Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань
Запропоновано інформаційну технологію,щобазується на викорис танні удосконаленого методу виділення цілісних і неушкоджених циркулюючих клітин, відмінність якого полягає в доповненні структури базового методу ISET новими режимами: режимом 100 % герметизації камери з гемолізатом і забезпечення в ній...
Saved in:
| Published in: | Cybernetics and computer engineering |
|---|---|
| Date: | 2020 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
2020
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/179143 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань / О.Ю. Азархов, Т.А. Чернишова // Cybernetics and computer engineering. — 2020. — № 1 (199). — С. 85-98. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-179143 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Азархов, О.Ю. Чернишова, Т.А. 2021-04-08T17:37:55Z 2021-04-08T17:37:55Z 2020 Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань / О.Ю. Азархов, Т.А. Чернишова // Cybernetics and computer engineering. — 2020. — № 1 (199). — С. 85-98. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. 2663-2578 DOI: https://doi.org/10.15407/kvt199.01.085 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/179143 602.9:611.018 Запропоновано інформаційну технологію,щобазується на викорис танні удосконаленого методу виділення цілісних і неушкоджених циркулюючих клітин, відмінність якого полягає в доповненні структури базового методу ISET новими режимами: режимом 100 % герметизації камери з гемолізатом і забезпечення в ній необхідного і постійного тиску протягом всього процесу фільтрації шляхом введення манометра негативно го тиску, а також режимом трирівневої фільтрації ЦПК на послідовно розміщених полікарбонатних мембранах з діаметрами мікропор 8 мкм, 5 мкм і 3 мкм. Рассмотрены результаты использования разработанной информационной технологии определения циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК) для исследования образцов крови пациентов с целью подтверждения или отклонения первичного диагноза онкологического заболевания различной локализации. Для оценки злокачественности выделенных клеток в информационной технологии использованы: усовершенствованный метод выделения неповрежденных ЦОК, сформированный комплекс критериев, базы данных созданных шаблон масок ЦОК и контрольных шаблонов доброкачественных клеток в автоматизированном режиме. Проведено исследование образцов крови пациентов с использованием разработанной ИТ. Анализ результатов исследования с учетом каждого шага метода (с использованием различных фильтров) показал, что суммарная доля образцов, в которых дополнительно обнаружено ЦОК с применением не только фильтра 8 мкм, но и фильтров 5 мкм и 3 мкм, составила 20,66 %. Our information technology is based on the use of an advanced method of isolation of intact circulating cells, the difference of which is to supplement the structure of the basic ISET method with new modes: 100% sealing chamber with hemolysate and providing it with the necessary and constant pressure during the filtration process by introducing a negative pressure gauge, as well as the mode of three-level filtering of the CTC on consecutive polycarbonate membranes with micropore diameters of 8 μm, 5 μm and 3 μm. uk Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України Cybernetics and computer engineering Medical and Biological Cybernetics Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань Применение информационной технологии определения циркулирующих опухолевых клеток для диагностики злокачественных опухолевых заболеваний Application of information technology for determination of circulating tumor cells to diagnostics of malignant tumor diseases Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань |
| spellingShingle |
Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань Азархов, О.Ю. Чернишова, Т.А. Medical and Biological Cybernetics |
| title_short |
Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань |
| title_full |
Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань |
| title_fullStr |
Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань |
| title_full_unstemmed |
Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань |
| title_sort |
застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань |
| author |
Азархов, О.Ю. Чернишова, Т.А. |
| author_facet |
Азархов, О.Ю. Чернишова, Т.А. |
| topic |
Medical and Biological Cybernetics |
| topic_facet |
Medical and Biological Cybernetics |
| publishDate |
2020 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Cybernetics and computer engineering |
| publisher |
Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Применение информационной технологии определения циркулирующих опухолевых клеток для диагностики злокачественных опухолевых заболеваний Application of information technology for determination of circulating tumor cells to diagnostics of malignant tumor diseases |
| description |
Запропоновано інформаційну технологію,щобазується на викорис танні удосконаленого методу виділення цілісних і неушкоджених циркулюючих клітин, відмінність якого полягає в доповненні структури базового методу ISET новими режимами: режимом 100 % герметизації камери з гемолізатом і забезпечення в ній необхідного і постійного тиску протягом всього процесу фільтрації шляхом введення манометра негативно го тиску, а також режимом трирівневої фільтрації ЦПК на послідовно розміщених полікарбонатних мембранах з діаметрами мікропор 8 мкм, 5 мкм і 3 мкм.
Рассмотрены результаты использования разработанной информационной технологии определения циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК) для исследования образцов крови пациентов с целью подтверждения или отклонения первичного диагноза онкологического заболевания различной локализации. Для оценки злокачественности выделенных клеток в информационной технологии использованы: усовершенствованный метод выделения неповрежденных ЦОК, сформированный комплекс критериев, базы данных созданных шаблон масок ЦОК и контрольных шаблонов доброкачественных клеток в автоматизированном режиме. Проведено исследование образцов крови пациентов с использованием разработанной ИТ. Анализ результатов исследования с учетом каждого шага метода (с использованием различных фильтров) показал, что суммарная доля образцов, в которых дополнительно обнаружено ЦОК с применением не только фильтра 8 мкм, но и фильтров 5 мкм и 3 мкм, составила 20,66 %.
Our information technology is based on the use of an advanced method of isolation of intact circulating cells, the difference of which is to supplement the structure of the basic ISET method with new modes: 100% sealing chamber with hemolysate and providing it with the necessary and constant pressure during the filtration process by introducing a negative pressure gauge, as well as the mode of three-level filtering of the CTC on consecutive polycarbonate membranes with micropore diameters of 8 μm, 5 μm and 3 μm.
|
| issn |
2663-2578 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/179143 |
| citation_txt |
Застосування iнформацiйної технологiї визначення циркулюючих пухлинних клiтин для дiагностування злоякiсних пухлинних захворювань / О.Ю. Азархов, Т.А. Чернишова // Cybernetics and computer engineering. — 2020. — № 1 (199). — С. 85-98. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT azarhovoû zastosuvannâinformaciinoítehnologiíviznačennâcirkulûûčihpuhlinnihklitindlâdiagnostuvannâzloâkisnihpuhlinnihzahvorûvanʹ AT černišovata zastosuvannâinformaciinoítehnologiíviznačennâcirkulûûčihpuhlinnihklitindlâdiagnostuvannâzloâkisnihpuhlinnihzahvorûvanʹ AT azarhovoû primenenieinformacionnoitehnologiiopredeleniâcirkuliruûŝihopuholevyhkletokdlâdiagnostikizlokačestvennyhopuholevyhzabolevanii AT černišovata primenenieinformacionnoitehnologiiopredeleniâcirkuliruûŝihopuholevyhkletokdlâdiagnostikizlokačestvennyhopuholevyhzabolevanii AT azarhovoû applicationofinformationtechnologyfordeterminationofcirculatingtumorcellstodiagnosticsofmalignanttumordiseases AT černišovata applicationofinformationtechnologyfordeterminationofcirculatingtumorcellstodiagnosticsofmalignanttumordiseases |
| first_indexed |
2025-11-26T00:12:43Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:12:43Z |
| _version_ |
1850596605427712000 |
| fulltext |
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199)
DOI: https://doi.org/10.15407/kvt199.01.085
УДК 602.9:611.018
АЗАРХОВ О.Ю.1, д-р.мед.наук.
