تعريف علم الأمراض الرقمي
على مدى معظم تاريخه، مورس علم الأمراض أمام المجهر: يُثبَّت مقطع من النسيج، ويُطمَر، ويُقطَع، ويُصبَغ، ويُركَّب على الزجاج، ثم يُفحص بالعين. ويستبدل علم الأمراض الرقمي الخطوة الأخيرة. إذ تُمسح الشريحة الزجاجية مرة واحدة، وتُخزَّن الصورة الرقمية الناتجة، ويجري كل ما بعد ذلك على الشاشة، من المراجعة الروتينية إلى الآراء الثانية والتدريس والأرشفة وتحليل الصور.
يشمل المصطلح البيئة الكاملة التي تجعل ذلك ممكنًا: الماسحات، وصور الشرائح الكاملة التي تنتجها، وأنظمة التخزين وإدارة الصور التي تحفظها، والعارضات التي تعرضها، وأدوات التحليل التي تعمل عليها. ولا يعني المصطلح بحد ذاته الذكاء الاصطناعي، وإن كان الذكاء الاصطناعي أسرع استخدامات هذه الصور نموًا بمجرد وجودها.
كثيرًا ما تُستخدم ثلاثة مصطلحات مترابطة بالتبادل، ومن المفيد التمييز بينها. تصوير الشرائح الكاملة (WSI) هو تقنية المسح. والمجهر الافتراضي هو عرض شريحة ممسوحة كما لو كان ذلك عبر مجهر، وهي العبارة التي تميل برامج التدريس إلى استخدامها. وعلم الأمراض عن بُعد هو المراجعة المرضية عن بُعد، التي تجعلها الشرائح الرقمية أسهل بكثير، لكنها وُجدت قبلها.
كيف تصبح الشريحة الزجاجية صورة شريحة كاملة
- المسح. يحرّك ماسح الشرائح الزجاج تحت كاميرا وعدسة شيئية، عادةً بتكبير 20x أو 40x، فيلتقط آلاف الحقول المتداخلة ويخيطها في صورة واحدة. وتلتقط بعض الماسحات عدة مستويات بؤرية (مكدس Z) حتى يمكن إعادة التركيز في المقاطع السميكة لاحقًا.
- بناء الهرم. قد تتجاوز الصورة بالدقة الكاملة 100,000 بكسل في الضلع الواحد وعدة غيغابايتات. لذا يكتب الماسح أيضًا نسخًا أصغر تدريجيًا (عادةً بنصف الحجم في كل مستوى) ويقسّم كل مستوى إلى بلاطات. وهذا الهرم متعدد الدقة هو ما يجعل الصورة قابلة للاستخدام: إذ لا يطلب العارض إلا البلاطات الخاصة بالمنطقة ومستوى التكبير الظاهرين على الشاشة.
- تسجيل المقياس. يخزّن الملف الحجم الفعلي للبكسل الواحد بالميكرومتر (ويُكتب غالبًا MPP، أي ميكرون لكل بكسل، ويبلغ نحو 0.25 µm عند 40x و0.5 µm عند 20x). ويعتمد كل قياس في العارض على هذه القيمة.
- إرفاق البيانات الوصفية. تنتقل صورة الملصق، وصورة عامة (macro)، وطراز الماسح، والعدسة الشيئية، وتاريخ المسح داخل الملف، إلى جانب أي رمز شريطي طبعه المختبر على الشريحة.
- التخزين والتقديم. في المستشفى، تدخل الشرائح نظامًا لإدارة الصور إلى جانب نظام معلومات المختبر. وفي البحث والتدريس، تُحفظ عادةً على مجلد مشترك أو تخزين سحابي أو حاسوب محمول، وتُفتح في عارض مكتبي.
صيغ صور الشرائح الكاملة حسب الشركة المصنّعة للماسح
لا توجد صيغة ملفات واحدة لعلم الأمراض الرقمي. فكل شركة مصنّعة تكتب حاويتها الخاصة، ومعظمها تنويعات على TIFF المقسّم إلى بلاطات، وكثيرًا ما يتوقف اختيار العارض على أيٍّ منها يستطيع قراءته.
