PBS2/A9/21/2013

Projekt realizowany przez konsorcjum: Wojskowy Instytut Medyczny, Politechnika Warszawska oraz Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza PAN

Kierownik projektu: prof. nadzw. dr inż. Tomasz Markiewicz

Koordynator projektu w IBIB PAN: dr Anna Korzyńska

Projekt realizowany od 27.09.2013 do 26.09.2016

Celem projektu jest zaprojektowanie i zrealizowanie platformy internetowej komputerowej analizy obrazów mikroskopowych wspomagającej współczesną diagnostykę patomorfologiczną. Platforma będzie umożliwiała:
• Analizę ilościową obrazów histopatologicznych wybranych barwień i tkanek za pomocą algorytmów firmowanych przez zespół lub poszczególnych autorów. Analiza będzie dotyczyła zarówno obrazów pojedynczych pól widzenia oraz obszarów wskazanych półautomatycznie na wirtualnych preparatach
• Archiwizację obrazów mikroskopowych tkanek, ich przeglądanie oraz wyszukiwanie konkretnych przypadków chorobowych, pacjentów, odczynów itp. z zachowaniem bezpieczeństwa danych medycznych
• Bezpłatny dostęp do platformy dla zarejestrowanych lekarzy, naukowców oraz studentów zarówno w trybie wyłączności dostępu do danych jak i w trybie grupowym tzn. zapewniając wspólny dostęp do wybranych danych, wzajemne konsultacje i prowadzenie badań naukowych.

Strategicznym celem związanym z niniejszym projektem jest zbudowanie wygodnego w użyciu, bezpłatnego i bezpiecznego systemu wspomagającego ocenę obrazów preparatów histologicznych dla laboratoriów diagnostycznych w Zakładach Patomorfologicznych w Polsce. Taki system przyśpieszy i zwiększy obiektywności oceny zmian chorobowych wykonywanych za pomocą wybranych barwień tkanek oraz zwiększy możliwości prowadzenia badań naukowych.