зав. кафедри біомедичної інженерії
e-mail: alexazarhov@gmail.com
ЧЕРНИШОВА Т.А.2, лікар
e-mail: tetyana.che@gmail.com
1 Приазовський державний технічний
університет МОН України,
вул. Університетська, 7, м. Марiуполь, 87555, Україна
2 Авіаційний медичний центр
Національного авіаційного університету,
пр. Комарова, 1, 03058, Київ, Україна
ÇÀÑÒÎÑÓÂÀÍÍß IÍÔÎÐÌÀÖIÉÍί ÒÅÕÍÎËÎÃI¯ ÂÈÇÍÀ×ÅÍÍß
ÖÈÐÊÓËÞÞ×ÈÕ ÏÓÕËÈÍÍÈÕ ÊËIÒÈÍ ÄËß ÄIÀÃÍÎÑÒÓÂÀÍÍß
ÇËÎßÊIÑÍÈÕ ÏÓÕËÈÍÍÈÕ ÇÀÕÂÎÐÞÂÀÍÜ
Вступ. Дослідження можливості використання визначення циркулюючих пухлинних
клітин в крові хворих за різної локалізації злоякісних новоутворень як діагностичного
критерію та критерію ефективності конкретної тактики лікування є одним з актуа-
льних питань сучасної онкології.
Метою статті є аналіз результатів використання розробленої інформаційної
технології визначення циркулюючих пухлинних клітин для дослідження зразків крові
пацієнтів з метою підтвердження чи відхилення первинного діагнозу з онкологічного
захворювання різної локалізації.
Результати. Запропоновано інформаційну технологію,щобазується на викорис-
танні удосконаленого методу виділення цілісних і неушкоджених циркулюючих клітин, від-
мінність якого полягає в доповненні структури базового методу ISET новими режимами:
режимом 100 % герметизації камери з гемолізатом і забезпечення в ній необхідного і пос-
тійного тиску протягом всього процесу фільтрації шляхом введення манометра негативно-
го тиску, а також режимом трирівневої фільтрації ЦПК на послідовно розміщених полікар-
бонатних мембранах з діаметрами мікропор 8 мкм, 5 мкм і 3 мкм.
Для оцінювання злоякісності виділених клітин у інформаційній технології викори-
стано метод визначення ЦПК за сформованим комплексом критеріїв, накопичено бази
даних створених шаблон-масок ЦПК та контрольних шаблонів нормальних клітин у
автоматизованому режимі. Проведено дослідження зразків крові пацієнтів з викори-
© АЗАРХОВ О.Ю., ЧЕРНИШОВА Т.А., 2020
85
Азархов О.Ю., Чернишова Т.А.
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 86
станням розробленої ІТ. Аналіз результатів дослідження з урахуванням кожного кро-
ку методики (з використанням різних фільтрів) показав, що з сумарна частка зразків,
у яких додатково виявлено ЦПК із застосуванням не тільки фільтру 8 мкм, а й фільт-
рів 5 мкм та 3 мкм, склала 20,66 %.
Висновки. Використання розробленої інформаційної технології визначення цирку-
люючих пухлинних клітин підвищує ефективність визначення циркулюючих пухлинних
клітин за рахунок скорочення часу тестування та розширення діапазону дослідження
завдяки можливості виявлення клітин малих розмірів. Удосконалення ІТ за рахунок
доповнення базою знань (комплекс шаблон-масок та відповідних експертних висновків)
уможливлює застосування її у скринінговому дослідженні крові пацієнтів, в тому
числі на доклінічному етапі обстеження.
Ключові слова: інформаційна технологія, циркулюючі пухлинні клітини, метод ізоляції
циркулюючих пухлинних клітин, автоматизована система, скринінгове дослідження
крові пацієнтів.
ÂÑÒÓÏ
Сучасна цифрова медицина потребує розвитку інформаційних технологій
для використання у діагностичних та лікувальних процесах, особливо для
онкозахворювань. У всьому світі високу смертність пацієнтів, хворих на
рак, зумовлено тяжкістю захворювання та пізньою діагностикою, а саме
пізніми термінами виявлення первинних пухлин, відсутністю високоточ-
них методів контролю ефективності лікування на різних етапах лікування.
Сучасну діагностику раку здебільшого спрямовано на виявлення пухлин
та їхніх ускладнень, тобто у періоди захворювання, коли пухлину можна по-
бачити звичними способами візуалізації. Водночас, за результатами багатьох
досліджень вважають доведеним, що у 20–70 % онкохворих в периферичній
крові виявляють циркулюючі пухлинні клітини (ЦПК) [1–3], кількість яких в
крові у хворих на ранній рак молочної залози виділяють у 30–52,6 % випадків,
у хворих на місцеворозповсюджений рак — у 36–52 %, у хворих на метаста-
тичний рак — до 70 % випадків [4–6].
Дослідження можливості використання визначення циркулюючих пу-
хлинних клітин в крові хворих за різної локалізації злоякісних новоутво-
рень як діагностичного критерію та критерію ефективності конкретної так-
тики лікування є одним з актуальних питань сучасної онкології. Але відсу-
тність чітких кількісних критеріїв оцінювання злоякісності виділених цир-
кулюючих клітин, доступних інформаційних технологій виявлення ЦПК у
крові пацієнтів з високою чутливістю та точністю аналізу та тлумачення
зумовлює необхідність поглибленого дослідження та удосконалення мето-
дів виділення та оцінювання ЦПК [4, 7].
ÏÎÑÒÀÍÎÂÊÀ ÏÐÎÁËÅÌÈ
У 1869 р. австралійський патолог T. Ashworth вперше висунув гіпотезу про
те, що циркулюючі пухлинні клітини (ЦПК) є основною передумовою ме-
тастазування [8]. Використання розроблених у 21-му столітті методів вияв-
лення пухлинних клітин, які циркулюють у крові хворих на рак, дало змогу
клініцистам дослідити їхню роль в канцерогенезі і поставити завдання їх-
нього використання як оцінювальних і прогностичних показників у клініч-
ній практиці [7, 9–11]. Виявлені біологічні характеристики ЦПК, на відміну
Застосування інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 87
від злоякісних клітин первинної пухлини, свідчать про набуття пухлиною
нових якостей — інвазивності і здатності до метастазування та можуть
бути новим прогностичним маркером, який відображає, зокрема, ефектив-
ність протипухлинного лікування.
На основі методів імунофлуоресценції, імуномагнітного поділу, про-
точної цитометрії та інших імуномагнітних методів створено низку інфор-
маційних технологій та автоматизованих систем, які дають змогу виділити
пухлинні клітини за допомогою магнітного поля, використовуючи власти-
вість цих клітин взаємодіяти з антитілами проти маркерів ЦПК з
кон’юктивними магнітними частинками [12–15]. Але досі немає методів та
технологій аналізу ЦПК з метою раннього неінвазивного виявлення раку.
Багато дослідників для визначення ЦПК в крові пацієнтів з раком моло-
чної залози використовували систему CellSearch компанії Veridex [12].
