La pathologie numérique, définition
Pendant la plus grande partie de son histoire, la pathologie s’est pratiquée au microscope : une coupe de tissu est fixée, incluse, coupée, colorée, montée sur verre et examinée à l’œil. La pathologie numérique remplace la dernière étape. La lame de verre est numérisée une fois, l’image numérique obtenue est stockée, et tout ce qui suit, de la relecture de routine aux deuxièmes avis, en passant par l’enseignement, l’archivage et l’analyse d’images, se fait sur un écran.
Le terme recouvre tout l’environnement qui rend cela possible : les scanners, les images de lames entières qu’ils produisent, les systèmes de stockage et de gestion d’images qui les conservent, les visionneuses qui les affichent et les outils d’analyse qui les exploitent. Il n’implique pas à lui seul l’intelligence artificielle, même si l’IA est l’usage de ces images qui progresse le plus vite une fois qu’elles existent.
Trois termes voisins sont souvent employés indifféremment et méritent d’être distingués. L’imagerie de lames entières (WSI) est la technologie de numérisation. La microscopie virtuelle est le fait de visualiser une lame numérisée comme au microscope ; c’est l’expression qu’emploient volontiers les programmes d’enseignement. La télépathologie est la relecture de pathologie à distance, que les lames numériques facilitent beaucoup mais qui existait avant elles.
Comment une lame de verre devient une image de lame entière
- Numérisation. Un scanner de lames déplace le verre sous une caméra et un objectif, généralement à 20x ou 40x, capture des milliers de champs qui se chevauchent et les assemble en une seule image. Certains scanners capturent plusieurs plans focaux (une pile Z) pour que les coupes épaisses puissent être remises au point plus tard.
- Construction de la pyramide. L’image en pleine résolution peut dépasser 100 000 pixels de côté et plusieurs gigaoctets. Le scanner écrit donc aussi des copies de plus en plus petites (en divisant généralement la taille par deux à chaque niveau) et découpe chaque niveau en tuiles. C’est cette pyramide multirésolution qui rend l’image exploitable : une visionneuse ne demande que les tuiles correspondant à la région et au niveau de zoom affichés.
- Enregistrement de l’échelle. Le fichier stocke la taille physique d’un pixel en micromètres (souvent notée MPP, microns par pixel : environ 0,25 µm à 40x et 0,5 µm à 20x). Chaque mesure dans une visionneuse dépend de cette valeur.
- Ajout des métadonnées. L’image de l’étiquette, une vue d’ensemble macro, le modèle de scanner, l’objectif et la date de numérisation voyagent à l’intérieur du fichier, avec tout code-barres que le laboratoire a imprimé sur la lame.
- Stockage et diffusion. À l’hôpital, les lames vont dans un système de gestion d’images, aux côtés du système d’information de laboratoire. En recherche et en enseignement, elles se trouvent généralement sur un partage de fichiers, un espace de stockage cloud ou un ordinateur portable, et s’ouvrent dans une visionneuse de bureau.
Formats d’images de lames entières par fabricant de scanners
Il n’existe pas de format de fichier unique en pathologie numérique. Chaque fabricant écrit son propre conteneur, la plupart étant des variantes du TIFF en tuiles, et le choix de la visionneuse se résume souvent aux formats qu’elle sait lire.
Des bibliothèques open source comme OpenSlide et Bio-Formats lisent la plupart de ces formats, ce qui explique l’existence même de visionneuses indépendantes des fabricants. SlideScope lit SVS, NDPI, VMS, VMU, MRXS, SCN, BIF, SVSLIDE, QPTIFF, AVS, DICOM, TIFF et OME-TIFF, ainsi qu’Olympus VSI et Hamamatsu NDPIS depuis la version 1.10.0 et Philips iSyntax et KFBio KFB depuis la version 1.20.0 ; il ne lit pas SDPC, MDSX ni TMAP. La référence de compatibilité des fichiers donne les limites exactes, et le comparatif des scanners de pathologie numérique liste les modèles de scanners actuels, leur capacité et leur sortie DICOM.
Les couches logicielles de la pathologie numérique
Les personnes qui recherchent un « logiciel de pathologie numérique » désignent généralement l’une de cinq choses assez différentes.
