Способ микроскопического исследования образца

Способ может быть использован, в частности, для автоматизированного анализа и выявления патологий исследуемых образцов материала, например, в онкоморфологии. В способе проводят макроскопическое исследование макропрепарата, предназначенного для получения образца, для чего получают цифровые изображения макропрепарата и увеличенные изображения выделенных маркировкой его макроучастков для определения место вырезания образца. Вырезают образец и проводят его микроскопическое исследование, для чего проводят автоматическое сканирование, в результате которого получают цифровые изображения образца, выделяют маркировкой зоны изображений образца для дальнейшей их детализации и с помощью объектива с большим увеличением проводят автоматическое сканирование выделенных зон изображений образца. Описывают полученные изображения с помощью формализованных признаков из заданного набора и по полученной комбинации признаков отбирают из базы эталонных изображений те, которые имеют сходные комбинации признаков, после чего осуществляют сравнение полученных изображений выделенных зон изображений образца с отобранными эталонными изображениями, по результатам которого судят о состоянии образца. Технический результат - повышение информативности и объективности при микроскопических исследованиях образцов, обеспечение высокого качества исследуемого материала и достоверности и объективности получаемых результатов, обеспечение многофункциональности исследований и постановки правильного гистологического диагноза не только в отношении дифференциальной диагностики доброкачественности или злокачественности процесса, но также и в определении гистогенеза данного новообразования. 17 з.п. ф-лы, 18 ил., 3 табл.

 

Предложенное решение 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 микроскопического исследования образца (RU 2267997 С1, опубл. 20.01.2006), в котором осуществляют предварительное получение образца, подготовку полученного образца для микроскопического исследования и проводят микроскопическое исследование образца, для получения которого осуществляют тонкоигольную аспирационную биопсию узлового образования щитовидной железы под контролем УЗИ с последующим цитологическим исследованием полученного пунктата, при этом дополнительно жидкую часть пунктата исследуют методом клиновидной дегидратации, затем каплю полученной надосадочной жидкости высушивают на предметном стекле в течение 18-24 часов при комнатной температуре и минимальном движении воздуха, и затем анализируют структуру полученного образца в виде фации под микроскопом и при наличии в периферической зоне фации аркообразных трещин делается заключение о доброкачественной природе узла, а при обнаружении в периферической зоне фации сети "ломаных" трещин - о злокачественном перерождении узла. Данный способ не обеспечивает высокое качество исследуемого материала и, соответственно, достоверность и объективность получаемых результатов, не обеспечивает многофункциональность исследований с использованием ряда критериев, помогающих патологоанатому в постановке правильного гистологического диагноза не только в отношении дифференциальной диагностики доброкачественности или злокачественности процесса в щитовидной железе, но также и в определении гистогенеза данного новообразования.

Известен способ микроскопического исследования образца (RU 2234099 С1, опубл. 10.08.2004), который может быть принят в качестве прототипа и 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 компьютерного анализатора, 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 патологоанатому 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.

Техническая результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, - повышение информативности и объективности при микроскопических исследованиях образцов, в частности обеспечение возможности при любой неясной гистологической картине в изучаемом препарате щитовидной железы определиться с характером процесса, с оценкой его злокачественности, установить гистогенез, обеспечить высокое качество исследуемого материала и, соответственно, достоверность и объективность получаемых результатов, обеспечить 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.

Технический результат достигается за счет того, что в способе микроскопического исследования образца, включающем предварительное получение образца,

а) проводят макроскопическое исследование макропрепарата, предназначенного для получения образца, с использованием системы получения изображений макропрепарата, включающей цифровую фотокамеру и устройство позиционирования и освещения, и соединенного с ней компьютера, в ходе которого

б) проводят обзорную фотосъемку макропрепарата, в результате которой получают цифровые изображения макропрепарата,

в) осуществляют выделение маркировкой макроучастка, предназначенного для получения образца, на цифровом изображении макропрепарата, и

г) получают увеличенное цифровое изображение выделенного макроучастка, при этом указанные операции в) и г) повторяют до тех пор, пока не определят место вырезания образца, и

д) вырезают образец из макропрепарата,

е) осуществляют подготовку полученного образца для микроскопического исследования,

ж) проводят микроскопическое исследование образца с использованием соединенной с компьютером системы получения изображений образца, содержащей микроскоп, цифровую камеру, согласующий модуль для стыковки цифровой камеры и микроскопа, при проведении которого

з) позиционируют образец на предметном столе микроскопа,

и) производят первоначально обзорный просмотр, для проведения которого устанавливают 4-кратный объектив и осуществляют фокусировку,

к) проводят автоматическое сканирование, в результате которого получают цифровые изображения образца, которые выводят на экран монитора компьютера,

л) выделяют маркировкой зоны изображений образца для дальнейшей их детализации,

м) осуществляют смену объектива микроскопа на объектив с большим увеличением и его фокусировку,

н) проводят автоматическое сканирование выделенных зон изображений образца, в результате которого получают увеличенные цифровые изображения выделенных зон изображений образца, которые выводят на экран монитора компьютера,

п) описывают полученные изображения с помощью формализованных признаков из заданного набора формализованных признаков,

р) по полученной комбинации формализованных признаков отбирают из множества эталонных изображений, содержащихся в базе эталонных изображений, те эталонные изображения, которые имеют сходные величины параметров и сходные комбинации признаков, после чего

с) осуществляют сравнение полученных изображений выделенных зон изображений образца с отобранными эталонными изображениями,

т) по результатам которого судят о состоянии образца.

При этом автоматическое сканирование при микроскопическом исследовании осуществляют посредством заданных координатных перемещений с ограничением крайних положений предметного стола приводами перемещения, связанными с компьютером, причем приводы перемещения предметного стола выполнены в виде блока мотор-редукторов, состоящего из шаговых двигателей с редукторами, при этом для осуществления исследований используют микроскоп МИКМЕД-2 и предметный стол координатный КС-30.

Устройство позиционирования и освещения системы получения изображений макропрепарата содержит предметный стол для установки макропрепарата, на котором выполнена разметка с шагом 1 см в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а с заднего края и боковых сторон на предметном столе установлены ограждения, при этом перед размещением на предметном столе макропрепарат промакивают салфеткой.

