Роль и место компьютерного макроанализа в морфологической

УДК 004.9:61(06) Компьютерные медицинские системы
Г.Г. АВТАНДИЛОВ4, Е.Ю. БЕРДНИКОВИЧ,
Ю.П. ГРИБУНОВ3, А.С. ЖДАНОВ2, М.Г. ЛЕВАДНАЯ2,
В.Г. НИКИТАЕВ, Н.Н. ПЕТРОВИЧЕВ1, А.Н. ПРОНИЧЕВ,
В.А. СТЕПАНОВ5, Е.В. ЖОГА6, Н.Г. ЗЕЛЕНОВА7
Московский инженерно-физический институт (государственный университет),
1Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН,
2Клиническая больница №6 Федерального медико-биологического агентства,
3Центральная клиническая больница Главного медицинского
управления УД Президента РФ,
4Российская медицинская академия последипломного образования при МЗСР РФ,
5Клиническая больница №83 Федерального медико-биологического агентства,
6Центральная медсанчасть №51 Федерального медико-биологического
агентства, Железногорск,
7Центральное патологоанатомическое бюро, Астрахань
РОЛЬ И МЕСТО КОМПЬЮТЕРНОГО МАКРОАНАЛИЗА
В МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ ОПУХОЛЕЙ
Обсуждается диагностическое значение макроанализа операционного
материала при проведении гистологического исследования опухолей.
Проанализированы основные информативные признаки, определяющие характер
патологических процессов в органах. Определены ключевые проблемы, связанные
с оценкой этих признаков “вручную”. Представлены главные направления
автоматизации макроанализа.
Морфологическое исследование операционного материала начинается
с макроскопического изучения удаленного органа. Грамотное
макроскопическое описание выявленных патологических изменений
нередко позволяет предположить дальнейший гистологический диагноз.
Однако между патологоанатомами различных школ существуют
разногласия в оценке диагностической значимости макроскопического
анализа гистологических препаратов и определении актуальных
направлений его автоматизации. Бытует мнение, что макроскопическое
описание имеет в основном протокольное значение. С этой целью в
данной работе специалистами медицинских центров страны и кафедры
компьютерных медицинских систем МИФИ обсуждаются роль и место
макроанализа (с точки зрения диагностической значимости),
анализируются проблемные вопросы автоматизации его процедур,
определяются приоритетные направления.
________________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
300
УДК 004.9:61(06) Компьютерные медицинские системы
Макроскопический анализ заключается в определении размеров, цвета,
консистенции, характера поверхности органа, его внешнего вида на
разрезе. При этом определяют количество и местоположение опухолевых
узлов, размеры, форму, цвет каждого из них, наличие капсулы. Обращают
внимание на вторичные изменения в виде очагов некроза, склероза,
кровоизлияний, кистозных полостей, часто встречающиеся при опухолях
и опухолеподобных процессах. Необходимо также охарактеризовать
окружающую ткань (вид, цвет, консистенцию и т.д.), так как опухоли
часто развиваются при определенных фоновых патологических
процессах.
Размер органа при наличии опухоли нередко увеличивается, при
маленьких опухолях - остается в пределах нормы. Для выражения объема
в описании указывают три размера: длину, ширину и толщину. Размер
каждого опухолевого узла на разрезе выражают двумя числами (длиной и
шириной). Однако эти параметры (без учета формы объекта) чаще всего
не отражают истинной площади поражения.
Поверхность органа при множественных выбухающих опухолевых
узлах становится бугристой. В ряде случаев, в зависимости от формы
опухоли и глубины ее расположения, могут появляться западения. Некроз
опухолевой ткани приведет к возникновению дефекта (изъязвления).
Здесь отметим одно важное обстоятельство. До настоящего времени у
врачей
отсутствуют
объективные
(количественные)
критерии,
характеризующие поверхность опухоли. В связи с чем спорные вопросы –
давать или не давать описания поверхности пораженных органов
зависают в воздухе.
Вид органа на разрезе обычно неоднороден. Опухоль в большинстве
наблюдений резко отличается от окружающих тканей.
Граница опухоли может быть четкой и нечеткой. Доброкачественные
опухоли четко отграничены от окружающих тканей. Граница
злокачественных опухолей нечеткая, смазанная.
Наличие капсулы присуще лишь доброкачественным опухолям.
Прорастание в соседние органы и метастазирование характерно для
злокачественных опухолей. Для радикального хирургического лечения
рака может потребоваться удаление целого комплекса близко
расположенных пораженных органов.
