PT1155381E

PT1155381E - Aparelho e método minimamente invasivo para testar lesões da cavidade oral e epitélio semelhante

Info

Publication number: PT1155381E
Application number: PT00902395T
Authority: PT
Inventors: Drore Eisen; Stephen Frist; Joel Recht
Original assignee: Cdx Lab Inc
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2010-10-11
Also published as: AU2004201764A1; JP2002538441A; CN1341244A; WO2000051066A1; US20020012938A1; EP1155381A4; IL144933A; EP1155381B1; CA2363833A1; AU2004201764B2; CA2363833C; ATE472775T1; DE60044604D1; AU2004201764B8; JP4748628B2; AU769471B2; AU2412000A; EP1155381A1; CN100339862C; IL144933A0

Description

DESCRIÇÃO "APARELHO E MÉTODO MINIMAMENTE INVASIVO PARA TESTAR LESÕES DA CAVIDADE ORAL E EPITELIO SEMELHANTE"

Campo da Invenção A presente invenção está direccionada para um aparelho e um método minimamente invasivo para testar lesões da cavidade oral e epitélio semelhante. A presente invenção está direccionada para determinar se existe ou não uma probabilidade de detecção de estados pré-cancerosos ou cancerosos no tecido epitelial.

Embora esta invenção seja descrita para testar lesões da cavidade oral, a metodologia relacionada com testes para a queratinização anormal aplica-se à análise de qualquer amostra de tecido em que esteja presente queratina, obtida por qualquer técnica médica.

Antecedentes da Invenção A detecção de estados pré-cancerosos ou cancerosos em determinados tecidos corporais é importante. Existem várias metodologias para obter amostras de tecido para exame e metodologias para analisar espécimes celulares das amostras de tecido. 1

Uma área dessa actividade situa-se no campo dentário. Entre 5% a 10% dos doentes na prática dentária e médica geral têm lesões orais que parecem ser inofensivas que são rotineiramente assinaladas num exame oral ou que são casualmente observadas durante a realização de um processo dentário cosmético ou outro. A inspecção visual e a palpação destas lesões para detectar o cancro oral numa fase precoce são altamente faliveis. É devido às lesões benignas, displásicas e cancerosas serem frequentemente indistinguíveis entre si numa inspecção clínica. A grande maioria destas lesões relativamente benignas que aparecem é, de facto, benigna. No entanto, pelo menos 6% destas lesões aparentemente benignas podem ser pré-cancerosas ou cancerosas e o fracasso na identificação destas lesões perigosas numa fase precoce, tratável, é um factor principal na taxa de sobrevivência actualmente baixa de cinco anos para o cancro oral. O dentista ou médico que detecta visualmente uma lesão oral que não é claramente sugestiva de pré-cancro ou de cancro é confrontado com um dilema quando restringido aos métodos e aparelhos da técnica anterior. A única ferramenta exacta actualmente considerada disponível na técnica anterior para distinguir lesões orais benignas de pré-cancerosas e cancerosas é uma biopsia lacerante ou com bisturi da lesão seguida por exame histológico do tecido excisado. Numa biopsia com bisturi, são utilizados vários instrumentos cortantes cirúrgicos para obter uma amostra de tecido. Se essa biopsia com bisturi remover uma parte da lesão esta é designada como uma biopsia "de incisão", enquanto se esta remover a totalidade da lesão esta é designada como uma biopsia "de excisão". 2

Em qualquer dos casos, uma biopsia com bisturi é um processo doloroso, lacerante, altamente invasivo. Os instrumentos típicos para esta finalidade incluem, mas não estão limitados a lâmina de bisturi plana, lâmina de bisturi curva (biopsia por punção) e tesoura. É sempre necessária anestesia local. A hemorragia considerável do ferimento é comum e é frequentemente necessário suturar. Por estes motivos, os dentistas e os médicos de cuidado primário, os clínicos que frequentemente encontram lesões orais que parecem benignas, são relutantes em realizar uma biopsia com bisturi. Quando necessário, estes clínicos irão, consequentemente, de um modo geral enviar o doente para um cirurgião oral ou para um patologista oral para o processo. Uma vez que apenas 5% a 10% da totalidade dos doentes numa prática médica adulta dentária ou geral típica podem ter essas lesões orais visíveis, muitas das quais provavelmente são benignas, a realização de uma biopsia oral com bisturi no contexto dos cuidados primários ou a indicação para um especialista para essa operação está reservada apenas para as lesões clinicamente mais sugestivas. No entanto, como foi repetidamente demonstrado, as lesões orais pré-cancerosas e cancerosas mimetizam frequentemente lesões benignas. Na ausência da presente invenção, estas lesões orais pré-cancerosa ou cancerosa, mas benignas, que aparecem não recebem tipicamente qualquer avaliação de diagnóstico imediata e é deste modo permitida a progressão para uma fase avançada de cancro oral. Uma vez que essa progressão está a decorrer e continua não tratada, as possibilidades de recuperação do doente diminuem. 3

Uma abordagem da técnica anterior que tentou tratar deste problema no teste das lesões da cavidade oral consistiu na utilização da citologia. Nesta abordagem, é examinada microscopicamente uma amostra de células que foi esfoliada naturalmente da superfície de uma lesão para o muco ou a saliva. Embora a citologia seja normalmente utilizada para detectar pré-cancro e cancro em outras localizações corporais, esta não demonstrou ser útil na cavidade oral devido à sua baixa sensibilidade, i. e., a sua taxa elevada de falsos negativos. Pensa-se que esta elevada taxa de falsos negativos seja em parte devida a muitas lesões orais terem uma camada de queratina de revestimento que limita o acesso à superfície da lesão de células anormais esfoliadas naturalmente. Num grande estudo, a citologia oral revelou ter uma taxa de falsos negativos de 30%. Isto significa que 30% das lesões orais determinadas como sendo, de facto, pré-cancerosas ou cancerosas em biopsia com bisturi e histologia foram falsamente descritas como "negativas" utilizando citologia oral. Devido à sua sensibilidade duvidosa, a técnica citológica da técnica anterior é raramente utilizada para testar lesões orais ou lesões epiteliais queratinizadas semelhantes para pré-cancro ou cancro. "In Situ Infrared Histopathology of Keritinization in Human Oral/Oralpharyneal Squamous Cell Carcinoma" ONCOLOGY RESEARCH vol. 10, n° 5, Maio de 1998, páginas 277 - 286, documento XP002926859 divulga um método para produzir imagens bioquímicas de tecidos baseado em espectros de infravermelho de distribuições de vários marcadores bioquímicos, tais como queratina e ADN. 4

