Применение информатики в работе патологоанатома: обучение составлению и использованию цифрового архива изображений макропрепаратов

Полный текст

Определение информатики как науки о методах и процессах сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации с применением компьютерных технологий, обеспечивающих возможность ее использования для принятия решений, известно сегодня каждому образованному человеку [5]. Медицинская информатика — это отрасль науки, которая ориентирована на биомедицинскую информацию. Она изучает закономерности и методы получения, хранения, обработки и использования знаний в медицинской науке и практике с целью профилактики и лечения болезней. Однако быстро развивающаяся сегодня во всем мире отрасль информатики в области патологической анатомии («pathology informatics») находится все еще на пути становления в отечественном здравоохранении. Поэтому даже не каждый врач знаком с термином «pathology informatics», или патоморфологическая информатика. Справедливо заметить, что в нашей стране внедрением информатики в медицинскую практику и патологическую анатомию, в частности, занимались такие исследователи, как И.М. Воронцов, Е.В. Гублер, М.О. Иоффе, И.П. Кульбуш, Н.Н. Мельников, В.Г. Часнык, В.В. Шаповалов, В.В. Юрьев [2, 3].

К сожалению, широкого распространения их идеи в практике патологоанатомов в то время не получили. «Pathology informatics» возникла как ответ на огромное количество диагностически важной морфологической информации и попытку наилучшего ее хранения и использования. Основными составляющими «Pathology informatics» можно считать цифровые изображения, телеконсультации и майнинг или сбор электронных данных. Цифровые изображения макропрепаратов или гистологических препаратов — это огромный архив данных по патологической анатомии в электронном формате. Эти изображения используют для обучения, диагностики, консультации и научных исследований. Телепатология, как раздел телемедицины, уже сегодня стала неотъемлемой частью работы патологоанатома во всем мире. Однако на практике сегодня, когда речь заходит о «цифровой патологии», в основном подразумевается работа с цифровым изображением гистологических микропрепаратов. Цифровому изображению макропрепаратов уделяется значительно меньше внимания. Такое отношение, на наш взгляд, представляется совершенно необоснованным, так как уже сегодня фотография клинического тканевого образца — неотъемлемая часть патологоанатомического заключения и электронной медицинской истории болезни, а интегрированная в лабораторную информационную систему [7, 11] она является частью юридического документа.

Учитывая, что многие цифровые системы документации секционного и операционного материала, встроенные в современные станции вырезки, позволяют производить непрерывную видео- и аудиозапись в течение всего процесса макроскопического исследования, некоторые специалисты полагают, что этого вполне достаточно [18].

Однако мы не согласны с такой точкой зрения. Огромное количество цифровой видеоинформации, записанной на станции вырезки, не только требует огромных объемов для хранения, но и затрат времени для ее просмотра. В большинстве случаев такое трудозатратное использование ресурсов совершенно необоснованно. Более того, не все макропрепараты требуют обычной цифровой фотосъемки, а тем более видеодокументации [13]. В условиях повсеместно возрастающей нагрузки на врача-патологоанатома очень важными, по мнению авторов статьи, являются вопросы: что необходимо фотографировать обязательно, как фотографировать, и в какой последовательности?

Целью нашего исследования стали:

1) критический анализ современной литературы по фотосъемке макропрепаратов в патологической анатомии и составление перечня медицинских случаев, которые требуют обязательной фотодокументации;

2) разработка практических рекомендаций по проведению съемки макропрепаратов;

3) оценка возможностей использования цифровой фотографии макропрепарата для дифференциальной диагностики на основе цифрового анализа.

Литература, посвященная данной тематике, на русском языке немногочисленна и в основном представлена работами по судебно-медицинской фотографии [4, 6, 19].

Зарубежная литература по фотографии в практике врача-патологоанатома в основном посвящена оборудованию для фотосъемки, различным аппаратным средствам и программному обеспечению, которое используется для переноса и хранения цифровых фотографий [10, 14, 16].

Всего несколько работ посвящены технике и стратегии высококвалифицированной съемки макропрепаратов [8, 15, 17, 20].

