Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини

У статті наведено методи виявлення циркулюючих пухлинних клітин, проаналізовано сучасні методи та алгоритми оброблення і відновлення біомедичних зображень. Поетапно наведено роботу інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини. Здійснено порівняння розробленої техно...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2018
Hauptverfasser:	Злепко, С.М., Чернишова, Т.А., Маєвський, О.Е., Кривоносов, В.Є., Азархов, О.Ю.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України 2018
Schriftenreihe:	Кибернетика и вычислительная техника
Schlagworte:	Медицинская и биологическая кибернетика
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142094
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини / С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов // Кибернетика и .вычислительная техника. — 2018. — № 2 (192). — С. 84-98. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142094
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1420942018-09-26T01:22:52Z Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини Злепко, С.М. Чернишова, Т.А. Маєвський, О.Е. Кривоносов, В.Є. Азархов, О.Ю. Медицинская и биологическая кибернетика У статті наведено методи виявлення циркулюючих пухлинних клітин, проаналізовано сучасні методи та алгоритми оброблення і відновлення біомедичних зображень. Поетапно наведено роботу інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини. Здійснено порівняння розробленої технології та наявних аналогів. На відміну від наявних аналогів, розроблена технологія виявляє циркулюючі пухлинні клітини з діаметром 4 мкм у дослідженні зразків крові пацієнтів з мілкоклітинним раком легенів. В статье приведены методы выявления опухолевых клеток, проанализированы современные методы и алгоритмы обработки и восстановления биомедицинских изображений. Поэтапно приведена работа информационной технологии определения циркулирующих опухолевых клеток в крови человека. Проведено сравнение разработанной технологии и существующих аналогов. В отличие от имеющихся аналогов, разработанная технология обнаруживает циркулирующие опухолевые клетки с диаметром 4 мкм в исследовании образцов крови пациентов с мелкоклеточным раком легких. В статье приведены методы выявления опухолевых клеток, проанализированы современные методы и алгоритмы обработки и восстановления биомедицинских изображений. Поэтапно приведена работа информационной технологии определения циркулирующих опухолевых клеток в крови человека. Проведено сравнение разработанной технологии и существующих аналогов. В отличие от имеющихся аналогов, разработанная технология обнаруживает циркулирующие опухолевые клетки с диаметром 4 мкм в исследовании образцов крови пациентов с мелкоклеточным раком легких. 2018 Article Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини / С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов // Кибернетика и .вычислительная техника. — 2018. — № 2 (192). — С. 84-98. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. 0454-9910 DOI: https://doi.org/10.15407/kvt192.02.084 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142094 602.9:611.018 uk Кибернетика и вычислительная техника Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Медицинская и биологическая кибернетика Медицинская и биологическая кибернетика
spellingShingle	Медицинская и биологическая кибернетика Медицинская и биологическая кибернетика Злепко, С.М. Чернишова, Т.А. Маєвський, О.Е. Кривоносов, В.Є. Азархов, О.Ю. Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини Кибернетика и вычислительная техника
description	У статті наведено методи виявлення циркулюючих пухлинних клітин, проаналізовано сучасні методи та алгоритми оброблення і відновлення біомедичних зображень. Поетапно наведено роботу інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини. Здійснено порівняння розробленої технології та наявних аналогів. На відміну від наявних аналогів, розроблена технологія виявляє циркулюючі пухлинні клітини з діаметром 4 мкм у дослідженні зразків крові пацієнтів з мілкоклітинним раком легенів.
format	Article
author	Злепко, С.М. Чернишова, Т.А. Маєвський, О.Е. Кривоносов, В.Є. Азархов, О.Ю.
author_facet	Злепко, С.М. Чернишова, Т.А. Маєвський, О.Е. Кривоносов, В.Є. Азархов, О.Ю.
author_sort	Злепко, С.М.
title	Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини
title_short	Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини
title_full	Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини
title_fullStr	Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини
title_full_unstemmed	Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини
title_sort	інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини
publisher	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
publishDate	2018
topic_facet	Медицинская и биологическая кибернетика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142094
citation_txt	Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини / С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов // Кибернетика и .вычислительная техника. — 2018. — № 2 (192). — С. 84-98. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.
