izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-7-68-72izmertech-1819Research ArticleМЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMEDICAL AND BIOLOGICAL MEASUREMENTSРазработка и исследование метода разделения клеток при сегментации лейкоцитов на изображениях препаратов костного мозга в информационно-измерительных системах диагностики острых лейкозовDevelopment and study of a method for cell separation during white blood cell segmentation on images of bone marrow preparations in information and measurement systems for diagnostics of acute leukemiaНикитаевВ. Г.NikitaevV. G.

Москва

Valentin G. Nikitaev

Moscow

vgnikitayev@mephi.ruПроничевА. Н.PronichevA. N.

Москва

Aleksandr N. Pronichev

Moscow

anpronichev@mephi.ruДмитриеваВ. В.DmitrievaV. V.

Москва

Valentina V. Dmitrieva

Moscow

vvdmitriyeva@mephi.ruПоляковЕ. В.PolyakovE. V.

Москва

Evgenii V. Polyakov

Moscow

evpolyakov@mephi.ruСамсоноваА. Д.SamsonovaA. D.

Москва

Aleksandra D. Samsonova

Moscow

samsonova183@gmail.comТупицынН. Н.TupitsynN. N.

Москва

Nikolai N. Tupitsyn

Moscow

nntca@yahoo.comСельчукВ. Ю.SelchukV. Yu.

Москва

Vladimir Yu. Selchuk

Moscow

selvu@mail.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University “MEPhI” (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н. Н. БлохинаРоссияN. N. Blokhin National Medical Research Center of OncologyRussian FederationНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»; Московский государственный медико-стоматологический университет им. А. И. Евдокимова,РоссияNational Research Nuclear University “MEPhI” (Moscow Engineering Physics Institute); A. I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and DentistryRussian Federation202013072023076872Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1819

Рассмотрены вопросы применения информационно-измерительных систем для решения масштабных задач автоматизации диагностики острых лейкозов. Принцип действия информационно-измерительных систем основан на обработке цифровых изображений микроскопических препаратов костного мозга, особенностью которых является высокая плотность лейкоцитарных клеток в препарате (гиперклеточность), что обусловливает близость клеток друг к другу и зачастую их соприкосновение, в результате чего образуются конгломераты. Измерение характеристик клеток костного мозга в таких условиях приводит к недопустимым погрешностям (более 50 %). Работа посвящена сегментации соприкасающихся клеток на изображениях препаратов костного мозга. Разработан метод разделения клеток при сегментации лейкоцитов на изображениях препаратов костного мозга в условиях гиперклеточности препарата. Особенность предложенного метода – использование подхода к сегментации изображений клеток на основе метода водораздела с маркерами. Ключевые этапы метода: формирование начальных маркеров, построение линий водораздела, пороговая бинаризация, заливка внутри контура. Определены параметры, обеспечивающие стабильность разделения соприкасающихся клеток. Проведён эксперимент и подтверждена эффективность предложенного метода. Относительная погрешность сегментации составила 5 %. Применение предложенного метода в информационно-измерительных системах компьютерной микроскопии для автоматизированного анализа препаратов костного мозга позволит повысить точность диагностики острых лейкозов.

The issues of using of information and measurement systems based on processing of digital images of microscopic preparations for solving large-scale tasks of automating the diagnosis of acute leukemia are considered. The high density of leukocyte cells in the preparation (hypercellularity) is a feature of microscopic images of bone marrow preparations. It causes the proximity of cells to each other and their contact with the formation of conglomerates. Measuring of the characteristics of bone marrow cells in such conditions leads to unacceptable errors (more than 50%). The work is devoted to segmentation of contiguous cells in images of bone marrow preparations. A method of cell separation during white blood cell segmentation on images of bone marrow preparations under conditions of hypercellularity of the preparation has been developed. The peculiarity of the proposed method is the use of an approach to segmentation of cell images based on the watershed method with markers. Key stages of the method: the formation of initial markers and builds the lines of watershed, a threshold binarization, shading inside the outline. The parameters of the separation of contiguous cells are determined. The experiment confirmed the effectiveness of the proposed method. The relative segmentation error was 5 %. The use of the proposed method in information and measurement systems of computer microscopy for automated analysis of bone marrow preparations will help to improve the accuracy of diagnosis of acute leukemia.