Фотографирование макропрепарата производят в огражденном со всех сторон ограниченном объеме, имеющем закрываемый проем для доступа внутрь, причем стенки ограждения выполнены из легко моющегося материала и имеют внутреннюю - светоотражаюшую, а наружную - светопоглощающую поверхности, при этом устройство позиционирования и освещения системы получения изображений макропрепарата содержит предметный стол для установки макропрепарата, на основании которого жестко закреплено средство позиционирования цифровой камеры и источников света в виде штатива, состоящего из трех вертикальных полозьев-направляющих, которые в горизонтальном сечении расположены в вершинах треугольника, при этом источники света установлены симметрично относительно оптической оси цифровой фотокамеры. При этом фотографирование макропрепарата производят при рассеянном освещении посредством размещения внутри ограниченного объема между источниками света и предметным столом полупрозрачных заслонок, выполненных из белого полупрозрачного легко моющегося материала, при этом в качестве источников света используют галогенные лампы, которые располагают выше места установки цифровой фотокамеры.

В качестве макропрепарата возможно использование операционного материала, содержащего 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.

Дополнительно 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

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 признаков, имеющихся в отобранных эталонных изображениях, и используют эти данные при сравнении полученных изображений с отобранными эталонными изображениями и установлении диагноза.

Дополнительно используют систему, состоящую из связанных посредством компьютерной связи лаборантского и консультационного пунктов, каждый из которых содержит компьютер, причем компьютер, соединенный с системами получения изображений, соответственно макропрепарата и образца, используют в качестве компьютера лаборантского пункта,

при этом после проведения на лаборантском пункте обзорной фотосъемки новообразования щитовидной железы полученные цифровые изображения новообразования щитовидной железы направляют по сети компьютерной связи на консультационный пункт, на котором

осуществляют выделение маркировкой макроучастка, предназначенного для получения среза ткани, на цифровом изображении новообразования щитовидной железы,

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 среза ткани, после чего в лаборантский пункт направляют указание на выполнение среза ткани,

при этом полученные в процессе проведения автоматического сканирования цифровые изображения среза ткани одновременно изображают на экранах мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов,

после чего на консультационном пункте проводят выделение маркировкой зон изображений среза ткани для дальнейшей их детализации, и направляют на лаборантский пункт указание на проведение автоматического сканирования и получение увеличенных цифровых изображений выделенных зон изображений среза ткани,

которые выводят одновременно на экраны мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, после чего на консультационном пункте проводят операции в)-г), а также гистологическую диагностику новообразования щитовидной железы.

При проведении по крайней мере одной операции выделения маркировкой соответствующего макроучастка дополнительно маркируют место проведения разреза новообразования щитовидной железы, и дополнительно направляют на лаборантский пункт указание о проведении соответствующего разреза и получении его увеличенного цифрового изображения.

Дополнительно между лаборантским и консультационным пунктами осуществляется постоянная двухсторонняя аудио-связь, на лаборантском пункте формируются и направляются на консультационный пункт исходные данные по больному, а для управления получением изображений и передачей изображений в компьютер на лаборантском пункте используют ножные педали.

На консультационном пункте дополнительно формируется информационный пакет, содержащий результаты измерений величин Р, L, S и описание новообразования щитовидной железы с прилагаемыми полученными соответствующими изображениями и оформленным протоколом для размещения в базе данных. При этом выполнение измерений, формирование описания новообразования щитовидной железы и оформление протокола на консультационном пункте осуществляется во время проведения на лаборантском пункте вырезки среза ткани и его приготовления для микроскопического исследования. В случае необходимости на консультационном пункте при получении изображения макроучастка макропрепарата осуществляют дистанционное управление системой получения изображений макропрепарата для позиционирования макроучастка макропрепарата.

При определении диагноза дополнительно инициируют информационную экспертную систему поддержки принятия решений, включающую совокупность базы данных, содержащую цветные эталонные изображения новообразований щитовидной железы и срезов ткани новообразований щитовидной железы и их формализованные описания по эталонному набору признаков, и программных модулей для управления указанной базой данных, с помощью которой проводят подробное описание гистологической картины полученных цифровых изображений, которое сопоставляют с имеющимися эталонными комбинациями значений признаков для постановки окончательного гистологического диагноза.

Дополнительно инициируют встроенную систему обучения, выполненную в виде электронного учебного пособия, содержащего комплект данных по диагностике в виде текстов, фотографий, видеофрагментов и/или компьютерной графики.

Предлагаемый способ позволяет использовать обширную базу данных гистологических изображений с подробными и формализованными (единообразными, стандартными) и всесторонними описаниями, данными экспертами в данной области. Предлагаемый впервые подход к постановке гистологического диагноза при помощи компьютерных технологий - экспертной системы - существенно отличает данное изобретение от рутинных, традиционных методов морфологической диагностики патологических процессов.

Для обеспечения указанных результатов не меньшее значение имеют подготовительные операции, технология и средства введения и обработки информационных признаков, средства обеспечения анализа и представления результирующей информации для принятия решений.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа, который с помощью компьютерной интерактивной программы - экспертной системы - оказывает помощь патологоанатому в диагностике и дифференциальной диагностике злокачественных и доброкачественных опухолей и опухолеподобных процессов щитовидной железы.

Далее рассматриваются перечисленные выше операции способа и поясняется «необходимость и достаточность» совокупности заявленных существенных признаков на примере микроскопического исследования опухолей и опухолеподобных процессов щитовидной железы - одной из самых трудных локализаций с точки зрения гисто- и цитологической диагностики.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где

фиг.1 - структурные этапы автоматизированной дистанционной гистологической экспресс-диагностики;

фиг.2 - структурная схема технических средств автоматизированной гистологической диагностики (комплекса АТЛАНТ);

фиг.3 - изображение макропрепарата щитовидной железы;

фиг.4 - изображение микропрепарата щитовидной железы;

фиг.5 - иллюстрация некачественно приготовленного к съемке препарата;

фиг.6 - примеры дефектных микропрепаратов;

фиг.7 - сценарий подготовки системы макроанализа к дистанционной диагностике;

фиг.8 - сценарий дистанционного управления вырезкой операционного материала;

фиг.9 - сценарий макроанализа;

фиг.10 - сценарий приготовления микропрепарата;

фиг.11 - подготовка системы микроанализа для проведения автоматизированной диагностики;

фиг.12 - сценарий дистанционного поиска информативных полей на МП;

фиг.13 - микроскопический анализ;

фиг.14 - структура программного обеспечения экспертной системы;

фиг.15 - последовательности работы с экспертной системой поддержки принятия решений.

