Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка математического и программного обеспечения автоматизированных диагностических комплексов для анализа и классификации изображений мазков периферической крови в процессе лекарственного воздействия

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
обработка изображений, поддержка принятия решений, биотехнологии, информационные технологии, веб-сервис.

Цель проекта:
1. При назначении лекарственных средств врач должен выбрать из множества решений оптимальное, обеспечивающее полноту восстановления органов и систем организма, минимизируещее время восстановления, а также роль побочных реакций и экономические затраты на лечение. При этом возникают следующие проблемы. Проблема 1: для того, чтобы отбирать лекарственные средства согласно принципам доказательной медицины, специалист здравоохранения должен быть в курсе всех клинических исследований практически во всех областях медицины, что абсолютно невозможно даже для профессиональных фармакологов, не говоря уже о специалистах, загруженных повседневной клинической работой или отпуском лекарственных средств в аптеке. Проблема 2: смертность в результате неблагоприятных побочных реакций (ПР) лекарственных средств занимает четвертое место после смертности от сердечно - сосудистых, онкологических заболеваний и травм. Это связано с внедрением в медицинскую практику большого числа фармакологических препаратов, нерациональным использованием лекарств, медицинскими ошибками. Следовательно, необходим мониторинг эффективности лекарственных назначений в процессе лечения. Проблема 3: для обеспечения эффективности лекарственных назначений и снижения последствий ПР специалист здравоохранения должен иметь возможность прогнозировать ход терапевтического процесса, что весьма сложно ввиду ограниченности выбора маркеров фармацевтического эффекта и сложностью математического моделирования процесса лечения. 2. Цель исследования: Создание прототипа Веб-сервиса, обеспечивающего мета-анализ микроскопических изображений мазков периферической крови и хранение информации о влиянии лекарственного воздействия на величину межклеточных соотношений и форменные элементы крови, вовлеченные в развитие патологических состояний.

