НИЯУ МИФИ получен патент на устройство для ранней диагностики онкозаболеваний по анализу крови

Уникальное устройство для автоматического обнаружения бластных клеток в периферической крови создано в результате совместного сотрудничества Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (кафедра «Компьютерные медицинские системы», заведующий, д.т.н. В.Г. Никитаев) с Российским онкологическим научным центром им. Н.Н. Блохина и Институтом повышения квалификации ФМБА России.

Предложенное учеными НИЯУ МИФИ (в состав группы авторов патента вошли Никитаев В.Г., Нагорнов О.В., Проничев А.Н., Поляков Е.В., Сельчук В.Ю., Чистов К.С., Блиндарь В.Н., Дмитриева В.В., Гордеев В.В.) техническое решение предназначено для автоматизированного выявления бластных клеток в мазках крови при проведении общего клинического анализа крови. В ходе исследования по определению типа лейкоза и его варианта выявляются атипичные клетки и оценивается тип лейкоцита. Новая разработка, в первую очередь, поможет врачам – онкологам в борьбе с раковыми заболеваниями, такими как острый лейкоз.

Острый лейкоз - заболевание системы крови, которое при отсутствии лечения может привести к летальному исходу в течение нескольких недель. При этом заболевание протекает без специфических симптомов, что осложняет его раннюю диагностику. При нормальном ходе кроветворения в костном мозге образуются бластные клетки, которые, развиваясь, превращаются в зрелые клетки, после чего попадают в кровь. При остром лейкозе число бластных клеток в костном мозге превышает норму и часть из них переходит в кровь, не пройдя всех стадий развития. Наличие бластов в периферической крови может свидетельствовать об остром лейкозе.

Выявление и подсчет бластных клеток в периферической крови являются необходимым этапом в лабораторных исследованиях при диагностике острого лейкоза. Однако до настоящего времени не создано систем, осуществляющих надежное выявление бластных клеток в периферической крови. Такое положение обусловлено тем, что, по всей видимости, применявшихся ранее признаков, описывающих размеры и форму ядра и цитоплазмы клеток, недостаточно для идентификации бластов.

В этой связи разработаны средства автоматизированного микроскопического анализа мазка периферической крови с идентификацией бластных клеток, основанной на измерениях их текстурных признаков.

Евгений Поляков, лучший аспирант НИЯУ МИФИ 2015 года, аспирант кафедры "Компьютерные медицинские системы" НИЯУ МИФИ, один из соавторов патента на устройства для ранней диагностики острых лейкозов, автор 5 научных работ, опубликованных в журналах, индексируемых в международных базах Web of Science и Scopus и двух докладов на международных конференциях.

- Устройство просто в эксплуатации. Мазок крови на предметном стекле готовится по стандартной методике. Предметное стекло устанавливается на моторизованный столик микроскопа. Микроскопическое изображение препарата с помощью цифровой камеры преобразуется в цифровое, далее анализ изображения выполняется методами цифровой обработки с применением методов распознавания образов. Одним из ключевых этапов здесь является формирование признакового пространства на основе информативных характеристик клеток.

- Морфологические характеристики клеток - максимальный размер клетки, площадь ядра и цитоплазмы, ядерно-цитоплазматическое отношение - могут быть использованы для классификации клеток по типам. Экспериментальная оценка информативности этих характеристик для бластных и небластных клеток, показала, что только этих характеристик недостаточно для надежной идентификации бластных клеток в мазке периферической крови. По мнению врачей клинической лабораторной диагностики одним из определяющих признаков бластной клетки является «нежность» структуры хроматина. Однако существующие автоматизированные системы обработки изображений эту характеристику не измеряют. Поэтому в разработке ученых НИЯУ МИФИ рассматривается подход к распознаванию бластных клеток на основе описания структурных элементов хроматина.

Системы автоматизированного анализа изображений клеток крови могут использоваться врачами клинико-диагностических лабораторий, как для проведения диагностики острых лейкозов, так и как средство для консультаций в сложных для диагностики случаях.

Результаты, полученные ранее в ходе разработки системы автоматизированной диагностики острых лейкозов, были положены в основу проведения исследований бластных клеток на препаратах аспиратов костного мозга. Работы проводятся совместно с лабораторией иммунологии гемопоэза (заведующий д.м.н. профессор Тупицын Н.Н.) Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина. Этой лабораторией ведутся приоритетные исследования по совершенствованию ранней диагностики онкозаболеваний и контроля эффективности современных видов терапии. Особое внимание уделяется контролю минимальной остаточной болезни и минимального рака при злокачественных опухолях крови и солидных опухолях. Обнаружение минимального рака – ключевая проблема онкологии, так как контроль над этими клетками позволит совершенствовать методы лечения, направленные на полное уничтожение опухоли. Это необходимо для предотвращения рецидивов злокачественных опухолей, большинство из которых являются инкурабельными (неизлечимыми) и приводят к летальным исходам.

Кафедрой №46 «Компьютерные медицинские системы» совместно с с лабораторией гемопоэза РОНЦ им.Н.Н.Блохина планируется разработка технологий диагностики с применением методов и средств молекулярной иммуноонкологии для выявления микрометастазов злокачественных новообразований. В данном направлении лаборатория гемопоэза сотрудничает с лабораториями Германии, США, Великобритании, Испании. Здесь особо следует отметить Институт биологии рака, который входит в состав Гамбурского университета и является головным института в области минимального рака.

Кафедра №46 НИЯУ МИФИ известна своими научными работами в России и за рубежом. В 2012 г. Европейская научно-промышленная палата наградила сотрудников кафедры «Компьютерные медицинские системы» дипломом высшего Европейского качества за образовательную деятельность, а заведующего кафедры Валентина Никитаева в числе передовых деятелей науки и образования золотой медалью за проведение фундаментальных исследований в области информационных технологий для медицины и промышленности.

Новое изобретение ученых НИЯУ МИФИ станет неоценимым помощником в борьбе с онкологическими заболеваниями. Благодаря этой системе факт наличия бластных клеток в периферической крови может быть установлен уже при первичном обследовании пациента с острым лейкозом, обратившегося за медицинской помощью в лечебное учреждение, что способствует более ранней диагностике острого лейкоза и дает человеку шанс победить болезнь. Также система может эффективно использоваться в мониторинге процесса лечения больных с острым лейкозом.