Suomalaisten lääkärien Johan ja Mikael Lundinin keksintö tarjoaa tehokkaan ratkaisun kudosleikekuvien analysoimiseen ja tallentamiseen.
Tutkimusdata lisääntyy valtavasti vuosi vuodelta, mikä edellyttää ohjelmistonkehittäjiltä jatkuvaa aktiivisuutta. Isoja datamääriä on pystyttävä analysoimaan ohjelmistoilla, jotka eivät pistä työasemaa jumiin. Suomen molekyylilääketieteen instituutin (FIMM) tutkimusjohtaja Johan Lundin tutkii ja kehittää kuvaperustaista diagnostiikkaa konenäköratkaisujen avulla. Tulevaisuudessa eri datalähteitä, geneettistä dataa, kudosdataa ja kliinistä potilasdataa, yhdistämällä voidaan laatia persoonakohtaisia tautiennusteita ja hoitomuotoja. Tätä on sovellettu erityisesti rinta- ja eturauhassyövän sekä paksunsuolen syövän hoitamisessa.
Helsingin yliopistollisessa keskussairaalassa 2000-luvun alussa työskennellessään Lundin turhautui siihen, miten hankalaa isojen kudosleikekuvien käsittely oli työasemilla. Kudosleikekuvat ovat 1-2 gigatavun kokoisia, joten niiden tallentaminen omalle kovalevylle ei ole järkevää. Kuvien pyörittely on myös hidasta. Johan Lundin alkoi miettiä veljensä Mikaelin kanssa toimivaa ohjelmistoratkaisua ongelmaan.
Veljekset kehittivät täysin web-pohjaisen ohjelmiston, jonka olennaisia osia ovat tehokas kuvapalvelin sekä web-käyttöliittymä joka toimii kaikilla selaimilla. Heidän käyttämänsä kompressioalgoritmin avulla kuvat vievät vähemmän tilaa ja latautuvat nopeasti. Kahden gigatavun näytekuva voidaan kompressoida puolen gigan kokoiseksi. Kudosnäyte tallennetaan pilveen ja isoa datamäärää
voidaan käsitellä omalta työasemalta helposti ja nopeasti.
Verkossa toimivaa mikroskooppipalvelua voi käyttää kaikilla selaimilla ja tableteilla, myös älypuhelimilla. Web-Microscope® on myös yhteensopiva eri mikroskooppivalmistajien kuvaformaattien kanssa. Web-mikroskoopilla on mahdollista tutkia erittäin laajoja aineistoja ja
se sopii hyvin myös yhteistyöprojektien yhteiseksi digitoitujen kuvien hallinta- ja analysointipaikaksi.
”Palveluun on ollut todella kasvavaa kiinnostusta. Lääkärit, tutkijat ja opettajat ovat siirtymässä digitaaliseen mikroskopiaan. Verkossa toimiva pilvipohjainen palvelu on edistyksellinen ratkaisu digitaalisen mikroskopian käyttäjille kaikkialla maailmassa,” toteaa palvelua tarjoavan Fimmicin toimitusjohtaja Kaisa Helminen. Helminen on koulutukseltaan biokemisti ja työskennellyt aiemmin useissa bioalan firmoissa.
Fimmic perustettiin vuonna 2013 ja seuraavana vuonna palvelua alettiin kaupallistaa. Fimmicin asiakkaita ovat mm. yliopistot, tutkimuslaitokset, lääkeyritykset sekä ulkoista laadunvalvontaa tekevät yritykset. Ulkoinen laadunvalvonta tehostuu kun näytteitä voidaan lähettää virtuaalisesti analysoitavaksi sen sijaan, että lasilevyillä olevia näytteitä postitettaisiin laboratorioihin.
Näiden palvelujen tuottamisen kumppanina Fimmic käyttää Tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n cPouta-pilvipalvelua. Se tarjoaa web-mikroskoopin käyttäjille oman palvelimen, nopean kaistanleveyden ja valtavasti tallennustilaa. Näin taataan, että palvelu toimii mahdollisimman tehokkaasti. Web-mikroskooppi soveltuu myös biopankeille kudosnäytteiden hallinnoimiseen. Palvelu voidaan räätälöidä yksittäiselle biopankille sopivaksi.
Mikroskooppiskannerit ovat kalliita laitteita – hinta vaihtelee tyypillisesti 150 000 – 300 000 euron välillä. Skannereiden määrä kuitenkin lisääntyy ja kun kuvia skannataan, monelle käyttäjälle kätevin ja edullisin ratkaisu on tallentaa ne suoraan pilveen.