Logiciel du scanner
Pilote le scanner et est généralement fourni avec une visionneuse gratuite pour le format propre au fabricant, comme Aperio ImageScope pour le SVS ou Hamamatsu NDP.view2 pour le NDPI.
Systèmes de gestion d’images
Plateformes de niveau hospitalier qui stockent les lames, se connectent au système d’information de laboratoire, gèrent les dossiers et les listes de travail, et sont validées pour un usage clinique. Tarifées pour les grandes structures et déployées par le service informatique.
Visionneuses de bureau
Applications qui ouvrent des images de lames entières à partir d’un fichier, d’un dossier ou d’un lien sur un ordinateur ordinaire, pour la relecture, la mesure, l’annotation et l’enseignement. C’est là que se situe SlideScope.
Plateformes d’analyse
QuPath, CellProfiler, ImageJ et Fiji, ASAP et leurs équivalents commerciaux, qui segmentent le tissu, comptent les cellules et exécutent des chaînes de traitement scriptées. Une visionneuse leur transmet généralement des régions au format GeoJSON.
IA et pathologie computationnelle
Modèles qui détectent, classent ou gradent le tissu à partir de l’image de lame entière. Certains sont autorisés comme aide à la décision clinique ; la plupart sont des outils de recherche qui nécessitent d’abord l’existence de la lame numérique.
Recherche, enseignement et usage clinique sont des problèmes différents
La pathologie de recherche est aujourd’hui le domaine où la plupart des lames sont numérisées. Une cohorte est numérisée une fois, relue par plusieurs personnes, mesurée, annotée et injectée dans l’analyse. Les exigences sont la prise en charge de fichiers de tous fabricants, la mesure étalonnée, des annotations qui survivent à une transmission, et un moyen simple d’envoyer à un collaborateur le champ de vision exact. Il n’y a pas de barrière réglementaire ; l’outil doit simplement être précis et rapide.
L’enseignement utilise les lames numériques comme un microscope virtuel. Un cours numérise sa boîte de lames une fois, et chaque étudiant ouvre le même jeu sur son propre ordinateur portable, marque ce qu’il a identifié et compare ses notes. C’est pourquoi les visionneuses de lames d’histologie qui fonctionnent en local sous Windows comme sous macOS comptent pour les universités.
Le diagnostic clinique primaire sur écran est réglementé. Les scanners et les systèmes de visualisation utilisés pour valider des dossiers sont autorisés ou homologués comme dispositifs médicaux dans la plupart des juridictions, les laboratoires les valident par rapport au verre, et les écrans font l’objet de spécifications. Les visionneuses généralistes, dont SlideScope, ne sont pas autorisées pour cet usage et le disent. En clinique, elles ne servent qu’aux tâches non diagnostiques autour d’un dossier : enseignement, préparation de réunions, recherche sur du matériel archivé et revue qualité lorsque la politique de l’établissement le permet.
Avantages et limites
Ce que la pathologie numérique facilite : partager une lame sans expédier de verre, relire la même région au même moment depuis différents endroits, mesurer de façon reproductible, conserver les annotations avec l’image, constituer des collections pédagogiques qui ne pâlissent ni ne se cassent jamais, archiver sans salle de lames, et tout simplement pouvoir réaliser de l’analyse d’images ou de l’IA.
Ce qu’elle coûte : un scanner, un stockage qui se mesure en téraoctets, du temps de numérisation, un flux de travail pour garder le verre et le numérique synchronisés, et une validation si les images servent au diagnostic. La numérisation fait aussi perdre certaines possibilités du microscope, comme la remise au point à travers une coupe épaisse sauf si le scanner a capturé une pile Z, et la lumière polarisée sauf si le scanner la prend en charge.
La place de SlideScope
SlideScope est une visionneuse de pathologie numérique de bureau pour la recherche, l’enseignement et la relecture. Elle ouvre sous Windows et macOS les images de lames entières des principaux fabricants de scanners, mesure en micromètres étalonnés, garde les annotations attachées à la lame, compare deux lames côte à côte à la même échelle, exporte les régions en GeoJSON pour QuPath et partage un champ de vision exact sous forme de lien. Elle fonctionne sur votre propre machine, ne nécessite pas de serveur d’images et est tarifée pour un laboratoire plutôt que pour un hôpital. Ce n’est pas un dispositif médical, et elle n’est pas destinée au diagnostic primaire. Si vous hésitez entre elle et les visionneuses gratuites, le comparatif des visionneuses d’images de lames entières est le bon point de départ, en toute honnêteté.