series	Кибернетика и вычислительная техника
work_keys_str_mv	AT zlepkosm ínformacijnatehnologiâviznačennâcirkulûûčihpuhlinnihklitinvkrovilûdini AT černišovata ínformacijnatehnologiâviznačennâcirkulûûčihpuhlinnihklitinvkrovilûdini AT maêvsʹkijoe ínformacijnatehnologiâviznačennâcirkulûûčihpuhlinnihklitinvkrovilûdini AT krivonosovvê ínformacijnatehnologiâviznačennâcirkulûûčihpuhlinnihklitinvkrovilûdini AT azarhovoû ínformacijnatehnologiâviznačennâcirkulûûčihpuhlinnihklitinvkrovilûdini
first_indexed	2025-07-10T14:07:56Z
last_indexed	2025-07-10T14:07:56Z
_version_	1837269234674040832
fulltext	ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) DOI: https://doi.org/10.15407/kvt192.02.084 УДК 602.9:611.018 С.М. ЗЛЕПКО1, д-р. техн. наук, проф., зав. каф. біомедичної інженерії e-mail: smzlepko@ukr.net Т.А. ЧЕРНИШОВА2, лікар e-mail: tetyana.che@gmail.com О.Е. МАЄВСЬКИЙ3, д-р. мед. наук, проф., зав. каф. гістології e-mail: maevskyalex8@gmail.com В.Є. КРИВОНОСОВ4, доц. каф. біомедичної інженерії e-mail: yhtverf007@ukr.net О.Ю. АЗАРХОВ4, д-р. мед. наук, проф., зав. каф. біомедичної інженерії e-mail: azarhov55@mail.ru 1 Вінницький національний технічний університет, Хмельницьке шосе, 95, 21021, м. Вінниця, Україна 2 Медичний центр Національного авіаційного університету, п-кт Космонавта Комарова, 1, 03058, м. Київ, Україна 3 Вінницький національний медичний університет ім. М. Пирогова, вул. Пирогова, 56, 21000, м. Вінниця, Україна 4 Приазовський державний технічний університет, вул. Університетська, 7, 87500, м. Маріуполь, Україна IНФОРМАЦIЙНА ТЕХНОЛОГIЯ ВИЗНАЧЕННЯ ЦИРКУЛЮЮЧИХ ПУХЛИННИХ КЛIТИН В КРОВI ЛЮДИНИ Розроблення інформаційних систем і технологій оброблення медичних зображень клітин, отриманих у дослідженні гістологічних препаратів, є одним із найважливіших і пріори- тетних напрямків сучасної медичної науки. Виявлення циркулюючих пухлинних клітин уразі різних локалізацій злоякісних новоутворень наразі є одним із актуальних питань в онколо- гії. Відмінною особливістю циркулюючих пухлинних клітин є агресивний метастатичний потенціал, що дозволяє розглядати їх як основний механізм пухлинної прогресії. У статті наведено методи виявлення циркулюючих пухлинних клітин, проаналізовано сучасні методи та алгоритми оброблення і відновлення біомедичних зображень. Поетапно наведено ро- боту інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини. Здійснено порівняння розробленої технології та наявних аналогів. На відміну від наявних аналогів, розроблена технологія виявляє циркулюючі пухлинні клітини з діаметром 4 мкм у дослідженні зразків крові пацієнтів з мілкоклітинним раком легенів. Ключові слова: інформаційна технологія, циркулююча пухлинна клітина, медичне зображення, гістологія, оброблення, визначення, критерій. 84 ЗЛЕПКО С.М., ЧЕРНИШОВА Т.А., МАЄВСЬКИЙ О.Е., КРИВОНОСОВ В.Є., АЗАРХОВ О.Ю., 2018 Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 85 ВСТУП Розроблення інформаційних систем і технологій оброблення медичних зображень клітин, отриманих у дослідженні гістологічних препаратів, є одним із найважливіших і пріоритетних напрямків сучасної медичної нау- ки. Використання мікроскопічних зображень ракових клітин має велике значення для виявлення злоякісних і ракових клітин, визначення морфоло- гічних змін клітин, їх ідентифікації і підрахунку. Це зумовило той факт, що саме процедура автоматичного підрахунку кількості ядер клітин є ключо- вим моментом у створенні систем і технологій, орієнтованих на аналіз ме- дичних зображень гістологічних препаратів [1]. Виявлення циркулюючих пухлинних клітин (ЦПК) за різних локаліза- цій злоякісних новоутворень в теперішній час є одним з актуальних питань в онкології. Відмінною особливістю ЦПК є агресивний метастатичний по- тенціал, набутий в результаті еволюції клона, що дозволяє розглядати їх як основний механізм пухлинної прогресії. Вивчення біологічних характерис- тик ЦПК, на відміну від більшості інших злоякісних клітин, які є в первин- ній пухлині, дозволило говорити про принципово нові онкомаркери, що мають високе прогностичне значення [1, 2]. В теперішній час ЦПК в крові у хворих раннім раком (NO) молочної залози виявляється в 30% випадків, у хворих місцево розповсюдженим раком (N+) — в 36%, у хворих метастатичним раком — в 70% випадків [2]. