פתולוגיה דיגיטלית: הגדרה
במשך רוב ההיסטוריה שלה, הפתולוגיה נעשתה במיקרוסקופ: חתך רקמה מקובע, משוקע, נחתך, נצבע, מונח על זכוכית ונבדק בעין. פתולוגיה דיגיטלית מחליפה את השלב האחרון. שקופית הזכוכית נסרקת פעם אחת, התמונה הדיגיטלית שמתקבלת נשמרת, וכל מה שבא אחר כך, מסקירה שגרתית דרך חוות דעת שנייה, הוראה וארכוב ועד ניתוח תמונה, מתרחש על מסך.
המונח מכסה את כל הסביבה שמאפשרת זאת: הסורקים, תמונות השקופית המלאה שהם מפיקים, מערכות האחסון וניהול התמונות שמחזיקות אותן, המציגים שמציגים אותן וכלי הניתוח שעובדים עליהן. כשלעצמו הוא לא מרמז על בינה מלאכותית, אף שבינה מלאכותית היא השימוש שצומח הכי מהר בתמונות ברגע שהן קיימות.
שלושה מונחים קשורים משמשים לעיתים קרובות לסירוגין, וכדאי להבחין ביניהם. הדמיית שקופית מלאה (WSI) היא טכנולוגיית הסריקה. מיקרוסקופיה וירטואלית היא הצפייה בשקופית סרוקה כאילו דרך מיקרוסקופ, וזה הביטוי שתוכניות הוראה נוטות להשתמש בו. טלפתולוגיה היא סקירה פתולוגית מרחוק, ששקופיות דיגיטליות מקלות עליה מאוד אבל שהתקיימה עוד לפניהן.
איך שקופית זכוכית הופכת לתמונת שקופית מלאה
- סריקה. סורק שקופיות מזיז את הזכוכית מתחת למצלמה ולעדשה אובייקטיבית, בדרך כלל ב-20x או ב-40x, לוכד אלפי שדות חופפים ותופר אותם לתמונה אחת. יש סורקים שלוכדים כמה מישורי מוקד (ערימת Z) כדי שאפשר יהיה למקד מחדש חתכים עבים מאוחר יותר.
- בניית הפירמידה. התמונה ברזולוציה מלאה יכולה לעבור 100,000 פיקסלים בכל צלע וכמה ג'יגה-בייט. לכן הסורק כותב גם עותקים קטנים יותר ויותר (בדרך כלל כל רמה בחצי מהקודמת) ומחלק כל רמה לאריחים. פירמידת הרזולוציות הזו היא מה שהופך את התמונה לשמישה: מציג מבקש רק את האריחים של האזור ורמת הזום שעל המסך.
- רישום קנה המידה. הקובץ שומר את הגודל הפיזי של פיקסל אחד במיקרומטרים (לעיתים קרובות נכתב כ-MPP, מיקרונים לפיקסל, בערך 0.25 µm ב-40x ו-0.5 µm ב-20x). כל מדידה במציג תלויה בערך הזה.
- צירוף מטא-נתונים. תמונת התווית, תמונת סקירה (מאקרו), דגם הסורק, העדשה האובייקטיבית ותאריך הסריקה נשמרים בתוך הקובץ, יחד עם כל ברקוד שהמעבדה הדפיסה על השקופית.
- אחסון והגשה. בבית חולים, שקופיות נכנסות למערכת לניהול תמונות לצד מערכת המידע של המעבדה. במחקר ובהוראה הן בדרך כלל נמצאות בתיקייה משותפת ברשת, בכונן ענן או במחשב נייד, ונפתחות במציג למחשב.
פורמטים של תמונות שקופית מלאה לפי יצרן הסורק
אין פורמט קובץ אחד לפתולוגיה דיגיטלית. כל יצרן כותב מכל משלו, רובם וריאציות של TIFF באריחים, והבחירה במציג מסתכמת לעיתים קרובות בשאלה אילו מהם הוא יודע לקרוא.
