ProColpo: машинное обучение в анализе кольпоскопических изображений

Кольпоскопия позволяет определить локализацию и распространённость видимых изменений шейки матки и при наличии показаний выбрать участки для прицельной биопсии. Применение машинного обучения (ML) в этой области направлено на автоматизированное выделение кольпоскопических признаков и помощь врачу в их оценке. Такой подход реализован в программе ProColpo.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в 2024 году в мире число новых случаев рака шейки матки составило около 604 тысяч, а число смертей составило около 280 тысяч [1]. Профилактика заболевания включает вакцинацию против вируса папилломы человека (ВПЧ), скрининг и своевременное лечение предраковых изменений. Кольпоскопия используется на этапе уточняющей диагностики, когда необходимо оценить выявленные изменения и решить вопрос о морфологической верификации.

На кольпоскопическом изображении могут одновременно присутствовать изменения эпителия и сосудистого рисунка с различными границами и выраженностью. Для клинической интерпретации необходимо определить их характер и расположение, сопоставить с результатами предыдущего обследования. Поэтому задача автоматизированного анализа включает выделение отдельных областей и указание предполагаемого признака для каждой из них.

Совместно с А. А. Безменко, заведующим кафедрой акушерства и гинекологии Военно-медицинской академии имени С. М. Кирова, и его командой разработана ML-модель для анализа кольпоскопических изображений. На её основе создана программа ProColpo, объединяющая проверку исходного изображения, выделение кольпоскопических признаков и представление результатов врачу.

Подготовка данных и состав комплекса

Основой разработки стал набор кольпоскопических изображений с врачебной разметкой. Материал включает нормальные кольпоскопические картины, изменения эпителия и различные варианты сосудистого рисунка. В ходе работы обработано более 15 000 изображений; более 12 000 изображений аннотировано.

Более 15 000 обработанных изображений

Более 12 000 аннотированных изображений

Для подготовки данных создана собственная платформа разметки. Участие врачей в формировании набора и оценке результатов позволяет согласовать названия признаков и обозначение соответствующих областей с медицинским содержанием изображений.

ProColpo объединяет несколько специализированных ML-решений. Программа последовательно проверяет, относится ли изображение к кольпоскопии, оценивает его пригодность для анализа и выделяет области с предполагаемыми кольпоскопическими признаками. Отдельно проверяется наличие текста на снимке.

Проверка качества снимка имеет значение до интерпретации признаков: нерезкость, недостаточное освещение или избыточная яркость могут затруднять оценку границ и мелких деталей. При этом техническая пригодность изображения и общая оценка кольпоскопии относятся к разным задачам. Общую оценку проводит врач; по терминологии IFCPC она включает адекватность исследования, видимость сквамозно-цилиндрического стыка и тип зоны трансформации [2].

Анализ кольпоскопических признаков

Для описания используется терминология Международной федерации по патологии шейки матки и кольпоскопии (IFCPC), принятая в Рио-де-Жанейро в 2011 году [2]. Программа анализирует ацетобелый эпителий, мозаику, пунктацию, атипичные сосуды и йоднегативные зоны. Выделенные области отображаются на исходном изображении, что позволяет сопоставить обозначенный признак с его локализацией.

На рисунке 1 ProColpo выделяет область плотного ацетобелого эпителия после нанесения уксусной кислоты; на рисунке 3 отмечены участки грубой пунктации. Для оценки исходного снимка цветные обозначения можно скрыть.

В клиническом примере с гистологически подтверждённой аденокарциномой шейки матки ProColpo выделила область атипичных сосудов. Этот пример показывает возможность локализации соответствующего кольпоскопического признака с последующей визуальной оценкой специалистом.

Локализация изменений и прицельная биопсия

Практическое значение анализа определяется возможностью соотнести признак с конкретным участком ткани. Это особенно важно при неоднородной кольпоскопической картине, когда в пределах одной области необходимо оценить несколько различных изменений.

После пробы Шиллера ProColpo раздельно выделяет неспецифическую йоднегативную зону и зону с отчётливо жёлто-горчичным окрашиванием (рис. 4). Их отображение позволяет сопоставить границы участков с другими кольпоскопическими признаками при определении места прицельной биопсии.

Характер окрашивания оценивается в совокупности с остальными данными обследования. Йоднегативность встречается, в частности, при незрелой плоскоклеточной метаплазии и сама по себе не подтверждает предраковое поражение [3]. Решение о показаниях и участке биопсии принимает врач. Морфологическая верификация проводится при гистологическом исследовании полученного материала.

Представление результатов и кольпоскопическое заключение

Программа позволяет работать с несколькими изображениями одного обследования. Специалист последовательно просматривает снимки, оценивает обозначенные области и сопоставляет их с исходными изображениями. На рисунке 1 показаны четыре загруженных снимка и результат анализа одного из них.

В составе ProColpo предусмотрена подготовка кольпоскопического заключения с перечнем признаков. В приведённом образце указана аномальная кольпоскопическая картина второй степени: плотный ацетобелый эпителий, грубая пунктация и грубая мозаика. Йоднегативные зоны отражены как дополнительные признаки (рис. 5).

Степень кольпоскопических изменений характеризует визуальную картину исследования. Аномальная картина второй степени не тождественна гистологическому диагнозу цервикальной интраэпителиальной неоплазии второй степени (CIN 2). Заключение подлежит врачебной оценке с учётом анамнеза и результатов обследования.

Процентные значения в интерфейсе характеризуют уверенность модели для отдельных выделенных областей. Они не являются показателями чувствительности или специфичности программы.

Интеграция с кольпоскопическим оборудованием

Опыт эксплуатации ProColpo послужил основанием для перехода к интеграции анализа с кольпоскопическим оборудованием. При отдельном использовании программы изображения необходимо переносить из устройства для последующей загрузки. Передача снимков непосредственно на анализ позволяет объединить получение изображения и просмотр результата в ходе обследования.

В настоящее время проводятся пилотные интеграции с российскими производителями кольпоскопов. Их задачи включают организацию передачи изображений, проверку работы анализа в составе оборудования и оценку удобства использования программы специалистом.

ProColpo зарегистрирована в Роспатенте 8 декабря 2025 года. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025694704.

Направления дальнейшей разработки

Интеграция с устройством создаёт условия для применения ML не только при анализе готового изображения, но и при его получении. Планируется использовать оценку качества для подбора освещения, фокусировки и управления другими аппаратными настройками кольпоскопа (рис. 6).

Цель этого направления состоит в получении резких, равномерно освещённых изображений, пригодных для оценки эпителия и сосудистого рисунка. Работа над условиями съёмки дополняет развитие анализа признаков. Влияние аппаратных настроек на качество изображений и результаты анализа предстоит оценить при дальнейшей работе с оборудованием.

Литература

[1] Всемирная организация здравоохранения. Рак шейки матки. Информационный бюллетень.

[2] Bornstein J., Bentley J., Bösze P. и соавт. 2011 colposcopic terminology of the International Federation for Cervical Pathology and Colposcopy. Obstet Gynecol. 2012;120(1):166-172. doi:10.1097/AOG.0b013e318254f90c.

[3] IARC. Colposcopy and treatment of cervical intraepithelial neoplasia: a beginners’ manual. Chapter 4. Кольпоскопическое исследование.