих одинаково успешно во всех случаях проводить дифференциальную диагностику опухолей и опухолеподобных процессов. Связано это в том числе и со сложной пространственно-яркостной организацией и разнообразием форм объектов исследования.

2. Значительная доля субъективизма при постановке диагноза из-за применения традиционной формы атласов патологий (на бумажных носителях с ограниченным количеством примеров опухолей), широко используемого на практике словесного описания врачом информативных признаков опухолей, слабой информативности классических (ручных) способов морфологических измерений на макрообъектах.

3. Недостаточное количество квалифицированных специалистов-морфологов, которых по некоторым формам заболеваний в стране единицы и они сконцентрированы в основном в ведущих медицинских центрах. Специфика работы диагноста-морфолога заключается в том, что для достижения высокого профессионального уровня, как правило, уходят годы (10-15 лет при традиционном подходе к обучению, базирующимся на опыте визуального анализа препаратов, встречающихся в личной практике).

4. Дефицит отечественных специальных руководств по гистологической диагностике, их быстрая устареваемость.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в повышении объективности и точности исследований и, как следствие, - повышении достоверности диагнозов и уменьшении субъективизма, а также в уменьшении времени, затрачиваемого на проведение автоматизированного исследования образца, в том числе во время хирургических операций, когда проводится срочный анализ операционного материала.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе автоматизированного микроскопического исследования образца используют систему, содержащую связанные посредством компьютерной связи лаборантский и консультационный пункты, каждый из которых содержит компьютер, причем лаборантский пункт дополнительно содержит систему ввода изображений макропрепаратов и систему ввода изображений микропрепаратов, соединенные с компьютером лаборантского пункта, при этом предварительно осуществляют получение образца, для чего на лаборантском пункте проводят макроскопическое исследование макропрепарата, предназначенного для получения образца, с использованием системы ввода изображений макропрепаратов, включающей цифровую фотокамеру и устройство позиционирования и освещения, в ходе которого проводят обзорную фотосъемку макропрепарата, в результате которой получают цифровые изображения макропрепарата, которые передают на консультационный пункт, на котором на цифровом изображении макропрепарата осуществляют выделение маркировкой макроучастка, предназначенного для получения образца, и направляют на лаборантский пункт указание на получение увеличенного цифрового изображения этого макроучастка, а после получения на лаборантском пункте увеличенного цифрового изображения макроучастка направляют его на консультационный пункт, при этом указанные операции выделения маркировкой соответствующего макроучастка и получения его увеличенного цифрового изображения повторяют до тех пор, пока на консультационном пункте не определят место выполнения вырезания образца, после чего на лаборантский пункт направляют указание на выполнение данной операции, при этом полученные цифровые изображения макроучастка одновременно изображают на экранах мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, после чего на лаборантском пункте вырезают образец из макропрепарата, осуществляют подготовку полученного образца для микроскопического исследования, проводят микроскопическое исследование образца с использованием системы ввода изображений микропрепаратов, содержащей микроскоп, соединенный с цифровой телекамерой с помощью согласующего модуля для стыковки цифровой телекамеры и микроскопа, при проведении которого позиционируют образец на предметном столе микроскопа, производят первоначально обзорный просмотр, для проведения которого устанавливают четырехкратный объектив и осуществляют фокусировку, проводят автоматическое сканирование, в результате которого получают цифровые изображения образца, которые выводят на экраны мониторов компьютеров, выделяют маркировкой зоны изображений образца для дальнейшей их детализации, осуществляют смену объектива микроскопа на объектив с большим увеличением и его фокусировку, проводят автоматическое сканирование выделенных зон изображений образца, в результате которого получают увеличенные цифровые изображения выделенных зон изображений образца, которые выводят одновременно на экраны мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, описывают полученные изображения с помощью формализованных признаков из заданного набора формализованных признаков, по полученной комбинации формализованных признаков отбирают из множества эталонных изображений, содержащихся в базе эталонных изображений, те эталонные изображения, которые имеют сходные комбинации формализованных признаков, после чего осуществляют сравнение полученных изображений выделенных зон изображений образца с отобранными эталонными изображениями, по результатам которого судят о состоянии образца.

При этом дополнительно между лаборантским и консультационным пунктами может осуществляться постоянная двухсторонняя аудиосвязь.

Кроме того на лаборантском пункте могут дополнительно формироваться и направляться на консультационный пункт исходные данные по больному.

Для управления получением изображений и передачей изображений в компьютер на лаборантском пункте могут использоваться ножные педали.

На консультационном пункте при получении изображения макроучастка макропрепарата в случае необходимости осуществляют дистанционное управление системой получения изображений макропрепарата для позиционирования макроучастка макропрепарата.