تقرأ المكتبات مفتوحة المصدر مثل OpenSlide وBio-Formats معظم هذه الصيغ، ولهذا السبب أصلًا توجد عارضات محايدة تجاه الشركات المصنّعة. يقرأ SlideScope صيغ SVS وNDPI وVMS وVMU وMRXS وSCN وBIF وSVSLIDE وQPTIFF وAVS وDICOM وTIFF وOME-TIFF، إضافةً إلى Olympus VSI وHamamatsu NDPIS منذ الإصدار 1.10.0، وPhilips iSyntax وKFBio KFB منذ الإصدار 1.20.0؛ ولا يقرأ SDPC ولا MDSX ولا TMAP. يتضمن مرجع توافق الملفات الحدود الدقيقة، وتُدرج مقارنة ماسحات علم الأمراض الرقمي طرازات الماسحات الحالية وسعتها ومخرجاتها بصيغة DICOM.
طبقات البرمجيات في علم الأمراض الرقمي
من يبحثون عن "برامج علم الأمراض الرقمي" يقصدون عادةً واحدًا من خمسة أشياء مختلفة تمامًا.
برنامج الماسح
يتحكم في الماسح، وعادةً ما يأتي معه عارض مجاني للصيغة الخاصة بتلك الشركة، مثل Aperio ImageScope لملفات SVS أو Hamamatsu NDP.view2 لملفات NDPI.
أنظمة إدارة الصور
منصات بمستوى المستشفيات تخزّن الشرائح، وتتصل بنظام معلومات المختبر، وتدير الحالات وقوائم العمل، وهي معتمدة للاستخدام السريري. بأسعار المؤسسات وتنشرها فرق تقنية المعلومات.
العارضات المكتبية
تطبيقات تفتح صور الشرائح الكاملة من ملف أو مجلد أو رابط على حاسوب عادي، للمراجعة والقياس وإضافة التعليقات التوضيحية والتدريس. وهنا يقع SlideScope.
منصات التحليل
QuPath وCellProfiler وImageJ وFiji وASAP وما يقابلها من برامج تجارية، تقطّع النسيج، وتعدّ الخلايا، وتشغّل سلاسل معالجة مبرمجة. وعادةً ما يسلّمها العارض المناطق بصيغة GeoJSON.
الذكاء الاصطناعي وعلم الأمراض الحاسوبي
نماذج تكتشف النسيج أو تصنّفه أو تحدد درجته انطلاقًا من صورة الشريحة الكاملة. بعضها مُجاز كأداة لدعم القرار السريري؛ ومعظمها أدوات بحثية تحتاج إلى وجود الشريحة الرقمية أولًا.
الاستخدام البحثي والتعليمي والسريري مشكلات مختلفة
علم الأمراض البحثي هو المجال الذي تُمسح فيه معظم الشرائح اليوم. تُرقمن مجموعة الدراسة مرة واحدة، ويراجعها عدة أشخاص، وتُقاس، وتُضاف إليها التعليقات التوضيحية، ثم تُغذّى في التحليل. والمتطلبات هي دعم ملفات محايد تجاه الشركات المصنّعة، وقياس معاير، وتعليقات توضيحية تصمد عند التسليم، وطريقة سهلة لإرسال مجال الرؤية نفسه بالضبط إلى متعاون. لا توجد بوابة تنظيمية؛ يكفي أن تكون الأداة دقيقة وسريعة.
التدريس يستخدم الشرائح الرقمية كمجهر افتراضي. يمسح المقرر صندوق شرائحه مرة واحدة، ويفتح كل طالب المجموعة نفسها على حاسوبه المحمول، ويضع علامات على ما تعرّف إليه، ويقارن الملاحظات. ولهذا تهم الجامعاتِ عارضاتُ شرائح الأنسجة التي تعمل محليًا على Windows وmacOS كليهما.