Цю технологію схвалено Управлінням з контролю за продуктами харчування
та медичними виробами США (Food and Drug Administration, FDA, USA) для
виявлення рівнів ЦПК у пацієнтів з метастазами. Система є напівавтоматич-
ною і в її основі лежать методи імунофлуоресценції, імуномагнітного поділу
і проточної цитометрії [13], однак без ухвалення можливості клінічного ви-
користання цієї системи. CellSearch дає змогу підрахувати ракові епітеліальні
клітини, відокремлюючи лейкоцити, з точністю виявлення п’яти і більше
ЦПК на 7,5 мл крові [12, 16]. Подібний до CellSearch принцип роботи реалі-
зовано у системах Ariol. Перспективною є технологія CTC-chip [17], яка ба-
зується на мікропроточній системі з використанням розробленого чипу. Че-
рез цей чіп пропускають потік крові в умовах ламінарної течії. Чутливість
методу висока (99 %), ця технологія дає змогу аналізувати невеликі об’єми
крові (2–3 мл). У дослідженнях використовують поліуретановий фільтр
Imugard III RC («Terumo», Японія) з діаметром пор до 30 мкм [4], що обме-
жує можливості виділення ЦПК меншого розміру.
На сьогодні розроблено більше 40-ка методів і засобів, орієнтованих на
розв’язання завдання визначення ЦПК, однак більшість з них є ще далекою
до клінічної реалізації [18]. Серед цих методів та технологій найточнішими
та допущеними FDA (Food and Drug Administration) до клінічного викорис-
тання в США є CellSearch та ISET (Isolation by Sizе of Tumor cells). Беручи
до уваги результати клінічних досліджень та технічної реалізації методів
ізоляції ЦПК на ранніх стадіях інвазії пухлини, актуальним є розвиток та-
ких методів для їхнього практичного впровадження [19]. Необхідність ро-
зширення можливостей технології виявлення ЦПК та забезпечення автома-
тизованого режиму дослідження зумовило розроблення інформаційної тех-
нології з удосконаленням базового методу ізоляції ЦК, формуванням ком-
плексу критеріїв оцінювання злоякісності виділених ЦК і залученням ме-
тодів одержання та аналізу мікроскопічних зображень цих клітин [20].
Метою статті є аналіз результатів використання розробленої інформа-
ційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин для дослі-
дження зразків крові пацієнтів з метою підтвердження чи відхилення пер-
винного діагнозу з онкологічного захворювання різної локалізації.
Азархов О.Ю., Чернишова Т.А.
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 88
IÍÔÎÐÌÀÖIÉÍÀ ÒÅÕÍÎËÎÃIß ÂÈÇÍÀ×ÅÍÍß ÖÈÐÊÓËÞÞ×ÈÕ ÏÓÕËÈÍÍÈÕ ÊËIÒÈÍ
Запропоновано нами інформаційну технологію, що базується на викорис-
танні удосконаленого методу виділення клітин, які циркулюють у крові
людини (ЦК), на основі методу ISET [21–23]. Метод ISET, який дає змогу
ізолювати неушкоджені ЦК, є єдиним клінічно перевіреним методом для
цитопатологічної діагностики ЦПК за звичайними цитопатологічними кри-
теріями, які застосовують лікарі-цитологи у оцінюванні мазка за Папаніко-
лау або тонкоголкової біопсії. ISET має набагато більшу чутливість, ніж
інші методи ізоляції пухлинних мікроемболів (ЦПМ) або кластерів, що
складаються з декількох ЦПК. Вважають, що наявність ЦПМ корелює з
поганим прогнозом. Саме спроможність методу ISET виділяти і кількісно
оцінювати ЦПК і ЦПМ крові дала можливість ввести в практику термін
«Циркулюючі пухлинні мікроемболи».
Технологія ISET на основі методу вакуумної фільтрації забезпечує фі-
льтрацію крові пацієнтів через полікарбонатну мембрану порами 8 мкм,
після оброблення лікар отримує зразок клітинного препарату. Виявлені
ЦПК переважно більші за розміром, ніж звичайні клітини крові і експре-
сують на своїй поверхні епітеліальні молекули клітинної адгезії (ЕрСАМ),
які є специфічними маркерами для ракових клітин, що найчастіше викори-
стовують для виявлення ЦПК. Необхідність модернізації етапу ізоляції
ЦПК для одержання неушкоджених клітин меншого розміру, а також ав-
томатизація всього процесу дослідження — від виділення клітин до оціню-
вання їхньої злоякісності та надання відповідного висновку слугувала мо-
тиваційним чинником проведеного нами дослідження та розроблення ін-
формаційної технології визначення ЦПК у крові людини [20].
Структурна схема запропонованої інформаційної технології об’єднує
три етапи (Рис. 1). На першому етапі — отримання клітинного препарату
для виявлення ЦПК із зразка венозної крові пацієнта використано удоско-
налений нами метод ізоляції (виділення) за розміром пухлинних клітин.
Відмінність запропонованого методу виділення цілісних і неушкоджених
ЦПК полягає в доповненні структури базового методу ISET новими етапа-
ми (режимами), а саме: режимом 100 % герметизації камери з гемолізатом і
забезпечення в ній необхідного і постійного тиску протягом всього проце-
су фільтрації шляхом введення манометра негативного тиску, а також ре-
жимом трирівневої фільтрації ЦПК на послідовно розміщених полікарбо-
натних мембранах з діаметрами мікропор 8 мкм, 5 мкм і 3 мкм. Отже, вна-
слідок виконання першого етапу буде затримано і виділено клітини, розмір
яких більший за 3 мкм (а не 8 мкм як у стандартному методі ISET).
На другому етапі здійснюється формування мікроскопічних зображень
з виділеними клітинами. Для автоматизації запропонованого методу вико-
ристано підходи до оброблення мікроскопічних біозображень [24, 25]. Ме-
тодику удосконалено внесенням додаткових кроків, а саме: на першому
кроці передбачено вибір розміру вікна сканування мікроскопа таким, що не
перевищує діаметр його світлового поля, процес оброблення зображень ЦК
набуває поступово-послідовного характеру завдяки автоматизації перемі-
щення предметного столика мікроскопа — програмуванню переміщень
предметного столика мікроскопа з розміщеними на його поверхні полікар-
Застосування інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 89
бонатними мембранами трьох видів за розмірами фільтрувальних пор. На
цьому етапі отримане мікроскопічне зображення клітинного препарату
проходить систему алгоритмів попереднього оброблення (фільтрів), що дає
змогу підготувати зображення для аналізу і виключити артефакти (Рис. 2).
Зазначимо, що до подальшого критеріального оцінювання виділених клі-
тин на кожній із зазначених мембран не допускались зображення, які не
містять великих неушкоджених клітин.
Третій етап спрямовано на аналіз зображень ЦПК, визначення злоя-
кісності виділених клітин з використанням сформованого комплексу кри-
теріїв за запропонованим методом визначення циркулюючих пухлинних
клітин та надання відповідного висновку.
Рис. 1. Структура інформаційної технології визначення ЦПК у крові людини
Рис 2. Збільшений виділений об’єкт мікроскопічного зображення:
1 — пора мембрани; 2 — клітина ЦПК (меланома); 3 — ядро ЦПК;
4 — цитоплазма
Азархов О.Ю., Чернишова Т.А.
