Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*

3116
Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*

Видеоцифровые системы – цифровые видеокамеры и сканеры – все более активно применяются для лабораторных исследований. Это обусловлено улучшением их характеристик, появлением новых технологических решений и нового программного обеспечения (ПО), стремительным ростом ценовой доступности. В настоящей статье будут рассмотрены возможности применения в лабораторной диагностике видеоцифровой регистрации (ВЦР) в соответствии с подходом, разработанным и технологически реализованным сотрудниками Института биохимии им. А.Н. Баха РАН и ООО “Синтеко-Комплекс”.

Постоянное расширение области применения ВЦР и перспективы дальнейшего развития этого направления определяются многими факторами:

· появление большого количества новых упрощенных методик и тестов, ориентированных на скрининговые и серийные исследования;

· развитие технологий для выполнения анализа во внелабораторных условиях (у постели больного) лицами, не имеющими специальной подготовки;

· необходимость хранить и передавать информацию в электронном виде;

· развитие компьютерных сетей;

· возможность дистанционной методической поддержки с помощью современных коммуникационных технологий и др.

Применительно к традиционным объектам фотометрических исследований методы ВЦР заменяют методы обычной и отражательной фотометрии, предоставляя ряд преимуществ, а применительно к все еще широко используемым тестам с визуальной регистрацией ВЦР – обеспечивают объективизацию и документирование результатов.

Общие принципы получения аналитической информации при использовании видеоцифровой регистрации

Традиционная фотометрия применяется в клинической лабораторной диагностике для регистрации результатов реакций, приводящих к изменению светопропускания или светоотражения однородных (с одинаковой оптической плотностью во всех точках) объектов, обычно гомогенных растворов в кюветах или лунках микропланшетов. Объекты рефлектометрии – тест-полоски “сухой химии” с однородными реагентными зонами. Для каждого объекта измерения традиционные методы определяют одно значение оптической плотности или коэффициента светоотражения (рис. 1).  

Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*Подход “один объект – одно число” адекватен для большинства биохимических тестов, проводимых в растворе или как минимум имеющих заключительную гомогенную стадию (например, иммуноферментный анализ (ИФА) в микропланшетах). Однако существует множество диагностических методов иммунохимии, коллоидной химии, биохимии, изосерологии и др., где традиционная фотометрия неприменима, поскольку в результате реакции появляется градиент окрашивания, возникают полосы и пятна, изменяется структура объектов. Результаты таких лабораторных исследований, как правило, учитываются визуально, и использование для них ВЦР особенно перспективно .

Основой преимуществ ВЦР является возможность получения от аналитического объекта значительного массива информации – цифровых описаний каждого пикселя изображения (рис. 1). Количество цифровых характеристик определяется разрешением соответствующего регистрирующего устройства. Математическая обработка изображения с помощью специального ПО дает цифровую характеристику степени прохождения аналитической реакции и позволяет представить результат в форме, соответствующей задачам диагностики.

В лабораторных исследованиях часто используются матричные объекты (многолуночные микропланшеты и матричные чипы), представляющие собой упорядоченную совокупность аналитических элементов.  

При ВЦР изображение такого объекта можно разбить на зоны интереса, соответствующие единичным аналитическим элементам. Возможность обрабатывать информацию индивидуально по каждому из таких элементов делает систему ВЦР многоканальной, без ограничений к предельному числу каналов. Программная обработка позволяет определять параметры одной или нескольких зон интереса, индивидуально контрастировать, увеличивать и сравнивать изображения для каждой из зон, получать количественную или качественную оценку результатов анализа, представлять их в графической форме.

Применяемый подход позволяет не только легко адаптировать аппаратно-программные комплексы (АПК) для разнообразных тестов, но и создавать формы выдачи результатов в соответствии с требованиями тех или иных медицинских учреждений.

Чрезвычайно важно, что при ВЦР первичное изображение аналитического объекта (первичный документ теста) сохраняется в цифровом виде.

Такое документирование усиливает юридическую значимость результатов лабораторного исследования и обеспечивает его полный контроль, что повышает ответственность персонала, снижает частоту допускаемых им ошибок. Возможность вернуться к исходному, первичному изображению через некоторое время и объективно интерпретировать результаты, консультироваться в неоднозначных и спорных ситуациях особенно важна для исследований, которые требуют регистрации результатов в строго определенном временном интервале после начала реакции. Немаловажное значение имеет и возможность передачи информации, включая первичный документ теста, по Интернету, в т. ч. и при проведении анализов у постели больного и в полевых условиях.