Причем в предпочтительном варианте осуществления предлагаемого способа в качестве макропрепарата используют операционный материал, содержащий новообразование щитовидной железы, выделяемые макроучастки представляют собой новообразование щитовидной железы и/или его характерные участки, например, узел опухоли или капсулу узла, при этом в качестве образца используют гистологический срез ткани новообразования щитовидной железы, окрашенный гематоксинлином и эозином или пикрофуксином по Ван Гизон. При этом на консультационном пункте дополнительно проводят измерения макроучастков новообразования щитовидной железы и измеряют следующие параметры: линейные размеры по большой и малой осям инерции L, периметр Р, площадь S, коэффициент формы К, при этом перед началом измерений определяют масштабный коэффициент для приведения результатов измерений к метрическим единицам длины и площади: , где L=1 см, l - то же расстояние в пикселях изображения, а коэффициент формы рассчитывают по формуле . После чего на консультационном пункте дополнительно формируется информационный пакет, содержащий результаты измерений величин параметров Р, L, S и описание новообразований с прилагаемыми полученными соответствующими изображениями и оформленным протоколом для размещения в базе данных. Выполнение указанных измерений, формирование описания новообразования и оформление протокола на консультационном пункте может осуществляться во время проведения на лаборантском пункте вырезки среза ткани и его приготовления для микроскопического исследования.

Результаты макроскопического и микроскопического исследований используют для гистологической диагностики новообразования щитовидной железы, для чего на экране монитора компьютера дополнительно отображают данные о вероятности того или иного диагноза при наличии каждой из комбинаций величин параметров и формализованных признаков, имеющихся в отобранных эталонных изображениях, и используют эти данные при сравнении полученных изображений с отобранными эталонными изображениями и установлении диагноза.

Перечень чертежей.

Фиг.1. Структурная схема технических средств автоматизированной гистологической диагностики.

Фиг.2. Структура программного обеспечения экспертной системы.

Фиг.3. Методика работы с экспертной системой поддержки принятия решений.

Позициями на фиг.1 обозначены

1 - первое рабочее место (условно рабочее место "консультируемого" или лаборантский пункт);

2 - второе рабочее место (условно рабочее место "консультанта" или консультационный пункт);

3 - компьютер (ЭВМ) консультационного пункта;

4 - системы связи (для соединения компьютера 3 и компьютера 5 - первого и второго рабочего места);

5 - компьютер (ЭВМ) лаборантского пункта;

6 - система ввода изображений макропрепаратов;

7 - система ввода изображений микропрепаратов;

8 - цифровая камера (системы ввода изображений макропрепаратов);

9 - устройство позиционирования и освещения;

10 - телекамера (системы ввода изображений микропрепаратов);

11 - микроскоп;

12 - согласующий модуль (для стыковки телекамеры 10 и микроскопа 11);

13 - устройство сопряжения;

14 - монитор компьютера 3;

15 - клавиатура компьютера 3;

16 - монитор компьютера 5;

17 - клавиатура компьютера 5.

Практическая реализация способа показана на примере автоматизированного микроскопического исследования образца, представляющего собой гистологический срез ткани новообразования щитовидной железы. В этом случае предлагаемый способ позволяет осуществлять автоматизированную дистанционную гистологическую экспресс-диагностику.

Основные этапы, на которых базируется предлагаемый способ, отражают технологию обработки информации в системе (независимо от конкретной программной и технической реализации), обеспечивают целостность процесса диагностики и имеют иерархическую структуру с различными уровнями детализации.

Первый (верхний) уровень детализации отражает основные этапы способа без учета степени автоматизации процесса и включает 4 этапа: взятие операционного материала (ОМ), исследование ОМ, исследование микропрепарата и вынесение диагноза, на основе которого осуществляют определение объема и тактики хирургической операции.

На втором уровне детализации процесс разбивается на 8 этапов. Этап 1 связан с отбором операционного материала (макропрепарата) и подготовкой его для автоматизированного исследования. В этап 2 входят операции проверки работоспособности и настройки подсистемы макроскопического анализа, являющейся одной из базовых систем используемого при реализации способа, комплекса. Этап 3 включает операции дистанционного видеоуправления вырезкой макропрепарата, что позволяет более высококвалифицированному специалисту-консультанту исследовать макропрепараты дистанционно (с применением каналов связи) в случае, если квалификации медицинского персонала на месте проведения диагностики не достаточно для выбора информативной зоны для вырезки. На 4-ом этапе проводится автоматизированное измерение морфологических свойств патологических участков и формируется формализованное заключение по макропрепарату.

