Kompleksowy system wsparcia do diagnostyki preparatów cytologicznych firmy Digitmed łączy w sobie zaawansowane rozwiązania techniczne z prostotą użytkowania oraz dostępnością. Nasze podejście jest skoncentrowane na użytkowniku, w szczególności jego potrzebach i wygodzie. Inżynieria i informatyka, mimo że jesteśmy ich pasjonatami, są dla nas tylko środkami do tego celu. Te podstawowe założenia projektowe znajdują odbicie w konstrukcji i funkcjonalności kompleksowego systemu wsparcia do diagnostyki preparatów cytologicznych.

Rys. 1 – Mikroskop

Podstawą naszego systemu jest jego modułowość. Zawarliśmy w nim rozbudowany i przemyślany system przydatnych funkcjonalności z myślą o prostocie użytkowania i łatwą dostępnością. Oferowany przez nas system został skonstruowany w taki sposób, aby w pełni zaspokajał oczekiwania każdego użytkownika zaangażowanego w diagnostykę i screening populacji pod kątem raka szyjki macicy w zależności od potrzeb, a więc zarówno lekarza, patomorfologa, diagnosty laboratoryjnego, położnej, jak też osób zarządzających placówkami.

Rys. 2 – Skanowanie preparatu

Oferowany przez nas system składa się z trzech głównych modułów:

  • Urządzenia do skanowania, archiwizowania preparatów cytologicznych i wsparcia przy screeningu populacji pod kątem raka szyjki macicy
  • Algorytmu dokonującego wstępnej oceny i kontroli jakości oceny preparatów cytologicznych
  • Systemu zarządzającego populacją oraz ścieżką diagnostyczno-leczniczą danej pacjentki   

które oferowane modułowo (łącznie bądź osobno) w pełni zaspokajają potrzeby HCPs.

Zaproponowane przez nas rozwiązanie, to przede wszystkim mikroskop optyczny o jakości ścieżki optycznej umożliwiającej skuteczne digitalizowanie preparatów wzbogacony o specjalnie skonstruowaną przystawkę do mikroskopów optycznych, która umożliwia ich skuteczną konwersję do systemów skanujących z wykorzystaniem już posiadanych przez małe i średnie laboratoria. W miejscu istniejącego stolika mikroskopu zamontowaliśmy niezależne sterowanie ostrością przy wykorzystaniu już istniejącej mechaniki mikroskopu.

Rys. 3 – Mikroskop

W tym celu opracowano system bazujący na silnikach krokowych napędzających mechanikę stolika zastępującego oryginalny stolik mikroskopu, oraz niezależnie montowany system z pojedynczym silnikiem napędzającym śrubę tzw. „mikro” do ustawiania ostrości. Silniki są sterowane centralnie z jednego sterownika połączonego z komputerem za pomocą interface’u USB. Praca sterownika polega na wysłaniu grupy pozycji w jakich ma się znaleźć stolik. Sterownik realizuje to polecenie po odebraniu pakietu informacji. Pozwala to na bezpieczne i skuteczne skanowanie preparatu bez zakłóceń w postaci błędów w czasie transmisji.