Позициями на представленных фигурах, в частности, обозначены:

на фиг.1 - на первом уровне детализации:

1 - операционный материал (ОМ);

2 - исследование ОМ;

3 - исследование микропрепарата (МП);

4 - определение объема и тактики (хирургической) операции. На втором уровне детализации;

5 - подготовка ОМ;

6 - подготовка системы макроскопического анализа;

7 - дистанционное видеоуправление вырезкой макропрепарата (ОМ);

8 - макроанализ (ОМ);

9 - приготовление микропрепарата, (МП);

10 - подготовка системы микроанализа;

11 - дистанционный поиск информативных полей на (МП);

12 - микроанализ.

На фиг.2.

Техническое обеспечение комплекса АТЛАНТ условно делится на четыре подсистемы:

13 - ЭВМ (лаборанта);

14 - система ввода изображений макропрепаратов;

15 - система ввода изображений микропрепаратов;

16 - система связи;

17 - цифровой фотоаппарат (камера);

18 - устройство позиционирования и освещения;

19 - камера (телекамера);

20 - согласующий модуль;

21 - микроскоп;

22 - устройство сопряжения;

23 - компьютер консультанта.

На фиг.14:

24 - пользовательский интерфейс;

25 - подсистема пополнения базы данных;

26 - подсистема анализа данных;

27 - подсистема обучения пользователя;

28 - подсистема редактирования признаков и нозологических форм;

29 - база данных изображений и описаний;

30 - база данных признаков и нозологии.

Согласно требованиям Международной гистологической классификации опухолей щитовидной железы (Всемирная Организация Здравоохранения, Женева, 1988) в числе эпителиальных опухолей выделяют доброкачественные и злокачественные новообразования, в числе последних карциномы (раки - фолликулярный, папиллярный, медуллярный, анаплазированный (недифференцированный) и смешанный). В последнее время имеется тенденция выделять группу низко дифференцированных карцином, к числу которых относят т.н. инсулярный рак. В группе папиллярного рака выделяют фолликулярный вариант папиллярного рака, который прогностически, биологически и морфологически отличается от фолликулярного рака. Трудности диагностики представляют также некоторые формы медуллярного рака, дифференциальной диагностики фолликулярного рака и доброкачественной фолликулярной аденомы и т.д. В обычной практике морфолога при диагностике указанных форм часто допускается субъективизм, выделение одних признаков и игнорирование других и т.д. Отсутствие единообразных, стандартных критериев и «стопроцентных» маркерных признаков не позволяет поставить точный и своевременный диагноз, а следовательно, и проводить адекватное лечение.

Необходимые разъяснения по графическим материалам.

На фиг.1 показаны структурные этапы автоматизированной дистанционной гистологической экспресс-диагностики, осуществляемой в результате использования предлагаемого способа.

Первый (верхний) уровень детализации отражает основные этапы автоматизированной гистологической экспресс-диагностики (фиг.1) и включает 4 этапа: взятие макропрепарата, в качестве которого используется операционный материал (ОМ) (1), исследование ОМ (2), исследование микропрепарата (МП) (3) и анализ полученных результатов, на основе которых может быть определены объем и тактика хирургической операции (4).

На втором уровне детализации процесс разбивается на 8 этапов, включающих отбор операционного материала (макропрепарата) и подготовку его для автоматизированного исследования (5), проверка работоспособности и настройка подсистемы макроскопического анализа (6), выбор информативной зоны для вырезки, дистанционное видеоуправление вырезкой макропрепарата (7) высококвалифицированным специалистом-консультантом, исследование макропрепаратов дистанционно, с применением каналов связи, автоматизированное измерение морфологических свойств патологических участков и формирование формализованного заключения по макропрепарату: макроанализ (8), приготовление консультируемым микропрепарата, (9) включающее вырезку материала для заморозки в микротоме, фиксацию, окраску и заключение в бальзам, проверка работоспособности и настройка системы микроанализа (10), дистанционное исследование микропрепарата специалистом-консультантом с применением программно-управляемого столика микроскопа (11), сравнение результатов исследований с базами данных с помощью информационной системы, аккумулирующей структурированные знания и опыт ведущих специалистов в области гистологической диагностики - микроанализ (12).

Заявленный способ обеспечивает диагностику опухолей щитовидной железы с применением информационно-измерительного комплекса поддержки принятия решений АТЛАНТ. В обычной практике гистологическая диагностика опухолей щитовидной железы 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 заявленного способа позволяет повысить точность и быстродействие принятия решений о гистологическом диагнозе во время проведения экспресс-диагностики в сложных случаях заболеваний во время хирургических операций. Может использоваться в любом учреждении здравоохранения, в котором проводится гистологическая диагностика (как плановая, так и экспресс) при наличии соответствующих средств автоматизации (компьютерный комплекс АТЛАНТ).

Средства автоматизированной гистологической диагностики включают два рабочих места (АРМ) врача. Первое рабочее место (условно - лаборантский пункт) оборудовано информационно-измерительным комплексом АТЛАНТ, вспомогательными устройствами (замораживающий микротом для приготовления тонких срезов 5-Юмкм), 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 (условно - консультационный пункт) оборудовано компьютером. Обе станции соединены системой компьютерной и аудио-связи.

Техническое обеспечение комплекса АТЛАНТ условно делится на четыре подсистемы: компьютер (ЭВМ лаборанта) (13), система ввода изображений макропрепаратов (14), система ввода изображений микропрепаратов (15), система связи (16) (см. фиг.2).