Приготовление микропрепарата на этапе 5 состоит из вырезки материала для заморозки в микротоме, фиксации, окраски и заключения в бальзам. Этап 6 заключается в проверке работоспособности и настройке системы микроанализа. Этап 7 - это дистанционное исследование микропрепарата с применением программно-управляемого столика микроскопа. Микроанализ на этапе 8 реализуется с помощью информационной системы, аккумулирующей структурированные знания и опыт ведущих специалистов в области гистологической диагностики и содержащей соответствующую информационную базу, в частности эксклюзивный архив Российского онкологического научного центра имени Блохина Н.Н. РАМН.

В обычной практике гистологическая диагностика опухолей основана на визуальном макро- и микроскопическом исследовании специально приготовленных гистологических препаратов (макро- и микропрепаратов). Диагностическое значение имеет анализ тканевых структур и деталей клеточной морфологии на изображениях препаратов, полученных под микроскопом, при условии правильного выбора информативной зоны операционного материала для их приготовления. Применение данного решения позволяет повысить точность и быстродействие принятия решений о гистологическом диагнозе во время проведения экспресс-диагностики в сложных случаях заболеваний во время хирургических операций.

Средства (см. фиг.1) для осуществления предлагаемого способа автоматизированного микроскопического исследования образца (автоматизированной гистологической диагностики) включают два рабочих места (АРМ) врача. Первое рабочее место 1 (условно рабочее место "консультируемого" или лаборантский пункт) оборудовано информационно-измерительным комплексом, а также не показанными на фиг.1 вспомогательными устройствами (замораживающий микротом для приготовления тонких срезов 5-10 мкм), материалами и инструментами для вырезки и заключения препаратов (хирургический нож, пинцет, ножницы, линейка, лоток, доска, перчатки, бюксы, покровные и предметные стекла), а также химическими реактивами для фиксации и окрашивания (формалин, спирт, гематоксилин, эозин водный, карбол-ксилол, ксилол, бальзам). Второе рабочее место 2 (условно рабочее место "консультанта" или консультационный пункт) оборудовано компьютером (ЭВМ) 3. Оба пункта соединены системами компьютерной и аудиосвязи 4.

Техническое обеспечение лаборантского пункта условно делится на четыре подсистемы: компьютер 5, система ввода изображений макропрепаратов 6, система ввода изображений микропрепаратов 7.

Система ввода изображений макропрепаратов 6 включает цифровую камеру 8 (цифровой фотоаппарат) и устройство позиционирования и освещения 9, которое выполнено с возможностью управления съемкой и передачей изображений в компьютер 5. Система ввода изображений микропрепаратов 7 состоит из телекамеры 10, микроскопа 11, согласующего модуля 12 для стыковки телекамеры 10 и микроскопа 11, включающего моторизованный привод предметного стола микроскопа и модуль управления его навигацией (не показаны). При этом телекамера 10 может быть присоединена к компьютеру 5 непосредственно или через устройство сопряжения 13. Компьютер 5 оснащен устройством видеоввода и соответствующим программным обеспечением.

Для полноценного функционирования комплекса необходимым условием также является соединение компьютера 5 лаборантского пункта с помощью компьютерной связи, например волоконно-оптической сети, с компьютером 3 консультанта, оснащенного соответствующим программным обеспечением, а также наличие аудиосвязи между лаборантским 1 и консультационным 2 пунктами.

Информационно-измерительный комплекс лаборантского пункта 1 включает также информационную экспертную систему поддержки принятия решений по опухолям и систему обучения в виде интерактивного компьютерного фильма.

При реализации способа используют как лаборантский 1, так и консультационный 2 пункты. Такая ситуация возникает, например, в клинике, где проводятся хирургические операции в условиях отсутствия патологоанатома.

Требования к лаборанту:

1. Наличие допуска к работе в патологоанатомической лаборатории, специальной подготовки по охране труда, в том числе на II квалификационную группу по электробезопасности, отсутствие противопоказаний по состоянию здоровья (в соответствии с инструкцией по охране труда для персонала патологоанатомической лаборатории).

2. Умение готовить гистологические препараты и работать с биологическим микроскопом.

3. Элементарные навыки работы с компьютером с операционной системой Windows (включение, выключение питания, запуск приложений на рабочем столе, переход между приложениями).

4. Навыки работы с прикладным программным обеспечением комплекса.

5. Умение работать с установкой для фотосъемки операционного материала (настраивать освещение операционного материала, выбирать экспозицию для фотосъемки, проводить фотосъемку).

Требования к консультанту:

1. Наличие квалификации врача-патологоанатома.

2. Элементарные навыки работы с компьютером с операционной системой Windows (включение, выключение питания, запуск приложений на рабочем столе, переход между приложениями).

3. Навыки работы с прикладным программным обеспечением комплекса.

Требования к препаратам

Исследуемые макро- и микропрепараты должны быть приготовлены с качеством, достаточным для гистологического исследования в соответствии с Инструкцией по исследованию биопсийного и цитологического материала, утвержденной Министерством здравоохранения СССР (1972 г.).