Далее будут кратко описаны разработанные нами АПК, перечислены лабораторные исследования, для регистрации результатов которых они применяются, и приведены примеры применения этих комплексов.Регистрирующие видеоцифровые системы

Средствами получения изображения в системах ВЦР могут быть сканеры или видеоцифровые камеры. И те и другие являются ПЗС-устройствами (ПЗС – прибор с зарядовой связью, что эквивалентно английской аббревиатуре “CCD” – “сharge-coupled device”), способными накапливать, хранить и передавать на компьютер изображение объекта с высоким разрешением.

Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*

В таблице представлен сравнительный анализ возможностей систем ВЦР на основе сканеров и видеоцифровых камер. Сканеры производятся в массовом количестве, доступны по цене, дают изображения высокого разрешения, обладают хорошей цветопередачей, однако приспособлены в основном для работы с плоскими объектами. Из-за размеров и требований к электропитанию сканеры, как правило, используются в качестве стационарного оборудования. ПЗС-камеры позволяют получать изображения хотя и с меньшим, но достаточным разрешением, обеспечивают более высокую скорость съемки, благодаря компактности могут быть включены в малогабаритные мобильные многофункциональные приборы. В клинической лабораторной диагностике в зависимости от поставленных задач могут применяться и те и другие приборы.

Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*

На рис. 2а представлены несколько вариантов разработанных нами видеоцифровых анализаторов “Рефлеком”. Все они могут питаться от батареи компьютера и использоваться во внелабораторных условиях (рис. 2б),а “Рефлеком-Мини” (рис. 2а, слева), который с наладонным компьютером помещается в кармане, предназначен для работы в полевых условиях.

Сканерный АПК “Эксперт-Лаб” (рис. 2в) не имеет аналогов в мире по универсальности и может применяться для регистрации результатов ИФА, реакции пассивной гемагглютинации (РПГА), латексной агглютинации, изосерологических исследований (определения группы крови) в формате 96-луночного планшета, иммунохроматографических тестов, анализа с использованием иммуночипов [3]. Разрабатываются методики применения системы “Эксперт-Лаб” для биохимических и турбидиметрических, а также иммунохроматографических многопараметрических тестов. АПК регистрирует изображение, полученное в режиме проходящего или отраженного света, и выделяет в нем аналитические объекты, соответствующие тестированию одного образца или определению одного параметра. Таким аналитическим объектом может быть лунка микропланшета, ячейка карточки для латексной агглютинации и т. д. Далее для полученных изображений аналитических объектов производится расчет оптической плотности (для ИФА) или иных характеристик.

Важное свойство предлагаемых систем ВЦР – единообразие принципов построения ПО и алгоритмов обработки информации. Благодаря этому АПК достоверно и объективно регистрируют результаты многих типов лабораторных исследований, что обеспечивает их корректную интерпретацию в диагностической практике.Примеры применения систем видеоцифровой регистрации для различных клинических лабораторных исследований

Реакция пассивной гемагглютинации

В качестве примера применения ВЦР для лабораторных исследований, проводимых в 96-луночных планшетах, рассмотрим регистрацию результатов РПГА (рис. 3). ПО предоставляет пользователю изображение аналитического объекта (зафиксированное в момент времени, заданный методикой). Для каждой серии исследований задается расположение исследуемых образцов, контролей и калибраторов. На экран для каждого образца выводятся количественный параметр, отражающий степень агглютинации, и автоматическая интерпретация результатов анализа. Изображение любого аналитического объекта может быть увеличено (опция “лупа” – рис. 3). Чтобы точнее оценить результаты для сомнительных или пограничных по интенсивности образцов, можно представить на экране изображения нескольких аналитических объектов. Сохранение изображений аналитических объектов позволяет при необходимости подтвердить корректность интерпретации результатов анализа.Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*

Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*

Латекс-агглютинационные и изосерологические исследования на плоских носителях

Перспективной областью применения АПК являются изосерологические исследования. Традиционные для станций переливания крови методы тестирования в планшетах с круглыми или овальными лунками отличаются высокой производительностью, удобством использования, но из-за отсутствия автоматической интерпретации и документирования результатов проигрывают внедряемым дорогостоящим импортным системам.

ВЦР позволяет дополнять широко используемые методы определения групп крови документированием и оценкой результатов на современном уровне. Пример определения группы крови, основанного на регистрации результатов с помощью АПК “Эксперт-Лаб” и программы “Изосерология”, приведен на рис. 4.

Разработанное нами ПО для определения группы крови в микропланшетах с использованием АПК “Эксперт-Лаб” делает традиционные варианты изосерологических методик конкурентоспособными, решающими задачу регистрации и интерпретации результатов и исключающими необходимость в дорогостоящем оборудовании и реагентах (в отличие от гелевых и микропланшетных методов).

Предложены варианты регистрации с помощью ВЦР-тестов латексной агглютинации на специальных карточках, также обеспечивающие документирование и автоматическую оценку результатов (рис. 5).