Rys. 4 – Skan preparatu

Sterownik wyposażony został ponadto w układ wyzwalania kamery tzw. „trigger” który niezależnie od komputera wysyła do kamery informację o osiągnięciu wcześniej zaplanowanej pozycji. Pozwala to niezwykle skutecznie eliminować opóźnienia w wykonaniu zdjęcia. Zbudowane rozwiązanie eliminuje ten problem i zapewnia pełne pokrycie preparatu. Ponadto wykorzystanie triggera sterującego pracą kamery niezależnie od komputera otwiera drogę do możliwości rozwoju systemu skanującego wraz z rozwojem kamer na rynku i nie będzie on podlegał ograniczeniom sprzętowym wynikającym z szybkości komunikacji kamera-komputer-skaner. W opisie systemu skanującego wyróżnić należy system ustawiania ostrości, a właściwie system pełnej regulacji odległości pracy obiektywu od preparatu, ponieważ zbudowany system jest urządzeniem uniwersalnym o wielu potencjalnych możliwościach wynikających z wykorzystania komputerowej analizy obrazu do sterowania ostrością. W celu umożliwienia stosowania systemu w dowolnym mikroskopie w którym występuje śruba mikro wraz ze śrubą makro jest on oparty o układ współosiowych elementów mocujących. Pozwala to na dostosowywanie części mocującej bezpośrednio do zastanych rozmiarów śrub w mikroskopie poddawanym modyfikacji. Zastosowany silnik oraz sposób jego połączenia z śrubą mikro poprzez sprzęgło cierne zapewnia bezpieczeństwo mikroskopu i właściwie eliminuje ryzyko uszkodzenia mechaniki. System przesuwu w kierunku osi X i Y prostopadłych do kierunku Z pokrywającego się z osią optyczną układu mikroskopu również oparty jest na silnikach krokowych. Ich przełożenia zostały tak dobrane by uzyskać precyzję ruchu niezbędną do skanowania preparatów z wykorzystaniem obiektywów o zakresie powiększeń od 4 do 100 razy. Należy podkreślić, iż system skanujący jest skonstruowany w sposób umożliwiający niezależne sterowanie każdym z silników i dzięki temu poruszanie się w dowolnym kierunku w przestrzeni 3D, co jest gwarantem możliwości jego wykorzystania zarówno w przypadku preparatów klasycznych jak i tzw. fazy płynnej. Układ skanujący ze względu na swoją uniwersalność został wyposażony w czujniki dotykowe umożliwiające jego kalibrację w dowolnym momencie Sterownik umożliwia pełną kontrolę zarówno nad ruchem stolika jak i nad procesem wyzwolenia triggera poprzez dobór szybkości ruchu silników, oraz trzech czasów odpowiedzialnych za czas po jakim od osiągnięcia punktu pomiarowego zostanie wyzwolony sygnał triggera.

Rys. 5 – Schemat – SaaS (System as a service)

Firma Digitmed S.A. zaproponowała autorski algorytm służący wspieraniu diagnostyki cytologii klasycznej oraz LBC. Jego zadaniem jest klasyfikacja preparatów na dodatnie i ujemne a następnie na automatyczne rozpoznawanie miejsc oznaczanych przez diagnostów jako HSIL, LSIL, ASCUS, ASCH oraz CA na skanach badań cytologicznych. Dodatkowo w razie wątpliwości system powinien oznaczyć miejsca wątpliwe. Algorytm został podzielony na 2 części. W pierwszej system dokładnie analizuje cały skan próbki cytologicznej i jedynie oznacza miejsca, które należy dalej analizować. Dzięki pracy diagnostów algorytm uczący sieć neuronową ma wystarczającą ilość danych, aby nauczyć się poprawnego rozpoznawania wątpliwych miejsc badań. Pierwsze uczenie algorytmu zostało wykonane na unikatowej co do rozmiaru bazie 22 400 preparatów (połowa konwencjonalna i połowa LBC).

Dzięki dokładnemu oznaczeniu anomalii na powierzchniach skanów udało się nauczyć sieć neuronową, aby rozpoznawała takie miejsca. Dzięki pracy sieci neuronowej udaje się oznaczyć wszystkie miejsca na próbkach, które diagności uznają za anomalie bądź jako miejsca wątpliwe. Drugim etapem pracy algorytmu jest oznaczenie charakteru anomalii. Pierwsza część algorytmu jest odpowiedzialna tylko za przesiew i oznaczenie miejsc interesujących. Natomiast druga sieć neuronowa została oparta o architekturę VGG. Jej zadaniem jest wybór czym jest oznaczone miejsce. Wybór został ograniczony do ASCUS, HSIL, LSIL, ASCH oraz CA bazując na opisach diagnostów.

Ocenę preparatów przez diagnostów i screening wykonuje certyfikowane laboratorium Centrum Medyczno-Diagnostycznego w Siedlcach.