Sumário da invenção

De acordo com a invenção como definida nas reivindicações 1 e 28, é descrito um sistema de processamento único para analisar espécimes celulares para queratinização anormal. É retirada uma amostra citológica ou celular de uma lesão oral de um doente para análise. Esta amostra é obtida através de um instrumento não-bisturi que é suficientemente abrasivo para penetrar as três camadas (basal, intermédia e superficial) do epitélio oral. Na forma de realização preferida, esta amostra trans-epitelial é obtida através de pressão e rotação de uma escova circular de nylon rigido várias vezes sobre a totalidade da superfície da lesão.

Como uma característica importante da presente invenção, é examinada uma amostra celular com o auxílio de um sistema de reconhecimento de imagem concebido para identificar indícios mínimos de alterações pré-cancerosas e cancerosas. De acordo com a invenção, o sistema pode detectar pequenos números de células anormais distribuídas entre o grande número de células normais obtido durante o processo de amostragem.

Nesta forma de realização alternativa ou adicional, a presente invenção, de um modo preferido, supera as limitações e dificuldades associadas à análise de espécimes celulares para características anormais proporcionando um sistema de reconhecimento de imagem que detecta características relacionadas com a queratinização anormal das células. De um modo preferido, estas características incluem a saturação de cor associada a essa queratinização anormal. 5

Na forma de realização preferida que ilustra a invenção, o sistema descrito supera as limitações de sensibilidade da técnica citológica oral da técnica anterior pela combinação de inovações em patologia oral, nomeadamente: 1) uma amostra celular de não-bisturi de todas as três camadas do epitélio oral; e 2) submissão desta nova amostra a inspecção pelo novo sistema de reconhecimento de imagem especificamente concebido para detectar indícios mínimos de alteração pré-cancerosa precoce numa amostra trans-epitelial proveniente de uma lesão oral ou de outra lesão com epitélios semelhantes. Este novo sistema de reconhecimento de imagem em que o objectivo deste pedido de patente analisa, de um modo preferido, a presença de queratinização anormal, por detecção de características predeterminadas de saturação de cor.

Para os objectivos deste pedido de patente, o processo com bisturi da técnica anterior é definido como lacerante, enquanto o dispositivo de recolha de amostras aqui presente é não-lacerante e consequentemente minimamente invasivo. Na medida em que uma escova abrasiva tem características que podem causar um desconforto pouco significativo e/ou hemorragia, existe uma diferença substancial entre o traumatismo do bisturi da técnica anterior e o traumatismo mínimo associado ao presente processo.

Deste modo, na forma de realização preferida da invenção, o sistema de processamento de imagem combina: 1) sensibilidade à presença da morfologia celular anormal obtida de qualquer uma ou de todas as três camadas da nova amostra celular trans-epitelial com 2) sensibilidade à presença de células queratinizadas anormalmente como é habitualmente encontrado em qualquer uma ou em todas as três camadas dos epitélios e também obtidas 6 utilizando a nova recolha de amostras celulares trans-epiteliais da presente invenção. Deste modo, o componente de queratina que representava um obstáculo à citologia oral da técnica anterior, tanto é penetrado, para assegurar que qualquer morfologia anormal das células basais subjacente esteja disponível para análise como é utilizado de modo produtivo, como uma forma de aumentar a sensibilidade global do método a indícios de alteração pré-cancerosa e cancerosa.

Numa forma de realização preferida, o sistema de reconhecimento de imagem selecciona as células anormais e aglomerados celulares mais suspeitos dentro da amostra e mostra estas células e aglomerados celulares num monitor vídeo para análise por um especialista.

Na forma de realização preferida, o sistema de reconhecimento de imagem proporciona também uma impressão a cores dessas células e aglomerados celulares suspeitos, seleccionados pelo examinador especialista como representativos do caso.

Na forma de realização preferida, o sistema de reconhecimento de imagem selecciona células anormais com base em características morfológicas e na semelhança global com células anormais em que este foi treinado.

Na forma de realização preferida da invenção, o sistema de reconhecimento de imagem está direccionado para a detecção de anomalias da cavidade oral pela inclusão de uma função para detectar queratina anormal como é frequentemente encontrado em tecido oral displásico e canceroso. 7

Na forma de realização preferida da invenção, o sistema de reconhecimento de imagem está direccionado para a detecção de queratina anormal sendo programado para detectar um nivel de limiar de saturação de cor associado à "hialinização" ou ao aspecto colorido dessa queratina anormal.

Ainda noutra forma de realização preferida da invenção, o reconhecimento de imagem está direccionado para a combinação entre a alteração celular morfológica associada a pré-cancro e cancro e o aparecimento de queratina anormal como produzida por células pré-cancerosas e cancerosas da cavidade oral e epitélios semelhantes.

Numa forma de realização da invenção, o sistema de reconhecimento de imagem pode ser construído através de modificação de sistemas de reconhecimento de imagem actualmente produzidos e comercializados para detectar células anormais espontaneamente esfoliadas a partir de lesões não-queratinizadas tal como lesões cervicais.