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 90
Підсистема фільтрації
венозної крові
Зразок крові - клітинний
препарат на
полікарбонатних фільтрах
Підсистема отримання зображень
• Мікроскоп з камерою
• Автоматизований предметний стіл
• Блок керування механікою предметного
стола
Підсистема попереднього оброблення зображень
• Блок сегментації
• Блок структуризації інтенсивності
• Блок виділення контура
• Блок визначення інформативних областей
• Блок формування зображень
Підсистема оцінювання злоякісності
• Блок оцінювання за критеріями ISET
• Блок оцінювання за клітинною морфологією
та кількістю мітозів
• Блок оцінювання за критеріями CellSearch
Підсистема зберігання зображень
• Блок збереження непухлинних клітин
• Блок збереження циркулюючих пухлинних
клітин
• Блок формування бази шаблон-масок
• Блок формалізації і оцінювання рішень
експертами
• Блок підтвердження діагностичних висновків
Вибракування
зображень, що
не містять
великих
цілісних клітин
Отримання
висновку про
злоякісність
Рис. 3. Блок–схема автоматизованої системи для отримання та аналізу мікроско-
пічних зображень ЦПК
Для оцінювання злоякісності виділених клітин нами сформовано комплекс
критеріїв [26], який об’єднує три групи критеріїв, перша з яких визначається за
методом ISET, де клітина вважається злоякісною, якщо відповідає чотирьом із
п’яти критеріїв з розширенням діапазону оцінювання на клітини розмірами від
9 мкм, а не 24 мкм, як в ISET (потрійний розмір пори найменшого фільтра).
З метою уникнення гіпердіагностики за рахунок хибнопозитивних результатів
ми вважали за потрібне доповнити цю групу критеріїв двома іншими, а саме: за
модифікованою схемою P. Scarft, H. Bloom, W. Richardson та за прогностичним
тестом медичного комплексу ім. Хаіма Шеба (Ізраїль).
Застосування інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 91
На цьому етапі створюються шаблон-маски та формуються бази даних
шаблон-масок ЦПК та контрольних шаблонів нормальних клітин.
Розроблену інформаційну технологію реалізовано з використанням ав-
томатизованої системи для отримання та аналізу мікроскопічних зобра-
жень ЦПК, яка складається з чотирьох підсистем: фільтрації венозної кро-
ві; отримання і попереднього оброблення зображень ЦПК; формування
зображень ЦПК та оброблення зображень ЦПК (Рис.3). Цю систему покла-
дено в основу пристрою для виявлення циркулюючих пухлинних клітин в
крові, розробленого разом з науковцями Вінницького технічного універси-
тету [27]. Накопичення бази шаблон-масок дозволить підключити аналіз з
виділенням локалізації досліджуваних пухлин, розробити тканиноспецифі-
чну класифікацію ЦПК та діагностування конкретних видів раку.
ÎÖIÍÞÂÀÍÍß ÇËÎßÊIÑÍÎÑÒI ÖÈÐÊÓËÞÞ×ÈÕ ÊËIÒÈÍ
Ç ÂÈÊÎÐÈÑÒÀÍÍßÌ IÍÔÎÐÌÀÖIÉÍί ÒÅÕÍÎËÎÃI¯
Для проведення апробації розробленого методу визначення ЦПК та його
реалізації — інформаційної технології та автоматизованої системи, вико-
ристано зразки крові, одержані з онкологічних центрів і клінічних установ
м. Маріуполя та м. Вінниці. Метадані про надані зразки включали кодові
позначення міста розташування клініки та порядковий номер. Зазначено
також первинний чи верифікований раніше вид раку за кожним зразком.
Всі зразки відповідали стандартним вимогам: забір крові здійснено з
периферичної вени — 10 мл в пробірки з антикоагулянтом EDTA; дотри-
мання ліміту часу зберігання до початку аналізу — не більше 90 хвилин, та
температури зберігання — 4 ˚С; розведення крові здійснено у співвідно-
шенні 1:10 (до 100 мл) патентованим буферним розчином (санолін, пара-
формальдегід, EDTA, бичачий альбумін), або дистильованою водою, який
використовували для лізису еритроцитів.
Для оцінювання статистичної вірогідності результатів дослідження ви-
користано критерії чутливості, специфічності, точності, а також коефіцієнт
асоціації Юла (rQ):
( ) ( )
( ) ( )FN+FP+TN+TP
FN+FPTN+TP=rQ
−
,
де TP — істинно позитивні результати обстеження; TN — істинно негатив-
ні результати обстеження; FP — хибнопозитивні результати обстеження;
FN — хибнонегативні результати обстеження.
Використання розробленої ІТ уможливлює використання трьох різних
фільтрів з мікропорами 8 мкм, 5 мкм та 3 мкм для виявлення та оцінювання
можливого джерела походження пухлини. Розглянемо детально послідовні
кроки здійснення дослідження за запропонованим методом.
На першому кроці здійснено виявлення ЦПК із застосуванням фільтру
з мікропорами 8 мкм. З таблиці 1 видно, що із використанням фільтру
8 мкм середнє значення частки виявлених ЦПК за досліджуваними даними
становить 76,037 %. Водночас, найбільша частка ЦПК виявлена у зразках з
раком товстої кишки (81,82 %), найменша — у разі дрібноклітинного раку
легенів. Це свідчить про наявність значної частки недіагностованих випад-
ків за умови використання тільки фільтру 8 мкм.
Азархов О.Ю., Чернишова Т.А.
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 92
Таблиця 1. Розподіл кількості виявлених ЦПК за використання фільтру
з мікропорами 8 мкм
Виявлено ЦПК Кількість зразків з різною часткою ЦПК Локалізація
злоякісних
пухлин
Всього
дослід-
жених
зразків
Кількість
зразків % до 5 від 6
до 10
від 11
до 20 > 20
Товста кишка 33 27 81,82 4 10 8 5
Молочна залоза 24 19 79,17 1 6 7 5
Дрібноклітинний
рак (рак легенів) 19 11 57,89 1 5 3 2
Простата 19 15 78,95 2 6 4 3
Шкіра 26 20 76,92 3 7 6 4
Всього, осіб 121 92 76,03 11 34 28 19
Таблиця 2. Розподіл кількості виявлених ЦПК за використання фільтр
з мікропорами 5 мкм
Виявлено ЦПК Кількість зразків з різною часткою ЦПК
Локалізація
злоякісних
пухлин
Всього
дослід-
жених
зразків Кількість
зразків % до 5 від 6
до 10
від 11
до 20 > 20
Товста кишка 33 4 12,12 0 2 1 1
Молочна залоза 24 4 16,67 1 1 1 1
Дрібноклітинний
рак (рак легенів) 19 4 21,05 1 2 1 0
Простата 19 2 10,53 0 1 1 0
Шкіра 26 3 11,54 1 1 0 1
Всього, осіб 121 17 14,05 3 7 4 3
Наступним кроком було виявлення ЦПК із застосуванням додаткового
фільтру 5 мкм. Аналіз табл. 2 показав, що за використання цього фільтру най-
більшу частку досліджених зразків з виявленими додатково ЦПК визначено у
зразках у разі дрібноклітинного раку легенів (21,05 %), тоді як для раку прос-
тати (10,53 %) та шкіри (11,54 %) додано значно менші частки.
На завершальному кроці використано додатково фільтри 3 мкм (Табл. 3).
Результати аналізу показали, що використання цього фільтру дало змогу вияви-
ти додатково ЦПК в середньому у 6,61 % досліджуваних зразків. Найбільшу
частку зразків, у яких додатково виявлено ЦПК за допомогою фільтру
3 мкм, визначено, також, для дрібноклітинного раку легенів (15,79 %).