Glossaire de la pathologie numérique
- Image de lame entière (WSI)
- Une numérisation de plusieurs gigapixels et multirésolution d’une lame de verre entière.
- Pyramide d’images
- L’ensemble des copies d’une image de lame entière, découpées en tuiles et de résolution progressivement réduite, qui permet à une visionneuse d’afficher rapidement n’importe quel niveau de zoom.
- MPP (microns par pixel)
- La taille physique d’un pixel en pleine résolution ; l’étalonnage dont dépend chaque mesure. Calculez-la pour n’importe quel niveau de la pyramide avec le calculateur de taille de pixel.
- 20x et 40x
- Le grossissement de l’objectif utilisé pendant la numérisation, soit environ 0,5 µm et 0,25 µm par pixel respectivement.
- H&E
- Hématoxyline et éosine, la coloration standard pour la morphologie tissulaire.
- IHC
- Immunohistochimie, une coloration qui marque une protéine spécifique ; souvent relue côte à côte avec l’H&E du même bloc.
- Pile Z
- Plusieurs plans focaux capturés à travers une coupe épaisse pour que la visionneuse puisse remettre au point.
- DICOM WSI
- Le supplément de la norme DICOM consacré aux images de lames entières, utilisé pour intégrer la pathologie dans les systèmes d’imagerie hospitaliers.
- Système de gestion d’images
- La plateforme serveur qui stocke, indexe et diffuse les images de lames entières dans un laboratoire clinique.
- Pathologie computationnelle
- Analyse d’images et apprentissage automatique appliqués aux images de lames entières.
Questions fréquentes sur la pathologie numérique
Quelle est la différence entre pathologie numérique et pathologie computationnelle ?
La pathologie numérique est l’infrastructure : numériser les lames, stocker les images de lames entières et les visualiser à l’écran. La pathologie computationnelle est ce que l’on fait de ces images une fois numériques : analyse d’images, comptage de cellules, classification des tissus et modèles d’apprentissage automatique. Il faut la première pour pouvoir faire la seconde.
La pathologie numérique est-elle la même chose que la télépathologie ?
Non. La télépathologie consiste à relire du matériel de pathologie à distance ; elle est antérieure à l’imagerie de lames entières et utilisait à l’origine des flux vidéo en direct depuis un microscope. La pathologie numérique facilite grandement la télépathologie, car une lame numérisée peut être partagée sous forme de fichier ou de lien, mais un laboratoire peut être entièrement numérique sans jamais consulter à distance.
Quel format de fichier utilisent les lames de pathologie numérique ?
Il n’existe pas de format unique. Chaque fabricant de scanners écrit le sien : Aperio et Leica écrivent du SVS, Hamamatsu du NDPI, 3DHISTECH du MRXS, les scanners Leica SCN du SCN, Ventana du BIF, Philips de l’iSyntax et Olympus du VSI. Les options indépendantes des fabricants sont le TIFF pyramidal, l’OME-TIFF et l’imagerie de lames entières DICOM. Une visionneuse indépendante des fabricants comme SlideScope lit directement la plupart de ces formats.
Faut-il du matériel spécial pour visualiser des images de lames entières ?
Non. Comme une image de lame entière est stockée sous forme de pyramide de tuiles, une visionneuse ne charge que les tuiles correspondant à la région et au niveau de zoom affichés. Un ordinateur portable ordinaire avec 8 Go de RAM ouvre une lame de plusieurs gigaoctets en quelques secondes. La numérisation nécessite bien un scanner de lames, et le diagnostic clinique primaire utilise des écrans validés, mais ce n’est pas le cas de la relecture en recherche et en enseignement.
Peut-on faire de la pathologie numérique sur Mac ?
Oui, pour la visualisation et la relecture en recherche. Plusieurs visionneuses de fabricants fonctionnent uniquement sous Windows, dont Aperio ImageScope, mais QuPath, ObjectiveView, Hamamatsu NDP.view2 et SlideScope fonctionnent tous sous macOS. SlideScope est livré en versions natives Apple Silicon et Intel et ouvre les lames SVS, NDPI, MRXS, SCN, BIF et QPTIFF sur Mac.
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