Объединив в единое целое данные литературы и многолетний собственный опыт, мы предлагаем следующий перечень случаев, требующих обязательной фотодокументации:

1) все находки, ассоциированные с опухолевым процессом (рис. 1, а) и выраженным воспалительным процессом (болезнь Крона);

2) все макропрепараты при операциях по трансплантации (рис. 1, b) органов (искусственные протезы клапанов сердца, эксплантированные органы);

3) отсутствие каких-либо находок при ожидании их клиницистами (отсутствие опухоли в макропрепарате при патологоанатомическом исследовании операционного материала, присланного по поводу удаления опухоли); макропрепараты с нарушением целостности (рис. 1, с) анатомических структур (фрагментированные органы, препараты с наличием кровоизлияний, разрывов);

 

Рис. 1. Макропрепараты: a — сегментарная резекция правого бедра по поводу остеосаркомы. Центральная костная пластина, выпиленная в сагиттальной плоскости. На фотографии видна опухоль с массивным бесструктурным участком некроза и геморрагической инфильтрации. Опухоль захватывает диафиз, метафиз, интрамедуллярное пространство, кортикальную часть кости и частично мягкие ткани. Маркированные края резекции без видимого опухолевого роста; b — макропрепарат удаленного нативного органа с выраженным циррозом при операции по трансплантации печени; c — фрагментированные части маточной трубы и плод при прервавшейся эктопической беременности; d — дистальный феморальный протез, извлеченный вследствие износа. Препарат доставлен для макроскопического исследования и фотодокументации; е — макропрепарат травматической ампутации правой верхней конечности на уровне средней трети плеча при автомобильной травме. Края кожи на уровне ампутации неровные, мягкие ткани размозжены, отмечается геморрагическая инфильтрация. Визуализируется оскольчатый перелом плечевой кости. На внутренней поверхности предплечья послеоперационная рана; f — препарат мезотелиальной кисты брюшной полости

Fig. 1. A macroscopic photograph: a – the right femoral segmental resection specimen for osteosarcoma. The central slab of the bone is longitudinally sectioned in the sagittal plane. The macroscopic photograph demonstrates a tumor with massive structure-less areas of necrosis and hemorrhagic infiltration. The tumor involves the diaphysis, metaphysis, intramedullary space, cortical bone, and partially soft tissue. There is no gross evidence of tumor at the inked margins; b – an external view of the explanted native liver due to cirrhosis specimen; c – a specimen composed of fragmented parts of the fallopian tube and fetus due to disrupted ectopic pregnancy; d – a total femoral prosthesis hardware removed due to being worn out. The specimen is for gross examination only and photo documentation; e – a specimen resulting from an above elbow amputation of the right upper extremity. The skin, soft tissue, and bone margins are irregularly-shaped and hemorrhagic consistent with traumatic amputation. There is a previously opened defect of skin and underlying soft tissue consistent with a surgical incision on the anterior aspect of the forearm; f – a macroscopic photograph of a rare mesothelial cyst of the abdominal cavity

 

4) макропрепараты, которые требуют только макроскопического исследования (рис. 1, d) без последующего гистологического анализа (удаленные фито- или трихобезоары, приборы медицинского назначения, эндопротезы);

5) макропрепараты случаев (рис. 1, е), которые могут быть причиной судебного разбирательства (инородные тела, травматические ампутации органов); необычные находки (рис. 1, f) и редкие случаи (мезотелиальная киста, плод в плоде, и др.).

При работе необходимо помнить простое правило — набор макрофотографий по данному случаю должен составлять единую картину, позволяющую ответить на поставленные клиницистом вопросы, и вести к правильному клинико-морфологическому заключению.

В ежедневной практике патологоанатома для фотосъемки может быть использовано огромное количество различных моделей цифровых камер. А если камера отсутствует, то в настоящее время, при условии соблюдения конфиденциальности данных пациента, может быть использован и мобильный телефон. Далее мы приведем ряд практических рекомендаций, которые помогут улучшить качество фотографии макропрепарата.