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМИ Проблема виявлення і розпізнавання ЦПК набула своєї актуальності в останні декілька десятиліть. На сьогодні є більш ніж 40 методів і засобів, оріє- нтованих на вирішення проблеми ЦПК, однак абсолютна більшість з них ще далека від своєї реалізації. Найбільшого поширення отримали п’ять методів, систем і технологій (рис. 1), які дозволяють виявити або підтвердити наяв- ність циркулюючих пухлинних клітин в крові людини, що свідчить про придбання пухлиною нових якостей — інвазивності і здатності до метаста- зування, що може слугувати новим прогностичним маркером, який відо- бражає ефективність припухлинного лікування [3, 5, 7]. Оптимізувати процес отримання високоінформативних та якісних біо- медичних зображень дозволяє класифікація методів та апаратів, в якій, на наш погляд, надано: а) найбільш поширені методи; б) методи, оптимальні за структурою та ефективністю; в) методи, які забезпечені потужною ма- тематичною підтримкою; г) методи, що максимально відповідають крите- рію оптимальності (рис. 2) [8]. Метод ISET, що дозволяє виділяти неушкоджені ЦПК, є єдиним кліні- чно перевіреним методом для цитопатологічної діагностики ЦПК за зви- чайними цитопатологічними критеріями, які застосовуються лікарями- цитологами для оцінювання мазка за Папаніколау або у разі тонкоголковой біопсії [5]. Цю особливість ISET підтверджено в дослідженні за участю десяти цитопатологів, які наосліп проаналізували кров 770-ти пацієнтів, оброблену ISET методом, включаючи 569-ть хворих різними типами раку і 201 суб'єкта без раку [9]. Крім того, ISET має набагато вищу чутливість, С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 86 ніж інші методи ізоляції пухлинних мікроембол (ЦПМ) або кластерів, що складаються з декількох ЦПК. Вважають, що присутність ЦПМ корелює з поганим прогнозом. Сама здатність ISET виділяти і кількісно оцінювати ЦПК і ЦПМ крові дозволила ввести в практику термін «Циркулюючі пух- линні мікроемболи» [10, 11, 12]. Кілька незалежних команд порівняли ISET з CellSearch у пацієнтів з мілкоклітинним раком легенів, раком молочної залози, раком простати, меланомою і раком підшлункової залози і показали, що ISET значно більш чутливий метод, ніж CellSearch [7, 13]. Мета роботи полягає у підвищенні точності, чутливості і специфічнос- ті процесу виділення та визначення ЦПК в крові людини шляхом створен- ня відповідної інформаційної технології. Вивчення ЦПК, ймовірно, принесе значну клінічну та економічну ко- ристь завдяки можливості неінвазивної діагностики по крові у пацієнтів, яким потрібна таргетна терапія. Однак слід пам'ятати, що нові діагностичні методики можуть слугувати також і джерелами терапевтичних помилок та необґрунтованих витрат. Метод ISET розроблено спеціально для діагнос- тичного виявлення ЦПК та їх подальшого аналізу. У цьому контексті необ- хідно підкреслити, що виділення ЦПК, можливо, дозволить неінвазивно визначати рецидиви раку на ранній стадії. Застосування методик з високою пропускною здатністю і можливістю характеризувати виділені в кровотоці ЦПК дозволить впроваджувати неінвазивні біомаркери для персоніфікова- ної і ефективної медичної допомоги в найближчому майбутньому [4]. РЕЗУЛЬТАТИ Технологія виділення ЦПК за розміром (ISET) з вакуумною фільтрацією пе- редбачає фільтрацію крові пацієнтів через полікарбонатну мембрану з зада- ними розмірами пор (ISET-Isolation by Size of Tumor cells). Після фільтрації і відповідного оброблення мембрани лікар отримує зразок клітинного препара- ту. Для підтвердження злоякісності пухлини необхідна наявність не менше 4-х критеріїв із 5-ти, які прийняті: анізонуклеоз (співвідношення > 0,5); розмір ядра клітини більше 16 мкм в діаметрі; нерегулярність ядерного контуру: на- явність клітинних комплексів; високе ядерно-цитоплазматичне відношення (ЯЦВ), яке визначається за формулою [14, 15]: ЯЦВ = Sя / Sц, де Sя — площа ядра; Sц — площа цитоплазми клітини. Більшість виявлених ЦПК крупніші за розміром, ніж звичайні клітини крові, і експресують на своїй поверхні епітеліальні молекули клітинної адгезії (ЕрСАМ), яка є специфічним для ракових клітин маркером, що най- більше використовується для виявлення ЦПК [15]. Відмінність запропонованого методу виділення, оцінювання та визначення цілісних і неушкоджених ЦПК полягає в доповненні його структури новими етапами (режимами), а саме: режимом 100% герметизації камери з гемолізатом і забезпеченні в ній необхідного і постійного тиску протягом всього процесу фільтрації і режимом трирівневої фільтрації ЦПК на послідовно розміщених полікарбонатних мембранах з діаметрами мікропор 8, 5 і 3 мкм. Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 87 Рис. 1. Методи виявлення ЦПК [3, 4, 5, 6, 7] С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 88 Рис. 2. Сучасні методи та алгоритми оброблення і відновлення біомедичних зображень [8] Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 89 Таким чином, незалежно від своїх розмірів, будуть затримані ЦПК, розмір яких не перевищує 3 мкм (на сьогодні такі ЦПК дослідникам не відомі). Запропонований авторами метод оброблення мікроскопічних зобра- жень ЦПК побудовано за принципом «від зворотнього» і принципом скри- нінгового сканування, має логічно-послідовну структуру, відповідно до якої перший етап методу передбачає встановлення розміру вікна скануван- ня для зображення ЦПК таким, що не перевищує діаметр монокуляра мік- роскопа, а процес оброблення набуває поступово-послідовного характеру з програмованим кроком переміщення предметного столика з розміщеними на ньому полікарбонатними мембранами з діаметрами мікропор 8, 5 і 3 мкм і подальшим, поетапним критеріальним визначенням ЦПК на кожній з мембран, що суттєво підвищує достовірність дослідження, скорочує його час та збільшує у рази пропускну здатність лікувально-діагностичних за- кладів під час проведення скринінгових оглядів населення. Третій етап запропонованого методу можна вважати ключовим, тому що саме на цому етапі і визначаються ЦПК за відповідним алгоритмом, якщо ці клітини є у крові хворого. Як було зазначено, основу апаратного забезпечення технології складає підсистема для фільтрації крові, яка має суттєві переваги перед аналогіч- ними, а саме: герметизація камери з гемолізатом і забезпечення в ній по- стійного і незмінного тиску дозволяють уникати втрат і пошкоджень ЦПК з одного боку, а з іншого — виключають суб’єктивний вплив з боку лікаря на процес фільтрації: використання трьох полікарбонатних фільтрів з діа- метрами пор 3, 5, 8 мкм для фільтрації крові суттєво розширює діагностич- ний діапазон розробленої технології, дозволяючи діагностувати також міл- ко клітинний рак легенів з ЦПК розміром 4 мкм. Особливістю розробленої технології є введення до її структури підсис- теми «інтелектуального» оброблення зображень ЦПК, яка фактично вико- нує функції підсистеми підтримки прийняття рішень і забезпечує практич- но 100-відсоткову відповідність поставленого діагнозу реальній ситуації, виключивши неоднозначність в його інтерпретації. Це досягається блоками моделювання зображень, визначення параметрів ЦПК, постановки діагнозу (прийняття рішень) і блоку формалізації експертних знань, в якому форму- ється початкова структура предметної області, моделі ЦПК, алгоритми функціонування бази знань (БЗ). Блок формалізації виконує також проце- дури ранжування та узгодження експертних знань, орієнтованих на досяг- нення адекватного рішення. Ще однією особливістю підсистеми «інтелек- туального» оброблення зображень є наявність структурованої бази даних, яка функціонує за керуванням СКБД MySQL і включає бази даних еталон- них зображень, еталонних параметрів ЦПК, діагнозів, критеріїв оцінюван- ня діагнозу та інші. Структурну схему розробленої інформаційної технології (рис. 3, 4) на- дано у вигляді логічної послідовності 3-х етапів: І — отримання гемолізату для виявлення ЦПК; ІІ — отримання мікроскопічних зображень і виділен- ня ЦПК, і ІІІ — оброблення зображень, визначення ЦПК і прийняття діаг- ностичних рішень. Критеріальне оцінювання розробленої технології проводилась за трьома групами критеріїв: за модифікованою схемою P. Scarft, H. Bloom, С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 90 Рис. 3. Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини — 1, 2 етап Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 91 Рис. 4. Інформаційна технологія визначення циркулюю- чих пухлинних клітин в крові людини — 3 етап С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 92 W. Richardson [16], за методом ISET і за критеріями доказової медицини: специфічністю, точністю, чутливістю, прогностичною цінністю, повнотою та F-мірою (табл. 1) [17]: Проведення порівняльного аналізу розробленої інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин є досить складним процесом, зумовленим специфікою кожної системи, технології і методу, що зводить до мінімуму ту кількість можливих критеріїв, за якими можна порівняти наявні системи. Друга причина полягає в тому, що станом на цей час офіційний до- звіл на клінічне застосування має в світі тільки одна система CellSearch ком- панії Veridex (США), всі інші носять експериментальний характер і знахо- дяться на різних стадіях апробації і клінічних випробувань. До таких систем і приладів можна віднести системи Ariol, MACS, Ros- seteSep, CIBER та інші. Зрозуміло, що на цому етапі отримати дані про техні- чні, експлуатаційні або клінічні параметри цих системи дуже складно, а іноді і неможливо. Третю причину пов’язано з тим, що розроблено системи, такі як «Контур», «Біоскан» (Білорусь, Росія), оптико-електронні інформаційні тех- нології і системи (Україна), які працюють з попередньо отриманим і обробле- ним зображенням досліджуваного зразка крові [18–21]. Наявність зазначених причин та інших складнощів, що мають місце під час вибору інформативних критеріїв для проведення порівняльного аналізу, зумовила можливість розглядати поставлену