Застосування інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 93
Таблиця 3. Розподіл кількості виявлених ЦПК за використання фільтру
з мікропорами 3 мкм
Виявлено ЦПК Кількість зразків з різною часткою ЦПК Локалізація
злоякісних
пухлин
Всього
зразків
Кількість
зразків % до 5 від 6
до 10
від 11
до 20 > 20
Товста кишка 33 1 3,03 0 1 0 0
Молочна залоза 24 1 4,17 0 0 0 1
Дрібноклітинний
рак (рак легенів) 19 3 15,79 1 1 0 1
Простата 19 1 5,26 0 0 1 0
Шкіра 26 2 7,69 1 0 0 1
Всього, зразків 121 8 6,61 2 2 1 3
Таблиця 4. Кількість зразків, у яких виявлено ЦПК за використання різних фільтрів
Розмір використаних фільтрів
Досліджувані показники Загальна кількість
зразків 8 мкм 5 мкм 3 мкм
Кількість зразків з виявленими
ЦПК за використання різних
фільтрів
117 92 17 8
Частка зразків з ЦПК (%) 96,69 76,03 14,05 6,61
Аналіз результатів дослідження з урахуванням кожного кроку методи-
ки (з використанням різних фільтрів) показав (Табл. 4), що з використан-
ням фільтру 8 мкм виявлено ЦПК тільки у 76,03 % зразків, тоді як додат-
кове застосування фільтру 5 мкм дало змогу виявити ЦПК ще 14,05 % дос-
ліджуваних випадків, а додаткове застосування фільтру 3 мкм — 6,61 %.
Сумарна частка зразків, у яких додатково виявлено ЦПК із застосуванням
не тільки фільтру 8 мкм, а й фільтрів 5 мкм та 3 мкм, склала 20,66 %.
Отже, можна зробити висновок, що розроблений метод визначення
ЦПК у крові людини, реалізований у запропонованій ІТ, дає змогу виявити
додатково наявність злоякісних пухлин у 20,66 % випадків (коефіцієнт
асоціації Юла rQ = 0,98, p < 0,001). Тому вже під час початкових дослі-
джень є можливість діагностувати наявність злоякісних пухлин і забезпе-
чити своєчасне лікування кожному п’ятому пацієнту.
Отримані результати визначення ЦПК за допомогою інформаційної
технології було передано в онкоцентри і клініки під тими ж кодами, під
якими і отримано.
Азархов О.Ю., Чернишова Т.А.
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 94
В процесі лікування для визначення ефективності операції, променевої та
хіміотерапії, а також для визначення рецидиву пухлини і початку метастатич-
ного процесу рекомендовано визначати наявність циркулюючих пухлинних
клітин в крові пацієнта (з урахуванням виділених клітин малого діаметру).
Використання третьої групи критеріїв у запропонованій технології рекомен-
довано для визначення можливого прогнозу перебігу захворювання.
ÂÈÑÍÎÂÊÈ
Застосування розроблених методу та інформаційної технології виявлення
та оцінювання злоякісності виділених клітин малого розміру у зразках кро-
ві людини під час виконання досліджень у цитогістологічних лабораторіях,
оснащених приладами світлової мікроскопії з відеозахопленням зображен-
ня, надає можливість одержати важливу та своєчасну додаткову діагности-
чну інформацію.
Накопичення бази даних продіагностованих зображень, які отримали
експертні висновки щодо виду ЦПК, та подальше створення бази знань
(шаблон-масок) забезпечить доповнення функціоналу запропонованої ін-
формаційної технології визначення типу пухлинних клітин.
Використання розробленої інформаційної технології визначення
циркулюючих пухлинних клітин підвищує ефективність визначення
циркулюючих пухлинних клітин за рахунок скорочення часу тестування та
розширення діапазону дослідження завдяки можливості виявлення клітин
малих розмірів. Удосконалення ІТ за рахунок доповнення базою знань
(комплекс шаблон-масок та відповідних експертних висновків) уможлив-
лює застосовання її у скринінговому дослідженні крові пацієнтів, в тому
числі на доклінічному етапі обстеження.
ЛIТЕРАТУРА
1. Goeminne JC, Guillaume T, Symann M. Pitfalls in the de- tection of disseminated non-
hematological tumor cells. Ann Oncol, 2000; 11: 785–792.
2. Pantel K, Woelfle U. Detection and molecular characterisation of disseminated tumour
cells: implications for anticancer therapy. Biochim Biophys Acta, 2005; 1756: 53–64.
3. Smerage JB, Hayes DF. The measurement and therapeutic implications of circulating
tumour cells in breast cancer. Br J Cancer, 2006; 94: 8–12.
4. Грудинская Т.В., Ковалев А.А., Ковалев К.А., Кузнецова Т.П. Гетерогенность цир-
кулирующих опухолевых клеток. Онкология, 2012, т.14 № 2, С. 126–129.
5. Кит О.И., Новикова И.А., Селютина О.Н., Дурицкий М.Н., Донцов В.А., Черникова Е.Н.,
Саманева Н.Ю., Нистратова О.В. Исследование уровня ЦОК при эпителиальных опухо-
лях различных локализаций. Международный журнал прикладных и фундаментальных
исследований, №12 (часть 5), 2015, С. 817–820.
6. Бжадуг О. Б., Гривцова Л. Ю., Тупицъш Н. Н., Тюляндин С. А. Циркулирующие
опухолевые клетки в крови больных местнораспространенным идиссеминирован-
ным раком молочной железы. Вестник РОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН, 2007,
Т. 18, №3, С. 19–22.
7. Balic M, Dandachi N, G. Hofmann G, et al. Comparison of two methods for enumerating
circulating tumor cells in carcinoma patients. Clin Cytom 2005; 68: 25–30.
8. Ashworth T. A case of cancer in which cells similar to those in the tumors were seen in
the blood after death. Aust Med J., 1869, 14: 146–149.
9. Goeminne J.C., Guillaume T., Symann M. Pitfalls in the detection of disseminated non-
hematological tumor cells. Ann Oncol, 2000; 11: 785–92.
Застосування інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 95
10. Christiansen J.J., Rajasekaran A.K. Reassessing epithelial to mesenchymal transition as a
prerequisite for carcinoma invasion and metastasis. Cancer Res, 2006; 66: 8319–26.
11. Ring I, Smith E, Dowsett M. Circulating tumour cells in breast cancer. Lancet Oncol.
2004; 5: 79–88.
12. Andreopoulou E., Yang L.-Y., Rangel K., Reuben J., Hsu L., Krishnamurthy S.,
Valero V. Comparison of assay methods for detection of circulating tumor cells in
metastatic breast cancer: AdnaGen AdnaTest BreastCancer Select/Detect™ versus
Yeridex CellSearch™ system. Int. journal of cancer. 2012. V. 130, № 7. P. 1590–1597.
13. Kagan M., Howard D., Bendele Т., Mayes J., Silvia J., Repollet M., Doyle J. A Sample
Preparation and Analysis System for Identification of Circulating Tumor Cells. Journal
of Clinical Ligand Assay. 2002. V. 25, № 1. P. 104–110.
14. Nezos A., Pissimisis N., Lembessis P., Sourla A., Dimopoulos P., Dimopoulos Т.,
Tzelepis K. Detection of circulating tumor cells in bladder cancer patients. Cancer
treatment reviews. 2009. V. 35, № 3. P. 272–279.