Иммунохроматографические тесты

В настоящее время одним из распространенных вариантов иммуноанализа стали иммунохромато-

графические тесты, основанные на движении реагентов вдоль тестполоски, индуцируемом контактом с пробой. В результате исследования на тест-полоске появляется одна или более окрашенных линий – контрольная, отражающая сохранение тест-полоской функциональных свойств, и тестовые, дающие информацию о результатах анализа (рис. 6). Иммунохроматографические тесты применяются для определения наркотиков и их метаболитов, маркеров инфекционных заболеваний, онкомаркеров, кардиомаркеров и других аналитов.

Видеоцифровая регистрация в лабораторной диагностике: аппаратно-программные комплексы и тест-системы*

Основные преимущества этих методов – простота выполнения анализа, быстрое получение результата, надежность определений, не требующих высокой квалификации оператора. Однако серьезным недостатком является субъективность визуальной оценки результатов иммунохроматографических тестов. В личную карточку пациента может быть включен лишь бланк с отметкой о положительном или отрицательном результате. Сохранение тест-полоски или кассеты не решает проблемы документирования, т. к. производители рекомендуют фиксировать результат через определенное время (обычно не более 10–15 мин) после начала анализа и не гарантируют неизменность окраски при последующем хранении.

Сочетание иммунохроматографических тестов и ВЦР позволяет документировать данные лабораторных исследований в экспресс-режиме непосредственно в месте оказания медицинской помощи или при выездных экстренных обследованиях. ВЦР обеспечивает документирование результатов, сохранение первичного документа теста, возможность измерять концентрации аналитов . Благодаря этому внелабораторные тесты достигают уровня достоверности исследований, проводимых в лабораторных условиях. Сохранение первичного документа теста особенно важно для определения наркотиков, т. к. получаемые результаты учитываются при принятии юридически значимых решений.Следует отметить, что ВЦР интенсивности окрашивания аналитической зоны тест-полоски позволяет оценивать содержание в пробе определяемого соединения. ПО разрабатываемых АПК предусматривает возможность построения градуировочных графиков и автоматического расчета с их помощью концентрации аналита. Данный подход был успешно применен, в частности, для контроля уровня простат-специфического антигена, где количественная информация повышает диагностическую информативность исследования.

В последние годы активно разрабатываются мультипараметрические иммунохроматографические тесты, одновременно контролирующие содержание в пробе нескольких соединений. Экстенсивное решение этой задачи состояло в использовании кассет, в которые помещается несколько индивидуальных монопараметрических тест-полосок. Однако для реализации такого подхода требуется значительный объем каждого тестируемого образца, а стоимость кассетного диагностического набора пропорционально возрастает. Формирование на одной тест-полоске нескольких последовательно расположенных зон связывания разной специфичности решает эту задачу, но требует использования эффективных средств регистрации и документирования, поскольку возможности визуальной оценки расположения многих зон связывания на участке тест-полоски, обычно не превосходящем 2 см в длину, довольно ограничены.

Дополнительные возможности увеличения числа одновременно контролируемых параметров появляются при дальнейшем уменьшении зон связывания. Расположение на мембране нескольких строк и столбцов точек с иммунореагентами разной специфичности позволяет одновременно контролировать несколько десятков соединений, что важно, например, для аллергодиагностики.

Средства программной обработки изображений позволяют с максимальной достоверностью определить границы аналитической зоны, учесть уровень фонового окрашивания, обеспечивая дополнительные преимущества системам ВЦР в клинико-диагностической практике.

Как следует из представленного выше анализа, разработанные методы эффективно решают задачи документирования результатов анализа, объективизации диагностически значимых выводов, а также позволяют перейти от качественных “да/нет” заключений к количественным характеристикам, отражающим содержание в образце определяемого соединения. Подходы ВЦР являются весьма гибкими и применимыми ко многим задачам лабораторной диагностики. Получение информации в цифровом виде позволяет формировать информационные ресурсы по результатам тестирований.

Большое значение для масштабного внедрения средств ВЦР имеет и возможность дистанционного обучения и методической поддержки.

Пригодность систем ВЦР для широкого спектра исследований клинической лабораторной диагностики, их доступность и экономическая привлекательность, высокие аналитические свойства позволяют считать эти аналитические системы перспективными для внедрения в лаборатории лечебно-профилактических учреждений разного профиля и заслуживающими широкого применения на практике.

*Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральной целевой программы “Научные и научно-педагогические кадры инновационной России” на 2009–2013 гг. (государственный контракт П423 от 12 мая 2010 г.).

Список использованной литературы

1. Дзантиев Б.Б., Жердев А.В., Попов В.О. и др. Системы экспрессной иммунодетекции биологически активных соединений // Клиническая и лабораторная диагностика. 2002. № 8. С. 25–32.