Система ввода изображений макропрепаратов (14) включает: цифровой фотоаппарат (камеру) (17), фотобокс со специальным устройством позиционирования и освещения (18), педаль ножного управления съемкой и передачей изображений в компьютер. Система ввода изображений микропрепаратов (15) состоит из камеры (телекамеры) (19), согласующего модуля (20) для стыковки камеры и микроскопа (21), оснащенного моторизованным приводом предметного столика и модуля управления навигацией. Управление перемещением предметного столика микроскопа осуществляется как от компьютера, так и от джойстика позиционирования. Обе системы ввода подключаются к компьютеру, оснащенному устройством видео-ввода и специальным программным обеспечением (устройство сопряжения) (22). Система связи (16) включает оптический модем с выходом на волоконно-оптическую линию связи. Здесь следует отметить, что для полноценного функционирования комплекса необходимым условием является подключение к волоконно-оптической сети компьютера консультанта (23), оснащенного специальным программным обеспечением.

Комплекс АТЛАНТ включает также информационную экспертную систему поддержки принятия решений по опухолям щитовидной железы и систему обучения в виде интерактивного компьютерного фильма.

Требования к ключевым характеристикам оборудования комплекса:

1. Процессор не хуже Pentium IV с тактовой частотой 3 ГГц, объемом оперативной памяти не менее 1 ГБайт, объемом долговременной памяти не менее 120 Гбайт.

2. Монитор TRUE COLOR, 19 дюймов по диагонали, разрешением 1280×1024.

3. Цифровой фотоаппарат с размером фотокадра не менее 1280×1024.

4. Камера (телекамера) в микросистеме: работа с изображением в реальном масштабе времени (время смены кадра не более 40 мс, формат изображения не менее 768×576).

5. Микроскоп биологический со специальным моторизованным приводом и набором объективов х4, х10, х20, х40.

7. Пропускная способность линии связи не менее 2 Мбит/с.

Основные этапы, которые осуществляются при реализации заявленного способа микроскопического исследования покажем на примере образца, являющегося гистологическим срезом ткани новообразования щитовидной железы, окрашенным гематоксинлином и эозином или пикрофуксином по Ван Гизон.

Исследуемые макро- и микропрепараты (фиг.3, 4) должны быть приготовлены с качеством, достаточным для гистологического исследования в соответствии с Инструкцией по исследованию биопсийного и цитологического материала, утвержденной Министерством здравоохранения.

Подготовка системы макроанализа включает 6 процедур (фиг.7). На этом этапе следует включить питание, настроить освещение, установить рекомендуемый режим съемки (расстояние до фотоаппарата, увеличение), загрузить программное обеспечение макроаналаза. Далее разложить операционный материал (макропрепарат) в соответствии с разметкой, нанесенной на предметном столе фотобокса. Макропрепараты перед размещением на предметном столе системы получения изображений макропрепарата (фотобокса) следует промакивать салфеткой, т.к. растекшаяся жидкость может на изображении интерпретироваться как часть препарата (фиг.5). Для того, чтобы убедиться в корректности вводимых с фотоустройства изображений, произвести контрольную съемку операционного материала с визуальной оценкой изображений на мониторе 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.

Для осуществления предварительного получения гистологического среза ткани проводят макроскопическое исследование макропрепарата, являющегося операционным материалом, содержащим новообразование щитовидной железы, с использованием системы получения изображений макропрепарата, включающей цифровую фотокамеру и устройство позиционирования и освещения, и соединенного с ней компьютера, в ходе которого осуществляют отбор операционного материала и подготовку его для автоматизированного исследования, проверку работоспособности и настройку системы макроскопического анализа, выбор информативной зоны для вырезки, дистанционное видеоуправление вырезкой макропрепарата высококвалифицированным специалистом-консультантом.

Проводят обзорную фотосъемку макропрепарата, в результате которой получают цифровые изображения макропрепарата.

Осуществляют выделение маркировкой по крайней мере одного макроучастка, являющегося новообразованием щитовидной железы и/или его участком, на цифровом изображении макропрепарата, и получают увеличенное цифровое изображение каждого макроучастка.

При этом указанные операции повторяют до тех пор, пока не получат изображения всех выбранных для исследования макроучастков и определят место для получения образца - гистологического среза.

Проводят измерения макроучастков новообразования щитовидной железы.

Способ выполнения измерений (СВИ) патологических макроучастков макропрепаратов щитовидной железы с помощью автоматизированной системы макроскопического анализа включает следующие основные этапы:

1. Определение исходных данных, таких как назначение СВИ, 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 СВИ.

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

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

8. Разработка проекта документа на СВИ.

9. Метрологическая экспертиза документа на СВИ.

10. Аттестация СВИ.

В назначении СВИ указывается область применения, наименование измеряемых величин, характеристики измеряемых величин (диапазоны), характеристики объектов измерений. Требования к погрешности измерений устанавливаются с учетом всех составляющих (методической, инструментальной, вносимой оператором). Условия измерений задают в виде номинальных значений или границ диапазонов возможных значений влияющих величин.

Исходные данные для разработки СВИ

Назначение СВИ. Данный способ выполнения измерений предназначен для проведения морфологических исследований макропрепаратов на их цветных изображениях при автоматизированной дистанционной гистологической экспресс-диагностике с использованием информационно-измерительного комплекса поддержки принятия решений АТЛАНТ.

Объектами измерения являются патологические (опухолевые и неопухолевые) ткани щитовидной железы, удаленные во время проведения хирургических операций. Выбор операционного материала осуществляется оперирующим хирургом. Перед выполнением измерений операционный материал (макропрепарат) не требуют специальной обработки.

Область применения - при автоматизированной дистанционной диагностике в лабораториях гистологической экспресс-диагностики клиник.

Измеряемые физические величины, а также их диапазоны (табл. 1):

Таблица 1
	Измеряемая физическая величина измеряемой величины	Единицы измерения	Диапазон изменения
1	Расстояние между опорными точками	см	0,5-10
2	Периметр выделенного объекта	см	3-30
3	Площадь выделенного объекта	см2	0,8-78
4	Коэффициент формы	безразмерный	1-2
* Опорные точки - точки, характеризующие по мнению эксперта границы информативной области.