التشخيص السريري الأولي على الشاشة مجال خاضع للتنظيم. فالماسحات وأنظمة العرض المستخدمة لاعتماد الحالات مُجازة أو معتمدة كأجهزة طبية في معظم الولايات القضائية، وتتحقق المختبرات من صحتها مقارنةً بالزجاج، وتُحدَّد مواصفات الشاشات. والعارضات العامة، ومنها SlideScope، غير مُجازة لذلك وتصرّح بذلك. ولا تُستخدم سريريًا إلا في العمل غير التشخيصي المحيط بالحالة: التدريس، والتحضير للاجتماعات، والبحث على المواد المؤرشفة، ومراجعة الجودة حيث تسمح سياسة المؤسسة.
المزايا والقيود
ما يجعله علم الأمراض الرقمي أسهل: مشاركة شريحة دون شحن الزجاج، ومراجعة المنطقة نفسها في الوقت نفسه من أماكن مختلفة، والقياس القابل للتكرار، والاحتفاظ بالتعليقات التوضيحية مع الصورة، وبناء مجموعات تدريسية لا تبهت ولا تنكسر أبدًا، والأرشفة دون غرفة للشرائح، وإمكانية تشغيل تحليل الصور أو الذكاء الاصطناعي أصلًا.
ما يكلّفه: ماسح، وتخزين يُقاس بالتيرابايت، ووقت للمسح، وسير عمل يُبقي الزجاج والنسخ الرقمية متزامنة، والتحقق من الصحة إذا كانت الصور ستُستخدم للتشخيص. كما يُفقد المسح بعض ما يوفّره المجهر، مثل إعادة التركيز عبر مقطع سميك ما لم يلتقط الماسح مكدس Z، والضوء المستقطب ما لم يدعمه الماسح.
أين يناسب SlideScope
SlideScope عارض مكتبي لعلم الأمراض الرقمي للبحث والتعليم والمراجعة. يفتح صور الشرائح الكاملة من كبرى الشركات المصنّعة للماسحات على Windows وmacOS، ويقيس بالميكرومتر المعاير، ويُبقي التعليقات التوضيحية مرتبطة بالشريحة، ويقارن بين شريحتين جنبًا إلى جنب بمقياس متطابق، ويصدّر المناطق بصيغة GeoJSON لـ QuPath، ويشارك مجال رؤية محددًا عبر رابط. يعمل على جهازك، ولا يحتاج إلى خادم صور، وسعره مناسب لمختبر لا لمستشفى. وهو ليس جهازًا طبيًا وليس للتشخيص الأولي. وإذا كنت تختار بينه وبين العارضات المجانية، فإن مقارنة عارضات صور الشرائح الكاملة هي المكان النزيه للبدء.
مسرد مصطلحات علم الأمراض الرقمي
- صورة الشريحة الكاملة (WSI)
- مسح رقمي بحجم الغيغابكسل ومتعدد الدقة لشريحة زجاجية كاملة.
- هرم الصورة
- مجموعة النسخ المصغّرة تدريجيًا والمقسّمة إلى بلاطات من صورة الشريحة الكاملة، والتي تتيح للعارض عرض أي مستوى تكبير بسرعة.
- MPP (ميكرون لكل بكسل)
- الحجم الفعلي للبكسل الواحد بالدقة الكاملة؛ وهو المعايرة التي يعتمد عليها كل قياس. احسبه لأي مستوى من الهرم باستخدام حاسبة حجم البكسل.
- 20x و40x
- تكبير العدسة الشيئية المستخدم أثناء المسح، ويعادل تقريبًا 0.5 µm و0.25 µm لكل بكسل على التوالي.
- H&E
- الهيماتوكسيلين والإيوزين، الصبغة القياسية لشكل الأنسجة.
- IHC
- الكيمياء النسيجية المناعية، وهي صبغة تُبرز بروتينًا محددًا؛ وكثيرًا ما تُراجَع جنبًا إلى جنب مع شريحة H&E من الكتلة نفسها.
- مكدس Z
- عدة مستويات بؤرية تُلتقط عبر مقطع سميك ليتمكن العارض من إعادة التركيز.
- DICOM WSI
- ملحق معيار DICOM الخاص بصور الشرائح الكاملة، ويُستخدم لدمج علم الأمراض في أنظمة التصوير بالمستشفيات.