2. Старовойтова Т.А., Зайко В.В., Стериополо Н.А. и др. Аналитическая платформа для проведения биохимических и иммунологических исследований в микроматричном формате с видеоцифровой регистрацией // Биомедицинский журнал Medline.ru. 2010. Т. 11. С. 44–62.

3. Старовойтова Т.А., Зайко В.В., Стериополо Н.А. и др. Видеоцифровой анализ для лабораторной диагностики: комплекс “Эксперт-Лаб” на основе сканера для документирования, объективизации и регистрации результатов латекс-агглютинационных, гемагглютинационных тестов, изосерологических и иммуноферментных исследований // Лаборатория. 2006. № 1. С. 19–22.

4. Панченко Л.Ф., Старовойтова Т.А., Венгеров Ю.Ю. и др. Аналитические видеоцифровые комплексы экспрессных и скрининговых лабораторных исследований в наркоконтроле // Наркология. 2011. № 12. С. 64–68.



Подписка на статьи

Чтобы не пропустить ни одной важной или интересной статьи, подпишитесь на рассылку. Это бесплатно.

Мероприятия

Мероприятия

Повышаем квалификацию

Посмотреть

Самое выгодное предложение

Самое выгодное предложение

Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

Живое общение с редакцией

А еще...

Критерии качества 2017: готовимся к оценке по-новому

Интервью

ФФОМС Наталья Стадченко

Председатель ФФОМС Наталья Стадченко в интервью журналу «Здравоохранение»:

Для медработника страховой представитель – это и контролер, и юридический консультант, и помощник одновременно





Наши продукты




















© МЦФЭР, 2006 – 2017. Все права защищены.

Портал zdrav.ru - медицинский портал для медицинских работников. Новости и статьи для главных врачей, медицинских сестер, заместителей главного врача, специалистов по качеству медицинской помощи, заведующих КДЛ, медицинских юристов, экономистов ЛПУ, провизоров и руководителей аптек.

Информация на данном сайте предназначена только для медицинских работников. Ознакомьтесь с соглашением об использовании.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-38302 от 30.11.2009


  • Мы в соцсетях
Сайт предназначен для медицинских работников!

Чтобы продолжить чтение статей на портале ZDRAV.RU, пожалуйста, зарегистрируйтесь.
Это займет всего 57 секунд. Для вас будут доступны:

— 9400 статей
— 4000 ответов на вопросы
— 80 видеосеминаров
— множество форм и образцов документов
— бесплатная правовая база
— полезные калькуляторы

Вы также получите подарок — журнал в формате pdf

У меня есть пароль
напомнить
Пароль отправлен на почту
Ввести
Я тут впервые
И получить доступ на сайт
Займет минуту!
Введите эл. почту или логин
Неверный логин или пароль
Неверный пароль
Введите пароль
Сайт предназначен для медицинских работников!

Чтобы продолжить чтение статей на портале ZDRAV.RU, пожалуйста, зарегистрируйтесь.
Это займет всего 57 секунд. Для вас будут доступны:

— 9400 статей
— 4000 ответов на вопросы
— 80 видеосеминаров
— множество форм и образцов документов
— бесплатная правовая база
— полезные калькуляторы

Вы также получите подарок — pdf- журнал «Здравоохранение»

У меня есть пароль
напомнить
Пароль отправлен на почту
Ввести
Я тут впервые
И получить доступ на сайт
Займет минуту!
Введите эл. почту или логин
Неверный логин или пароль
Неверный пароль
Введите пароль
×
Сайт предназначен для медицинских работников!

Чтобы скачать файл на портале ZDRAV.RU, пожалуйста, зарегистрируйтесь.
Это займет всего 57 секунд. Для вас будут доступны:

— 9400 статей
— 4000 ответов на вопросы
— 80 видеосеминаров
— множество форм и образцов документов
— бесплатная правовая база
— полезные калькуляторы

Вы также получите подарок — pdf- журнал «Здравоохранение»

У меня есть пароль
напомнить
Пароль отправлен на почту
Ввести
Я тут впервые
И получить доступ на сайт
Займет минуту!
Введите эл. почту или логин
Неверный логин или пароль
Неверный пароль
Введите пароль
×
Сайт предназначен для медицинских работников!

Чтобы скачать файл на портале ZDRAV.RU, пожалуйста, зарегистрируйтесь.
Это займет всего 57 секунд. Для вас будут доступны:

— 9400 статей
— 4000 ответов на вопросы
— 80 видеосеминаров
— множество форм и образцов документов
— бесплатная правовая база
— полезные калькуляторы

Вы также получите подарок — pdf- журнал «Здравоохранение»

У меня есть пароль
напомнить
Пароль отправлен на почту
Ввести
Я тут впервые
И получить доступ на сайт
Займет минуту!
Введите эл. почту или логин
Неверный логин или пароль
Неверный пароль
Введите пароль