ספריות קוד פתוח כמו OpenSlide ו-Bio-Formats קוראות את רוב אלה, ובזכותן בכלל קיימים מציגים שאינם תלויי יצרן. SlideScope קורא SVS, NDPI, VMS, VMU, MRXS, SCN, BIF, SVSLIDE, QPTIFF, AVS, DICOM, TIFF ו-OME-TIFF, וגם Olympus VSI ו-Hamamatsu NDPIS מאז גרסה 1.10.0 ו-Philips iSyntax ו-KFBio KFB מאז גרסה 1.20.0; הוא לא קורא SDPC, MDSX או TMAP. במדריך תאימות הקבצים מופיעות המגבלות המדויקות, ובהשוואת סורקי הפתולוגיה הדיגיטלית מפורטים דגמי הסורקים הנוכחיים, הקיבולת שלהם ופלט ה-DICOM שלהם.
שכבות התוכנה של פתולוגיה דיגיטלית
מי שמחפש "תוכנה לפתולוגיה דיגיטלית" מתכוון בדרך כלל לאחד מחמישה דברים שונים למדי.
תוכנת הסורק
שולטת בסורק ומגיעה בדרך כלל עם מציג חינמי לפורמט של אותו יצרן, כמו Aperio ImageScope ל-SVS או Hamamatsu NDP.view2 ל-NDPI.
מערכות לניהול תמונות
פלטפורמות ברמה של בית חולים ששומרות שקופיות, מתחברות למערכת המידע של המעבדה, מנהלות מקרים ורשימות עבודה, ומתוקפות לשימוש קליני. מתומחרות ברמה ארגונית ונפרסות על ידי צוותי IT.
מציגים למחשב
אפליקציות שפותחות תמונות שקופית מלאה מקובץ, מתיקייה או מקישור במחשב רגיל, לסקירה, מדידה, הוספת הערות והוראה. כאן נמצא SlideScope.
פלטפורמות ניתוח
QuPath, CellProfiler, ImageJ ו-Fiji, ASAP, ומקבילות מסחריות שמבצעות סגמנטציה של רקמה, סופרות תאים ומריצות צינורות עיבוד מבוססי סקריפטים. מציג מעביר אליהן בדרך כלל אזורים כ-GeoJSON.
בינה מלאכותית ופתולוגיה חישובית
מודלים שמזהים, מסווגים או מדרגים רקמה מתוך תמונת השקופית המלאה. חלקם מאושרים ככלי תמיכה בהחלטות קליניות; רובם כלי מחקר שדורשים שהשקופית הדיגיטלית תהיה קיימת קודם.
מחקר, הוראה ושימוש קליני הם בעיות שונות
פתולוגיה מחקרית היא המקום שבו נסרקות רוב השקופיות כיום. קוהורט עובר דיגיטציה פעם אחת, נסקר על ידי כמה אנשים, נמדד, מקבל הערות ומוזן לניתוח. הדרישות הן תמיכה בקבצים שאינה תלויה ביצרן, מדידה מכוילת, הערות ששורדות העברה מיד ליד, ודרך קלה לשלוח לשותף למחקר את שדה הראייה המדויק. אין שער רגולטורי; הכלי פשוט צריך להיות מדויק ומהיר.
הוראה משתמשת בשקופיות דיגיטליות כמיקרוסקופ וירטואלי. קורס סורק את קופסת השקופיות שלו פעם אחת, וכל סטודנט פותח את אותו סט במחשב הנייד שלו, מסמן את מה שזיהה ומשווה הערות. זו הסיבה שמציגי שקופיות היסטולוגיה שרצים מקומית גם ב-Windows וגם ב-macOS חשובים לאוניברסיטאות.
אבחנה קלינית ראשונית על מסך היא תחום מוסדר. סורקים ומערכות צפייה שמשמשים לחתימה על מקרים מאושרים כמכשירים רפואיים ברוב תחומי השיפוט, מעבדות מתקפות אותם מול הזכוכית, והמסכים מוגדרים במפרט. מציגים כלליים, כולל SlideScope, אינם מאושרים לכך ואומרים זאת במפורש. בקליניקה משתמשים בהם רק לעבודה הלא-אבחונית סביב מקרה: הוראה, הכנה לישיבות, מחקר על חומר מאורכב ובקרת איכות, היכן שמדיניות המוסד מתירה זאת.