Форма
новообразования оценивается как правильная (округлая,
овальная) или неправильная. Доброкачественные опухоли обычно имеют
правильную форму, злокачественные – неправильную, причудливую.
Опухолевые узлы иногда сливаются между собой.
________________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
301
УДК 004.9:61(06) Компьютерные медицинские системы
Консистенция органа и опухолевого узла определяется при
ощупывании. Опухоль может быть более плотной или более мягкой, чем
окружающая ткань.
Цвет имеет наибольшее значение при макроскопическом изучении
нефиксированного операционного материала, присылаемого для экспрессбиопсий. Цвет опухоли, как правило, отличается от окружающей ткани.
Отмытые и обескровленные органы, лишенные пигментов, имеют
белесоватый оттенок. Наличие крови в микрососудах придает им оттенки
красного цвета с примесью серого. Очаги некроза приобретают бледножелтый или желто-серый цвет, участки склероза – бывают белыми или
бело-серыми. Присутствие пигментов обусловливает многообразие
цветовой гаммы. Однако главная проблема заключается в том, что
цветовые определения в повседневной диагностической практике даются
произвольно, субъективно, что вызывает неоднозначность трактовки
этого признака разными врачами.
(Для объективизации выявленных изменений Г.Г. Автандиловым
предложена шкала цветов и определенная система их обозначения. Цвет
объекта, не соответствующий образцам шкалы, но приближающийся к
одному из них, определяется как «близкий» к этому оттенку.
Спектральные цвета различной интенсивности сочетаются с серым
цветом.)
Вторичные изменения (очаги некроза, склероза, формирование кист,
кровоизлияния) могут наблюдаться как в доброкачественных, так и в
злокачественных новообразованиях.
Продемонстрировать диагностическое значение макроанализа можно
на примере опухолей и опухолеподобных заболеваний молочной железы.
Фиброаденома – доброкачественная опухоль молочной железы,
плотное округлое или овальное инкапсулированное образование, белосерого цвета, дольчатого строения, хорошо отграниченное от
окружающих тканей.
Макроскопическая картина рака молочной железы нередко позволяет
поставить диагноз с высокой степенью вероятности. Встречаются две
основные типичные формы. Первая представляет собой серо-розовый
узел хрящевидной плотности с нечеткими границами и западением в
центре. Опухолевая ткань в виде беловатых («меловых лучей»)
внедряется в прилежащую ткань. Между лучами выбухают дольки
жировой ткани. Вследствие атрофии жировой ткани и отека кожи
образуется «лимонная корочка». Другая форма рака молочной железы
характеризуется
наличием
крупного,
хорошо
очерченного
________________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
302
УДК 004.9:61(06) Компьютерные медицинские системы
полупрозрачного узла без капсулы, мягкой консистенции бело-серого
цвета, напоминающего ткань мозга (медуллярный рак). Характерную
макроскопическую картину имеет угревидный рак: ткань молочной
железы пронизана желтовато-серыми тяжами (расширенными протоками),
из которых на разрезе выдавливаются крошковидные желтоватые массы.
Важнейшим опухолеподобным процессом, развивающимся в
молочной железе, является фибро-кистозная болезнь (фибрознокистозная мастопатия). Макроскопически отмечается чередование
желтой (жировой) и плотной бело-серой (фиброзной) ткани, видны
расширенные протоки в виде переплетающихся жгутов, при надавливании
из них выделяются полужидкие сливкообразные массы темно-серого
цвета, нередко встречаются кисты различных размеров.
Анализ предметной области и объектной среды, а также опыт
разработки и внедрения совместно с медицинскими центрами страны
компьютерных систем гистологической диагностики позволяют
сформулировать следующие ключевые проблемы, характерные для
рассматриваемой предметной области.
1. Дефицит атласов патологий (как на бумажных носителях, так и
электронных),
содержащих
макроскопические
изображения
разновидностей опухолей с описаниями их характеристик. Диагност
вынужден опираться в основном на личный опыт.
2. Субъективность словесного описания врачом цвета макропрепарата
(зоны опухоли). Проводится визуально, восприятие цвета человеком
зависит от его индивидуальных особенностей, условий освещения и др.
3. Слабая информативность классических (ручных) методов
морфологических измерений на макрообъектах. Проводятся в основном с
помощью обычной линейки, что обусловливает малое количество
измеряемых характеристик (в основе линейные размеры) и низкую
точность.