информационно-измерительные системыраспознавание клеток кровисегментация изображенийразделение соприкасающихся клетокдиагностика острых лейкозов.information and measurement systemsblood cells recognitionimage segmentationseparation of touching cellsacute leukemia diagnosis.ReferencesГематология: руководство для врачей / Под ред. Н. Н. Мамаева. СПб.: СпецЛит, 2019. 639 c.Gematologiya: rukovodstvo dlya vrachej, Ed. N. N. Mamaeva, St. Peterburg, SpecLit Publ, 2019. 639 p. (in Russian).Румянцев А. Г., Масчан А. А., Румянцева Ю. В., Карачунский А. И. Федеральные клинические рекомендации по диагностике и лечению острого лимфобластного лейкоза у детей и подростков. М.: НОДГО, 2015. 71 с.Rumyancev A. G., Maschan A. A., Rumyanceva Yu. V., Karachunskii A. I., Federal’nye klinicheskie rekomendacii po diagnostike i lecheniyu ostrogo limfoblastnogo lejkoza u detej i podrostkov, Moscow, NODGO Publ., 2015, 71 p. (in Russian).Безнос О. А. Диагностика минимальной остаточной болезни при острых лимфобластных лейкозах у детей: автореф. дис. канд. мед. наук. (НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина, Москва, 2017).Beznos O. A., Extented abstract of candidate’s dissertation in medicine science. (N. N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology Moscow, 2017).Bain B. J., Bates I., Laff an M. A., Dacie and Lewis Practical Haematology, Elsevier Health Sciences, 2017. 600 p.Bain B. J., Bates I., Laff an M. A., Dacie and Lewis Practical Haematology, Elsevier Health Sciences, 2017. 600 p.Amin M. M., Kermani S., Talebi A., etc., Journal of Medical Signals and Sensors, 2015, vol. 5, no. 1, pp. 49–58. https://doi.org/10.4103/2228-7477.186885Amin M. M., Kermani S., Talebi A., etc., Journal of Medical Signals and Sensors, 2015, vol. 5, no. 1, pp. 49–58. https://doi.org/10.4103/2228-7477.186885Никитаев В. Г. Высокотехнологичные информационноизмерительные комплексы онкологической диагностики: проблемы и ключевые положения методологии построения // Измерительная техника. 2015. № 2. С. 68–70.Nikitaev V. G., Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 2, pp. 214–218. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0688-0Никитаев В. Г. Современные принципы измерений в интеллектуальных системах гистологической диагностики онкологических заболеваний // Измерительная техника. 2015. № 4. С. 68–70.Nikitaev V. G., Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 4, pp. 68–70. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0736-9Dhal K. G., Gálvez J., Ray S., et al., Multimedia Tools and Applications, 2020, vol. 79, pp. 12227–12255. https://doi.org/10.1007/s11042-019-08417-zDhal K. G., Gálvez J., Ray S., et al., Multimedia Tools and Applications, 2020, vol. 79, pp. 12227–12255. https://doi.org/10.1007/s11042-019-08417-zПоляков Е. В. Состояние и перспективы развития систем автоматизации световой микроскопии при диагностике острых лейкозов. // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2018. Т. 17. № 2. С. 407–420.Polyakov E. V., System Analysis and Management in Biomedical Systems, 2018, vol. 17, no. 2, pp. 407–420.Mohapatra S., Patra D., Kumar S., Satpathy S., Biomedical Engineering Letters, 2012, vol. 2, no. 2, pp. 100–110. https://doi.org/10.1007/s13534-012-0056-9Mohapatra S., Patra D., Kumar S., Satpathy S., Biomedical Engineering Letters, 2012, vol. 2, no. 2, pp. 100–110. https://doi.org/10.1007/s13534-012-0056-9Nikitaev V. G., Polyakov E. V., Matveeva I. I., Blindar V. N., Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 798, no. 1, p. 012129. https://doi.org/10.1088/1742-6596/798/1/012129Nikitaev V. G., Polyakov E. V., Matveeva I. I., Blindar V. N., Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 798, no. 1, p. 012129. https://doi.org/10.1088/1742-6596/798/1/012129Mishra S., Majhi B., Sa P. K., Sharma L., Biomedical Signal Processing and Control, 2017, no. 33, pp. 272–280. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2016.11.021Mishra S., Majhi B., Sa P. K., Sharma L., Biomedical Signal Processing and Control, 2017, no. 33, pp. 272–280. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2016.11.021

The authors declare that there are no conflicts of interest present.