ANNA - Umelá inteligencia v digitálnej patológii

Na zdraví záleží zo všetkého najviac, preto ak príde choroba, treba čo najskôr zakročiť, predovšetkým, ak sa to týka rakoviny. Včasná diagnóza vie ovplyvniť celý priebeh liečby, preto sme my v Brain:IT spolu s Onkologickým ústavom Sv. Alžbety pomohli vytvoriť softvér, ktorý pomáha patológom exaktne zistiť a vyhodnotiť stav a priebeh rastu nádoru – proliferačnú aktivitu.

Charakteristika zákazníka

Onkologický ústav sv. Alžbety je moderným zdravotníckym zariadením, ktoré slúži potrebám onkologických pacientov z celého územia Slovenska. V Onkologickom ústave sv. Alžbety je 7 posteľových oddelení: chirurgické, onkogynekologické, maxilo–faciálnej chirurgie, intenzívnej medicíny, interné, rádioterapeutické a nukleárnej medicíny. Laboratóriá ústavu majú ako jedno z mála pracovísk na území Slovenskej republiky akreditáciu pre celú Európsku úniu.

Onkologický ústav sv. Alžbety investuje do nadobudnutia nových diagnostických a liečebných zariadení, ako aj na ďalšie skvalitnenie starostlivosti o pacientov. Tomuto vývoju vpred napomáhame aj my v BRAIN:IT vďaka projektu, ktorý sme spolu s OÚSA vytvorili.

Náročnosť projektu

Dĺžka projektu

Veľkosť projektu

Komplexnosť projektu

Umelá inteligencia v digitálnej patológii

Zdravotníctvo je jednou z oblastí, kde má umelá inteligencia široké možnosti využitia. Všade tam, kde sa pri vyhodnocovaní a rozhodovaní vyžaduje objektivita a efektívnosť pri spracovaní medicínskych dát, je vhodné miesto pre podporný nástroj s využitím umelej inteligencie.

Naša výzva a ciele

Predpokladaný prínos výskumu spočíva v skvalitnení diagnostiky patológa. Pomoc pacientom so získaním čo najpresnejších výsledkov za čo najkratší čas. Vývoj softvéru/aplikácie, ktorý bude pomáhať patológom exaktne zistiť a vyhodnotiť stav a priebeh rastu nádoru – proliferačnú aktivitu. Vytvorená aplikácia tak stanoví presné percento pozitívnych nádorových buniek z celkového počtu nádorových buniek, pričom neberie do úvahy elementy ako sú strómy, lymfocyty či iné artefakty.

Cieľ projektu

Primárnym cieľom projektu je vytvoriť počítačový program, ktorý za pomoci umelej inteligencie analyzuje z digitálnej fotografie zhotovenej z histologického preparátu percentuálne zastúpenie pozitívnych buniek vo vybranom imunohistochemickom farbení. Tento program je využívaný patológmi ako podporný nástroj pri stanovovaní kvantitatívne hodnotených markerov imunohistochemických farbení vo vzorkách nádorového tkaniva, a to v rutinnej bioptickej praxi. Týmto spôsobom sa zvýši presnosť hodnotených kvantitatívnych parametrov v imunohistochemických farbeniach ako aj odbremení hodnotiacich patológov od časovo náročných procesov, ktoré sú za asistencie umelej inteligencie vyhodnotené za pár sekúnd.

Toto sú niektoré z výhod nášho softvéru ANNA, ktorý pomôže patológom s vyhodnotením vzoriek. Výsledky budú rýchlejšie, objektívnejšie a presnejšie.

Motivácia - problém zákazníka

Podľa prieskumu odborníkov z OÚSA na danú problematiku vyhodnocovania vzoriek už existujú softvérové riešenia, ktoré sú ale finančne veľmi nákladné, pričom nedosahujú uspokojivé výsledky. Preto sa OÚSA v spolupráci s firmou Brain:IT dohodli na zmluvnej spolupráci, s cieľom vytvoriť počítačový program/softvér, ktorý bude riešiť danú problematiku pomocou umelej inteligencie.

Problémy:

Časovo náročná analýza kvantitatívnych parametrov vyhodnocovaných pri imunohistochemickom zafarbovaní.
Zlá presnosť pri kvantitatívnych parametroch.
Počítanie mitotických figúr v tumore ručne patológom.
Vyhodnotenie prítomnosti mikrometastáz v lymfatických uzlinách.
Skríning cytologických vzoriek.

Viac ošetrených pacientov

aplikácia šetrí čas, čo umožňuje patológom diagnostikovať viac pacientov

Objektivita

zaistí objektivitu, keďže jej výstupom je presný výsledok a nie subjektívny odhad

Eliminuje chybovosť

eliminácia chýb, ktorá môže mať vplyv na konečnú diagnózu

Naše riešenie

Riešením popísaného problému by bol plne funkčný softvér, ktorý pomáha patológom určiť štádium rakoviny. My v Brain:IT sme preto vyvinuli softvér ANNA, ktorý ponúka modul pre kvantitatívne a semi-kvantitatívne hodnotenia imunohistochemického farbenia nukleárnych markerov. Môže určiť percento pozitívnych tumorových buniek zo zafarbovania, bez toho, aby počítala ostatné prítomné bunkové elementy.

Ako funguje hodnotenie proliferačnej aktivity

Naša aplikácia ANNA, ktorá bola vyvinutá v spolupráci s Onkologickým ústavom Sv. Alžbety v Bratislave, je nástrojom pre podporu rozhodovania, ktorý pomáha patológovi exaktne zistiť a vyhodnotiť stav a priebeh rastu nádoru – proliferačnú aktivitu. Hodnotenie proliferačnej aktivity vo vzorkách od pacientov prebieha imunohistochemickým zafarbením nukleárnych markerov (hodnotenie proliferačného indexu pomocou Ki-67). Takto predspracované vzorky sú nasnímané digitálnym mikroskopom do elektronickej podoby a získaný digitálny obraz následne spracuje umelá inteligencia, ktorá na pozadí deteguje prítomnosť a množstvo nádorových buniek. Aplikácia tak stanoví presné percento pozitívnych nádorových buniek z celkového počtu nádorových buniek, pričom neberie do úvahy elementy, ktoré nepatria k nádorovým bunkám, napríklad strómy, lymfocyty či iné artefakty.

ANNA – Artifical Neural Nurse Assistant

Pre systém ANNA je vyvinutých viac modulov, s ktorými vie pracovať. Sú to:

ANNA Micro-metastasis – Modul pre detekciu mikrometastáz v lymfatických uzlinách
ANNA Mitotic – Modul pre monitorovanie mitotickej aktivity v nádoroch
ANNA Cytological – Modul pre vyhodnocovanie výsledkov cytológie

Všetky moduly slúžia podobne ako nástroj pre podporu rozhodovania, s cieľom minimalizovať zdĺhavú manuálnu prácu doktorov/patológov, čo umožní zvýšiť efektivitu vyšetrení a prinesie časovú úsporu. Spracovanie a vyhodnotenie funguje rovnako ako v prípade hodnotenia proliferačnej aktivity, sú vytvorené snímky/skeny, ktoré sú ďalej vyhodnocované umelou inteligenciou.