”Mikäli asiakkaalla ei ole mahdollisuutta käyttää skanneria, hän voi lähettää näytteet meille skannattavaksi. Me tallennamme digitoidut näytteet suoraan asiakkaan Web-Microscope-tilille,” Helminen kertoo.
WebMicroscope-portaalin kautta käyttäjä voi jakaa omia mikroskooppikuviaan eri tutkimusryhmille ja yhteistyökumppaneille ympäri maailmaa. Tämä on tärkeä ominaisuus, koska esimerkiksi lääkeainesuunnittelussa testitulosten jakaminen nopeasti tutkimusryhmien ja lääkeyhtiöiden kesken
on edellytys läpimurroille. Lääkekehitykseen liittyvä tutkimus on yksi Fimmicin
painotuksista.
Perinteisellä mikroskoopilla voidaan tarkastella vain pientä osaa näytteestä kerrallaan. Mikroskooppiskanneri kuvaa näytteen suurella objektiivilla, jolloin koko näyte on yksityiskohtineen digitoitu. Syntynyttä kuvaa voidaan web-mikroskoopin avulla katsella helposti ja nopeasti, paikasta
riippumatta.
”Tarkasteltavaksi voidaan ottaa osa kudosnäytteestä Google Mapsin tavoin ja katsoa siitä vain osa ja siirtyä nopeasti toiseen kohtaan. Kuvaa ei tallenneta työasemille, vaan se latautuu verkon yli suoraan kuvapalvelimesta.”
Kaikissa Suomen lääketiedettä opettavissa yliopistoissa käytetään web-mikroskooppia opetustarkoituksiin anatomian ja patologian kursseilla. Webmikroskoopin avulla digitoituja näytteitä
voidaan helposti jakaa opiskelijoille ja liittää oheen muita dokumentteja ja videoita.
Omat sivut voidaan suojata salasanalla ja ohjelmiston avulla voidaan suorittaa myös tenttejä. Virtuaalisia näytteitä voidaan katsoa etäopetuksessa vaikkapa tableteilta tai älypuhelimilta ja luokkahuoneessa isolta näytöltä. Sovellus sopii erinomaisesti monipistetunnistusta hyödyntäviin Multitouch–näyttöihin. Massiivisia kudosleikekuvia voidaan tällöin tarkastella helposti ja nopeasti
suurella kosketusnäytöllä isommankin ryhmän kesken.
Mikroskooppiskanneri tuottaa paljon dataa. Tarkasteltavana voi olla miljoonia havaintopisteitä, joiden käsittelyyn tarvitaan laskentatehoa ja hyviä algoritmeja. Fimmicin suunnitelmissa on kehittää ohjelmistoa eteenpäin ja tuoda siihen kvantitatiivisen kuva-analyysin työkaluja, algoritmeja.
Kaisa Helmisen mukaan mahdollisia tutkimuskohteita, joihin algoritmeja voidaan käyttää, on valtavasti.
”Konenäköalgoritmit perustuvat signaalin käsittelyyn. Konetta opetetaan kymmenillä ellei sadoilla kuvilla tunnistamaan tietty signaali taustasta, esim. värjätyt solut muusta kudoksesta. Seulonta on tapauskohtaista ja vaihtelee, miten eri näytteitä on käsitelty. Algoritmi on juuri niin hyvä kuin se
on opetettu.”
Tähän kaikkeen tarvitaan laskentatehoa, jota saadaan mm. CSC – Tieteen tietotekniikan
keskuksen supertietokoneista.
”Laskentatehoa vaaditaan paljon, koska tutkittavat kuvat ovat ns. suurkuvia (whole slide images). Toki näistä saatetaan rajata pienempiä alueita analyysiä varten, mutta silti laskentatehoa vaaditaan paljon, jotta analyysi ei veisi liikaa aikaa,” Kaisa Helminen huomauttaa.
Ari Turunen
Lue artikkeli PDF-muodossa
Fimmic Oy
Fimmic kehittää teknologiaa ja palveluja liittyen digitaaliseen mikroskooppikuvantamisen, kuva-analyysin ja informatiikan teknologiaa ja palveluja.
http://www.fimmic.com
CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy
CSC on valtion omistama, opetus- ja kulttuuriministeriön hallinnoima, voittoa tavoittelematon
osakeyhtiö. CSC ylläpitää ja kehittää valtion omistamaa keskitettyä tietotekniikkainfrastruktuuria.
http://www.csc.fi
https://research.csc.fi/cloud-computing
ELIXIR is partly funded by the European Commission