1. Выбор режима съемки (ручной или автоматический) зависит от опыта и навыков пользователя камеры и может быть любым. Для съемки в помещении полезным является использование кольцевой вспышки, конструкция которой обеспечивает равномерное освещение малых объектов и идеально подходит для съемки макропрепаратов. В начале съемки фотографируют макропрепарат в том виде, в котором он был доставлен на исследование. Затем фотографируют его вид на разрезе. Если производят серийные срезы в виде «книги», то снимок следует делать до того, как части образца были смещены относительно друг друга. Это необходимо для того, чтобы можно было воссоздать целостную анатомическую структуру образца и посмотреть границы соприкосновения его отдельных частей. Если производят серийные раздельные срезы, то пластины следует разложить последовательно и проследить за тем, чтобы в кадр попали все части целиком и в кадре не было обрезанных краев того или иного кусочка. Во время съемки рекомендуется сделать несколько снимков на разном увеличении. Это может пригодиться в дальнейшей работе для составления так называемой карты-схемы при раскладке фрагментов ткани образца по кассетам и макро-микроскопических сопоставлений [1].
2. Важным представляется выбор фона для макросъемки. Он должен быть чистым и иметь подходящий цвет. Черный, например, лучше не использовать при фотографировании темно-коричневых и темно-красных образцов. Желтый, красный и коричневый — не очень хороший фон для съемки макропрепаратов, в то время как светло-синий и зеленый цвета — наиболее подходящие.
3. Следует помнить, что цифровая фотография макропрепарата — это юридический документ. Отсутствие масштаба и маркировки может полностью обесценить все усилия и диагностическую значимость этого снимка. Именно поэтому макрофотография обязательно должна содержать маркировку с идентификационным номером образца и масштабную линейку с единицами измерения. Линейку лучше располагать ближе к образцу, а маркировку в углу кадра. Они не должны располагаться на образце или перекрывать его части. Такое расположение позволяет легко удалить идентификационный номер снимка и использовать данную фотографию для конференции, обучения или научной презентации. Все предметы на одной фотографии (макропрепарат, линейка и маркировка) должны быть в фокусе.
4. При проведении съемки рекомендуется избегать попадания в кадр ваших рук. Для указания на определенную область в образце может быть использован металлический зонд или пинцет.
5. После окончания фотосъемки нужно проверить качество фотографий и убедиться, что они полностью удовлетворяют требованиям исследователя, и сохранить их. Самым распространенным файловым форматом сохранения цифрового изображения является JPEG (Joint Photographic Experts Group). Однако он имеет недостаток, проявляющийся в удалении части информации в процессе съемки, при открытии изображения в редакторе и сохранении его как JPEG снова удаляется часть информации. Оптимальным является применение RAW-формата, так как он позволяет сохранить максимальное качество изображения [6].
6. При творческом подходе к своей специальности совсем не трудно из серии обычных макрофотографий и программного обеспечения для фокусного объединения цифровых кадров (z-стекинг) получить изображение с большей глубиной резкости [12]. Такие цифровые изображения не только украсят патологоанатомическое заключение, но и могут быть использованы в образовательном процессе.

 

Рис. 2. Пример работы с программным обеспечением QuPath для аннотации цифрового изображения макропрепарата опухоли щитовидной железы

Fig. 2. An example of work with QuPath software for annotation digital gross photograph of the thyroid gland tumor

 

Ряд исследований уже сегодня демонстрирует успех использования цифровых фотографий макропрепаратов для глубокого обучения нейросетей и использование в дальнейшем нейросетевого анализа для распознавания различных органов [9].

Следующим шагом станет применение нейросетевого анализа цифровых изображений макропрепаратов для макроскопической дифференциальной диагностики патологических процессов. Чтобы такие перспективы стали возможны уже сегодня следует думать о создании качественного и хорошо аннотированного репозитория цифровых изображений макропрепаратов и их метаданных. Это кропотливый и трудоемкий процесс. Для создания таких аннотаций в своей работе в настоящее время мы используем общедоступное программное обеспечение QuPath, которое позволяет производить детектирование объектов, классификацию и сегментацию изображений (рис. 2).

Таким образом, уже сегодня с минимальной затратой материальных ресурсов, обладая определенными знаниями и навыками в цифровой фотографии, врач-патологоанатом может не только значительно улучшить качество протокола патологоанатомического заключения, но и создать необходимый плацдарм для проведения компьютерной дифференциальной диагностики на основе цифровых изображений в будущем.

Об авторах

Андрей Ильич Храмцов

Детская больница Энн и Роберта Лурье

Автор, ответственный за переписку.
Email: akhramtsov@luriechildrens.org

канд. мед. наук, старший научный сотрудник отдела патологии и лабораторной медицины

США, Чикаго

Руслан Абдуллаевич Насыров

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава России

Email: ran.53@mail.ru

д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой патологической анатомии с курсом судебной медицины

Россия, Санкт-Петербург

Галина Федоровна Храмцова

Чикагский Университет

Email: galina@uchicago.edu

канд. мед. наук, старший научный сотрудник отдела медицины, секция гематологии и онкологии

США, Чикаго

Список литературы

Дополнительные файлы