Макропрепараты перед размещением на предметном столе следует промакивать салфеткой, т.к. растекшаяся жидкость может на изображении интерпретироваться как часть препарата.

На процесс изучения микропрепаратов под микроскопом влияет соблюдение норм вырезки, замораживания и окрашивания срезов ткани. От этого во многом зависит сохранение реальной картины опухоли на препарате, подвергнутом обработке и адекватность оценки наблюдаемых структур. Недопустимо использование препаратов с артефактами, т.е. с дефектами, которые являются помехами при компьютерной диагностике (складки, воздушные пузыри, грязь, посторонние предметы).

Условия проведения автоматизированного анализа

Лаборантский пункт 1, в котором проводится автоматизированный анализ, должен быть оборудован в полном соответствии с требованиями к лабораториям, в которых проводятся исследования биопсийного и операционного материала, в том числе он должен быть оборудован вентиляцией (таблица 1).

Электрооборудование лаборатории должно соответствовать требованиям ОСТ 95 10351, электропитание устройств должно осуществляться через автомат отключения питающего напряжения по перегрузке и электрические розетки, имеющие заземляющий контакт, металлические корпуса устройств должны быть заземлены. Не допускается включение устройств, входящих в систему при снятых крышках корпусов.

Таким образом при реализации предлагаемого способа автоматизированного микроскопического исследования образца, представляющего собой гистологический срез ткани новообразования щитовидной железы, используют систему, состоящую из связанных посредством компьютерной связи 4 лаборантского 1 и консультационного 2 пунктов, каждый из которых содержит компьютер, причем лаборантский пункт 1 дополнительно содержит систему ввода изображений макропрепаратов 6 и систему ввода изображений микропрепаратов 7, соединенные с компьютером 5 лаборантского пункта, при этом предварительно осуществляют получение гистологического среза ткани новообразования щитовидной железы, для чего на лаборантском пункте 1 проводят макроскопическое исследование макропрепарата, представляющего собой операционный материал, содержащий новообразование щитовидной железы. Подготовка операционного материала производится полностью вручную. Кроме того, перед началом исследований осуществляют подготовку системы макроанализа (системы ввода изображений макропрепаратов 6). На этом этапе следует включить питание, настроить освещение, установить рекомендуемый режим съемки (расстояние до цифровой камеры 8 или фотоаппарата, увеличение), загрузить программное обеспечение макроаналаза. Далее разложить операционный материал в соответствии с разметкой, нанесенной на предметном столе устройства позиционирования и освещения. Для того чтобы убедиться в корректности вводимых с фотоустройства (цифровой камеры или фотоаппарата) изображений, необходимо произвести контрольную съемку операционного материала с визуальной оценкой изображений на мониторе компьютера в сравнении с реальным образцом. Проверить физическое подключение к волоконно-оптической сети и настройки TCP IP протокола. Достаточным условием для проведения консультации является отображение страниц интерфейса "консультанта", при обращении к соответствующей ссылке.

Макроскопическое исследование макропрепарата проводят с использованием системы ввода изображений макропрепаратов 6, включающей цифровую фотокамеру 8 и устройство позиционирования и освещения 9. Лаборант устанавливает операционный материал на предметный столик устройства позиционирования и освещения 9 макропрепаратов, заполняет форму запроса на консультацию и производит обзорную фотосъемку операционного материала, в результате которой получает его цифровые изображения, которые передают на консультационный пункт 2.

На консультационном пункте 2 исследуют полученные обзорные снимки в виде цифровых изображений операционного материала и с помощью системы маркирования изображений осуществляют выделение маркировкой макроучастка(ов), представляющего собой новообразование щитовидной железы и/или его характерные участки, например, узел опухоли или капсулу узла, предназначенного для получения гистологического среза. После чего направляют на лаборантский пункт 1 указание на получение увеличенного цифрового изображения этого макроучастка.

После получения на лаборантском пункте увеличенного цифрового изображения макроучастка направляют его на консультационный пункт. При этом указанные операции выделения маркировкой соответствующего макроучастка и получения его увеличенного цифрового изображения повторяют до тех пор, пока на консультационном пункте не определят место выполнения вырезания гистологического среза ткани, после чего на лаборантский пункт направляют указание на выполнения данной операции.

Полученные цифровые изображения макроучастка одновременно изображают на экранах мониторов компьютеров 3 и 5 лаборантского 1 и консультационного 2 пунктов. После чего на консультационном пункте 2 проводят измерения макроучастков новообразования щитовидной железы, при этом измеряют следующие параметры: линейные размеры по большой и малой осям инерции L, периметр Р, площадь S, коэффициент формы К, при этом перед началом измерений определяют масштабный коэффициент для приведения результатов измерений к метрическим единицам длины и площади: , где L=1 см, l - то же расстояние в пикселях изображения, а коэффициент формы рассчитывают по формуле , а на лаборантском пункте в это время могут получать образец в виде гистологического среза ткани новообразования щитовидной железы.