Формулировка измерительной задачи

Набор измеряемых характеристик определяется в соответствии с требованиями описания биопсийного и операционного материала. Измерения проводятся по цветным цифровым изображениям с помощью специальной 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 вводится 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 фотобокса, на котором нанесена масштабная сетка с шагом 1 см. 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 щитовидной железы: 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 .

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. 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 (табл. 2):

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

Операции по подготовке к выполнению измерений.

Операции по подготовке к измерениям имеют своей целью получение цифрового информативного изображения достаточного качества. Качество изображения считается достаточным для проведения измерений, если:

- на нем четко видны патологические области, размеры которых требуется определить,

- изображение сфокусировано, отсутствует смаз и явные оптические искажения,

- в поле кадра нет подтеков, которые искажают форму препарата.

После завершения макроисследований макропрепарата переходят к микроскопическому исследованию образца - гистологического среза ткани. Образец получают путем вырезания гистологического среза ткани, далее осуществляют подготовку полученного среза ткани для микроскопического исследования. При этом необходимо учитывать, что 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. На фиг.6а, 6б, 6в и 6г приводится ряд примеров изображений правильно изготовленных гистологических срезов и препаратов с артефактами, т.е. с дефектами, которые являются помехами при компьютерной диагностике (складки, воздушные пузыри, грязь, посторонние предметы).

На фиг.6а представлен правильно приготовленный препарат. Изображение щитовидной железы нормального строения, увеличение х10, толщина среза 5 мкм, окраска гематоксилин-эозином.

На фиг.6б показан препарат, приготовленный некачественно. Изображение щитовидной железы нормального строения, увеличение х10, толщина среза 15 мкм, окраска гематоксилин-эозином, при этом образец передержан в гематоксилине, а из-за большой толщины среза невозможно сфокусировать препарат, и ядра накладываются друг на друга, кроме того, имеется складка в препарате.

На фиг.6в также показан препарат, приготовленный некачественно. Изображение щитовидной железы нормального строения, увеличение х10, толщина среза 5 мкм, окраска гематоксилин-эозином, однако препарат передержан в эозине.

На фиг.6г также показан некачественно приготовленный препарат. Изображение щитовидной железы нормального строения, увеличение х10, толщина среза 10 мкм, окраска гематоксилин-эозином, но под покровным стеклом - воздушный пузырь, не позволяющий правильно сфокусировать изображение.

После получения среза проводят его микроскопическое исследование с использованием соединенной с компьютером системы получения изображений образца, содержащей микроскоп, цифровую камеру, согласующий модуль для стыковки цифровой камеры и микроскопа, при проведении которого позиционируют срез ткани на предметном столе микроскопа, производят первоначально обзорный просмотр, для проведения которого устанавливают 4-кратный объектив и осуществляют его фокусировку.

Проводят автоматическое сканирование, в результате которого получают цифровые изображения среза ткани, которые выводят на экран монитора компьютера, выделяют маркировкой зоны изображений среза ткани для дальнейшей их детализации, осуществляют смену объектива микроскопа на объектив с большим увеличением и его фокусировку, проводят автоматическое сканирование выделенных зон изображений среза ткани, в результате которого получают увеличенные цифровые изображения выделенных зон изображений среза ткани, которые выводят на экран монитора компьютера, проводят измерение геометрических параметров указанных выделенных зон изображений среза ткани, 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 величины параметров и сходные комбинации признаков, после чего осуществляют сравнение полученных изображений с отобранными эталонными изображениями, результаты которого используют для гистологической диагностики новообразования щитовидной железы.

Автоматическое сканирование при микроскопическом исследовании осуществляют посредством заданных координатных перемещений с ограничением крайних положений предметного стола приводами перемещения, связанными с компьютером, причем приводы перемещения предметного стола выполнены в виде блока мотор-редукторов, состоящего из шаговых двигателей с редукторами, при этом для осуществления исследований используют микроскоп МИКМЕД-2 и предметный стол координатный КС-30.

Устройство позиционирования и освещения системы получения изображений макропрепарата содержит предметный стол для установки макропрепарата, на котором выполнена разметка с шагом 1 см в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а с заднего края и боковых сторон на предметном столе установлены ограждения, при этом перед размещением на предметном столе макропрепарат промакивают салфеткой.

Фотографирование макропрепарата производят в огражденном со всех сторон ограниченном объеме, имеющем закрываемый проем для доступа внутрь, причем стенки ограждения выполнены из легко моющегося материала и имеют внутреннюю - светоотражающую, а наружную - светопоглощающую поверхности, при этом устройство позиционирования и освещения системы получения изображений макропрепарата содержит предметный стол для установки макропрепарата, на основании которого жестко закреплено средство позиционирования цифровой камеры и источников света в виде штатива, состоящего из трех вертикальных полозьев-направляющих, которые в горизонтальном сечении расположены в вершинах треугольника, при этом источники света установлены симметрично относительно оптической оси цифровой фотокамеры. При этом фотографирование макропрепарата производят при рассеянном освещении посредством размещения внутри ограниченного объема между источниками света и предметным столом полупрозрачных заслонок, выполненных из белого полупрозрачного легко моющегося материала, при этом в качестве источников света используют галогенные лампы, которые располагают выше места установки цифровой фотокамеры.

Дополнительно при проведении гистологической диагностики новообразования щитовидной железы на экране монитора компьютера отображают данные о вероятности того или иного диагноза при наличии каждой из комбинаций признаков, имеющихся в отобранных эталонных изображениях, и используют эти данные при сравнении полученных изображений с отобранными эталонными изображениями.

При проведении указанных исследований дополнительно используют систему, состоящую из связанных посредством компьютерной связи лаборантского и консультационного пунктов, каждый из которых содержит компьютер, причем компьютер, соединенный с системами получения изображений, соответственно макропрепарата и образца, используют в качестве компьютера лаборантского пункта.

Требования к лаборанту, работающему на лаборантском пункте:

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 АТЛАНТ.

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

Требования к консультанту, работающему на консультационном пункте:

1. Наличие квалификации врача-патологоанатома.

2. Пункты 3, 4 (см. выше: 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 АТЛАНТ.

Лаборантский пункт, в котором проводится автоматизированный анализ, должен быть оборудован в полном соответствии с требованиями к лабораториям, в которых проводятся исследования биопсийного и операционного материала, должен быть оборудован вентиляцией (табл. 3).