Vantagens da Invenção em relação à Técnica Anterior: A invenção consiste num método e num sistema que pela primeira vez proporciona uma avaliação exacta de lesões orais sem requerer a realização de uma biopsia com bisturi. Um objectivo principal da presente invenção consiste em distinguir de um modo exacto entre lesões orais pré-cancerosas e cancerosas e lesões orais benignas sem a dor, hemorragia e ferimento de tecidos que tipicamente resulta da tecnologia de biopsia com bisturi e histologia da técnica anterior.

Num ensaio clínico multi-centro com mais de 800 doentes realizado em 35 Centros Dentários Académicos Americanos, a sensibilidade e a especificidade da presente invenção foram comparadas com a tecnologia de biopsia com bisturi e histologia da técnica anterior. Neste estudo duplamente cego, a presente invenção revelou detectar 100% das lesões pré-cancerosas e cancerosas detectadas pela tecnologia da técnica anterior. A presente invenção teve deste modo uma taxa de falsos negativos de 0% neste estudo. Como referido acima, isto contrasta com taxas de falsos negativos tão elevadas quanto 30% normalmente associadas à citologia oral da técnica anterior. Além disso, a presente invenção apresentou uma taxa de falsos positivos inferior a 1% neste estudo. Neste estudo, a presente invenção detectou também pré-cancro ou cancro em aproximadamente 15 doentes cujas lesões não pareceram suficientemente suspeitas visualmente a examinadores especialistas para garantir uma biopsia com bisturi. Estes resultados representam vidas que foram potencialmente salvas pela presente invenção.

Uma vantagem adicional da presente invenção em relação à técnica de diagnóstico da técnica anterior consiste na maior sensibilidade à detecção de pré-cancro e cancro em grandes lesões orais multi-focais. Isto é devido à maior área de amostragem obtida pela técnica de biopsia com escova da presente invenção quando comparada com a menor área amostrada por uma biopsia com bisturi de incisão convencional. 9

Uma vantagem adicional da presente invenção consiste no facto dos doentes que têm lesões orais crónicas poderem ter um seguimento destas lesões ao longo do tempo por testes repetidos, utilizando um processo minimamente invasivo.

Uma vantagem adicional é que permite um teste exacto, minimamente invasivo de lesões de áreas corporais fora da cavidade oral, em que pode estar presente uma camada de queratina que limita a exactidão da técnica citológica da técnica anterior. Várias dessas áreas são a laringe, faringe, esófago e vulva.

Uma vantagem adicional da presente invenção é que permite o diagnóstico de estados não-cancerosos, tais como candidíase, herpes, língua geográfica, líquen plano, vírus do papiloma humano e outros.

Breve Descrição do Desenho A Figura 1 é um fluxograma que ilustra o método de uma forma de realização. A Figura 2 é um fluxograma que ilustra o método de uma forma de realização alternativa. A Figura 3 é um fluxograma que ilustra o método de uma terceira forma de realizaçao. A Figura 4 é uma vista em corte de uma secção do epitélio incluindo células pré-cancerosas ou cancerosas, mostrando a 10 extensão de amostragem obtida utilizando citologia exfoliativa. A Figura 5 é uma vista em corte de uma secção do epitélio incluindo células pré-cancerosas ou cancerosas, mostrando a extensão de amostragem obtida utilizando a técnica de biopsia com escova.

Descrição Detalhada da invenção e das Formas de Realização Preferidas É conhecido que a diferenciação funcional de tecidos euplásicos para formar epitélio escamoso estratificado queratinizado é caracterizada por algumas caracteristicas morfológicas importantes. Frost, por exemplo, discute detalhadamente esta diferenciação e a morfologia prototípica. Ver, John K. Frost, The Cell in Health and Disease: An Evaluation of Cellular Morphologic Expression of Biologic Behavior, 2a edição, Capítulo 11, em Monographs in Clinicai Cytology, vol. 2 (Nova Iorque: Karger 1986). Especificamente, essas células apresentam um núcleo central, um padrão reticular de cromatina, cariopicnose com maturação, pontes intercelulares, estratificação, queratinização, adelgaçamento, orientação paralela à membrana basal e lúmen e esfoliação sob a forma de células isoladas.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um sistema automatizado, implementado em computador, para a detecção dessa diferenciação, particularmente para células da cavidade oral e epitélio semelhante. Como tal, a invenção 11 proporciona um meio para alertar médicos para a presença de células cancerosas ou pré-cancerosas numa primeira etapa superando as desvantagens da técnica anterior que tenderam a evitar a detecção precoce. É processada uma amostra de células da cavidade oral ou epitélios semelhantes por um sistema de análise de imagem para a detecção de características associadas à displasia ou cancro. A amostra é uma amostra recolhida utilizando um dispositivo de amostragem não-lacerante. A amostra é enviada para um sistema de processamento de imagem automatizado para a detecção de queratinização anormal. É importante que possa ser recolhida uma amostra transepitelial da cavidade oral ou de epitélios semelhantes, sendo a amostra obtida utilizando um dispositivo de amostragem não-lacerante. Esta amostra citológica ou celular da totalidade da espessura epitelial de uma lesão oral é obtida utilizando um instrumento não-bisturi que seja suficientemente abrasivo para penetrar as três camadas (basal, intermédia e superficial) do epitélio oral. Na forma de realização preferida, o dispositivo é o instrumento de amostragem divulgado na patente U. S. N° 6258044 ou é a Spirabrush™, disponível de Trylon Corporation of Torrance, Califórnia, ou semelhante. Na forma de realização preferida, esta amostra trans-epitelial é obtida através de pressão e rotação com uma escova circular de nylon rígido várias vezes ao longo da totalidade da superfície da lesão. Esta amostra é então analisada por um sistema de processamento de imagem automatizado para a detecção de morfologia ou características típicas de displasia ou de cancro. 12 A amostra transepitelial é analisada por um sistema de processamento de imagem para a detecção da presença de queratinização anormal. Ainda noutra forma de realização preferida, a amostra é também analisada para a presença de outras características ou morfologia associadas à displasia ou cancro. Se pretendido, esta análise pode ser realizada com qualquer amostra celular, seja uma amostra obtida por histologia ou por citologia e pode incluir células libertadas naturalmente, células removidas intencionalmente por abrasão ou uma amostra de tecido de uma biopsia oral. Embora essas técnicas possam ser utilizadas em conjunto com a invenção estas não constituem, no entanto, a forma de realização preferida, dado que é preferido que seja realizada uma biopsia com escova.