задачу як класифіка- ційну, розв’язком якої є отримання простору інформативних критеріїв по- рівняльного аналізу розробленої та інших технологій і систем. До такого простору критеріїв увійшли: назва, фірма розробника і країна; метод, під- хід, що покладено в основу системи, технології або принцип дії; кількість рівнів фільтрації ЦПК за допомоги мембран з діаметром пор 8, 5, 3 мкм; режим роботи — автоматичний (А), напівавтоматичний (Н/А), ручний (Р); час аналізу та оброблення одного зразка крові; рівень збереженості цільно- сті та неушкодженості ЦПК — (В — високий, В/С — вище середнього, С — середній, Н/С — нижче середнього, Н — низький); чутливість методу у відсотках, яку наведено для різних типів раку — немілкоклітинного раку легенів, раку передміхурової залози, раку молочної залози, раку підшлун- кової залози; середня кількість ЦПК в 7,5 мл крові (в залежності від типу раку; середня кількість епітеліальних клітин в 7,5 мл крові (також в залеж- ності від типу раку)) (табл. 2). Таблиця 1. Критерії доказової медицини Критерій Інформаційна технологія Методика М.Лукашевич і В.Старовойтова Wiennert Al-Kafahi Точність 0,9312 ± 0,0343 0,8363 ± 0,0120 0,908 ± 0,04 0,707 ± 0,13 Повнота 0,9732 ± 0,0117 0,9570 ± 0,0016 0,859 ± 0,04 0,916 ± 0,04 F-міра 0,9138 0,8926 0,8828 0,7980 Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 93 Таблиця 2. Порівняльна таблиця характеристик інформаційної технології визначення циркулюючих клітин (ІТВЦК) та сучасних аналогів № п /п Н аз ва , т ип , ф ір ма -в ир об ни к М ет од , п ід хі д, п ри нц ип д ії К іл ьк іс ть р ів ні в фі ль тр ац ії і ді ам ет р по р ме мб ра ни Ре ж им р об от и Ча с ан ал із у і о бр об ле нн я Зб ер еж ен ня ц іл іс но ст і і н е- по ш ко дж ен ос ті Ц П К Чу тл ив іс ть м ет од у, % С ер ед ня к іл ьк іс ть Ц П К в 7, 5 мл к ро ві С ер ед ня к іл ьк іс ть е пі те лі а- ль ни х кл іт ин 1 Систе- ма Cell- Search, Компа- нія Ve- ridex, США Методи: імунофлуо- ресценції; імуномагніт- ного поділу; проточної цитометрії не вка- зано П/А не вка- зано С від 21% до 90% не вка- зано від 0 до 8 2 ISET, США Метод ізоляції за розміром пухлинних клітин 1 рівень, діа- метр пор – 8 мкм П/А 15 хв В/С від 50% до 100% від 2 до 128 не вказа- но 3 Техноло- гія CTC- chip, США Метод проточ- ної цитометрії - П/А С 99% не вказано не вказа- но 4 Техноло- гія Onco- Quick, США Метод Ficoll- Hypague GE Healthcare - А не вказано С не вказа- но - від 1 до 7 5 ІТВЦК, Україна Удосконале- ний метод ізоляції за розміром пухлинних клітин 3 рі вн і ф іл ьт ра ці ї з д іа ме тр ом п ор 8, 5 , 3 м км і 10 0% г ер ме ти ка А до 3 0 хв (в ід за бо ру к ро ві д о от ри ма н- ня к іл ьк ос ті Ц П К і ї хн іх п ар ам ет рі в) В від 60% до 100% від 0 до 10 С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 94 Результат порівняння свідчить про те, що розроблена інформаційна технологія визначення ЦПК відповідає світовому рівню за всіма крите- ріями і вимогами. ВИСНОВКИ На відміну від наявних аналогів, розроблена технологія виявляє циркулюючі пухлинні клітини з діаметром 4 мкм у дослідженні зразків крові пацієнтів з мілкоклітинним раком легенів. Лікар, таким чином, отримав технологію авто- матичного визначення ЦПК в периферичній або венозній крові з високою достовірністю та інформативністю, максимальним збереженням цілісності і неушкодженості циркулюючих пухлинних клітин. Проведений аналіз літера- турних джерел і власні клінічні дослідження підтвердили, що тільки техноло- гії на основі ISET методу дозволяють визначати циркулюючі трофобластні клітини плоду з крові матері, частота трапляння яких дуже мала. ЛІТЕРАТУРА 1. М.М. Лукашевич, В.В. Старовойтов. Методика подсчета числа ядер клеток на ме- дицинских гистологических изображениях. Системный анализ и прикладная ин- форматика. 2016. №2. С. 37–42. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika- podscheta-chisla-yader-kletok-na-meditsinskih-gistologicheskih-izobrazheniyah (Last accessed: 15.05.2018.) 2. Определение содержания ЦОК в периферической крови у больных с первично- генерализованным раком молочной железы на этапах лечения. URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=22788 (Last accessed: 15.05.2018) 3. Kagan M., Howard D., Bendele Т., Mayes J., Silvia J., Repollet M., Doyle J. A Sample Prepa ration and Analysis System for Identification of Circulating Tumor Cells. Journal of Clinical Ligand Assay. 2002. V. 25, N 1. P. 104–110. 4. Vona G., Sabile A., Louha M., Sitruk V., Romana S., Schutze K., Capron F. Isolation by size of epithelial tumor cells?: a new method for the immunomorphological and molecular characterization of circulatingtumor cells. The American journal of pathology . 2000. V. 156, N 1. P. 57–63. 