Приготовление микропрепарата может содержать процедуры по заморозке кусочка опухоли в микротоме, фиксации, окраске в гематоксилин-эозине и заключению в бальзам. В результате на лаборантском пункте 1 получают микропрепарат для изучения под микроскопом 11.

Проводят микроскопическое исследование гистологического среза ткани с использованием системы ввода изображений микропрепаратов 7, содержащей микроскоп 11, соединенный с цифровой телекамерой 10 с помощью согласующего модуля 12 для стыковки цифровой телекамеры 10 и микроскопа 11. Предварительно производят подготовку оборудования к исследованиям. На этом этапе лаборант включает питание микроскопа, моторизованного привода предметного столика микроскопа и камеры, загружает программное обеспечение системы микроанализа. Первым необходимым условием работоспособности системы микроскопического анализа служит отсутствие предупреждений о неполадках, когда программное обеспечение загружено.

На лаборантском пункте 1 позиционируют гистологический срез ткани на предметном столе микроскопа 11 и производят первоначально обзорный просмотр, для проведения которого устанавливают четырехкратный объектив и осуществляют его фокусировку.

Затем проводят дистанционный поиск информативных полей на микропрепарате. Для этого на лаборантском пункте проводят автоматическое сканирование, в результате которого получают цифровые изображения гистологического среза ткани, которые выводят на экраны мониторов компьютеров. На консультационном пункте выделяют маркировкой зоны изображений гистологического среза ткани для дальнейшей их детализации. Для этого на лаборантском пункте предметный стол микроскопа 11 автоматически перемещается в указанную область таким образом, чтобы маркированная зона изображений была в поле зрения микроскопа 11, и осуществляют смену объектива микроскопа 11 на объектив с большим увеличением и его фокусировку, и проводят автоматическое сканирование выделенных зон изображений гистологического среза ткани, в результате которого получают увеличенные цифровые изображения выделенных зон изображений гистологического среза ткани, которые выводят одновременно на экраны мониторов компьютеров 3 и 5 лаборантского 1 и консультационного 2 пунктов. Процесс исследования продолжается до тех пор, пока не будут найдены информативные поля микропрепарата, т.е. зоны изображений гистологического среза, содержащие информацию, которая может быть использована при диагностировании.

Полученные увеличенные цифровые изображения выделенных зон изображений гистологического среза ткани описывают с помощью формализованных признаков из заданного набора формализованных признаков, например, форма клеток и/или ядер, размеры ядер и цитоплазмы, расположение ядер по отношению к цитоплазме и т.п.

После этого возможно обращение с помощью компьютера 3 к встроенной информационной системе поддержки принятия решений, содержащей базу знаний по опухолям и заболеваниям. База знаний включает базу эталонных изображений, например, цветные изображения препаратов опухолей, снятые на различных увеличениях объективов х4, х10, х20, х40 (типы объективов), стандартизованные описания к ним в виде набора тех же формализованных признаков, которые используются при реализации способа, с промаркированными на изображениях зонами. Кроме того, встроенная информационная система поддержки принятия решений должна содержать средства поиска сходных изображений, а также соответствующих им случаев заболевании. Совместно с предлагаемым изобретением предполагается использовать уникальную базу данных, которые дают возможность при принятии решений использовать опыт ведущих специалистов-гистологов. Материалом для создания базы данных опухолей послужили 325 случаев опухолей и опухолеподобных процессов (свыше 2500 изображений), относящихся к 15 нозологическим единицам.

Таким образом при обращении к базе данных по полученной при описании Гистологического среза ткани комбинации формализованных признаков из множества эталонных изображений, содержащихся в базе эталонных изображений, отбирают те эталонные изображения, которые имеют сходные комбинации формализованных признаков. После этого осуществляют сравнение полученных изображений выделенных зон изображений гистологического среза ткани с отобранными эталонными изображениями, результаты которого используют для гистологической диагностики новообразования щитовидной железы, при этом на экране монитора компьютера дополнительно отображают данные о вероятности того или иного диагноза при наличии каждой из комбинаций величин параметров и формализованных признаков, имеющихся в отобранных эталонных изображениях, и используют эти данные при сравнении полученных изображений с отобранными эталонными изображениями и установлении диагноза.

Выполнение измерений патологических участков макропрепаратов с помощью автоматизированной системы макроскопического анализа включает следующие основные этапы:

1. Определение исходных данных, таких как назначение измерений, требования к точности измерений, условия выполнения измерений.

2. Формулировка измерительной задачи и описание измеряемых величин.