Como mostrado na Figura 4, no método da técnica anterior da citologia exfoliativa é realizada um varrimento não-abrasivo da superfície epitelial numa região de interesse que tipicamente captura apenas células da superfície e esfoliadas a partir da área epitelial. As células anormais localizadas abaixo da superfície, por exemplo, células localizadas na camada basal, irão ser consequentemente de um modo frequente ignoradas utilizando esta amostragem superficial. Como resultado, o espécime enviado para análise, irá estar isento destas células mais profundas e pode, consequentemente, resultar num diagnóstico falso negativo. Pelo contrário, de acordo com a forma de realização preferida da presente invenção, é recolhida uma biopsia com escova utilizando o instrumento de biopsia com escova divulgado, sendo a escova utilizada para penetrar abaixo da superfície do epitélio e obter células das três camadas epiteliais. Deste modo, o espécime enviado para teste inclui células anormais independentemente destas serem células da 13 camada superficial ou das camadas intermédias e basais mais profundas, proporcionando uma amostra celular mais completa e exacta para análise.

Na forma de realização preferida, a presente invenção combina deste modo duas inovações em patologia oral, nomeadamente, uma amostra celular das três camadas do epitélio oral obtida sem a utilização de um bisturi ou de um instrumento lacerante semelhante, com uma análise dessa amostra por um novo sistema de reconhecimento de imagem concebido especificamente para detectar indícios mínimos de alteração pré-cancerosa precoce nessa amostra trans-epitelial de uma lesão oral ou de outra lesão em epitélios semelhantes. Na forma de realização preferida da invenção, o sistema de processamento de imagem combina a sensibilidade com a presença de morfologia celular anormal obtida de qualquer das três camadas dos epitélios com sensibilidade para a presença de células anormalmente queratinizadas, como são encontradas em qualquer das camadas dos epitélios. Ao contrário da técnica anterior, o componente de queratina que anteriormente representava um obstáculo à citologia oral da técnica anterior, é penetrado para assegurar que qualquer morfologia anormal de células intermédias e basais subjacentes esteja disponível para análise e seja utilizada de um modo produtivo como um meio para aumentar a sensibilidade global do método a indícios de alteração pré-cancerosa e cancerosa.

Numa forma de realização preferida, a invenção utiliza uma versão modificada do sistema PAPNET comercialmente disponível, actualmente comercializado por Neuromedical Systems, Inc. de Upper Saddle River, Nova Jérsei e Suffern, Nova Iorque. Na 14 patente U. S. N° 4965725 entitulada "Neural Network Baseei Automated Cytological Specimen Classification System and Method"; Patente U. S. N° 5257182, entitulada " Morphological Classification System and Method"; Patente U. S. N° 5287272, entitulada "Automated Cytological Specimen Classification System and Method"; Patente U. S. N° 5232207, entitulada "Inspection Apparatus and Method with Inspection Auditing for images Presented on a Display"; Patente U. S. N° 5544650, entitulada "Automated Specimen Classification System and Method"; Patente U. S. N° 5625705, entitulada "Intensity Texture Based Classification System and Method"; Patente U. S. N° 5629766, entitulada "Global MTF Measurement System"; Patente U. S. N° 5655029, entitulada "Device and Method for Facilitating Inspection of a Specimen"; Patente U. S. N° 5659421, entitulada “Slide Positioning and Holding Device"; e Patente U. S. N°5740270. entitulada "Automated Cytological Specimen Classification System and Method" são descritos detalhes adicionais desses sistemas. Em formas de realização alternativas, a invenção utiliza um sistema de reconhecimento de imagem computorizada modificada tendo capacidade semelhante ou equivalente para detectar e apresentar células anormais dentro de determinados parâmetros predeterminados.

Actualmente, as lesões orais que são rotineiramente detectadas num exame oral ou que são casualmente observadas durante a realização de um processo dentário cosmético ou outro, são apenas raramente biopsiadas ou testadas para detectar cancro em etapas precoces. O dentista ou o médico ou outro especialista que detecta visualmente essas lesões podem agora testá-las rotineiramente para detectar anomalias com um mínimo de desconforto para o doente. 15

Esses testes são realizados para obter uma amostra transepitelial da lesão a qual pode ser enviada para coloração e subsequente análise por um sistema implementado em computador. Consequentemente, no primeiro passo, é recolhida uma amostra transepitelial da lesão oral do doente. A amostra citolóqica ou celular é recolhida da totalidade da espessura epitelial de uma lesão oral através de um instrumento não-lacerante ou não-bisturi que é suficientemente abrasivo para penetrar as três camadas (basal, intermédia e superficial) do epitélio oral. De um modo preferido, esta amostra trans-epitelial é obtida através de pressão e rotação de uma escova circular de nylon rigido várias vezes ao longo da totalidade da superfície da lesão. Numa forma de realização preferida, a amostra é recolhida utilizando a escova divulgada na patente U. S. N° 6258044 ou a Spirabrush™, disponível de The Trylon Corporation of Torrance, Califórnia.