4. Проблема стандартизации врачебных описаний. Как правило,
макроскопическое описание препарата записывается в произвольной
форме, что затрудняет однозначную трактовку описаний врачами разных
школ. Кроме того, содержательная сторона описания во многом зависит
от квалификации и литературного стиля врача-диагноста.
5. Кадровая проблема. Так, высококвалифицированных специалистов
по гистологической диагностики в стране единицы, сосредоточены они в
основном в медицинских центрах. В некоторых клиниках вообще
отсутствует врач-патологоанатом.
________________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
303
УДК 004.9:61(06) Компьютерные медицинские системы
6. Отсутствие электронных учебных пособий, в том числе для
дистанционного образования.
Внедрение компьютерных систем макроанализа в повседневную
практику патологоанатомического отделения позволит улучшить качество
диагностики при исследовании интраоперационных и плановых биопсий
[1].
Для
выявления
основных
направлений
автоматизации
макроскопического анализа во время проведения хирургических операций
был проведен анализ его ключевых этапов (рис.1).
Забор
материала
хирургом
Визуальный
анализ
операционного
материала
Визуальный
анализ
опухоли на
разрезе
Вырезка
информативной
зоны для
приготовления
микропрепарата
Рис.1. Структурная схема макроскопического анализа
Визуальный анализ операционного материала и опухоли на разрезе
связан с определением количественных и качественных характеристик
объектов, описанных выше, вырезка информативной зоны – с выбором
информативного объекта для микроскопического исследования.
Использование измерительной компьютерной системы на базе обработки
изображений позволит реализовать более точные методы измерений
морфологических и цветовых свойств объектов, а использование
компьютерных формализованных форм макроописаний решит проблему
стандартизации врачебных заключений [2]. Автоматизация последнего
этапа (вырезка информативной зоны) актуальна в случае, если
квалификации медицинского персонала на месте недостаточно для
определения информативной зоны макропрепарата для вырезки. Эта
проблема решается путем применения методов и средств удаленного
видеоуправления вырезкой с помощью квалифицированного эксперта.
Наряду с измерительной системой, в состав компьютерной системы
макроанализа гистологических препаратов должна входить экспертная
система, аккумулирующая знания и опыт врачей-патологоанатомов.
Также системы призваны выполнять не только диагностическую, но и
учебную роль. Они могут быть эффективно использованы студентами
медицинских вузов, интернами, ординаторами, с целью повышения
квалификации патологоанатомов и врачей других специальностей,
которым по роду деятельности необходимо правильно оценивать
макроскопические изменения в органах и тканях (хирургов, онкологов,
врачей, специализирующих в эндоскопии).
________________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
304
УДК 004.9:61(06) Компьютерные медицинские системы
В ноябре 2004г. в рамках школы повышения квалификации врачейпатологоанатомов России, организуемых Российской медицинской
академией последипломного образования, Российским онкологическим
научным центром им. Н.Н. Блохина РАМН и МИФИ, заведующим
кафедрой компьютерных медицинских систем В.Г. Никитаевым
проводилось обучение врачей по разделу “Новые информационные
технологии в гистологической диагностике”. Слушателями были врачи
Центрального
патологоанатомического
бюро
г.
Астрахань,
Патологоанатомического института г. Брянска, Центральной медсанчасти
№51 Федерального медико-биологического агентства (г. Железногорск),
Городского
онкологического
диспансера
г.
Саратова,
Патологоанатомического бюро г. Волгограда.
В ходе дискуссии по итогам обучения врачами различных
патологоанатомических школ из указанных выше городов России была
подтверждена актуальность поставленных здесь проблем макроанализа в
морфологической диагностике опухолей и обоснованность путей их
решения.
Список литературы
1. Михайлов В.Н., Бердникович Е.Ю., Зайцев С.М., Мелекесов Э.В., Мещеряков В.В.,
Никитаев В.Г., Проничев А.Н. Компьютерная система макроскопического анализа. //
Научная сессия МИФИ-2003. Сб. науч. тр. в 14 томах. М.: МИФИ, 2003. Т.1. 239 с.
2. Михайлов В.Н., Бердникович Е.Ю., Зайцев С.М., Матвеев Г.Н., Никитаев В.Г.,
Павловская А.И., Петровичев Н.Н., Проничев А.Н., Степанов В.А. Формализация
макроскопического описания препаратов щитовидной железы при гистологической
диагностике.// Научная сессия МИФИ-2002. Сб. науч. тр. в 14 томах. М.: МИФИ, 2002. Т.1.
237 с.
________________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
305