3. Выбор способа и средств измерений, вспомогательных и других средств.

4. Установление последовательности и содержания операций при подготовке и выполнении измерений, а также обработке промежуточных и окончательных результатов.

5. Организацию и проведение эксперимента по оценке показателей точности измерений.

6. Установление приписанной характеристики погрешности измерений с учетом исходных данных.

7. Разработка процедур и нормативов контроля точности получаемых результатов измерений.

8. Разработка проекта документа на проводимые измерения.

9. Метрологическая экспертиза документа на проводимые измерения.

10. Аттестация проводимых измерений.

Требования к погрешности измерений устанавливаются с учетом всех составляющих (инструментальной, вносимой оператором). Условия измерений задают в виде номинальных значений или границ диапазонов возможных значений влияющих величин.

Измеряемые физические величины а также их диапазоны приведены в Таблице 2.

Набор измеряемых характеристик определяется в соответствии с требованиями описания биопсийного и операционного материала. Измерения проводятся по цветным цифровым изображениям с помощью программы, являющейся частью программного обеспечения автоматизированной дистанционной гистологической диагностики. На первом этапе выбирается наиболее информативное изображение, на котором четко видны патологические участки. Перед проведением измерений вводятся масштаб и измеряемая величина. Затем пользователь в интерактивном режиме отмечает границы областей, параметры которых автоматически рассчитываются и заносятся в формализованное макроскопическое заключение.

При получении изображений исследуемый материал располагается на предметном столе устройства позиционирования и освещения 9, на котором нанесена масштабная сетка. С помощью масштабной сетки производится проверка работоспособности системы перед началом измерений и визуальный контроль со стороны пользователя во время выполнения измерений.

Как правило, проводятся четыре типа измерений на изображении макропрепарата: линейные размеры объектов по большой и малой осям инерции L, периметр патологической области Р, площадь S, коэффициент формы К.

Перед началом измерений определяется масштабный коэффициент для приведения результатов измерений к метрическим единицам длины и площади. , где L=1 см, l - то же расстояние в пикселях изображения. Коэффициент формы рассчитывается по формуле .

Требования к погрешности измерения.

В отсутствие автоматизированных средств измерений морфологических характеристик макропрепаратов в медицинской практике указанные измерения проводят вручную с помощью линейки. Аттестованная погрешность линейки при определении расстояния между двумя точками равна ±1 мм. В реальных условиях проведенные опыты показали, что на глаз врач определяет линейный размер опухоли (который составляет в большинстве случаев 3-4 см) с погрешностью ±3 мм, что составляет ≈±(7-10)%. При этом площадь определяется путем произведения размеров осей инерции, таким образом, круглая форма аппроксимируется квадратом, что приводит к возрастанию погрешности.

С использованием автоматизированной системы макроскопического анализа можно повысить точность измеряемых параметров. Для тех же типичных размеров опухолей погрешности измерений системы устанавливаются на следующем уровне - см. Таблицу 3.

При выполнении измерений задают измеряемый параметр, настраивают масштаб, задают границы измеряемой области: для линейного размера - максимально удаленные друг от друга точки, принадлежащие патологической области, для периметра и площади - пограничный контур измеряемого объекта.

Линейные параметры выводятся пользователю на экран в сантиметрах, площадные - в квадратных сантиметрах с двумя значащими цифрами после запятой. Автоматически они заносятся в соответствующие указываемые пользователем поля. От пользователя не требуется специальной обработки результатов измерений. Все процедуры расчета и масштабирования автоматизированы.

На фиг.2 показана структура программного обеспечения экспертной системы, которая может использоваться для реализации предлагаемого способа. Как видно из фиг.2, пользователь через пользовательский интерфейс может использовать различные подсистемы. Помимо используемой непосредственно при анализе образца подсистемы анализа данных, связанной с базой данных эталонных изображений и описаний, система может содержать подсистему пополнения базы, которая содержит программное обеспечение для введения в базу данных эталонных изображений и описаний, новых данных в том числе, и изображений, полученных в результате проводимого исследования образца. Кроме того, может быть задействована подсистема обучения пользователя, которая содержит программное обеспечение для проведения обучения на основе имеющейся базы данных, например, для повышения профессионального уровня или контроля уровня знаний как специалистов, так и студентов. Помимо этого система с помощью подсистемы редактирования признаков и нозологических форм обеспечивает возможность проведения редактирования в базе данных признаков и нозологии.

На фиг.3 представлена блок-схема, иллюстрирующая методику работы с экспертной системой принятия решений. Как уже указывалось, может быть выбран один из трех режимов работы: диагностика, пополнение (редактирование) и обучение (тренинг).