15. Ignatiadis M., Kallergi G., Ntoulia M., Perraki M., Apostolaki S., Kafousi M.,
Chlouverakis G. Prognostic value of the molecular detection of circulating tumor cells
using a multimarker reverse transcription-PCR assay for cytokeratin 19, mammaglobin
A, and HER2 in early breast cancer. Clinical cancer research: an official journal of the
American Association for Cancer Research. 2008. V. 14, № 9. P. 2593–2600.
16. Van der Auwera I., Peeters D., Benoy I., et al. Circulating tumour cell detection: a direct
comparison between the CellSearch System, the AdnaTest and CK-19/mammaglobin
RT-PCR in patients with metastatic breast cancer. British journal of cancer. 2010.
V. 102, № 2. P. 276–284.
17. Nagrath S., Sequist L., Maheswaran S., Bell D., Irimia D., Ulkus L., Smith M. Isolation
of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology. Nature.
2007. V. 450, № 7173. P. 1235–1239.
18. Chen L., Bode A. M., Dong Z. Circulating Tumor Cells: Moving Biological Insights into
Detection. Theranostics. 2017. №7 (10) P. 2606–2619
19. Laget S., Broncy L., Hormigos K., Dhingra D.M., BenMohamed F., Capiod T., et al.
Technical Insights into Highly Sensitive Isolation and Molecular Characterization of
Fixed and Live Circulating Tumor Cells for Early Detection of Tumor Invasion. PLOS
ONE, 2017, 12 (1): e0169427. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0169427
20. Злепко С.М., Чернишова Т.А., Маєвський О.Е., Кривоносов В.Є., Азархов О.Ю.
Інформаційна технологія для визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові
людини. Кибернетика и вычислительная техника. 2018. №2 (192). С.84–98.
21. Vona G., Sabile A., Louha M., Sitruk V., Romana S., Schutze K., Capron F. Isolation by
size of epithelial tumor cells: a new method for the immunomorphological and molecular
characterization of circulatingtumor cells. The American journal of pathology. 2000.
V. 156, no 1, pp. 57–63.
22. Paterlini-Bréchot P, Benali-Furet NL. Circulating tumor cells (CTC) detection : Clinical
impact and future directions. Cancer Letter, 2007, 253: 180–204
23. Исмаилова Г., Laget S., Paterlini-Brechot P. Диагностика циркулирующих опухоле-
вых клеток с помощью технологии ISET и их молекулярная характеристика для
жидкостной биопсии. Клиническая медицина Казахстана. 2015. № 1 (35). С. 15–20.
24. Павлов С.В., Кожем’яко В.П., Бурденюк І.І., Рамі Ребхі Хамді. Оптико-електронні
технології аналізу біомедичних зображень. Вінниця: ВНТУ, 2011. 166 с.
25. Злепко С. М., Павлов С. В., Коваль Л. Г., Тимчик І. С. Основи біомедичного
радіоелектронного апаратобудування. Вінниця: ВНТУ, 2011. 133 с.
26. Chernyshova T. A. Criteria and Method for Detection of Circulating Tumor Cells.
Cybernetics and computer engineering. 2019. №1 (195). С.85–98.
27. Пат. 127486 UA, МПК C12M 3/06, G01N 33/574, G01N 33/49. Пристрій для вияв-
лення циркулюючих пухлинних клітин в крові [Текст] / С. М. Злепко, В. Є. Криво-
носов, С. В. Тимчик, Т. А. Чернишова, О. С. Злепко, О. Ю. Азархов, В. С. Павлов,
В. В. Кривоносов (Україна). – № u 2018 00060 ; заявл. 02.01.2018 ; опубл.
10.08.2018, Бюл. № 15. – 7 с.
Отримано 11.12.2018
Азархов О.Ю., Чернишова Т.А.
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 96
REFERENCES
1. Goeminne J.C., Guillaume T., Symann M. Pitfalls in the de- tection of disseminated non-
hematological tumor cells. Ann Oncol. 2000, no. 11, pp.785–792.
2. Pantel K., Woelfle U. Detection and molecular characterisation of disseminated tumour cells:
implications for anticancer therapy. Biochim Biophys Acta. 2005, no. 1756, pp. 53–64.
3. Smerage J.B., Hayes D.F. The measurement and therapeutic implications of circulating
tumour cells in breast cancer. Br J Cancer. 2006, no. 94, pp. 8–12.
4. Grudinskaya T.V., Kovalev A.A., Kovalev K.A., Kuznetsova T.P. Heterogeneity of
circulating tumor cells. Oncology. 2012, Vol. 14, no. 2, pp. 126–129. (in Russian).
5. Keith O.I., Novikova I.A., Selyutina O.N., Duritsky M.N., Dontsov V.A., Chernikova
E.N., Samaneva N.Yu., Nistratova O.V. Research of the CTC level in epitital tumors of
different localizations. International Journal of Applied and Fundamental Research.
2015, no.12 (Part 5), pp. 817–820. (in Russian).
6. Bzhadug O.B. Grivtsova L.Y., Tupitsh N.N., Tyulandin S.A. Circulating tumor cells in
the blood of patients with locally distributed and disseminated breast cancer. RONC
Newsletter. 2007, Vol. 18, no. 3, pp. 19–22. (in Russian).
7. Balic M., Dandachi N., Hofmann G. Comparison of two methods for enumerating circu-
lating tumor cells in carcinoma patients. Clin Cytom. 2005, no. 68, pp. 25–30.
8. Ashworth T. A case of cancer in which cells similar to those in the tumors were seen in
the blood after death. Aust Med J. 1869, no. 14, pp. 146–149.
9. Goeminne J.C., Guillaume T., Symann M. Pitfalls in the detection of disseminated non-
hematological tumor cells. Ann Oncol. 2000, no. 11, pp. 785–92.
10. Christiansen J.J., Rajasekaran A.K. Reassessing epithelial to mesenchymal transition as a
prerequisite for carcinoma invasion and metastasis. Cancer Res. 2006, no. 66, pp. 8319–26.
11. Ring I., Smith E., Dowsett M. Circulating tumour cells in breast cancer. Lancet Oncol.
2004, no. 5, pp. 79–88.
12. Andreopoulou E., Yang L.-Y., Rangel K., Reuben J., Hsu L., Krishnamurthy S., Valero V.
Comparison of assay methods for detection of circulating tumor cells in metastatic breast
cancer: AdnaGen AdnaTest BreastCancer Select/Detect™ versus Yeridex CellSearch™
system. Int. journal of cancer. 2012, Vol. 130, no. 7, pp. 1590–1597.
13. Kagan M., Howard D., Bendele Т., Mayes J., Silvia J., Repollet M., Doyle J. A Sample
Preparation and Analysis System for Identification of Circulating Tumor Cells. Journal
of Clinical Ligand Assay. 2002, Vol. 25, no. 1, pp. 104–110.
14. Nezos A., Pissimisis N., Lembessis P., Sourla A., Dimopoulos P., Dimopoulos Т.,
Tzelepis K. Detection of circulating tumor cells in bladder cancer patients. Cancer
treatment reviews. 2009, Vol. 35, no. 3, pp. 272–279.