Таблица 3

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

Между лаборантским и консультационным пунктами осуществляется постоянная двухсторонняя аудио-связь.

На фиг.8 показан пример возможного сценария дистанционного управления вырезкой операционного материала. После проведения на лаборантском пункте обзорной фотосъемки новообразования щитовидной железы полученные цифровые изображения новообразования щитовидной железы направляют по сети компьютерной связи на консультационный пункт, на котором осуществляют выделение маркировкой по крайней мере одного макроучастка на цифровом изображении новообразования щитовидной железы, и направляют на лаборантский пункт указание на получение увеличенного цифрового изображения каждого выделенного макроучастка, а после получения на лаборантском пункте увеличенного цифрового изображения каждого макроучастка направляют его на консультационный пункт, при этом указанные операции выделения маркировкой соответствующего макроучастка и получения его увеличенного цифрового изображения и передачу соответствующих сведений с пункта на пункт повторяют до тех пор, пока не получат изображения всех выбранных для исследования макроучастков и определят на консультационном пункте место для выреза среза ткани, после чего на лаборантский пункт направляют указание на выполнение среза ткани, а на консультационном пункте проводят указанные измерения макроучастков новообразования щитовидной железы и определяют наличие или отсутствие у них признаков из заданного эталонного набора признаков (фиг.9). Микропрепарат (срез ткани) подготавливают к исследованиям (фиг.10), этот процесс содержит процедуры по заморозке кусочка опухоли в микротоме, фиксации, окраске в гематоксилин-эозине и заключению в бальзам. Лаборант в итоге этих процедур получает микропрепарат для изучения под микроскопом. При этом система микроанализа подготавливается к работе (фиг.11). На этом этапе лаборант включает питание микроскопа, моторизованного привода и камеры, загружает программное обеспечение системы микроанализа. Первым необходимым условием работоспособности системы микроскопического анализа служит отсутствие предупреждений о неполадках, когда программное обеспечение загружено.

После чего осуществляют дистанционный поиск информационных полей на микропрепарате (фиг.12), который включает автоматическое сканирование среза ткани.

Полученные в процессе проведения автоматического сканирования цифровые изображения среза ткани одновременно изображают на экранах мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, после чего на консультационном пункте проводят выделение маркировкой зон изображений среза ткани для дальнейшей их детализации, и направляют на лаборантский пункт указание на проведение автоматического сканирования и получение увеличенных цифровых изображений выделенных зон изображений среза ткани, которые выводят одновременно на экраны мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, после чего на консультационном пункте проводят указанные выше операции.

При проведении по крайней мере одной операции выделения маркировкой соответствующего макроучастка дополнительно маркируют место проведения разреза новообразования щитовидной железы, и дополнительно направляют на лаборантский пункт указание о проведении соответствующего разреза и получении его увеличенного цифрового изображения, при этом на лаборантском пункте дополнительно формируются и направляются на консультационный пункт исходные данные по больному.

На консультационном пункте дополнительно формируется информационный пакет, содержащий результаты измерений величин Р, L, S и описание новообразования щитовидной железы с прилагаемыми полученными соответствующими изображениями и оформленным протоколом для размещения в базе данных. При получении изображения макроучастка макропрепарата в случае необходимости осуществляют дистанционное управление системой получения изображений макропрепарата для позиционирования макроучастка макропрепарата.

Выполнение измерений, формирование описания новообразования щитовидной железы и оформление протокола на консультационном пункте осуществляется во время проведения на лаборантском пункте вырезки среза и приготовления среза для микроскопического исследования.

При определении диагноза консультант может обратиться к информационной экспертной системе поддержки принятия решений, включающей встроенную базу данных, содержащую цветные эталонные изображения новообразований щитовидной железы и срезов ткани новообразований щитовидной железы и их формализованные описания по эталонному набору признаков, и программных модулей для управления указанной базой данных (фиг.13). База данных включает цветные изображения препаратов опухолей, снятые на различных увеличениях объективов х4, х10, х20, х40 (типы объективов), стандартизованные описания к ним с промаркированными на изображениях признаками, а также специально разработанные средства поиска сходных случаев заболеваний, которые дают возможность при принятии решений использовать опыт ведущих специалистов-гистологов. Материалом для создания базы данных опухолей щитовидной железы послужили в комплексе АТЛАНТ 325 случаев опухолей и опухолеподобных процессов (свыше 2500 изображений), относящихся к 15 нозологическим единицам.

На заключительном этапе лаборант распечатывает протокол диагностики и завершает сеанс работы с информационно-измерительным комплексом поддержки принятия решений АТЛАНТ.

Следует отметить, что в процессе работы на любом этапе при необходимости лаборант и консультант могут обратиться к встроенной обучающей системе.

Предложенный способ интерактивного микроскопического анализа препаратов щитовидной железы, упоминавшийся выше, осуществляется в среде программного обеспечения информационной экспертной системы поддержки принятия решений (см. фиг.14 - структура программного обеспечения экспертной системы) и включает семь основных модулей:

пользовательский интерфейс (24), подсистемы: пополнения базы данных (25), анализа данных (26), обучения пользователя (27), редактирования признаков и нозологических форм (28), база данных изображений и описаний (29), база данных признаков и нозологии (30).

Объектами исследования в представленной на фиг.14 структуре экспертной системы выступают цветные микроскопические изображения опухолей щитовидной железы в формате .bmp как вводимые в компьютер напрямую с камеры, сопряженной с микроскопом, так и загружаемые из файла. Обобщенная методика работы с экспертной системой показана на фиг.15. В ней запрограммировано три основных режима: диагностика, пополнение (редактирование) и обучение.

1. Режим пополнения (редактирования) включает два базовых сценария: динамическое редактирование формализованных списков информативных признаков и нозологических форм и пополнение (своего рода обучение экспертной системы) новыми случаями-эталонами. Этот режим доступен для работы только экспертам. Эталонами называют морфологически подтвержденные случаи заболеваний, описанные экспертами. В соответствии со вторым сценарием эксперт вводит изображения гистологических препаратов из файла или с камеры, данные, образующие описание изображений в заданном признаковом пространстве, а также наносит соответствующую информативным признакам графическую разметку на изображениях. Затем эти случаи сохраняются в базе знаний.