Режим пополнения (редактирования) включает пополнение (своего рода обучение экспертной системы) новыми случаями-эталонами. Кроме того, он предусматривает возможность (не показано на блок-схеме) динамическое редактирование формализованных списков информативных формализованных признаков и нозологических форм. При этом следует отметить, что в данном случае эталонами называют морфологически подтвержденные случаи заболеваний, описанные экспертами. Эксперт вводит изображения гистологических препаратов из файла или с камеры, вводит данные, образующие описание изображений в заданном признаковом пространстве, а также наносит соответствующую информативным признакам графическую разметку на изображениях. Затем эти случаи заносятся и сохраняются в эталонной базе знаний.

В режиме обучения предусматривается изучение эталонной базы, допускается просматривать все имеющиеся в базе знаний изображения по выбранным нозологическим единицам, любым формализованным признакам, их комбинациям, изучать отдельные промаркированные признаки, наиболее характерные для выбранных нозологии, а также описания, разработанные ведущими экспертами в области гистологической диагностики опухолей, и сопоставлять их со своими. После освоения принципов организации знаний, заложенных в базу, переходят к сценарию тренинга. Этот сценарий включает описание по признакам случайно выбранного из базы данных случая заболевания, представленного рядом изображений, постановка предположительного диагноза, сравнение своего диагноза и описания с эталонными. Сценарий контроля знаний (условно экзамена) отличается от тренинга функцией автоматического подсчета числа просмотренных случаев и количества правильных ответов.

В режиме диагностики, который предполагается использовать при реализации предлагаемого способа, стратегия диагностики с использованием системы поддержки принятия решений может быть выстроена по двум основным сценариям, которые могут использоваться вместе или по отдельности: интерактивный электронный атлас или экспертная система.

В режиме интерактивного электронного атласа, схожего с рутинным способом диагностики, предусмотрен выбор режима поиска: по признакам или по нозологиям, ввод признаков, отбор случаев из базы с заданной комбинацией признаков, выбор нозологии и просмотр (сравнение) результатов поиска с исследуемым. Данный режим обладает неоспоримыми преимуществами: возможность быстрого поиска изображений по признакам или нозологиям, изображения снабжены уточнениями диагноза, комментариями, специальной разметкой, акцентирующей внимание на информативные признаки, возможность вывода на принтер изображений и сопровождающей информации, функция просмотра изображений с заданной комбинацией признаков в рамках определенных нозологических единиц и их сравнение.

В режиме экспертной системы задачей является определение класса К (нозологическая форма), к которому с наибольшей вероятностью принадлежит исследуемый объект Х (случай заболевания). Для этого из полученного для исследуемого образца перечня формализованных информативных признаков задается комбинация признаков, в которых пользователь наиболее уверен, а система осуществляет автоматический поиск всех случаев с аналогичной комбинацией в базе знаний, на основании которых осуществляется классификация. Далее можно просмотреть в процентном отношении, каким образом распределены эти случаи на пространстве всех заложенных в базу нозологических форм. Возможны также пути сужения диагностических рамок путем ужесточения условий поиска за счет добавления новых признаков. Окончательное решение остается за пользователем, а система в данном случае выступает в роли "виртуального консилиума" экспертов и может ориентировать его в рамках диагностического процесса.

Таким образом в предложенном способе автоматизированного микроскопического исследования образца, по существу представляющем собой способ гистологической экспресс-диагностики, реализован автоматизированный способ исследования с использованием новых информационных технологий, средств дистанционных (телемедицинских) консультаций и систем обработки изображений, что выводит решение проблемы гистологической диагностики опухолей на принципиально новый уровень за счет повышения объективности и точности исследований и, как следствие, достоверности диагнозов.

Таблица 1
Условия выполнения измерений
Температура окружающей среды	от +18 до +25 С
Относительная влажность	от 60 до 80%
Атмосферное давление	от 86 до 104 кПа

Таблица 2
	Измеряемая физическая величина	Обозначение	Единицы измерения	Диапазон изменения измеряемой величины
1	Расстояние между опорными точками	L	см	0,5-10
2	Периметр выделенного объекта	Р	см	3-30
3	Площадь вы деленного объекта	S	см2	0,8-78
4	Коэффициент формы	К	безразмерный	1-2

Таблица 3
	Измеряемая физическая величина	Погрешность системы
1	Расстояние между опорными точками	±3%
2	Периметр выделенного объекта	±3%
3	Площадь выделенного объекта	±3%
4	Коэффициент формы	±5%