Após amostragem da lesão, a amostra é corada, de um modo preferido, utilizando a coloração Papanicolaou modificada, como é bem conhecida na técnica. Esta amostra corada é então visualizada e analisada utilizando um sistema de reconhecimento de imagem que selecciona células anormais com base numa combinação da morfologia anormal e queratinização anormal, particularmente, as características associadas às lesões da cavidade oral e dos epitélios semelhantes.

Na forma de realização preferida da invenção, o sistema de reconhecimento de imagem processa em primeiro lugar a imagem através de um classificador algorítmico e, em seguida, envia os 16 dados processados para uma rede neuronal. 0 classificador algorítmico localiza um primeiro grupo de objectos candidatos dentro da imagem que podem ser os núcleos de células. De acordo com a invenção, o classificador algorítmico foi modificado para localizar também um segundo grupo de objectos candidatos dentro da imagem, sendo estas células apresentando a queratinização anormal típica de lesões pré-cancerosas e cancerosas da cavidade oral. A rede neuronal pontua então as células para a presença de outras características morfológicas associadas a células cancerosas.

Numa forma de realização preferida da invenção, estes dois grupos candidatos são ambos enviados para a rede neuronal para pontuação e os objectos com classificação mais elevada dos dois grupos combinados são apresentados ao examinador especialista. Numa forma de realização alternativa da invenção, as células que apresentam queratinização anormal não competem com outras células na etapa da rede neuronal da análise; pelo contrário todas as células queratinizadas anormalmente são enviadas para visualização pelo examinador especialista.

Numa forma de realização preferida, a amostra corada é analisada por um sistema PAPNET modificado, sendo o sistema modificado como aqui descrito. Esses sistemas PAPNET são sistemas de reconhecimento de imagem comercialmente disponíveis que seleccionam as células anormais e aglomerados celulares mais suspeitos de entre os apresentados numa amostra corada e de seguida mostram estas células e aglomerados celulares num monitor de vídeo para exame por um especialista. 17

No estado presente desses sistemas PAPNET, a programação do sistema é estabelecida para detectar e mostrar as 64 melhores células glandulares ou os 64 melhores aglomerados celulares e as 64 melhores células escamosas ou as 64 melhores células isoladas, estando a proporção entre células glandulares e escamosas ou entre aglomerados celulares e células isoladas numa proporção de 1:1, sendo estas melhores células as células melhor classificadas para anomalias pelo sistema.

De acordo com a presente invenção, a programação do sistema é modificada para variar esta proporção de detecção para melhorar o desempenho do sistema em biopsias com escova oral da mucosa oral. De acordo com a invenção, o sistema é reprogramado para detectar e mostrar os 64 melhores aglomerados celulares e as 128 melhores células isoladas, numa proporção de 1:2. Embora na forma de realização preferida seja utilizada uma proporção de 1:2, em outras formas de realização podem ser realizadas modificações do controlador de forma a que possa ser utilizada uma proporção de 1:3 ou qualquer outra proporção mais elevada do que 1:1. Consequentemente, as capacidades de detecção de anomalias em lesões orais são melhoradas pela modificação deste parâmetro de detecção.

Na sua forma actual, o sistema PAPNET comercialmente disponível está programado para analisar a imagem visual da amostra corada para detectar anomalias compatíveis com a presença de um estado canceroso ou pré-canceroso. De acordo com a presente invenção, a programação actual é ainda utilizada e essas anomalias são localizadas. No entanto, além disso, o sistema é reprogramado de forma a que seja introduzido um novo conjunto de parâmetros para intensificar as capacidades de 18 detecção do sistema, isolando de um segundo grupo de células candidatas. Especificamente, na forma de realização preferida da invenção, o sistema de reconhecimento de imagem está direccionado para o melhoramento da sua detecção de anomalias da cavidade oral incluindo de uma função para detectar anomalias, tais como são características de tecido oral displásico e canceroso. Na forma de realização preferida, o sistema detecta queratina anormal. Estas células queratinizadas são então enviadas para a rede neuronal para a detecção de anomalias consistentes com cancro ou pré-cancro ou são enviadas directamente para um especialista para análise.

Outro método para detectar amostras anormais é estabelecer níveis de limiar de morfologia e/ou cor, em que os níveis de limiar indicam, se excedidos, que existe uma probabilidade de células anormais na amostra a ser analisada. A investigação tem indicado que as lesões da cavidade oral e epitélio semelhante apresentam frequentemente uma queratinização progressiva. Este processo de queratinização ocorre ao longo das camadas epiteliais. Estas queratinas ocorrem tipicamente uniformemente ao longo do citoplasma. De acordo com a presente invenção, são utilizadas várias características morfológicas presentes numa coloração Papanicolaou de rotina para facilitar a detecção e a identificação destas queratinas. A característica mais distintiva da presença das queratinas mais maduras consiste numa hialinização ou aspecto vítreo no citoplasma. Como, por exemplo, Frost descreveu, este carácter hialino confere frequentemente ao citoplasma "a sensação de ver um vidro colorido brilhantemente cintilante de uma janela de vitral, com o sol radiante por detrás." Outros observadores 19 descreveram a aparência como "brilhante", "metálica" ou "resplandescente". Uma segunda caracteristica importante associada a estas queratinas é a presença de uma cor particular. À medida que o processo de queratinização se desenvolve, amostras obtidas por coloração alteram-se de basofilia (i. e., verde a azul) para acidofilia (e. g., amarelo ou laranja a vermelho). De acordo com a presente invenção, é pesquisada uma cor laranja a vermelha ou uma "cor de laranja Halloween" profunda.

Consequentemente, na forma de realização preferida da invenção, o sistema PAPNET é redesenhado ou reprogramado para detectar citoplasmas laranja - vermelho "resplandescentes" ou vítreos, como estão associados com queratinização anormal de epitélios orais e semelhantes. Na forma de realização preferida, o classificador algorítmico é programado para recolher as células da amostra corada e realizar uma análise adicional da sua cor. Numa forma de realização, cada píxel da imagem é rastreado ou testado separadamente para caracteristicas de cor distintivas. Numa forma de realização alternativa, as células são em primeiro lugar rastreadas e detectadas pelo sistema para anomalias utilizando os parâmetros padrão do sistema PAPNET (com uma proporção de detecção modificada como descrito acima) e são então analisadas para a cor distintiva.

