Лучшим инновационным проектом по итогам прошлого года была признана программа для анализа изображений раковых клеток CellDataMiner. Эксперты конкурса, организованного Госкомитетом по науке и технологиям, не случайно отдали победу именно этой разработке ученых факультета радиофизики и компьютерных технологий БГУ. Биоинформатика — использование компьютерных технологий для обработки биологической информации — сейчас переживает бурный рост во всем мире. Отдельный ее раздел — программы для улучшения диагностики заболеваний: на уровне клеток, органов, организма в целом. У нас в этой сфере есть не только фундаментальные изыскания — готовые разработки уже внедряются в практику.
...Первым делом Евгения Лисица, основной разработчик программы–победителя CellDataMiner, старший преподаватель кафедры системного анализа и компьютерного моделирования БГУ, предлагает посмотреть на монитор. На экране — целый сонм синих, красных, зеленых мелких объектов.
— Это клетки, их на изображении более 600, и проанализировать все на глаз довольно сложная задача. А некоторые особенности «вживую» просто незаметны. Лучше найти характеристики, которые разделяют эти объекты, разработать методы классификации, анализа, и программа сама оценит форму, размер, окраску и прочие особенности каждой клетки, выбрав атипичные.
В качестве исходного материала для анализа выступает препарат, полученный из биопсийного материала опухоли груди. Изначально работа над программой шла совместно с Институтом Джефферсона (США), и уже готовые изображения были предоставлены им. Снимок сделан при помощи люминесцентного микроскопа, клетки обработаны тремя красителями: синий выделяет ядра, красный — ядра больных клеток, зеленый — цитоплазму. От того, насколько качественная «картинка» получена в итоге и как она проанализирована, может зависеть и диагноз, и способ лечения. Конечно, говорить о том, что программа заменит специалиста, неверно, считает Евгения Лисица, тут важен симбиоз возможностей нашего зрения и компьютерных технологий:
— Аналоги нашей программы есть, одна из них — ImageJ. Но там в процессе выделения клеток на изображении часть их попросту теряется, выпадает из картинки, и нужно каждый раз вручную подыскивать метод, как их лучше «проявить». Мы же ориентируемся на пользователя, который не владеет навыками программирования, и четкий, ясный рисунок появляется автоматически, сразу. И, конечно, у нас свои методы анализа. Каждая клетка оценивается по 11 самым информативным параметрам...
Проект по созданию CellDataMiner шел при поддержке Фонда фундаментальных исследований и при участии целого коллектива — сотрудников кафедры системного анализа и компьютерного моделирования:
заведующего кафедрой, доцента, кандидата физико–математических наук Виктора Скакуна, профессора, доктора физико–математических наук Владимира Апанасовича и доцента, кандидата физико–математических наук Николая Яцкова. По сути, под их руководством Евгения Лисица, молодой ученый, с 5-го курса занялась биоинформатикой, прошла аспирантуру. CellDataMiner — часть ее кандидатской диссертации.
— Задача биоинформатики — анализ данных. Причем это могут быть не только раковые клетки, но и другие изображения. Методы, которые реализованы в программе, можно адаптировать для работы с любыми типами данных, — Евгения надеется, что уже в этом году ее программа начнет использоваться при диагностике.
В нашей медицине, кстати, пример успешного внедрения своего программного продукта уже есть — с декабря прошлого года в РНПЦ онкологии и медицинской радиологии имени Н.Н.Александрова используется программа «Волигатор» для ранней диагностики рака легкого. Разработали ее специалисты Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси в кооперации с медиками по государственной программе «Информационные технологии».
— У мужчин рак легкого находится на первом месте по частоте среди злокачественных опухолей. Но если опухоль «поймать» на 1–й стадии — вероятность вылечиться составит более 80%, и это при том, что с таким диагнозом прогноз часто неблагоприятный, — вводит в курс дела Сергей Хоружик, врач–рентгенолог РНПЦ, кандидат медицинских наук, доцент кафедры лучевой диагностики БелМАПО. «Волигатор» создавался при его участии, ведь именно медик может очертить требования для подобного программного продукта.Скрининговый метод в диагностике рака легкого сегодня — рентгенография органов грудной клетки. Цифровые рентгеновские аппараты дают обзорный снимок органов грудной полости. Но это снимок двухмерный, где сложно увидеть мелкие очаги — они могут «прятаться» за сосудами, за тенью сердца и др. Поэтому при подозрении на опухоль легкого выполняют рентгеновскую компьютерную томографию (КТ). Пациент сканируется от верхушки легких до диафрагмы, в итоге получается серия снимков в поперечной плоскости. Чем меньше толщина срезов, тем более мелкие очаги можно обнаружить. Но врачу–то нужно просмотреть очень много изображений, затратить массу времени, при этом что–то можно и не заметить: совсем мелкие очаги, например, могут быть похожи на сосуды. Поэтому и была поставлена задача создать программу, которая сама, автоматически, будет искать очаги в легких.
— «Волигатор» работает с тонкими срезами, по 2,5 — 3 мм. На одного пациента приходится примерно 150 таких изображений, полученных при КТ. Программа оптимизирована для поиска округлых образований, и, по нашему опыту, она порой находит даже то, что не видит врач, — Сергей Анатольевич демонстрирует возможности разработки: на мониторе трехмерное изображение легких, по всему объему которых разбросаны красные сферы разных размеров — опухоли. У этого пациента «Волигатор» обнаружил 17 новообразований. Даже непрофессионалу наглядно видно, что, какого размера и где расположено. Профессионалам же важна и статистика: список очагов, размер, объем, плотность каждого. Из новшеств — программа высчитывает вероятность того, что обнаруженная опухоль окажется злокачественной, на основании плотности, характера контура, локализации, размера, а также возраста пациента, стажа курения, сопутствующих заболеваний — все данные заранее вводятся в компьютер.
Еще одна новация, на которую особо обращает внимание Сергей Хоружик, — возможность высчитать общий опухолевый объем. Ведь это очень важно. Например, пациент проходит химиотерапию, одни опухоли уменьшаются, исчезают, другие, наоборот, могут увеличиться. Просто посмотрев на монитор, медику сложно определить, есть в целом улучшение или нет. А вот общая опухолевая масса — абсолютно объективный показатель: было, скажем, 200 мм кубических до химиотерапии, а после стало 120. Тогда онкологи четко знают: лечение помогает, его надо продолжать.
Безусловно, импортные аналоги программы существуют, как правило, они поставляются в комплексе с компьютерными томографами. Но улучшить самостоятельно их невозможно, а любое дополнение стоит немалых денег. Имея же собственное программное обеспечение, можно его постоянно развивать, вводить дополнительные опции. В этом году «Волигатор» планируется внедрить в медучреждениях, в первую очередь в онкологических клиниках, по всей стране. Что немаловажно, бесплатно.
Фото Татьяны Столяровой
vasilishina@sb.by
Советская Белоруссия № 23 (24653). Пятница, 6 февраля 2015
