Cyfrowe przetwarzanie obrazu w praktyce diagnostycznej

Transkrypt

1 Cyfrowe przetwarzanie obrazu w praktyce diagnostycznej Dr Anna Korzyńska Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania WIT; Wydział Informatyki Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej Polskiej Akademii Nauk; Kierownik Pracowni Systemów Przetwarzania Mikroskopowej Informacji Obrazowej w Zakładzie Mikrobiosystemów Hybrydowych i Analitycznych

2 Skąd bierze się przewaga technologii i urządzeń cyfrowych nad analogowymi Integracja funkcjonalności i minimalizacja Ogromna pojemność informacyjna, przy łatwości wyszukiwania i porządkowania informacji Możliwość kontroli dostępu i przepływu informacji 2

3 Medycyna i służba zdrowia stoją przed cyfryzacją, bo: Operują dużą liczbą różnego typu danych, związanych z pacjentami i usługami (danych tekstowych, obrazowych, bloczków tkanek, odlewów, itp., a także danych finansowych) Do danych powinien być zapewniony: Szybki dostęp Łatwość porządkowania i zestawiania według kryteriów zależnych od celów (na potrzeby śledzenia historii choroby, sprawdzania efektywności wykorzystania sprzętu, itp.) Ochrona przed zniszczeniem i niepowołanym dostępem oraz Możliwość przeprowadzania analizy statystycznej i formułowania na jej podstawie wniosków dotyczących zarówno zarządzania, jak leczenia i profilaktyki 3

4 Różne działy medycyny i służby zdrowia są różnie przygotowane na to wezwanie Radiologia vs patologia Większość współczesnych urządzeń diagnostycznych w radiologii tworzy i zapisuje cyfrowy obraz ciała z istoty swojej konstrukcji (CT, MRI, itp.). Inne przeszły z etapu zbierania obrazu analogowego na zapis cyfrowy (Rtg., USG, itp.); zdefiniowano dla nich standard zapisu i oprogramowania do ich archiwizowania Rutynową diagnostykę patomorfologiczną przeprowadza się drogą obserwacji preparatów na szkiełkach pod mikroskopem; obrazy cyfrowe są używane głównie w badaniach klinicznych i naukowych, czasami służą do dokumentacji. 4

5 Huczne zapowiedzi wejścia nowej ery w patologii z 2010 roku 5

6 Rutynowa diagnostyka patomorfologiczna - przygotowanie preparatu Niemalże manufaktura na etapie przygotowania preparatu 6

7 Rutynowa diagnostyka patomorfologiczna - przeglądanie preparatu Ręczne nastawianie ostrości i oglądanie preparatów pod mikroskopem 7

8 Dlaczego do tej pory w rutynowej pracy nie udało się zastąpić mikroskopu skanerem wirtualnych slajdów (WSI)? Zalety WSI (cyfrowe slajdy), jako technologii pozwalającej wejść w nową jakość analizy obrazów, umożliwiając: Rutynową diagnostykę Łatwe otrzymanie dodatkowych konsultacji (ang. Second opinion) Telepatologię Archiwizację i wymianę Kontrolę jakości Edukację i wymianę wiedzy na konferencjach Naukę i publikowanie jej wyników Marketing i biznes 8

9 Telepatologia w praktyce Korzyści z telepatologii: Na poziomie klinicznym dostęp do ekspertów z każdego miejsca poprawa opieki medycznej nad pacjentem Na poziomie zysków operacyjnym umożliwia łatwe przesłanie obrazów cyfrowych. Łatwiejsze, niż przesyłanie tkanki (bloczki), czy preparatu (szkiełka) inspiruje konsultacje i wymianę wiedzy i umiejętności Na poziomie biznesu Zwiększa możliwości potencjalnych przychodów Dodatkowe ryzyko wnoszone przez telepatologię: Problemy ze sprzętem, oprogramowaniem i transmisją mogą powodować opóźnienia w diagnostyce Zgodnie z definicja FDA sprzęt i software do telepatologii to urządzenia medyczne klasy III i dlatego wymagają certyfikatu (pre-market approval) ale tylko do rutynowej diagnostyki (primery diagnosis), ale nie dla konsultacji czy diagnozy śródoperacyjnej (2- th opinion, interoperative diagnosis); Kanada klasa II; Europa tylko Trade Mark in Vitro Diagnostic Devices Sieć Amerykanie dla Chińczyków Platforma EAMUS Niemcy SESCAM - Hiszpania Sieć Zakopane Aktualnie tworzona w Warszawie przez konsorcjum: WIM, PW, IBIB PAN Platforma PIKAOM finansowana przez PBS2; ścieżka A; NCBiR 9

10 Stan wykorzystania WSI w praktyce EAMUS 2006 ipath 2007 EURO TELEPATH ; COST Action IC0604; AID PATH, Mayo Clinic: Digital Pathology WG 2. Projekt: Quest Diagnostics 10