Основные планируемые результаты проекта:
Краткое описание основных результатов
1. Концептуальная модель базы данных мазков периферической крови, обеспечивающая мониторинг лекарственных воздействий на организм человека по показателям межклеточных соотношений в мазках периферической крови.
2. Алгоритм мета - анализа микроскопических изображений мазков периферической крови для интеллектуальных систем мониторинга лекарственных воздействий и прогнозирования и диагностики состояния организма человека.
3. Алгоритмы классификации форменных элементов в мазках периферической крови и алгоритмы анализа влияния динамики межклеточных соотношений в мазках периферической крови на эффективность лекарственных назначений.
4. Прототип Веб-сервиса, обеспечивающий мета-анализ микроскопических изображений мазков периферической крови и хранение информации о виде лекарственных воздействий и форменных элементов крови, вовлеченных в развитие патологических состояний.
5. Программные модули для реализации предлагаемых алгоритмических решений.
6. Проект технического задания на проведение ОКР по теме: Разработка опытного образца диагностического комплекса, предназначенного для анализа и классификации мазков периферической крови для мониторинга терапии инфекционных заболеваний.
Основные характеристики планируемых результатов
Концептуальная модель базы данных позволяет интегрировать результаты экспериментальных исследований по эффективности лекарственных назначений по группе удаленных пользователей. Программное обеспечение мета-анализа позволяет использовать группу методов доказательства эффективности лекарственных назначений или наличие побочных реакций с последующей агрегацией решений, полученных разными методами.
База данных микроизображений мазков периферической крови формируется группой пользователей, входящих в «интерьер», под которым понимается сегмент базы данных, в который входят результаты мониторинга лечения определенного заболевания посредством заданного фармацевтического препарата или группы препаратов. «Интерьер» формируют пользователи из «модулей», в которые входят результаты их собственных экспериментальных исследований.
Программное обеспечение мониторинга динамики межклеточных соотношений на микроизображениях мазков периферической крови идентифицирует эритроциты, лейкоциты, тромбоциты и розеточные структуры.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечения прототипа Веб-сервиса предназначено для интеллектуальных систем мета-анализа эффективности лекарственных воздействий и прогнозирования побочных реакций на основе мониторинга динамики межклеточных соотношений в мазках периферической крови.
Конечным продуктом является Веб-сервис – программная среда, доступная удаленным пользователям – специалистам здравоохранения, занимающихся проблемами исследования эффективности фармацевтических препаратов и побочных реакций. Веб-сервис позволяет создавать «интерьеры» – базы данных, создаваемые группами пользователей, позволяющие исследовать фармацевтический эффект определенного лекарственного средства или побочные реакции.
Веб-сервис позволяет реализовать принципы доказательной медицины при определении терапевтической эффективности лекарственных средств. Веб сервис позволяет реализовать принципы доказательной медицины при определении побочных реакций при лекарственных назначениях. Веб-сервис обеспечивает мониторинг эффективности лекарственных назначений и управление терапевтическими процедурами посредством контроля и анализа динамики маркеров фармацевтического эффекта, в частности, динамики межклеточных соотношений в мазках периферической крови.
2. В проекте использованы результаты двух заявок на патент. Результаты были получены при разработки алгоритмов и программного обеспечения для контроля динамики межклеточных соотношений в мазках периферической крови: «Способ автоматической сегментации полутоновых сложнотекстурированных растровых изображений» и «Способ сегментации полутоновых изображений на основе постградиентной обработки в скользящем окне». Кроме этого в проекте использована новая модель базы данных, предназначенная для сетевых пользователей, отличающаяся наличием «интерьеров» - сегментов, создаваемых отдельной группой удаленных пользователей, предназначенных для исследования фармацевтической эффективности определенной лечебного назначения и ПР. При определении эффективности лекарственного назначения для отдельного пациента введено понятие маркера фармацевтического эффекта и реперных точек. Эти понятия позволили получить методику формирования временного ряда, отражающего мониторинг эффективности лекарственного назначения или ПР, посредством анализа которого осуществляется контроль эффективности лекарственного назначения.
3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень, показало соответствие полученных результатов функциональным возможностям известных технических решений по классификации форменных элементов крови и наличие уникальных функциональных возможностей в области мониторирования эффективности лекарственных назначений по межклеточным соотношениям в периферической крови.
4. Для достижения заявленных результатов логика работы Веб-сервиса должна быть понятна конечному пользователю. В связи с этим каждый пользователь создает свой «интерьер» или присоединяется к уже существующему «интерьеру». Если пользователя устраивает существующий интерьер, то он формирует «модуль», встраиваемый в интерьер». Модуль формируется согласно правилам, общим для создателя «интерьеров». Эти принципы поддерживаются концептуальной моделью базы данных.
Риск реализации проекта определяется только обеспечением привлекательности программного обеспечения для удаленного пользователя.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Потребителями научных результатов являются учреждения здравоохранения, врачи. Потенциальный рынок сбыта для разрабатываемой продукции в конечном итоге определяется новыми функциями, которые будут реализованы для конечных пользователей на базе созданных подходов и алгоритмических и программных решений. Одним из наиболее важных применений результатов исследования является оценка влияния лечебно-оздоровительных процедур на функциональное состояние пациента, в частности, при лечении онкологических, сердечно-сосудистых и инфекционных заболеваний. В качестве индикатора этого влияния используется динамика изменения межклеточных соотношений в мазках периферической крови. Научно-технические результаты могут быть использованы при клинической диагностике различных заболеваний, при формировании атласов эталонных изображений клеток крови человека в процессе лекарственного воздействия (по группам нозологий).
Отличительной особенностью предлагаемой системы является режим удаленного анализа сложноструктурируемых изображений посредством применения сети Интернет для передачи данных, который позволит провести высокотехнологичный и качественный анализ в короткое время в отдаленных районах страны различными исследователями. Результаты проекта позволят обеспечить персонализированный подход к медикаментозной и лучевой терапии, и приведет к снижению побочных эффектов при назначении медицинских препаратов.

Текущие результаты проекта:
1. База данных мазков периферической крови, включающая концептуальную модель, обеспечивающую мониторинг лекарственных воздействий на организм человека по показателям межклеточных соотношений в мазках периферической крови.
2. Алгоритм мета - анализа микроскопических изображений мазков периферической крови для интеллектуальных систем мониторинга лекарственных воздействий и прогнозирования и диагностики состояния организма человека. В процессе разработки алгоритма проведены теоретические исследования путей создания математических и алгоритмических средств мета-анализа данных для поиска новых мишеней для лекарственного воздействия.
3. Алгоритмы классификации форменных элементов в мазках периферической крови.
4. Алгоритмы анализа влияния динамики межклеточных соотношений в мазках периферической крови на эффективность лекарственных назначений.
5. Программная документация на программное обеспечение прототипа Веб-сервиса.
6. Прототип Веб-сервиса, обеспечивающий мета-анализ микроскопических изображений мазков периферической крови и хранение информации о виде лекарственных воздействий и форменных элементов крови, вовлеченных в развитие патологических состояний. В процессе разработки прототипа веб-сервиса:
- обоснованы и выбраны программная и аппаратная платформы Веб-сервиса;
- разработана архитектура прототипа Веб-сервиса морфологического анализа микроскопических изображений мазков периферической крови;
- разработаны структурно-функциональные решения, основанные на гибридных методах, предназначенные для сегментации и классификации микроскопических изображений мазков периферической крови;
- разработана программа и методика испытаний прототипа Веб-сервиса;
- осуществлен запуск и наладка прототипа Веб-сервиса.
7. Программный модуль для идентификации, анализа и классификации форменных элементов в мазках периферической крови.
8. Программный модуль для анализа динамики межклеточных соотношений в результате лекарственных назначений