- نظام إدارة الصور
- منصة الخادم التي تخزّن صور الشرائح الكاملة وتفهرسها وتقدّمها في مختبر سريري.
- علم الأمراض الحاسوبي
- تحليل الصور والتعلم الآلي مطبّقان على صور الشرائح الكاملة.
أسئلة يطرحها الناس عن علم الأمراض الرقمي
ما الفرق بين علم الأمراض الرقمي وعلم الأمراض الحاسوبي؟
علم الأمراض الرقمي هو البنية التحتية: مسح الشرائح، وتخزين صور الشرائح الكاملة، وعرضها على الشاشة. أما علم الأمراض الحاسوبي فهو ما تفعله بتلك الصور بعد أن تصبح رقمية: تحليل الصور، وعدّ الخلايا، وتصنيف الأنسجة، ونماذج التعلم الآلي. تحتاج إلى الأول قبل أن تتمكن من الثاني.
هل علم الأمراض الرقمي هو نفسه علم الأمراض عن بُعد؟
لا. علم الأمراض عن بُعد يعني مراجعة المواد المرضية عن بُعد، وهو أقدم من تصوير الشرائح الكاملة، وكان يستخدم في الأصل بثًّا مباشرًا من كاميرا مثبتة على مجهر. ويجعل علم الأمراض الرقمي علم الأمراض عن بُعد أسهل بكثير لأن الشريحة الممسوحة يمكن مشاركتها كملف أو رابط، لكن المختبر يمكن أن يكون رقميًا بالكامل دون أن يستشير عن بُعد قط.
ما صيغة الملفات التي تستخدمها شرائح علم الأمراض الرقمي؟
لا توجد صيغة واحدة. فكل شركة مصنّعة للماسحات تكتب صيغتها الخاصة: Aperio وLeica تكتبان SVS، وHamamatsu تكتب NDPI، و3DHISTECH تكتب MRXS، وماسحات Leica SCN تكتب SCN، وVentana تكتب BIF، وPhilips تكتب iSyntax، وOlympus تكتب VSI. والخيارات المحايدة تجاه الشركات المصنّعة هي TIFF الهرمي، وOME-TIFF، وتصوير الشرائح الكاملة بمعيار DICOM. ويقرأ العارض المحايد تجاه الشركات المصنّعة مثل SlideScope معظمها مباشرة.
هل أحتاج إلى أجهزة خاصة لعرض صور الشرائح الكاملة؟
لا. لأن صورة الشريحة الكاملة مخزّنة كهرم من البلاطات، لا يحمّل العارض إلا البلاطات الخاصة بالمنطقة ومستوى التكبير الظاهرين على الشاشة. ويفتح حاسوب محمول عادي بذاكرة RAM سعتها 8 GB شريحة بحجم عدة غيغابايتات في ثوانٍ. أما المسح فيحتاج إلى ماسح شرائح، ويستخدم التشخيص السريري الأولي شاشات معتمدة، لكن المراجعة البحثية والتعليمية لا تحتاج إلى ذلك.
هل يمكنني ممارسة علم الأمراض الرقمي على Mac؟
نعم، للعرض والمراجعة البحثية. فعدة عارضات من الشركات المصنّعة تعمل على Windows فقط، ومنها Aperio ImageScope، لكن QuPath وObjectiveView وHamamatsu NDP.view2 وSlideScope تعمل جميعها على macOS. ويوفّر SlideScope إصدارات أصيلة لمعالجات Apple Silicon وIntel، ويفتح شرائح SVS وNDPI وMRXS وSCN وBIF وQPTIFF على Mac.
افتح أول صورة شريحة كاملة
ابدأ مجانًا مع مكتبة العينات المدمجة: دون حساب، ومع جميع الأدوات. وعندما تريد فتح شرائحك الخاصة، يفتح الاشتراك كل الميزات (PayPal أو بطاقة، يُدفع عند الاشتراك). أفلت ملف SVS أو NDPI أو MRXS وشاهد الهرم، والمقياس المعاير، وأدوات التعليقات التوضيحية على شرائحك.
نزّل SlideScope