Современные системы микроскопии в ряде важных случаев приблизились по уровню автоматизации к проточным анализаторам биоматериалов, превосходя последние по объему диагностической информации.
(опубликовано 22.06.2004)
СИСТЕМЫ МИКРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ПРОТОЧНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ БИОМАТЕРИАЛОВ
ЗАО "Медицинские компьютерные системы (МЕКОС)", Москва
Аннотация
Современные системы микроскопии в целом отставая по уровню автоматизации от проточных анализаторов биоматериалов в ряде важных случаев приблизились по этому показателю к последним, создав новый уровень полноты, точности и скорости медицинских анализов. Развитие электроники, видео и компьютерной техники позволило перевести автоматизацию микроскопии главным образом в область программирования, что создало предпосылки для нового витка развития этого направления. Технические и экономические характеристики автоматизированных систем микроскопии впервые стали приемлемы для массового применения.
ВВЕДЕНИЕ
В 90-х годах быстрые и удобные автоматические проточные анализаторы вытеснили в развитых странах ручную микроскопию в группе простых количественных анализов клеток крови. К середине 90-х годов казалось, что в недалеком будущем микроскопия отомрет везде, где применяется количественный анализ. Однако к концу 90-х годов расширение области применения проточных анализаторов замедлилось. Выяснилось, что во многих, как правило, диагностически наиболее важных случаях как качественная так и количественная информация может быть получена только средствами микроскопии, имеющей многократное преимущество над другими методами по разрешению. К ним относятся: анализ состава популяции клеток с тонкими морфологическими особенностями (например, подсчет палочкоядерных нейтрофилов, индекс овалоцитоза эритроцитов, миелограмма); поиск редких клеток (поиск раковых клеток в мазке с поверхности шейки матки, обнаружение яиц гельминтов и простейших в фекалиях); анализ малого количества биоматериала (вытяжка тонкой иглой); гистологический анализ и др. Микроскопический анализ является обязательным средством контроля результатов проточных анализаторов, дающих значительные ошибки при ряде патологий. В обозримом будущем анализ визуальных образов микроскопических объектов останется незаменимым источником диагностической информации [1].
СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ МИКРОСКОПИИ И ПРОТОЧНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ
Основные различия между этими двумя методиками отражены в таблице, где "+" и "-" показывают преимущества и недостатки.
Тип анализатора
Проточный
Микроскоп+врач или автоматическая система микроскопии
Объем выборки анализируемых объектов
+ Большой (100 000 и более)
- Небольшой (обычно до 1000; макс. 100 000)
Скорость измерений
+ высокая (100 000/мин)
- низкая (обычно до 500/мин; макс. 5000/мин)
Состав измеряемых признаков
- простой (простая морфология, метки)
+ сложный (сложная морфология)
Необходимый объем биоматериала для анализа
- Большой (обычно больше 1 мл, больше 100 000 объектов)
+ Небольшой, могут быть единицы объектов
Возможность обнаружения объектов с низкой концентрацией
- Отсутствует при концентрациях меньше 1/10 000
+ Возможно обнаружение единичных объектов
Разнообразие агрегатных состояний биоматериала
- только суспензия
+ Большое
Наличие визуального контроля
- Нет
+ Есть
Основное диагностическое применение
+ Обнаружение патологии
+ Дифференциальная диагностика
Как видно из таблицы, оба метода не столько конкурируют, сколько дополняют друг друга. В настоящее время считается общепризнанным, что проточный и микроскопический цитоанализ должны работать вместе, обеспечивая постоянно расширяющийся спектр лабораторных анализов.
НЕОБХОДИМОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ МИКРОСКОПИИ
Методики ручного микроскопического анализа эксплуатируют замечательные свойства глаз человека мгновенно распознавать соотношения формы, оттенков, текстуры сложных изменчивых объектов. Врач узнает клетки без их измерения, на основе качественных характеристик. Если исследуемых клеток много, а требования к точности анализа невелики (выборка в 100-200 клеток), то такой анализ на "узнавание" (например, подсчет лейкоформулы) при наличии достаточного числа опытных врачей-лаборантов может выполняться в массовом порядке. Значительно хуже справляются глаза человека с дифференциальным подсчетом более представительных выборок клеток (500) и с большим количеством даже самых простых измерений (например, такие недоступные проточным гемоанализаторам анализы как определение индекса овалоцитоза эритроцитов, подсчет Ag-NOR меток лимфоцитов). Измерение сложных количественных характеристик морфологии и оптической плотности, имеющих значительную диагностическую ценность в онкологии, вообще не может быть выполнено вручную. Весьма трудны психологически и физически для человека также задачи поиска редких клеток, подсчета сложных дифференциальных формул, аккуратного просмотра больших пространств препарата (например, подсчет формул при цитопении, поиск юных клеток в мазке крови, подсчет миелограммы в мазке костного мозга, подсчет патологических типов эритроцитов). Очень трудны и вредны для глаз врача анализы с подсчетом флуоресцирующих меток (например, подсчет субпопуляции меченых FITC лимфоцитов). Поэтому доминировавшая до последнего времени ручная микроскопия даже при высокой квалификации врача-лаборанта тяжела, субъективна и ограничена по своим реальным возможностям. Далеко не вся присутствующая в препарате диагностическая информация может быть извлечена глазами врача.