5. Hayes G., Busch R., Voogt J., Siah I., Gee Т., Hellerstein M., Chiorazzi N. Isolation of malignant В cells from patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) for analysis of cell proliferation: validation of a simplified method suitable for multi-center clinical studies. Leukemia research. 2010. V. 34, N 6. P. 809–815. 6. Павлов А.Ю., Гафанов Р.А., Цибульский А.Д., Фастовец С.В., Кравцов И.Б., Исаев Т.К. Роль оценки циркулирующих опухолевых клеток при раке простаты: диагностика и динамическое наблюдение. РМЖ. 2016. №8. С. 480–487. 7. Сell Search. URL: https://www.cellsearchctc.com/ (Last accessed: 25.04.2018) 8. Бабюк Н.П. Метод та система оцінювання динамічних змін біомедичних зобра- жень в офтальмології, автореф. дис. … канд.техн.наук. Вінниця, ВНТУ, 2016, 24 с. 9. Hou J.M., Krebs M.G., Lancashire L., Sloane R., Backen A., Swain R.K. Clinical significance and molecular characteristics of circulating tumor cells and circulating tumor microemboli in patients with small-cell lung cancer. J Clin Oncol. 2012. No. 30(5). P. 525–532. 10. Ma Y.C., Wang L., Yu P.L. Recent Advances and Prospects in the Isolation by Size of Epithelial Tumor Ceils (ISET) Methodology. Technol Cancer Res Treat. 2012. No. f 2(4). P. 295–309. 11. Farace F., Massard C., Vimond N., Drusch F., Jacques N., Billiot F. A direct comparison of CellSearch and ISET for circulating tumour-cell detection in patients with metastatic carcinomas. Br J Cancer. 2011. No. 105(6), P. 847–853. Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 95 12. Mouawia H, SakerA, Jais JP, Benachi A, Bussieres L, LacourB,el al. Circulating trophoblastic cells provide genetic diagnosis in 63 fetuses at risk for cystic fibrosis or spinal muscular atrophy. Reprod Blamed Online. 2012. No.25(5). P. 503–520. 13. Бурденюк І.І. Інформаційна технологія для підтримки прийняття рішень при аналізі біомедичних даних. Автореф. дис. … дис. канд.техн.наук, Вінниця, ВНТУ, 2010. — 19 с. 14. Исмаилова Г. Laget S., Paterlini-Brechot P. Диагностика циркулирующих опухоле- вых клеток с помощью технологии ISET и их молекулярная характеристика для жидкостной биопсии. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/diagnostika- tsirkuliruyuschih-opuholevyh-kletok-s-pomoschyu-tehnologii-iset-i-ih-molekulyarnaya- harakteristika-dlya-zhidkostnoy. (Last accessed: 13.05.2018) 15. Ледов В.К., Скринникова М.А., Попова О.П. Выделение циркулирующих опухоле- вых клеток методом «изоляции по размеру» (ISET) (обзор). Вопр. онкологии. 2014. № 60(5). С. 548–552. 16. Цитологическая диагностика рака молочной железы. URL: http://mastopatia.com/tsitologicheskaya-diagnostika-raka-molochnoy-zhelezi.html (Last accessed: 20.05.2018.) 17. Чувствительность и специфичность диагностического исследования. URL: http://www.ebm.org.ua/clinical-epidemiology/testing/sensitivity-specificity/ (Last ac- cessed: 20.05.2018.) 18. Медовый В.С., Пятницкий А.М., Соколинский Б.З. Инновационный проект «Раз- работка комплекса автоматизированной микроскопии, его облачного функциона- ла, интернет-ресурса лабораторной телемедицины для медицинских анализов био- материалов (МЕКОС-ЦЗ)». Инноватика и експертиза. Вып. 2(9). 2012. С. 50–64. 19. Абламейко С.В., Недзьведь А.М. Обработка оптических изображений клеточных структур в медицине. Минск, 2005. 156 с. 20. Чернишова Т.А, Злепко С.М., Тимчик С.В., Кривоносов В.Є., Злепко О.С. Інфор- маційна система для отримання та оброблення мікроскопічних зображень цирку- люючих пухлинних клітин (ЦПК). Здобутки клінічної та експериментальної ме- дицини. 2017. № 4 (32) C. 39–46 21. Чернишова Т. А., Злепко С.М., Азархов О.Ю., Данилков С.О., Кривоносов В.Є. Інформаційні технології і системи для ранньої діагностики онкологічних захворю- вань за рівнем циркулюючих пухлинних клітин. Медична інформатика та інже- нерія. 2017. № 4 (40). С. 30–35. Отримано 03.04.2018 REFERENCES 1. Lukashevich M.M., Starovoytov V.V. Method of counting the number of cell nuclei on medical histological images. System analysis and applied informatics. 2016. № 2. P. 37–42. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metodika-podscheta-chisla-yader-kletok-na-meditsinskih- gistologicheskih-izobrazheniyah (Last accessed: 15.05.2018) (in Russian). 2. Determination of CSC content in peripheral blood in patients with primary generalized breast cancer at the treatment stages. URL: https://www.science- education.ru/ru/article/view?id=22788 (Last accessed: 15.05.2018) (in Russian). 3. Kagan M., Howard D., Bendele Т., Mayes J., Silvia J., Repollet M., Doyle J. A Sample Preparation and Analysis System for Identification of Circulating Tumor Cells. Journal of Clinical Ligand Assay. 2002. V. 25, N 1. P. 104–110. 