Neste passo de detecção de cor da forma de realização preferida, cada píxel da imagem é medido, de um modo preferido, para detectar Tonalidade (H), Intensidade (I) e Saturação (S) do píxel. A Tonalidade alvo pretendida é laranja - vermelho, tal como é normalmente associado ao citoplasma queratinizado anormalmente. Numa forma de realização preferida, o sistema 20 pesquisa uma Tonalidade de aproximadamente 46-82 numa escala que varia entre 0-255. Além da Tonalidade, os píxeis alvo que o sistema pesquisa são de células que têm ainda uma Intensidade elevada e uma Saturação elevada. Especificamente, numa forma de realização preferida, o sistema é ajustado para pesquisar e detectar pixeis com uma Intensidade de 100-255 numa gama de 0-255. De mesmo modo, na forma de realização preferida, o sistema é ajustado para detectar uma Saturação de 43-255, também numa gama de 0-255.

Tendo sido ajustado para os parâmetros pretendidos de Η, I e S, na forma de realização preferida o sistema é programado para analisar cada píxel da imagem da amostra e limitar os pixeis alvo de interesse aos pixeis apresentando todos os parâmetros preferidos de Tonalidade, Intensidade e Saturação pretendidos. Pode ser também utilizada análise de RGB.

Uma vez isolados os píxeis com as caracterí sticas de cor pretendidas, é realizado um encerramento morfológico, i. e. uma dilatação e uma erosão, matematicamente pelo sistema para encontrar objectos redondos. Esses encerramentos são conhecidos na técnica e são utilizados, por exemplo, noutra localização no sistema PAPNET não modificado previamente para objectivos não-relacionados com a detecção da queratina anormal. Do mesmo modo, Pratt descreve esses encerramentos e a matemática dos mesmos. Ver, William K. Pratt, Digital Image Processing, Segunda Edição, Capítulo 15, Morphological Image Processing (Nova Iorque: John Wiley and Sons).

De acordo com a presente invenção, a operação de encerramento morfológico sobre estes píxeis com as 21 características de cor pretendidas é realizada utilizando um elemento estruturante 9x9 (octogonal). (Pode ainda ser, no entanto, utilizado o elemento estruturante 14 x 14 utilizado pelo sistema PAPNET num passo separado não-relacionado com o processamento da cor, nesse passo separado do processamento de imagem). 0 elemento estruturante 9x9 utilizado nesta etapa do processo tende a encontrar objectos redondos e irá encontrar os que têm aproximadamente 2-18 micrones de diâmetro.

Logo que foi realizado este encerramento, é realizado um dimensionamento. Neste passo, os objectos abaixo de 10 micrones de diâmetro são rejeitados da consideração. Essa filtragem de objectos baseada no tamanho é bem conhecida na técnica, tendo sido utilizada em outras aplicações, entre estas no sistema PAPNET não modificado e é discutida, por exemplo, na patente U. S N. 5257182, concedida a Luck et al. intitulada "Morphological Classification System and Method".

Logo que foi realizado este passo de dimensionamento, o sistema seleccionou, agora efectivamente, objectos redondos com um citoplasma resplandescente que cumprem os critérios das células queratinizadas anormalmente da cavidade oral. O sistema abre então uma janela de aproximadamente 48 micrones por 48 micrones em redor do centróide de cada um desses objectos, formando o segundo grupo de objectos candidatos.

Na forma de realização preferida da invenção, o primeiro grupo de objectos candidatos (os objectos que foram isolados pelo classificador algorítmico sem referência a características de cores) e o segundo grupo de objectos candidatos (as células isoladas com base em características de cores que indicam a 22 presença de queratinização anormal) são ambos enviados para a rede neuronal para pontuação e os objectos com a classificação mais elevada dos dois grupos combinados são apresentados ao examinador especialista.

Numa forma de realização alternativa da invenção, como mostrado na Figura 2, as células que apresentam queratinização anormal não competem com outras células na etapa de análise da rede neuronal. Pelo contrário, o primeiro grupo de células candidatas é pontuado pela rede neuronal e o segundo grupo de células candidatas evita a rede neuronal e é enviado directamente para a apresentação ao examinador especialista.

Em ainda outra forma de realização alternativa da invenção, como mostrado na Figura 3, as células que apresentam queratinização anormal são enviadas para uma segunda rede neuronal separada, para classificação independente por uma rede neuronal, mas sem ter também que competir com outras células na etapa de análise da rede neuronal. Deste modo, o primeiro grupo de células candidatas é pontuado por uma primeira rede neuronal e o segundo grupo de células candidatas é pontuado por uma segunda rede neuronal, com cada grupo de células a ser enviado para apresentação ao examinador especialista.

Um patologista, citologista ou outro examinador especialista pode então examinar visualmente os objectos enviados para apresentação, sendo os objectos apresentados num monitor de vídeo. Após inspecção visual, o examinador pode então fazer uma determinação de se está presente um estado canceroso ou pré-canceroso. De um modo preferido, de acordo com a invenção, o sistema de reconhecimento de imagem proporciona 23 também uma impressão a cores dessas células e aglomerados celulares suspeitos seleccionados pelo examinador especialista como representativos do caso.

Uma forma de realização alternativa para pontuação e apresentação das células a um examinador especialista é a programação do sistema para estabelecer determinados níveis de limiar para anomalias morfológicas e/ou queratinização anormal. Quando são excedidos esses níveis de limiar, o sistema irá produzir automaticamente uma visualização de apenas essas células específicas e não das com pontuação mais elevada ou com uma classificação mais elevada no espécime independentemente das pontuações terem ou não excedido o nível de limiar.

