Всё на свету: анализ на рак можно будет сделать без прокола
Ученые разрабатывают технологию диагностики онкологических патологий на ранней стадии и без повреждения кожного покрова. Новый подход позволяет обнаружить аномалии биоткани, характерные для раковых новообразований, по специальным снимкам, полученным с помощью светового сканера. Для пациента процедура будет напоминать УЗИ. Анализировать снимки сможет не врач, а искусственный интеллект: это позволит минимизировать связанные с человеческим фактором ошибки в постановке диагноза. Пока что технология не позволит получить гистологические изображения внутренних органов, указали эксперты. Но разработку можно использовать для диагностики, например, рака кожи.
Человеческий фактор
Врачи-гистологи Первого Московского медицинского университета им. И.М. Сеченова совместно с учеными-физиками из Великобритании (Астонский университет) и Финляндии (Университет Оулу) разрабатывают новый способ цифровой диагностики новообразований у человека.
Сейчас при подозрении на онкологию хирург обычно берет у пациента образец ткани в месте, где может быть предполагаемая опухоль. Затем с анализом работает врач-гистолог, который и ставит окончательный диагноз.
Ученые создают технологию цифровой гистологии, которая не потребует срезов биоткани у пациента. По их задумке, с помощью поляризационного светового сканера можно будет получить изображение участка ткани и детектировать онкологию, не делая среза. Процедура напоминает УЗИ и будет безболезненна для пациента. Такая технология называется гистофотоникой.
Специалист осматривает стекло с окрашенным гистологическим срезом
Ее применение также может упростить работу самих медиков. Сегодня при анализе опухоли специалисты с помощью микроскопа анализируют изображения тончайших срезов ткани, забранной у пациента.
— Подготовка образца ткани (его еще называют препаратом) для анализа занимает у специалиста три-четыре дня, — рассказал старший преподаватель кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии Первого Московского медицинского университета им. И.М. Сеченова Геннадий Пьявченко. — Она состоит из фиксации, проводки, заливки, резки, окраски и просушки стекол со срезами. После того как технический специалист сделает снимок на микроскопе, его должен просмотреть практикующий врач.
При этом медик может ошибиться при анализе образцов: нельзя исключать человеческий фактор, отметил ученый. Оплошность может оказаться для пациента фатальной.
Только свет и ничего лишнего
Ученые намерены постепенно «оцифровывать» процедуру гистологии этап за этапом. Сейчас исследователи изучают взаимодействие поляризованного света с больной и здоровой тканями, а также разрабатывают метод анализа получаемых изображений алгоритмами машинного обучения. Поляризованный свет выделен из общего пучка таким образом, что колебания электрического поля в нем происходят только в одной плоскости.
— При взаимодействии света с элементами биоткани свойства поляризации меняются по-разному для здоровых и раковых образцов, — пояснил профессор НИЯУ МИФИ и Астонского университета Игорь Меглинский. — Таким образом, по изменениям характеристик поляризованного света можно судить о наличии структурных нарушений внутри клеток и взаимодействия между ними. Самое сложное — выявить и количественно определить закономерность изменения характеристик поляризованного света при его взаимодействии с биотканями на клеточном уровне, которые могут быть использованы в алгоритмах на базе искусственного интеллекта и нейросетей. Мы смогли это сделать.
Пока ученым удалось отследить изменения характеристик поляризованного света в биоткани всего на несколько миллиметров. То есть на этом этапе с помощью сканера можно анализировать только кожу или органы и ткани, к которым может проникнуть зонд. Впрочем, также можно использовать технологию для изучения образцов, взятых традиционным способом.
— Технология бесконтактной гистологии кажется очень интересной, — отметил врач-патологоанатом НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина Николай Козлов. — Но для некоторых видов лабораторной диагностики нужен кусочек опухолевой ткани. В частности, он необходим для анализа белкового состава и мутаций в опухоли, что определяет прогноз заболевания и чувствительность к лекарственным препаратам. Впрочем, на первом этапе, когда нужно узнать о наличии или отсутствии опухоли, технология потенциально может быть полезна. Однако небольшая проникающая способность метода делает его неприменимым для сканирования легких, костной ткани и других глубоких локализаций, где может развиться опухоль.
Диагноз от искусственного интеллекта
Разработчики новой технологии также создают алгоритм на базе искусственного интеллекта, который сможет поставить предварительный диагноз по снимку. Для этого ученые обучают нейросеть. Компьютеру «показывают» множество снимков здоровых тканей и пораженных опухолью. Впоследствии в компьютерную программу можно будет загрузить изображение образца биоткани, алгоритм сравнит его с имеющимися в базе данных примерами и поставит предполагаемый диагноз. С каждой новой итерацией нейросеть обучается и повышает точность предсказания наличия на снимке какой-либо патологии или отсутствия таковой, уточнил Игорь Меглинский.
Сейчас достоверность результатов работы нейросети превышает 90%, утверждают ученые. К моменту выхода методики в клиническую практику они планируют максимально приблизить показатель к 100%. Реализовать технологию и начать ее клинические испытания ученые рассчитывают в течение следующих трех лет.
Пока врачи скептически относятся к возможностям нейросетей.
— Если обратиться к результатам работы мировых научных коллективов, разрабатывающих методы постановки диагноза с помощью компьютерного анализа, успешных результатов мы не найдем, — заметил Николай Козлов. — А ведь такие работы ведутся более 10 лет. Известно, что опытный патоморфолог при постановке диагноза способен допустить около 2% ошибок за год.
Говорить о том, что нейросеть сможет ставить диагноз с точностью до 99,9%, преждевременно, заключил он.