СОВРЕМЕННЫЕ АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МИКРОСКОПИИ
Рынок автоматических систем микроскопии (АСМ) возник более 30 лет назад. АСМ 70-80-х годов опережали свое время по постановке задачи и ряду алгоритмических решений, но существовавший тогда уровень развития видео и цифровой техники не позволял создать приборы, приемлемые по скорости, надежности и цене. Необходимый уровень развития видео и компьютерной техники был достигнут к концу 90-х годов. Это привело к появлению нового поколения медицинских АСМ, заполняющих свою собственную нишу лабораторных анализов в гематологии, цитологии, гистологии, онкологии, паразитологии и других областях.
АСМ самостоятельно выполняет основные этапы микроскопии, избавляя врача от необходимости сидеть за микроскопом. Рабочим местом врача становится компьютер, в который автоматическая система микроскопии передает (возможно, из другой комнаты или другого города) изображения собранной им самостоятельно выборки клеток. Обслуживание микроскопа-анализатора может выполнять персонал невысокой квалификации. Пользуясь объективными количественными критериями выбора маршрута просмотра препарата автоматическая система микроскопии улучшает представительность выборки клеток и тем самым объективность и точность анализа. Автоматическая классификация, одновременный просмотр при контроле группы высококачественных изображений клеток выборки на экране компьютера многократно повышают производительность и улучшают условия труда врача-лаборанта, избавленного от рутинных операций и выполняющего функции эксперта. Главное назначение АСМ - анализ препаратов с невысокой и низкой концентрацией анализируемых объектов, когда сам сбор выборки объектов для анализа является трудоемкой операцией. Функции АСМ пока удалось реализовать для небольшой группы анализов. Помимо решения технических проблем "переднего края" разработка каждой функции АСМ основана на глубоком изучении конкретного вида анализа и биоматериала. Например, при разработке АСМ МЕКОС-Ц1 (МЕКОС, Россия) [2, 3] для системы выбора маршрута просмотра мазка крови на основе теоретических и экспериментальных исследований была создана модель мазка, позволившая по концентрации эритроцитов в поле зрения определять условия сохранности морфологии лейкоцитов в разных частях мазка. Для системы обнаружения лейкоцитов использована модель зависимости окраски и размеров лейкоцитов от окраски и концентрации эритроцитов. При определении границ ядер и цитоплазм применяются алгоритмы, использующие модель зависимости контрастности от кривизны границы. При классификации лейкоцитов и эритроцитов используются статистические свойства формы, размеров, окраски, текстуры, полученные на основе архива 300000 изображений клеток и т.д.
Целесообразность использования АСМ в качестве гемоанализатора при наличие на рынке множества эффективных проточных гемоанализаторов (Сell-Dyn (Abbott), Technicon Н (Bayer), Sysmex (TOA), Coulter (Bekman-Coulter), Medonic (Boule) и др.) связана с выполнением не столько дублирующих, сколько дополняющих функций, доступных только при микроскопическом анализе. Современное разделение труда состоит в том, что проточный гемоанализатор обнаруживает патологию, а микроскопический анализ тонкой морфологии клеток крови служит для ее дифференциальной диагностики. В связи с этим функции таких АСМ как DiffMaster (Cellavision, Швеция) [4] и МЕКОС-Ц1 направлены на автоматизацию рутинных операций микроскопии по сбору представительных выборок клеток и на эффективную визуализацию их морфологии для оценки врачом. В небольших лабораториях (до 100 клинических анализов крови в день) такой АСМ может применяться вместе с дешевым проточным гемоанализатором, измеряющим только концентрации клеток. В этом случае при общей стоимости интегрированной системы МЕКОС-Ц1 - проточный гемоанализатор в 18-25 тысяч долларов и при низкой себестоимости анализов весь поток клинических анализов крови проходит через МЕКОС-Ц1. В крупной лаборатории, оснащенной проточным гемоанализатором высокого класса, МЕКОС-Ц1 может использоваться только для препаратов с обнаруженной патологией. Наряду с автоматизацией микроскопических анализов МЕКОС-Ц1 выполняет основные операции информатизации, выполняя функции "АРМа врача-гематолога".
Среди других приложений отметим программы автоматической микроскопии МЕКОС для паразитологии, цитологии, гистологии, физиологии, подробнее см. [3].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Технические и экономические характеристики автоматизированных систем микроскопии в начавшемся десятилетии впервые стали приемлемы для массового применения в рядовых медицинских лабораториях, создавая новый уровень качества традиционных и внедряя новые ранее недоступные типы анализов.
Литература
1. Michael Hatcher. Medicine to boost microscopy market. Opto and Laser Europe magazine. 14 February 2003
4. Swolin B., Simonsson P. et al. Differential counting of blood leukocytes using automated microscopy and a decision support system based on artificial neural networks - evaluation of DiffMaster Octavia. Clin Lab Haematol. 2003 Jun; 25(3): 139-147.
ЗАО "МЕКОС", пр.Мира 91-1-112, Москва, 129085, Россия
E-mail: info@mecos.ru
Оперативная и качественная доставка грузов — залог успеха любой компании занимающейся как продажей, так и производством. Во время привезенные запчасти позволят своевременно выпустить продукцию. Поэтому любые грузоперевозки, в т.ч. и грузоперевозки Волгоград стоит доверять только профессионалам.
Патологоанатомическая служба и судебная медицина