Numa outra forma de realização da invenção, o sistema pode ser programado para detectar e apresentar células basais utilizando um detector de células basais no classificador algorítmico. Alternativamente, o patologista pode apenas examinar as células na amostra com um microscópio normal para detectar a presença de células basais. Esta forma de realização proporciona "uma característica à prova de falhas" dentro do processo de teste global para assegurar que foi obtida uma amostra transepitelial, i. e. que a amostra celular inclui células de todas as três camadas dos epitélios. Se o patologista determinar que não estão, de facto, presentes células basais, a amostra incompleta pode ser negligenciada se for negativa e amostragem pode ser repetida para tentar obter uma amostra transepitelial para análise. Desta forma, o patologista não irá basear-se na amostra incompleta para os resultados do teste. Deste modo, se a amostragem inicial não conseguir obter uma amostra transepitelial, essa deficiência é detectada com 24 antecedência e o doente não irá obter um sentido falso da segurança de um falso negativo. 0 sistema PAPNET, tal como está comercialmente disponível foi concebido para uma plataforma com uma rede neuronal que tem velocidades de processamento relativamente lentas. Devido ao grande número de células a necessitarem exame na amostra original e à velocidade da rede neuronal original do PAPNET, foi realizada uma análise em etapas múltiplas, na qual a população de células a ser analisadas pela rede neuronal foi necessariamente reduzida em cada etapa, para permitir que o processo total decorresse num tempo razoável. Por exemplo, se estivessem 500000 células numa amostra, uma primeira etapa analítica aplicando uma primeira rede neuronal de etapa, algorítmica ou outras técnicas analíticas poderia reduzir essa população para aproximadamente 50000 células, as quais podem ser então realisticamente examinadas pela velocidade de processamento das redes neuronais então disponíveis.

Devido à velocidade aumentada dos microprocessadores e computadores, a análise de decisão para determinar os cruzamentos do nível de limiar, a análise de cores ou a análise morfológica pode ser realizada com uma rede neuronal numa única etapa. Uma rede neuronal numa única etapa pretende indicar que podem existir camadas diferentes dentro da rede neuronal, mas a totalidade do processo pode ocorrer numa única etapa sem a eliminação prévia de objectos que requeiram análise de rede neuronal.

Com os processadores actuais, tal como um Pentium 300, pode ser implementada uma única etapa de rede neuronal, em que a 25 totalidade da população de células da amostra pode ser analisada num período de tempo suficientemente curto para realizar a operação prática.

Tendo esta invenção sido descrita no que respeita a formas de realização específicas, deve ser entendido que a descrição não pretende ser uma limitação uma vez que para os especialistas na técnica podem ser evidentes ou sugestivas formas de realização, modificações e variações adicionais. É pretendido que o presente pedido abranja todas essas formas de realização, modificações e variações.