11 Bariery Finansowa Prawna Ireneusz Palec Mentalna, ludzka Technologiczna 11

12 Bariera finansowa Do obliczenia oszczędności jakie może dawać wdrożenia zintegrowanego systemu diagnostyki opartego o telepatologie wzięto pod uwagę: (1) Wydajność i oszczędności wynikające konsolidacji laboratorium oraz (2) z powodu uniknięcia kosztów leczenia niepoprawnie ropoznanie chorób przez patologów nie specjalizujących się w konkretnej dziedzinie 12

13 Ocenę kosztów nieporwanych rozpoznań (zarówno fałszywie pozytywnych jak i fałszywie negatywnych przypadków) dokonano na podstawie analizy diagnostyk raka sutka i czerniak a następnie ekstrapolowano na tej podstawie wartości dla innych typów raka Table 1: Acquisition of WSI scanners and workstations and anticipated adoption rates: 5-year roll out plan Quantity/cost category Year 1 Year 2 Year 3 Year 4 Year 5 5-year total WSI scanners (no) Pathologist workstations (no) Average utilization of WSI systems (%)

14 Bariery prawne Prawo nie nadąża za technologią Przed uruchomieniem platformy telepatologicznej należy zapoznać się z lokalnym/krajowym/stanowym/federalnym prawem, statutami i rozporządzeniami oraz skonsultować z instytucjami ubezpieczającymi lekarzy i jednostki służby zdrowia, aby upewnić się, że przekazywane drogą elektroniczną obrazy i powstające na tej podstawie diagnozy są objęte ubezpieczeniem oraz zapoznać się z obowiązującymi zasadami etyki. Dotyczy to zarówno kraju, z którego pochodzi pacjent, jak i kraju, w którym pracuje konsultant. 14

15 Bariera mentalna Brak możliwości kształcenia młodych lekarzy na preparatach wirtualnych, bo ich nauczyciele mają zdjęcia małych pól widzenia wybranych i wykonanych przez aparaty/kamery zintegrowane z mikroskopem; brak sal wykładowych odpowiednio oświetlonych i wyposażonych Brak ogólnie dostępnych baz obrazów cyfrowych/wirtualnych slajdów z opisami klinicznymi na potrzeby edukacji [Baza obrazów patomorfologicznych w Johns Hopkins Atlas of Pancreatic Pathology, cabigtm Cancer Biomedical Imaging Grid, WSI na YouTube] Dobry patolog - to doświadczony patolog, a taki ma awersje lub przynajmniej rezerwę do komputerów In a time of drastic change it is the learners who inherit the future. The learned usually find themselves equipped to live in a world that no longer exists. Eric Hoffer 15

16 Nastawienia doświadczonych patologów do cyfryzacji w patologii Dlaczego nie mogę zobaczyć dokładnie tego samego, co mogę zobaczyć w mikroskopie? Diagnostyka na podstawie cyfrowych slajdów jest o kilka procent mniej dokładna (w sensie ang. accuracy), niż diagnostyka na podstawie obrazu mikroskopowego ale Rekompensuje ten spadek możliwością zastosowania metod przetwarzania i analizy obrazów, które automatycznie selekcjonują obszary zainteresowania i klasyfikują obiekty typowe pozostawiając jedynie do rozstrzygnięcia nietypowe, przyśpieszając proces diagnozy i podnosząc dokładność (w sensie ang. sensitivity) 16

17 Bariery technologiczne Na poziomie obrazów cyfrowych Pozyskiwanie i przygotowanie preparatów Akwizycja obrazu Problemy do rozwiązania Brak standaryzacji procesu barwienia i przygotowania preparatu Duży odsetek plików z błędem utrzymania ostrości obrazu Każdy skaner inaczej wybiera parametry balansu bieli, nasycenia i równowagi kolorów, przez co obrazy mają inny wygląd Zapis obrazu Oglądanie obrazu Metody analizy obrazów i technologii obliczeń równoległych oraz wsparcie przez chmury obliczeniowe Brak wspólnego formatu zapisu obrazu i wspólnego protokołu ich przesyłania Brak procedur transferu pomiędzy formatami zapisu dla poszczególnych urządzeń Jego wygląd różni się od wyglądu w mikroskopie Urządzenia do oglądania: monitory, ekrany poglądu, komórki, tablety są niewygodne (ang. Clamzy), należy iść w kierunku dużych LEDowych wyświetlaczy i paneli dotykowych Nie radzą sobie z artefaktami i olbrzymią niejednorodnością zmian patomorfologicznych 17

18 Institute of Pathology Charité Berlin 18

19 Wizja na 2020 Duże zautomatyzowane laboratoria robiące ekspertyzy dla różnych podjednostek na pełnym zakresie preparatów i próbek oraz w pełnym zakresie technik Z kodowanymi etykietami preparatów pozwalającymi na elektroniczne śledzenie próbek Obsługiwane przez profesjonalny, interdyscyplinarny zespół będący w stanie uzyskać wyniki: Biochemiczne Mikrobiologiczne Hematologiczne, związane z przeszczepami Patomorfologiczne Molekularne i genetyczne 19

20 Dziękuję za uwagę Wykorzystanie prezentacji w części lub zgodzie autorki w całości tylko po uprzedniej pisemnej 20