АЛГОРИТМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ИММУНОЦИТОХИМИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОРМОНАЛЬНОГО СТАТУСА

АЛГОРИТМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
ИММУНОЦИТОХИМИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ МОЛОЧНОЙ
ЖЕЛЕЗЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОРМОНАЛЬНОГО СТАТУСА
РАКА
О.А. Артюхова, Н.С. Клименко, Д.А. Добролюбова, А.В. Самородов
ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана»
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Оценка гормонального статуса рака молочной железы (РМЖ) является важным этапом индивидуального подбора способов лечебного воздействия, так как позволяет предсказать эффективность гормональной терапии [1, 2]. Одним из методов, используемых для оценки гормонального
статуса РМЖ, является иммуноцитохимический (ИЦХ) анализ, который
позволяет выявлять наличие в опухолевых клетках рецепторов к стероидным гормонам: эстрогенам и прогестерону [3]. Для этого взятый у больного цитологический материал специальным образом окрашивают с использованием пероксидазы хрена. В результате окраски ядра клеток, содержащих рецепторы, приобретают коричневый цвет. Для визуализации клеток,
не содержащих рецепторы, препарат докрашивают гематоксилином Майера, который придает им голубой оттенок [4]. Микроскопическое изображение окрашенного таким способом ИЦХ препарата приведено на рис. 1.
Рис. 1. ИЦХ препарат, приготовленный методом жидкостной цитологии
Приготовленный препарат врач-лаборант изучает с помощью светового микроскопа и, оценивая интенсивность окрашивания и количество
окрашенных клеток, делает вывод о статусе РМЖ. Подобный визуальный
анализ препарата является высокосубъективным, занимает длительное
время и вызывает утомляемость врача-лаборанта. Альтернативой визуальному анализу является автоматизированный анализ ИЦХ препаратов, заключающийся в автоматическом сканировании всего препарата в световом
микроскопе с программно управляемым предметным столом и анализе зарегистрированной серии изображений с использованием специализиро-
ванного программного обеспечения. В данной работе предложен алгоритм
автоматической обработки изображений для определения гормонального
статуса РМЖ по системе баллов Оллреда (баллы IS, PS, TS) [5]. Алгоритм
реализован в среде Matlab и позволяет проводить автоматический анализ
цветных микроскопических изображений ИЦХ препаратов.
В основе алгоритма лежит разработанный A. Руифроком и Д. Джонсоном метод цветовой деконволюции, позволяющий вычислять профили
концентраций красителей, использованных при приготовлении препарата
[6]. При этом клетки, содержащие рецепторы стероидных гормонов, будут
окрашены и пероксидазой хрена, и гематоксилином, а не содержащие –
только гематоксилином (рис. 2). Пороговая обработка найденных профилей концентрации красителей позволяет выделить области клеток, имеющих и не имеющих рецепторы гормонов.
Исходное изображение
Гематоксилин
Пероксидаза хрена
а
б
Рис. 2. Разделение красителей на изображении ИЦХ препарата, выделены разные типы
клеток: a) клетка, содержащая рецепторы гормонов, б) клетка, не содержащая рецепторы гормонов
Для определения диагностического балла PS, характеризующего долю окрашенных клеток в препарате, используется информация о площади
каждой из областей. Расчет диагностического балла IS, соответствующего
интенсивности окрашивания клеток, производится по среднему значению
оптической плотности в областях окрашенных клеток.
Исследование работы предложенного алгоритма проводилось с использованием двадцати ИЦХ препаратов, предоставленных лабораторией
онкоцитологии МНИОИ им. П.А. Герцена. Примеры результатов сегментации микроскопических изображений препаратов приведены на рис. 3.
Для всех проанализированных ИЦХ препаратов гормональный статус опу-
холи, определенный автоматически, совпал с заключением эксперта
МНИОИ им. П.А. Герцена, что подтверждает эффективность и пригодность предложенного алгоритма автоматической обработки изображений
для практического использования.
Рис. 3. Примеры результатов сегментации микроскопических изображений:
– клетки, не имеющие рецепторов стероидных гормонов,
– клетки, имеющие рецепторы стероидных гормонов
Библиографический список
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Романчишен А.Ф., Жаринов Г.М. Курс онкологии. – СПб: СПбГПМА, 1999. – 250 с.
Берштейн Л.М. Гормональный канцерогенез. – М.: Наука, 2000. – 201c.
Савостикова М.В. Применение жидкостной системы приготовления цитопрепаратов
в
цитологических
и
иммуноцитохимических
исследованиях.
URL: http://www.mcfr.ru/journals/rubric/21628/ (дата обращения: 20.09.2013).
Хериет Э.Р., Гаттер К.С. Иммуноцитохимия: световая микроскопия.
URL: http://www.histopathology.narod.ru/documents/immunocytochemistry.html (дата
обращения 20.09.2013).
Allred D.C., Harvey J.M., Berardo M., Clark G.M. Prognostic and predictive factors in
breast cancer by immunohistochemical analysis // Modern Pathology, 1998. – No.2. –
p. 155-168
Ruifrok A.C, Johnston D.A. Quantification of histological staining by color deconvolution
// Analytical and quantitative cytology and histology, 2001. – No. 23. – p. 291-299.
Сведения об авторах
Артюхова Ольга Александровна – к.т.н., ассистент кафедры «Биомедицинские технические системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана, дата рождения: 25.07.1986 г.
Клименко Наталья Сергеевна – студент кафедры «Медико-технические информационные технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана, дата рождения: 15.12.1989 г.
Добролюбова Дарья Александровна – аспирант кафедры «Биомедицинские технические системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана, дата рождения: 25.07.1986 г.
Самородов Андрей Владимирович – к.т.н., доцент, доцент кафедры «Биомедицинские
технические системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана, дата рождения: 19.11.1975 г.
Вид доклада: устный