4. Vona G., Sabile A., Louha M., Sitruk V., Romana S., Schutze K., Capron F. Isolation by size of epithelial tumor cells?: a new method for the immunomorphological and molecular characterization of circulatingtumor cells. The American journal of pathology . 2000. V. 156, N 1. P. 57–63. 5. Hayes G., Busch R., Voogt J., Siah I., Gee Т., Hellerstein M., Chiorazzi N. Isolation of malignant В cells from patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) for analysis of cell proliferation: validation of a simplified method suitable for multi-center clinical studies. Leukemia research. 2010. V. 34, N 6. P. 809–815. С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 96 6. Pavlov A.Yu., Gafanov R.A., Tsibulskiy A.D., Fastovets S.V., Kravtsov I.B., Isaev T.K. The role of evaluation of circulating tumor cells in prostate cancer: diagnosis and dynamic observation. RMJ. 2016. № 8. P. 480–487. (in Russian). 7. Сell Search. URL: https://www.cellsearchctc.com/ (Last accessed: 25.04.2018) 8. Babyuk N.P. Method and system of estimation of dynamic changes of biomedical images in ophthalmology. Thesis, PhD (Engineering), Vinnitsia, VNTU, 2016, 24 p. (in Ukrainian). 9. Hou JM, Krebs MG, Lancashire L, Sloane R, Backen A, Swain RK, ct al. Clinical significance and molecular characteristics of circulating tumor cells and circulating tumor microemboli in patients with small-cell lung cancer. J Clin Oncol. 2012. No. 30(5). P. 525–532. 10. Ma YC, Wang L, Yu PL. Recent Advances and Prospects in the Isolation by Size of Epithelial Tumor Ceils (ISET) Methodology. Technol Cancer Res Treat. 2012. No. f 2(4). P. 295–309. 11. Farace F, Massard C, Vimond N, Drusch F, Jacques N, Billiot F, el al. A direct comparison of CellSearch and ISET for circulating tumour-cell detection in patients with metastatic carcinomas. Br J Cancer. 2011. No. 105(6). P. 847–853. 12. Mouawia H, SakerA, Jais JP, Benachi A, Bussieres L, LacourB,el al. Circulating trophoblastic cells provide genetic diagnosis in 63 fetuses at risk for cystic fibrosis or spinal muscular atrophy. Reprod Blamed Online. 2012. No. 25(5). P. 503–520. 13. Burdenyuk I.I. Information technology for decision-making support in the analysis of biomedical data. Thesis, PhD (Engineering), Vinnitsia, VNTU, 2010. — 19 p. (in Ukrainian). 14. Ismailova G., Laget S., Paterlini-Brechot P. Diagnosis of circulatig tumor cells using ISET technology and their molecular characteristics for fluid biopsy: URL: https://cyberleninka.ru/article/n/diagnostika-tsirkuliruyuschih-opuholevyh-kletok-s- pomoschyu-tehnologii-iset-i-ih-molekulyarnaya-harakteristika-dlya-zhidkostnoy. (Last accessed: 13.05.2018) (in Russian). 15. Ledov V.K., Skrinnikova M.A., Popova O.P. Isolation of circulating tumor cells by isolated size (ISET) (Overview). Vice versa oncology. 2014. № 60(5). P. 548–552. (in Russian). 16. Cytological diagnosis of breast cancer URL: http://mastopatia.com/tsitologicheskaya- diagnostika-raka-molochnoy-zhelezi.html (Last accessed: 20.05.2018) (in Russian). 17. Sensitivity and specificity of diagnostic research URL: http://www.ebm.org.ua/clinical- epidemiology/testing/sensitivity-specificity/ (Last accessed: 20.05.2018) (in Russian). 18. Medovyiy V.S., Pyatnitskiy A.M., Sokolinskiy B.Z. Innovative project Development of a complex of automated microscopy, its cloud functional, Internet resource of laboratory telemedicine for medical analysis of biomaterials (MECOS-CZ). Innovation and examination. Is. 2(9), 2012, s. 50–64. (in Russian). 19. Ablameyko S.V., Nedzved A.M. Processing of optical images of cellular structures in medicine. Minsk, 2005. 156 p. (in Russian). 20. Chernyshova T.A, Zlepko S.M., Timchik S.V., Krivonosov V.Ye., Zlepko O.S. Informa- tion system for obtaining and processing microscopic images of circulating tumor cells (CPC). Achievements of clinical and experimental medicine . 2017. № 4 (32). Р. 39–46. 21. Chernishova T.A., Zlepko S.M., Azarkhov O.Yu., Danilkov S.O., Krivonosov V.Ye., Baranovskyi D.M. Medical informatics and engineering sciences. Pract. Journal 2017. № 4 (40). P. 30–35. (in Ukrainian). Received 03.04.2018 Інформаційна технологія визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 97 С.М. Злепко1, д-р. техн. наук, проф., зав. каф. биомедицинской инженерии e-mail: smzlepko@ukr.net Т.А. Чернышева2, врач e-mail: tetyana.che@gmail.com О.Е. Маевский3, д-р. мед. наук, проф., зав. каф. гистологии, e-mail: maevskyalex8@gmail.com В.Е. Кривоносов4, доцент каф. биомедицинской инженерии e-mail: yhtverf007@ukr.net О.