2. Режим обучения. В нем предусмотрено три основных сценария: просмотр (изучение), тренинг и контроль знаний. В режиме обучения 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 щитовидной железы и сопоставлять их со своими. После освоения принципов организации знаний, заложенных в базу, рекомендуется переходить к сценарию тренинга. Этот сценарий включает следующие этапы: 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.

3. Режим диагностики. 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.

Будучи схожим с рутинным способом диагностики первый 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.

Второй сценарий (экспертная система) - интеллектуальное ядро рассматриваемой системы поддержки принятия решений. Задачей экспертной системы является определение класса (нозологическая форма), к которому с наибольшей вероятностью принадлежит исследуемый объект (случай заболевания). Для этого пользователем задается комбинация признаков, в которых он наиболее уверен, а система осуществляет автоматический поиск всех случаев с аналогичной комбинацией в базе знаний. 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.

Оформление результатов исследования

Формирование стандартизованных форм документации по результатам исследований является необходимым условием эффективной автоматизации гистологической диагностики опухолей щитовидной железы. В рамках проведения диагностики с использованием комплекса поддержки принятия решений АТЛАНТ с помощью специально разработанных компьютерных форм формируются следующие стандартизованные заключения:

1. Формализованное макроскопическое заключение, которое содержит общее описание материала с указанием присланной части, размеров присланного материала, числа и видов патологических процессов в нем, описание каждого из патологических процессов. Заключение включает в себя цветные изображения макропрепаратов с маркировкой размеров, выделенными зонами интереса и линиями разреза.

2. Протокол телемедицинской диагностики, содержащий данные о пациенте, клинический диагноз, макроскопическое описание, гистологический диагноз, наиболее характерные изображения микропрепарата для визуального подтверждения заключений консультанта, а также служебную информацию (№ больницы, ФИО лаборанта и консультанта, дату и т.д.).

3. Печатные формы вывода заключений экспертной системы с результатами поиска сходных случаев заболеваний с иллюстрирующими их изображениями и расшифровкой информативных признаков.

В предложенном техническом решении обеспечено получение следующих основных результатов.

Разработан способ автоматизированной дистанционной гистологической экспресс-диагностики опухолей и опухолеподобных процессов с применением информационно-измерительного комплекса поддержки принятия решений АТЛАНТ. Способ предназначен для проведения автоматизированной дистанционной гистологической экспресс-диагностики опухолей в любом учреждении здравоохранения, в котором проводится гистологическая диагностика (как плановая, так и экспресс). Технически комплекс представляет совокупность двух АРМов лаборанта и консультанта, соединенных волоконно-оптической линией связи, один из которых, АРМ лаборанта, включает подсистемы ввода изображений макропрепаратов и ввода изображений микропрепаратов.

Реализация способа базируется на следующих основных этапах: подготовка и настройка системы макроанализа, дистанционное управление вырезкой операционного материала, макроанализ ОМ, приготовление микропрепарата, подготовка и настройка системы микроанализа, дистанционный поиск информативных полей на микропрепарате, микроанализ с использованием информационной экспертной системы. Этапы представлены в виде иерархической структуры с различными уровнями детализации.

Результаты автоматизированной диагностики представляются в виде стандартизованных форм документации: формализованное макроскопическое заключение, протокол телемедицинской диагностики, печатные формы вывода заключений экспертной системы.

2. Детально представлена последовательность выполнения измерений патологических областей макропрепарата, являющаяся обеспечивающим элементом реализации способа автоматизированной диагностики, которая регламентирует исходные данные (объекты измерений, измеряемые величины и их диапазоны), содержит формулировку измерительной задачи, требования к погрешности измерений, процедуры по подготовке к выполнению и выполнение измерений.

3. Показана последовательность интерактивного микроанализа с применением информационной подсистемы поддержки принятия решений для щитовидной железы, которая включает три основных режимах: диагностика, пополнение (редактирование) и обучение. Режим редактирования, который доступен для работы только экспертам, включает два базовых сценария: динамическое редактирование формализованных списков информативных признаков и нозологических форм и пополнение новыми случаями-эталонами. В режиме обучения предусмотрено три основных сценария: просмотр (изучение), тренинг и контроль знаний. Стратегия диагностики с использованием системы поддержки принятия решений может быть выстроена по двум основным сценариям: интерактивный электронный атлас или экспертная система. Экспертная система определяет наиболее вероятный класс входного объекта и коэффициент достоверности полученного результата, а также выстраивает наиболее вероятные варианты диагностических решений для врача с возможностью просмотра и визуального сравнения изображений объектов входного и из базы данных.

Измеряемые физические величины, а также их диапазоны (табл. 1):

Таблица 1
	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 выделенного объекта	S	См2	0,8-78
4	Коэффициент формы	К	безразмерный	1-2
* Опорные точки - точки, характеризующие по мнению эксперта границы информативной области.
Таблица 2
	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%

Таблица 3
Условия выполнения измерений
Температура окружающей среды	от +18 до +25° С
Относительная влажность	от 60 до 80%
Атмосферное давление	от 86 до 104 кПа

1. Способ микроскопического исследования образца, включающий предварительное получение образца, при этом

а) проводят макроскопическое исследование макропрепарата, предназначенного для получения образца, с использованием системы получения изображений макропрепарата, включающей цифровую фотокамеру и устройство позиционирования и освещения, и соединенного с ней компьютера, в ходе которого

б) проводят обзорную фотосъемку макропрепарата, в результате которой получают цифровые изображения макропрепарата,

в) осуществляют выделение маркировкой макроучастка, предназначенного для получения образца, на цифровом изображении макропрепарата, и

г) получают увеличенное цифровое изображение выделенного макроучастка, при этом указанные операции в) и г) повторяют до тех пор, пока не определят место вырезания образца, и

д) вырезают образец из макропрепарата,

е) осуществляют подготовку полученного образца для микроскопического исследования,

ж) проводят микроскопическое исследование образца с использованием соединенной с компьютером системы получения изображений образца, содержащей микроскоп, цифровую камеру, согласующий модуль для стыковки цифровой камеры и микроскопа, при проведении которого