Opis potencjału aplikacyjnego wyników projektu
Leczenie nowotworów przy zastosowaniu nowoczesnych środków leczniczych wymaga precyzyjnej diagnozy wstępnej dotyczącej rozpoznania rodzaju i zaawansowania schorzenia jak również określenia podatności danego pacjenta na określony rodzaj leczenia. Jednym z badań diagnostycznych jest w tym przypadku analiza obrazu mikroskopowego tkanki, powstałego przy zastosowaniu odpowiedniego barwienia czy odczynu, charakteryzującego określony rodzaj choroby. Analiza obrazu polega na rozpoznaniu występujących na obrazie komórek i przypisaniu ich do określonej klasy immunoujemnych oraz immunododatnich. W niektórych przypadkach może wystąpić również potrzeba określenia stopnia immunoreaktywności. Wyniki w postaci odpowiednich wskaźników liczbowych (np. MKI index, ligand binding faktor czy wskaźnik H) umożliwiają podjęcie decyzji co do możliwości i sposobu leczenia pacjenta. W polskich szpitalach ocena obrazu tkanki jest wykonywana przez lekarza. Jest to proces czasochłonny (nawet kilka minut dla jednego odczynu), a ponadto jego wynik jest obarczony błędami wynikającymi z osobniczej lub czasowej sprawności aparatu wzrokowego (zmęczenia oczu czy gorsza koncentracja) osoby wykonującej badania oraz z przyjętych założeń co do progów i poziomów odcięcia podczas wzrokowej klasyfikacji. Wiele zmian histologicznych jest oznaczanych pobieżnie ponieważ są trudne do opisania w ocenie manualnej (np. komórki powiększone, ale brak informacji ilokrotnie w stosunku do innych referencyjnych komórek). Ponadto standardem światowym staje się skanowanie całych preparatów a nie wyrywkowa ocena kilku obszarów wybranych przez diagnozującego. Dzięki temu uzyskujemy możliwość analizy większych obszarów lub wręcz całego pola preparatu. Skanowanie do postaci cyfrowej daje dodatkowe możliwości bezstratnego przechowywania preparatu i tworzenia jego wiernych kopii w celach edukacyjnych lub konsultacyjnych.
Rozwój techniki znacznikowania chemicznego oraz ciągle nie w pełni wykorzystany ogromny ich potencjał diagnostyczny jest podstawową przesłanką do podjęcia badań nad metodami i algorytmami morfometrii ilościowej wspomaganej komputerowo. Metody komputerowej analizy obrazów mikroskopowych mogą pomagać lekarzowi w diagnostyce nowotworów i innych zmian chorobowych w patomorfologii. Przewidziane w projekcie opracowania ilościowych metod oceny umożliwią w istotny sposób wspomaganie diagnostyki i badań nad zmianami patologicznymi tkanek. Wykonywanie analiz morfometrycznych automatycznie wysegmentowanych obiektów w obrazie przyśpieszy pracę lekarza, pozostawiając mu zadecydować w przypadkach spornych niejednoznacznych. Opracowanie metod standaryzacji i korekcji barw, metod analizy obrazów wielkoobszarowych pozwoli na poszerzenie możliwości wspomagania diagnostyki patomorfologicznej. Planowana dostępność zaimplementowanych narzędzi poprzez platformę internetową umożliwi ich wykorzystanie przez różne ośrodki diagnostyczne w prowadzonych badaniach naukowych jak i diagnostyce klinicznej oraz przyczyni się do unifikacji procedur i kryteriów oceny.
Zaoferowanie lekarzom patomorfologom narzędzia wspomagającego ich pracę w postaci platformy internetowej zapewniającej dostęp do systemu komputerowej analizy obrazów mikroskopowych wydaje się być bardzo pomocne w wykonywaniu czasochłonnych analiz ilościowych wybranych odczynów immunohistochemicznych, jak również zwiększy wiarygodność i porównywalność wyników tych badań. Bezpłatny dostęp do platformy ograniczyłby koszty związane z potencjalnym zakupem indywidualnych systemów do analizy obrazów w poszczególnych laboratoriach diagnostycznych. Ponadto, możliwość umieszczania w bazie stowarzyszonej z platformą obrazów wybranych pól widzenia lub zeskanowanych całych preparatów umożliwiłaby przeprowadzanie konsultacji pomiędzy ośrodkami. Ważnym atutem proponowanej platformy jest możliwość tworzenia grup badawczych pracujących na wspólnej bazie przypadków chorobowych. Historia analiz i konsultacji będzie również cennym materiałem dydaktycznym obrazów, który za zgodą ich autorów można będzie wykorzystać podczas procesu uczenia lekarzy specjalistów. Wydaje się, że wymienione tutaj założenia projektu będą w niedługim czasie światowym standardem tworzenia i przechowywania informacji medycznej dotyczącej nie tylko patomorfologii, ale wszystkich działów diagnostyki klinicznej.

Podsumowując, wyróżnić można następujące najważniejsze zastosowania proponowanej platformy diagnostycznej:
1. Wspomaganie analizy ilościowej odczynów na podstawie obrazów wybranych pól widzenia – dotyczy to głównie mniejszych laboratoriów patomorfologicznych nieposiadających skanera preparatów szkiełkowych, a wyłącznie mikroskop z aparatem fotograficznym do robienia zdjęć. Również tego typu użycie platformy dotyczy przypadków, kiedy nie jest konieczna analiza całych preparatów.
2. Wspomaganie analizy ilościowej odczynów z wykorzystaniem wirtualnych preparatów – dotyczy to laboratoriów patomorfologicznych posiadających skaner preparatów szkiełkowych.
3. Konsultacje przypadków na podstawie umieszczonego na platformie materiału obrazowego.
4. Prowadzenie badań naukowych w zespołach wieloośrodkowych wspomaganych bazą przypadków umieszczonych na platformie.

Zakres pracy IBIB im. Macieja Nałęcza PAN obejmuje:
- udział w projektowaniu bazy informacji o obrazach i wirtualnych slajdów,
- oprogramowanie do analizy obrazów tkanek barwionych immunohistochemicznie dotychczas publikowanych oraz nowopowstałego,
- oprogramowanie do weryfikacji jakości przysłanych na platformę obrazów zewnętrznych użytkowników,
- oprogramowanie do standaryzacji obrazów.