Ю. Азархов4, д-р. мед. наук, проф., зав. каф. биомедицинской инженерии e-mail: azarhov55@mail.ru 1 Винницкий национальный технический университет, Хмельницькое шоссе, 95, 21021, г. Винница, Украина 2 Медицинский центр Национального авиационного университета, п-кт Космонавта Комарова, 1, 03058, м. Киев, Украина 3 Винницкий национальный медицинский университет им. Н. Пирогова, ул. Пирогова, 56, 21000, г. Винница, Украина 4 Приазовский государственный технический университет, ул. Университетская, 7, 87500, г. Мариуполь, Украина ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИРКУЛИРУЮЩИХ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА Разработка информационных систем и технологий обработки медицинских изображе- ний клеток, полученных при исследовании гистологических препаратов, является од- ним из важнейших и приоритетных направлений современной медицинской науки. Выявление циркулирующих опухолевых клеток при различных локализациях злокаче- ственных новообразований в настоящее время является одним из актуальных вопросов в онкологии. Отличительной особенностью циркулирующих опухолевых клеток явля- ется агрессивный метастатический потенциал, позволяющий рассматривать их как основной механизм опухолевой прогрессии. В статье приведены методы выявления опухолевых клеток, проанализированы современные методы и алгоритмы обработки и восстановления биомедицинских изображений. Поэтапно приведена работа информа- ционной технологии определения циркулирующих опухолевых клеток в крови челове- ка. Проведено сравнение разработанной технологии и существующих аналогов. В отличие от имеющихся аналогов, разработанная технология обнаруживает циркулиру- ющие опухолевые клетки с диаметром 4 мкм в исследовании образцов крови пациен- тов с мелкоклеточным раком легких. Ключевые слова: информационная технология, циркулирующая опухолевая клетка, медицинское изображение, гистология, обработка, определение, критерий. С.М. Злепко, Т.А. Чернишова, О.Е. Маєвський, В.Є. Кривоносов, О.Ю. Азархов ISSN 2519-2205 (Online), ISSN 0454-9910 (Print). Киб. и выч. техн. 2018. № 2 (192) 98 S.M. Zlepko1, D.Sc. (Engineering), Professor, Head of the Department of Biomedical Engineering e-mail: smzlepko@ukr.net T.A. Chernyshova2, Doctor, e-mail: tetyana.che@gmail.com O.E. Maevsky3, D.Sc. (Medicine), Professor, Head of the Department of Histology e-mail: maevskyalex8@gmail.com V.Ye. Krivonosov4, docent, Department of Biomedical Engineering e-mail: yhtverf007@ukr.net O.Yu. Azarkhov4, D.Sc. (Medicine), Professor, Head of the Department of Biomedical Engineering e-mail: azarhov55@mail.ru 1 Vinnytsia National Technical University, Khmelnitskoe Highway, 95, 21021, Vinnytsia, Ukraine 2 Medical Center of National Aviation University, Cosmonaut Komarov ave., 1, 03058, Kyiv, Ukraine 3 Nicholay Pirogov Vinnitsa National Medical University, Pyrohova str, 56, 21000, Vinnytsia, Ukraine 4 Priazovsky State Technical University, Universytetska str, 7, 87500, Mariupol, Ukraine INFORMATION TECHNOLOGY OF DETERMINING CIRCULAR TUMOR CELLS IN HUMAN BLOOD Introduction. The development of information systems and technologies for the processing of medical images of cells obtained in the study of histological preparations is one of the most important and priority directions of modern medical science. The purpose of the article is to detect the CPR at various localizations of malignant neoplasms is currently one of the topical issues in oncology. Results. A distinctive feature of the circular tumor cells is the aggressive metastatic potential, which allows them to be considered as the main mechanism of tumor progression. The article de- scribes the methods of detecting the circular tumor cells, the functions and operations of image proc- essing. The modern methods and algorithms for processing and restoring biomedical images are analyzed. The work of information technology for the determination of circulating tumor cells in human blood is given step by step. A comparison of the developed technology and existing ana- logues is made. Conclusions. Unlike the existing technology, it detects a 4-micromycle circular tumor cells in the study of blood samples from patients with micellar lung cancer. The doctor, thus, received an automatic technology for the determination of the circular tumor cells in peripheral or venous blood with high reliability and informativeness, with maximum preservation of the integrity and invulner- ability of circulating tumor cells. The analysis of literary sources and their own clinical studies have confirmed that only technologies based on the ISET method allow the detection of very rare circulat- ing trophoblast cells of the fetus from the mother's blood. Keywords: information technology, circulating tumor cell, medical image, histology, treatment, definition, criterion.

Інформацiйна технологiя визначення циркулюючих пухлинних клiтин в кровi людини

Institution

Ähnliche Einträge