1. Способ автоматизированного микроскопического исследования новообразования щитовидной железы, в котором используют систему, состоящую из связанных посредством волоконно-оптической компьютерной связи лаборантского и консультационного пунктов, каждый из которых содержит компьютер, причем лаборантский пункт дополнительно содержит систему ввода изображений макропрепаратов и систему ввода изображений микропрепаратов, соединенные с компьютером лаборантского пункта, при этом на лаборантском пункте осуществляют подготовку системы ввода изображений макропрепаратов, включающей цифровую фотокамеру и устройство позиционирования и освещения, проводят с ее помощью макроскопическое исследование макропрепарата, представляющего собой операционный материал, содержащий новообразование щитовидной железы, в ходе которого проводят обзорную фотосъемку операционного материала, в результате которой получают его цифровые изображения, которые передают на консультационный пункт, на котором на цифровых изображениях операционного материала осуществляют выделение маркировкой макроучастка, представляющего собой новообразование щитовидной железы и/или его характерные участки, например, узел опухоли или капсулу узла, предназначенного для получения гистологического среза ткани, и направляют на лаборантский пункт указание на получение увеличенного цифрового изображения этого макроучастка, а после получения на лаборантском пункте увеличенного цифрового изображения макроучастка направляют его на консультационный пункт, при этом указанные операции выделения маркировкой соответствующего макроучастка и получения его увеличенного цифрового изображения повторяют до тех пор, пока на консультационном пункте не определят место выполнения вырезания гистологического среза ткани, после чего на лаборантский пункт направляют указание на выполнение данной операции, при этом полученные цифровые изображения макроучастка одновременно изображают на экранах мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, после чего на консультационном пункте проводят измерения макроучастка новообразования щитовидной железы, при этом измеряют следующие параметры: линейные размеры по большой и малой осям инерции L, периметр Р, площадь S, коэффициент формы К, а коэффициент формы рассчитывают по формуле

,

причем перед началом измерений определяют масштабный коэффициент для приведения результатов измерений к метрическим единицам длины и площади

,

где l=1 см, l - то же расстояние в пикселях изображения, а на лаборантском пункте получают гистологический срез ткани новообразования щитовидной железы и осуществляют подготовку полученного гистологического среза ткани для микроскопического исследования, проводят микроскопическое исследование гистологического среза ткани с использованием системы ввода изображений микропрепаратов, содержащей микроскоп, соединенный с цифровой телекамерой с помощью согласующего модуля для стыковки цифровой телекамеры и микроскопа, при проведении которого позиционируют гистологический срез ткани на предметном столе микроскопа, производят первоначально обзорный просмотр, для проведения которого устанавливают 4-х кратный объектив и осуществляют его фокусировку, проводят дистанционный поиск информационных полей, содержащих информацию, которая может быть использована при диагностировании, при этом проводят автоматическое сканирование, в результате которого получают цифровые изображения гистологического среза ткани, которые выводят на экраны мониторов компьютеров, на консультационном пункте выделяют маркировкой зоны изображений гистологического среза ткани для дальнейшей их детализации, осуществляют смену объектива микроскопа на объектив с большим увеличением и его фокусировку, проводят автоматическое сканирование выделенных зон изображений гистологического среза ткани, в результате которого получают увеличенные цифровые изображения выделенных зон изображений гистологического среза ткани, которые выводят одновременно на экраны мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, описывают полученные изображения с помощью формализованных признаков из заданного набора формализованных признаков, по полученной комбинации формализованных признаков средством поиска сходных изображений и соответствующих им случаев заболеваний отбирают из множества эталонных изображений, содержащихся в базе эталонных изображений, те эталонные изображения, которые имеют сходные комбинации формализованных признаков, после чего осуществляют сравнение полученных изображений выделенных зон изображений гистологического среза ткани с отобранными эталонными изображениями, результаты которого используют для гистологической диагностики новообразования щитовидной железы, при этом на экране монитора компьютера дополнительно отображают данные о вероятности того или иного диагноза при наличии каждой из комбинаций величин параметров и формализованных признаков, имеющихся в отобранных эталонных изображениях, и используют эти данные при сравнении полученных изображений с отобранными эталонными изображениями и установлении диагноза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно между лаборантским и консультационным пунктами осуществляется постоянная двухсторонняя аудио-связь.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на лаборантском пункте дополнительно формируются и направляются на консультационный пункт исходные данные по больному.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для управления получением изображений и передачей изображений в компьютер на лаборантском пункте используют ножные педали.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на консультационном пункте при получении изображения макроучастка макропрепарата в случае необходимости осуществляют дистанционное управление системой получения изображений макропрепарата для позиционирования макроучастка макропрепарата.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на консультационном пункте дополнительно формируется информационный пакет, содержащий результаты измерений величин параметров Р, L, S и описание новообразований с прилагаемыми полученными соответствующими изображениями и оформленным протоколом для размещения в базе данных.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что выполнение измерений, формирование описания новообразования и оформление протокола на консультационном пункте осуществляется во время проведения на лаборантском пункте вырезки среза ткани и его приготовления для микроскопического исследования.