DIGITAL DLA MEDYCYNY - Cyfrowe przetwarzanie obrazu w praktyce diagnostycznej (3)

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
• Możliwość kontroli dostępu i przepływu informacji
• Ogromna pojemność informacyjna , przy łatwości
wyszukiwania i porządkowania informacji
2Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015

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
3Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015

4. Różne działy medycyny i służby
zdrowia są różnie przygotowane
na to wezwanie
4Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
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.

5. Huczne zapowiedzi wejścia nowej
ery w patologii z 2010 roku
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
5

6. Rutynowa diagnostyka patomorfologiczna
- przygotowanie preparatu
6Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
• Niemalże manufaktura na etapie przygotowania preparatu

7. 7Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
• Ręczne nastawianie ostrości i oglądanie preparatów pod
mikroskopem
Rutynowa diagnostyka patomorfologiczna
- przeglądanie preparatu

8. Dlaczego do tej pory w rutynowej pracy
nie udało się zastąpić mikroskopu
skanerem wirtualnych slajdów (WSI)?
8
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
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

9. 9Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
Telepatologia w praktyce
Sieć Amerykanie dla Chińczyków
Platforma EAMUS – Niemcy
SESCAM - Hiszpania
Sieć Zakopane
aktualnie tworzona w
Warszawie przez konsorcjum
WIM, PW, IBIB PAN
Platforma PIKOM
Centrum Onkologii w Warszawie
- tworzy
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

10. Stan wykorzystania WSI w praktyce
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015 10
EAMUS 2006
iPATH 2007
EURO –TELEPATH ; COST Action IC0604; 2007-2011
AID PATH , 2014-2017
2. Projekt: Quest Diagnostics
1.Mayo Clinic: Digital Pathology WG

11. Bariery
• Finansowa
• Prawna
• Mentalna, ludzka
• Technologiczna
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015 11
Ireneusz Palec

12. Bariera finansowa
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015 12
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

13. 13Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
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) 14 3 1 3 0 21
Pathologist workstations (no) 23 18 12 12 0 65
Average utilization of WSI
systems (%) 24 53 69 90 90

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.
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015 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
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015 15
„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

16. 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)
16Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
Nastawienia doświadczonych
patologów do cyfryzacji w patologii

17. Bariery technologiczne
Na poziomie
obrazów cyfrowych
• Pozyskiwanie i przygotowanie
preparatów
• Akwizycja obrazu
• Zapis obrazu
• Oglądanie obrazu
• Metody analizy obrazów i technologii
obliczeń równoległych oraz wsparcie
przez chmury obliczeniowe
Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015 17
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
• 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

18. 18Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
Institute of Pathology – Charité Berlin

19. • 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
19Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015
Wizja na 2020

20. Dziękuję za uwagę
20Konferencja "DIGITAL dla Medycyny", Warszawa 26.02.2015