15. Ignatiadis M., Kallergi G., Ntoulia M., Perraki M., Apostolaki S., Kafousi M.,
Chlouverakis G. Prognostic value of the molecular detection of circulating tumor cells
using a multimarker reverse transcription-PCR assay for cytokeratin 19, mammaglobin
A, and HER2 in early breast cancer. Clinical cancer research: an official journal of the
American Association for Cancer Research. 2008, Vol. 14, no. 9, pp. 2593–2600.
16. Van der Auwera I., Peeters D., Benoy I. Circulating tumour cell detection: a direct
comparison between the CellSearch System, the AdnaTest and CK-19/mammaglobin
RT-PCR in patients with metastatic breast cancer. British journal of cancer. 2010,
Vol. 102, no. 2, pp. 276–284.
17. Nagrath S., Sequist L., Maheswaran S., Bell D., Irimia D., Ulkus L., Smith M. Isolation
of rare circulating tumour cells in cancer patients by microchip technology. Nature.
2007, Vol. 450, no. 7173, pp. 1235–1239.
18. Chen L., Bode A. M., Dong Z. Circulating Tumor Cells: Moving Biological Insights into
Detection. Theranostics. 2017.
19. Laget S., Broncy L., Hormigos K., Dhingra D.M., BenMohamed F., Capiod T. Technical
Insights into Highly Sensitive Isolation and Molecular Characterization of Fixed and
Live Circulating Tumor Cells for Early Detection of Tumor Invasion. PLOS ONE. 2017,
12 (1): e0169427. URL: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0169427
Застосування інформаційної технології визначення циркулюючих пухлинних клітин
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 97
20. Zlepko S.M., Chernyshova T.A., Mayevsky A.Ye., Krivonosov V.Ye., Azarkhov A.Yu.
Information technology for the determination of circulating tumor cells in human blood.
Kibernetika i vyčislitel`naâ tehnika. 2018, no. 2 (192), pp. 84–98. (in Ukrainian).
21. Vona G., Sabile A., Louha M., Sitruk V., Romana S., Schutze K., Capron F. Isolation by
size of epithelial tumor cells: a new method for the immunomorphological and molecular
characterization of circulatingtumor cells. The American journal of pathology. 2000,
Vol. 156, no. 1, pp. 57–63.
22. Paterlini-Bréchot P., Benali-Furet N.L. Circulating tumor cells (CTC) detection : Clinical
impact and future directions. Cancer Letter. 2007, no. 253, pp. 180–204.
23. Ismailova G., Laget S., Paterlini-Brechot P. Diagnosis of circulating tumor cells using
ISET technology and their molecular characteristics for fluid biopsy. Clinical medicine
of Kazakhstan. 2015, no. 1 (35), pp. 15–20. (in Russian).
24. Pavlov S.V., Kozhemyako V.P., Burdenyuk I.I., Rami Rebhi Hamdi. Opto-electronic
technologies of biomedical image analysis. Vinnitsa, 2011, 166 p. (in Ukrainian).
25. Zlepko S.M., Pavlov S.V., Koval L.G., Timchyk I.S. Fundamentals of biomedical
radioelectronic apparatus. Vinnitsa, 2011, 133 p. (in Ukrainian).
26. Chernyshova T.A. Criteria and Method for Detection of Circulating Tumor Cells.
Cybernetics and computer engineering. 2019, no.1 (195), pp.85–98.
27. Pat. 127486 UA, MPK C12M 3/06, G01N 33/574, G01N 33/49. Device for detecting
circulating tumor cells in the blood /Zlepko S.M., Krivonosov V.E., Timchyk S.V.,
Chernyshova T.A., Zlepko O.S., Azarkhov O.Yu., Pavlov V.S., Krivonosov V.V. (Ukraine).
2018 00060; claimed 02.01.2018; publ. 08/10/2018, Bul. № 15. – 7 p. (in Ukrainian).
Recieved 11.12.2019
Azarkhov O.Yu.1, DSc (Medicine),
Head of the Biomedical Engineering Department
e-mail: alexazarhov@gmail.com
Chernyshova T.A.2, physician,
e-mail: tetyana.che@gmail.com
1 Pryazovsky State Technical University
of the Ministry of Education and Science of Ukraine,
7, University st., Mariupol, 87555, Ukraine
2 Aviation Medical Center of the National Aviation University,
1, Komarova av., Kyiv, 03058, Ukraine
APPLICATION OF INFORMATION TECHNOLOGY
FOR DETERMINATION OF CIRCULATING TUMOR CELLS
TO DIAGNOSTICS OF MALIGNANT TUMOR DISEASES
Introduction. The study of the possibility of using the circulating tumor cells (CTC) defini-
tion in the patients` blood with different localization of malignant tumors as a diagnostic
criterion and the criterion of the effectiveness of specific treatment tactics is one of the topi-
cal issues in modern oncology.
The purpose of the paper is to analyze the results of using the developed information
technology for identification of circulating tumor cells for the study of blood samples of
patients in order to confirm or reject the initial diagnosis of cancer of different localization.
Results. Our information technology is based on the use of an advanced method of iso-
lation of intact circulating cells, the difference of which is to supplement the structure of the
basic ISET method with new modes: 100% sealing chamber with hemolysate and providing it
with the necessary and constant pressure during the filtration process by introducing a nega-
tive pressure gauge, as well as the mode of three-level filtering of the CTC on consecutive
polycarbonate membranes with micropore diameters of 8 μm, 5 μm and 3 μm.
Азархов О.Ю., Чернишова Т.А.
ISSN 2663-2586 (Online), ISSN 2663-2578 (Print). Cyb. and comp. eng. 2020. № 1 (199) 98
To assess the malignancy of selected cells, the information technology used the method
of determining the CTC according to the set of criteria, formed databases with created tem-
plate CTC masks and control templates in the automated mode. Blood samples from patients
were tested using IT. Taking into account each step of the technique (using different filters),
analysis of the results showed that of the total proportion of samples, which additionally
detected the CTC using not only an 8 μm filter, but also filters 5 μm and 3 μm, was 20.66 %.
Conclusions. The use of information technology to identify circulating tumor cells im-
proves the efficiency of detecting these cells by reducing the testing time and expanding the
range of research due to the ability to detect cells of small size. Improvement of IT by sup-
plementing the knowledge base (complex of template mask masks and relevant expert find-
ings) makes it possible to apply it in screening of patients' blood, including at the preclinical
stage of the examination.
Keywords: information technology, circulating tumor cells, method of isolation of circulating
tumor cells, automated system, screening of patients' blood.
Азархов А.Ю.1, д-р.мед.наук,
Зав. кафедрой биомедицинской инженерии
e-mail: alexazarhov@gmail.com
Чернышова Т.А.2, врач,
e-mail: tetyana.che@gmail.com
1 Приазовский государственный технический университет МОН Украины,
ул. Университетская, 7, г. Мариуполь, 87555, Украина
2 Авиационный медицинский центр Национального авиационного университета,
пр. Комарова, 1, 03058, Киев, Украина
ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЦИРКУЛИРУЮЩИХ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ
ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Рассмотрены результаты использования разработанной информационной технологии
определения циркулирующих опухолевых клеток (ЦОК) для исследования образцов
крови пациентов с целью подтверждения или отклонения первичного диагноза онколо-
гического заболевания различной локализации.
Для оценки злокачественности выделенных клеток в информационной технологии
использованы: усовершенствованный метод выделения неповрежденных ЦОК,
сформированный комплекс критериев, базы данных созданных шаблон масок ЦОК и
контрольных шаблонов доброкачественных клеток в автоматизированном режиме.