Lisboa, 29 de Setembro de 2010 26

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal compreendendo: meios de amostragem transepiteliais não-lacterantes para recolher células a partir de, pelo menos, duas camadas do referido tecido epitelial, compreendendo o aparelho analítico um sistema de reconhecimento de imagem para detectar e apresentar células seleccionadas a partir das referidas células e para analisar as referidas células seleccionadas recolhidas pelos referidos meios de amostragem transepitelial para detectar células queritinizadas anormalmente ou células tendo alteração celular morfológica associada a pré-cancro e cancro, em que o referido o meio de amostragem trans-epitelial não-lacerante é suficientemente abrasivo para recolher células de três camadas do referido tecido epitelial, compreendendo as referidas três camadas, as camadas superficiais, intermédias e basais, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem é adaptado para detectar se são ou não detectadas as células da referida camada basal. 1
2. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 1, em que o referido tecido epitelial compreende células queratinizadas.
3. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o referido aparelho analítico é adaptado para terminar a referida análise se não forem detectadas células das referidas camadas basais.
4. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que o referido meio de amostragem transepitelial compreende uma estrutura de amostragem abrasiva.
5. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 4, em que a referida estrutura de amostragem compreende uma escova.
6. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 5, em que a referida escova compreende cerdas com dureza suficiente para atingir a referida camada basal.
7. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 6, em que a referida escova compreende uma escova circular de nylon rígido.
8. Aparelho para detectar células com morfologia anormal no tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 2 1-3 ou 6, em que o referido tecido epitelial está localizado nas áreas corporais seleccionadas de entre o grupo compreendendo laringe, faringe, esófago e vulva.
9. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 1-3, sendo o sistema de reconhecimento de imagem adaptado para visualizar as referidas células anormais.
10. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 9, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem compreende meios para seleccionar as células anormais mais suspeitas de entre as células recolhidas e meios para visualizar as referidas células suspeitas.
11. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 10, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem compreende ainda meios para produzir uma imagem a cores das referidas células suspeitas.
12. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 9 - 11, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem é adaptado para apresentar as referidas células anormais para serem visualizadas.
13. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 9 - 12, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem é adaptado 3 para detectar células recolhidas pelos referidos meios de amostragem que apresentam morfologia anormal, compreendendo ainda o referido sistema de reconhecimento de imagem um classificador algorítmico.
14. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 9-13, em que o referido aparelho compreende ainda meios para realizar um encerramento morfológico.
15. Aparelho corporal referido grupo de aparelho primeiro para detectar células anormais em tecido epitelial de acordo com a reivindicação 13, em que o classificador algorítmico selecciona um primeiro células candidatas, compreendendo ainda o referido meios para realizar um dimensionamento no referido grupo de células candidatas.
16. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 9 - 15, em que o referido aparelho compreende ainda meios para produzir um segundo grupo de células candidatas relacionado com as propriedades de cor detectadas.
17. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 16 como dependente da reivindicação 15, compreendendo ainda meios para analisar os referidos primeiro e segundo grupos de células candidatas para classificar as células tendo a maior probabilidade de serem células anormais. 4
18. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 17, compreendendo ainda meios para apresentar um grupo seleccionado das referidas células tendo a referida maior probabilidade.
19. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 15-18, em que o referido aparelho compreende meios para detectar um tamanho celular de aproximadamente 2-18 pm de diâmetro.
20. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 15-18, em que o referido aparelho compreende ainda meios para rejeitar objectos abaixo de 10 pm de diâmetro.
21. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 9, em que o referido aparelho que analisa as referidas células coradas inclui um classificador algorítmico para isolar núcleos celulares a partir da imagem produzida pelo referido sistema de reconhecimento de imagem, compreendendo ainda meios para realizar um encerramento morfológico e realizar um dimensionamento para produzir um primeiro grupo de células candidatas.
22. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 9, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem inclui um classificador algorítmico para detectar parâmetros associados à presença da queratina, realizando um outro encerramento morfológico da referida amostra analisando a presença de queratina e 5 realizando um dimensionamento para produzir um segundo grupo de células candidatas a partir das referidas células que contém queratina e que sofreram um encerramento morfológico.
23. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 16, compreendendo ainda uma rede neuronal para analisar o referido primeiro grupo de células candidatas e o referido segundo grupo de células candidatas para classificar as que têm a morfologia anormal mais elevada e meios para apresentar um subconjunto das referidas células.
24. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 23, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem compreende meios para apresentar as células classificadas mais elevadas do primeiro grupo de células candidatas e apresentar células mostrando a presença de caracteristicas de cor associadas à queritinização anormal para inspecção visual.
25. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 23 ou 24, em que o referido sistema de reconhecimento de imagem e o referido aparelho analítico compreendem meios para estabelecer um nível de limiar relacionado com as características das células recolhidas através dos referidos meios de amostragem e meios para detectar quando as características das referidas células dos referidos meios de amostragem excedem o referido nível de limiar. 6
26 . Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 25, em que as caracteristicas das células recolhidas para as quais é estabelecido um nivel de limiar se relacionam com as suas caracteristicas de cor.
27. Aparelho para detectar células anormais em tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 26, em que as caracteristicas de cor se relacionam com a aparência de queritinização anormal.
28. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal, tendo essas células da amostra sido recolhidas de meios não-lacerantes suficientemente abrasivos para recolher as referida células da amostra de entre as camadas superficiais, intermédias e basais do referido tecido epitelial, em que o referido método analisa as células da amostra, compreendendo o referido método: utilizar um sistema de reconhecimento de imagem para detectar e apresentar as células seleccionadas das referidas células da amostra e analisar as células seleccionadas para detectar célula ou células queritinizadas anormalmente tendo alteração celular morfológica associada a pré-cancro e cancro, em que o referido método inclui ainda o passo de analisar as células da amostra para determinar se as células da amostra foram recolhidas da camada basal. 7
29. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 28, em que o referido tecido epitelial é a mucosa oral.
30. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com qualquer das reivindicações 28 ou 29, compreendendo ainda o passo de visualização das referidas células queritinizadas anormalmente.
31. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 28-30, compreendendo ainda o passo de seleccionar as células anormais mais suspeitas de entre as células da amostra.
32. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 28-31, compreendendo ainda o passo de detectar propriedades de cor associadas à queritinização anormal.
33. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 28-32, compreendendo ainda os passos de detectar quais das referidas células da amostra apresentam a morfologia anormal e pontuação das referidas células que apresentam morfologia anormal.
34. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 8 32, compreendendo ainda o passo de realizar um encerramento morfológico.
35. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 34, compreendendo ainda realizar um dimensionamento para produzir um primeiro grupo de células candidatas.
36. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 35, compreendendo ainda a produção de um segundo grupo de células candidatas relacionadas com caracteristicas de saturação de cor.
37. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 36, compreendendo ainda o passo de análise dos referidos primeiro e segundo grupos de células candidatas para classificar as células que têm a maior probabilidade de serem células anormais.
38. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 28-37, compreendendo o passo de corar as referidas células para produzir uma aparência corada da queratina anormal.
39. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 38, compreendendo o passo de classificar algoritmicamente as referidas células coradas, visualizar as referidas 9 células coradas, isolar os núcleos celulares a partir da referida imagem, realizar um encerramento morfológico e realizar um dimensionamento para produzir um primeiro grupo de células candidatas.
40. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 39, compreendendo ainda os passos de realizar um encerramento morfológico de células associadas à presença de queritinização anormal e realizar um dimensionamento das referidas células associadas à presença de queritinização anormal para produzir um segundo grupo de células candidatas.
41. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 36 ou com a reivindicação 37, compreendendo ainda o passo de analisar o referido primeiro grupo de células candidatas e o referido segundo grupo de células candidatas, para classificar as que têm a morfologia anormal mais elevada e apresentar um subconjunto das referidas células.
42. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 41, compreendendo ainda o passo de apresentar as células com classificação mais elevada do segundo grupo de células candidatas que evidenciam a presença de características de cor associadas à queritinização anormal e de inspeccionar visualmente as células apresentadas. 10
43. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com as reivindicações 28-39, compreendendo o passo de estabelecer um nível de limiar relacionado com características das células da amostra e de detectar quando as características das referidas células da amostra excedem o referido nível de limiar.
44. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 43, em que as caracterí st icas das células da amostra se relacionam as suas características de cor.
45. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 44, em que as caracterí st icas de cor se relacionam com a saturação de cor.
46. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 44, em que as caracterí st icas de cor se relacionam com a aparência de queritinização anormal.
47. Método para detectar células anormais em células da amostra de tecido epitelial corporal de acordo com a reivindicação 43, em que as caracterí sticas das células da amostra se relacionam com características morfológicas. Lisboa, 29 de Setembro de 2010 11