з) позиционируют образец на предметном столе микроскопа,

и) производят первоначально обзорный просмотр, для проведения которого устанавливают 4-кратный объектив и осуществляют фокусировку,

к) проводят автоматическое сканирование, в результате которого получают цифровые изображения образца, которые выводят на экран монитора компьютера,

л) выделяют маркировкой зоны изображений образца для дальнейшей их детализации,

м) осуществляют смену объектива микроскопа на объектив с большим увеличением и его фокусировку,

н) проводят автоматическое сканирование выделенных зон изображений образца, в результате которого получают увеличенные цифровые изображения выделенных зон изображений образца, которые выводят на экран монитора компьютера,

п) описывают полученные изображения с помощью формализованных признаков из заданного набора формализованных признаков,

р) по полученной комбинации формализованных признаков отбирают из множества эталонных изображений, содержащихся в базе эталонных изображений, те эталонные изображения, которые имеют сходные величины параметров и сходные комбинации признаков, после чего

с) осуществляют сравнение полученных изображений выделенных зон изображений образца с отобранными эталонными изображениями,

т) по результатам которого судят о состоянии образца.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что автоматическое сканирование при микроскопическом исследовании осуществляют посредством заданных координатных перемещений с ограничением крайних положений предметного стола приводами перемещения, связанными с компьютером, причем приводы перемещения предметного стола выполнены в виде блока мотор-редукторов, состоящего из шаговых двигателей с редукторами, при этом для осуществления исследований используют микроскоп МИКМЕД-2 и предметный стол координатный КС-30.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство позиционирования и освещения системы получения изображений макропрепарата содержит предметный стол для установки макропрепарата, на котором выполнена разметка с шагом 1 см в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а с заднего края и боковых сторон на предметном столе установлены ограждения, при этом перед размещением на предметном столе макропрепарат промакивают салфеткой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что фотографирование макропрепарата производят в огражденном со всех сторон ограниченном объеме, имеющем закрываемый проем для доступа внутрь, причем стенки ограждения выполнены из легко моющегося материала и имеют внутреннюю - светоотражающую, а наружную - светопоглощающую поверхности, при этом устройство позиционирования и освещения системы получения изображений макропрепарата содержит предметный стол для установки макропрепарата, на основании которого жестко закреплено средство позиционирования цифровой камеры и источников света в виде штатива, состоящего из трех вертикальных полозьев-направляющих, которые в горизонтальном сечении расположены в вершинах треугольника, при этом источники света установлены симметрично относительно оптической оси цифровой фотокамеры.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что фотографирование макропрепарата производят при рассеянном освещении посредством размещения внутри ограниченного объема между источниками света и предметным столом полупрозрачных заслонок, выполненных из белого полупрозрачного легко моющегося материала, при этом в качестве источников света используют галогенные лампы, которые располагают выше места установки цифровой фотокамеры.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что 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.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительно 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

.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что 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 признаков, имеющихся в отобранных эталонных изображениях, и используют эти данные при сравнении полученных изображений с отобранными эталонными изображениями и установлении диагноза.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно используют систему, состоящую из связанных посредством компьютерной связи лаборантского и консультационного пунктов, каждый из которых содержит компьютер, причем компьютер, соединенный с системами получения изображений, соответственно, макропрепарата и образца, используют в качестве компьютера лаборантского пункта, при этом после проведения на лаборантском пункте обзорной фотосъемки новообразования щитовидной железы полученные цифровые изображения новообразования щитовидной железы направляют по сети компьютерной связи на консультационный пункт, на котором осуществляют выделение маркировкой макроучастка, предназначенного для получения среза ткани, на цифровом изображении новообразования щитовидной железы, 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 среза ткани, после чего в лаборантский пункт направляют указание на выполнения среза ткани, при этом полученные в процессе проведения автоматического сканирования цифровые изображения среза ткани одновременно изображают на экранах мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, после чего на консультационном пункте проводят выделение маркировкой зон изображений среза ткани для дальнейшей их детализации, и направляют на лаборантский пункт указание на проведение автоматического сканирования и получение увеличенных цифровых изображений выделенных зон изображений среза ткани, которые выводят одновременно на экраны мониторов компьютеров лаборантского и консультационного пунктов, после чего на консультационном пункте проводят операции п)-т), а так же гистологическую диагностику новообразования щитовидной железы.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что при проведении по крайней мере одной операции выделения маркировкой соответствующего макроучастка дополнительно маркируют место проведения разреза новообразования щитовидной железы и дополнительно направляют на лаборантский пункт указание о проведении соответствующего разреза и получении его увеличенного цифрового изображения.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно между лаборантским и консультационным пунктами осуществляется постоянная двухсторонняя аудио-связь.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что на лаборантском пункте дополнительно формируются и направляются на консультационный пункт исходные данные по больному.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что для управления получением изображений и передачей изображений в компьютер на лаборантском пункте используют ножные педали.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что на консультационном пункте дополнительно формируется информационный пакет, содержащий результаты измерений величин Р, L, S и описание новообразования щитовидной железы с прилагаемыми полученными соответствующими изображениями и оформленным протоколом для размещения в базе данных.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что выполнение измерений, формирование описания новообразования щитовидной железы и оформление протокола на консультационном пункте осуществляется во время проведения на лаборантском пункте вырезки среза ткани и его приготовления для микроскопического исследования.

16. Способ по п.9, 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.

17. Способ по п.9, отличающийся тем, что при определении диагноза дополнительно инициируют информационную экспертную систему поддержки принятия решений, включающую совокупность базы данных, содержащую цветные эталонные изображения новообразований щитовидной железы и срезов ткани новообразований щитовидной железы и их формализованные описания по эталонному набору признаков, и программных модулей для управления указанной базой данных, с помощью которой проводят подробное описание гистологической картины полученных цифровых изображений, которое сопоставляют с имеющимися эталонными комбинациями значений признаков для постановки окончательного гистологического диагноза.

18. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно инициируют встроенную систему обучения, выполненную в виде электронного учебного пособия, содержащего комплект данных по диагностике в виде текстов, фотографий, видеофрагментов и/или компьютерной графики.