Проведено исследование образцов крови пациентов с использованием разработанной
ИТ. Анализ результатов исследования с учетом каждого шага метода (с использовани-
ем различных фильтров) показал, что суммарная доля образцов, в которых дополните-
льно обнаружено ЦОК с применением не только фильтра 8 мкм, но и фильтров 5 мкм
и 3 мкм, составила 20,66 %.
Ключевые слова: информационная технология, циркулирующие опухолевые клетки,
метод изоляции циркулирующих опухолевых клеток, автоматизированная система,
скрининговое исследование крови пациентов.
<<
/ASCII85EncodePages false
/AllowTransparency false
/AutoPositionEPSFiles true
/AutoRotatePages /All
/Binding /Left
/CalGrayProfile (Dot Gain 20%)
/CalRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1)
/CalCMYKProfile (U.S. Web Coated \050SWOP\051 v2)
/sRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1)
/CannotEmbedFontPolicy /Warning
/CompatibilityLevel 1.4
/CompressObjects /Tags
/CompressPages true
/ConvertImagesToIndexed true
/PassThroughJPEGImages true
/CreateJDFFile false
/CreateJobTicket false
/DefaultRenderingIntent /Default
/DetectBlends true
/DetectCurves 0.0000
/ColorConversionStrategy /LeaveColorUnchanged
/DoThumbnails false
/EmbedAllFonts true
/EmbedOpenType false
/ParseICCProfilesInComments true
/EmbedJobOptions true
/DSCReportingLevel 0
/EmitDSCWarnings false
/EndPage -1
/ImageMemory 1048576
/LockDistillerParams false
/MaxSubsetPct 100
/Optimize true
/OPM 1
/ParseDSCComments true
/ParseDSCCommentsForDocInfo true
/PreserveCopyPage true
/PreserveDICMYKValues true
/PreserveEPSInfo true
/PreserveFlatness true
/PreserveHalftoneInfo false
/PreserveOPIComments false
/PreserveOverprintSettings true
/StartPage 1
/SubsetFonts true
/TransferFunctionInfo /Apply
/UCRandBGInfo /Preserve
/UsePrologue false
/ColorSettingsFile ()
/AlwaysEmbed [ true
]
/NeverEmbed [ true
]
/AntiAliasColorImages false
/CropColorImages true
/ColorImageMinResolution 300
/ColorImageMinResolutionPolicy /OK
/DownsampleColorImages true
/ColorImageDownsampleType /Bicubic
/ColorImageResolution 300
/ColorImageDepth -1
/ColorImageMinDownsampleDepth 1
/ColorImageDownsampleThreshold 1.50000
/EncodeColorImages true
/ColorImageFilter /DCTEncode
/AutoFilterColorImages true
/ColorImageAutoFilterStrategy /JPEG
/ColorACSImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/ColorImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/JPEG2000ColorACSImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/JPEG2000ColorImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/AntiAliasGrayImages false
/CropGrayImages true
/GrayImageMinResolution 300
/GrayImageMinResolutionPolicy /OK
/DownsampleGrayImages true
/GrayImageDownsampleType /Bicubic
/GrayImageResolution 300
/GrayImageDepth -1
/GrayImageMinDownsampleDepth 2
/GrayImageDownsampleThreshold 1.50000
/EncodeGrayImages true
/GrayImageFilter /DCTEncode
/AutoFilterGrayImages true
/GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG
/GrayACSImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/GrayImageDict <<
/QFactor 0.15
/HSamples [1 1 1 1] /VSamples [1 1 1 1]
>>
/JPEG2000GrayACSImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/JPEG2000GrayImageDict <<
/TileWidth 256
/TileHeight 256
/Quality 30
>>
/AntiAliasMonoImages false
/CropMonoImages true
/MonoImageMinResolution 1200
/MonoImageMinResolutionPolicy /OK
/DownsampleMonoImages true
/MonoImageDownsampleType /Bicubic
/MonoImageResolution 1200
/MonoImageDepth -1
/MonoImageDownsampleThreshold 1.50000
/EncodeMonoImages true
/MonoImageFilter /CCITTFaxEncode
/MonoImageDict <<
/K -1
>>
/AllowPSXObjects false
/CheckCompliance [
/None
]
/PDFX1aCheck false
/PDFX3Check false
/PDFXCompliantPDFOnly false
/PDFXNoTrimBoxError true
/PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [
0.00000
0.00000
0.00000
0.00000
]
/PDFXSetBleedBoxToMediaBox true
/PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [
0.00000
0.00000
0.00000
0.00000
]
/PDFXOutputIntentProfile ()
/PDFXOutputConditionIdentifier ()
/PDFXOutputCondition ()
/PDFXRegistryName ()
/PDFXTrapped /False
/Description <<
/CHS <FEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002>
/CHT <FEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002>
/DAN <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>
/DEU <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>
/ESP <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>
/FRA <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>
/ITA <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>
/JPN <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>
/KOR <FEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002e>
/NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers. De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 5.0 en hoger.)
/NOR <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>
/PTB <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>
/SUO <FEFF004b00e40079007400e40020006e00e40069007400e4002000610073006500740075006b007300690061002c0020006b0075006e0020006c0075006f0074002000410064006f0062006500200050004400460020002d0064006f006b0075006d0065006e007400740065006a00610020006c0061006100640075006b006100730074006100200074007900f6007000f60079007400e400740075006c006f0073007400750073007400610020006a00610020007600650064006f007300740075007300740061002000760061007200740065006e002e00200020004c0075006f0064007500740020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740069007400200076006f0069006400610061006e0020006100760061007400610020004100630072006f0062006100740069006c006c00610020006a0061002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030003a006c006c00610020006a006100200075007500640065006d006d0069006c006c0061002e>
/SVE <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>
/ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers. Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 5.0 and later.)
>>
/Namespace [
(Adobe)
(Common)
(1.0)
]
/OtherNamespaces [
<<
/AsReaderSpreads false
/CropImagesToFrames true
/ErrorControl /WarnAndContinue
/FlattenerIgnoreSpreadOverrides false
/IncludeGuidesGrids false
/IncludeNonPrinting false
/IncludeSlug false
/Namespace [
(Adobe)
(InDesign)
(4.0)
]
/OmitPlacedBitmaps false
/OmitPlacedEPS false
/OmitPlacedPDF false
/SimulateOverprint /Legacy
>>
<<
/AddBleedMarks false
/AddColorBars false
/AddCropMarks false
/AddPageInfo false
/AddRegMarks false
/ConvertColors /NoConversion
/DestinationProfileName ()
/DestinationProfileSelector /NA
/Downsample16BitImages true
/FlattenerPreset <<
/PresetSelector /MediumResolution
>>
/FormElements false
/GenerateStructure true
/IncludeBookmarks false
/IncludeHyperlinks false
/IncludeInteractive false
/IncludeLayers false
/IncludeProfiles true
/MultimediaHandling /UseObjectSettings
/Namespace [
(Adobe)
(CreativeSuite)
(2.0)
]
/PDFXOutputIntentProfileSelector /NA
/PreserveEditing true
/UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged
/UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged
/UseDocumentBleed false
>>
]
>> setdistillerparams
<<
/HWResolution [2400 2400]
/PageSize [612.000 792.000]
>> setpagedevice
|