יתרונות ומגבלות
מה פתולוגיה דיגיטלית מקלה: שיתוף שקופית בלי לשלוח זכוכית, סקירה של אותו אזור באותו זמן ממקומות שונים, מדידה שניתנת לשחזור, שמירת הערות יחד עם התמונה, בניית סטים להוראה שלעולם לא דוהים או נשברים, ארכוב בלי חדר שקופיות, ובכלל האפשרות להריץ ניתוח תמונה או בינה מלאכותית.
מה היא עולה: סורק, אחסון שנמדד בטרה-בייטים, זמן סריקה, תהליך עבודה ששומר על סנכרון בין הזכוכית לגרסה הדיגיטלית, ותיקוף אם התמונות ישמשו לאבחון. הסריקה גם מאבדת כמה דברים שמיקרוסקופ מציע, כמו מיקוד מחדש דרך חתך עבה אלא אם הסורק לכד ערימת Z, ואור מקוטב אלא אם הסורק תומך בו.
המקום של SlideScope
SlideScope הוא מציג פתולוגיה דיגיטלית למחשב למחקר, להוראה ולסקירה. הוא פותח תמונות שקופית מלאה מיצרני הסורקים הגדולים ב-Windows וב-macOS, מודד במיקרומטרים מכוילים, שומר הערות מחוברות לשקופית, משווה שתי שקופיות זו לצד זו באותו קנה מידה, מייצא אזורים כ-GeoJSON ל-QuPath ומשתף שדה ראייה מדויק כקישור. הוא רץ על המחשב שלכם, לא צריך שרת תמונות ומתומחר למעבדה ולא לבית חולים. הוא אינו מכשיר רפואי ואינו מיועד לאבחנה ראשונית. אם אתם מתלבטים בינו לבין המציגים החינמיים, השוואת מציגי תמונות השקופית המלאה היא המקום הכן להתחיל בו.
מילון מונחים בפתולוגיה דיגיטלית
- תמונת שקופית מלאה (WSI)
- סריקה דיגיטלית של ג'יגה-פיקסלים, בכמה רזולוציות, של שקופית זכוכית שלמה.
- פירמידת תמונה
- אוסף העותקים המוקטנים בהדרגה והמחולקים לאריחים של תמונת שקופית מלאה, שמאפשר למציג להציג כל רמת זום במהירות.
- MPP (מיקרונים לפיקסל)
- הגודל הפיזי של פיקסל אחד ברזולוציה מלאה; הכיול שכל מדידה תלויה בו. חשבו אותו לכל רמת פירמידה בעזרת מחשבון גודל הפיקסל.
- 20x ו-40x
- הגדלת העדשה האובייקטיבית שבה נעשית הסריקה, בערך 0.5 µm ו-0.25 µm לפיקסל בהתאמה.
- H&E
- המטוקסילין ואאוזין, הצביעה הסטנדרטית למורפולוגיה של רקמות.
- IHC
- אימונוהיסטוכימיה, צביעה שמסמנת חלבון מסוים; לעיתים קרובות נסקרת לצד ה-H&E של אותו בלוק.
- ערימת Z
- כמה מישורי מוקד שנלכדים לאורך חתך עבה כדי שהמציג יוכל למקד מחדש.
- DICOM WSI
- התוספת של תקן DICOM לתמונות שקופית מלאה, שמשמשת לשילוב הפתולוגיה במערכות ההדמיה של בתי חולים.
- מערכת לניהול תמונות
- פלטפורמת השרת ששומרת, מאנדקסת ומגישה תמונות שקופית מלאה במעבדה קלינית.
- פתולוגיה חישובית
- ניתוח תמונה ולמידת מכונה שמיושמים על תמונות שקופית מלאה.
שאלות שאנשים שואלים על פתולוגיה דיגיטלית
מה ההבדל בין פתולוגיה דיגיטלית לפתולוגיה חישובית?
פתולוגיה דיגיטלית היא התשתית: סריקת שקופיות, אחסון תמונות שקופית מלאה וצפייה בהן על המסך. פתולוגיה חישובית היא מה שעושים עם התמונות האלה ברגע שהן דיגיטליות: ניתוח תמונה, ספירת תאים, סיווג רקמות ומודלים של למידת מכונה. צריך את הראשונה לפני שאפשר לעשות את השנייה.
האם פתולוגיה דיגיטלית היא אותו דבר כמו טלפתולוגיה?
לא. טלפתולוגיה פירושה סקירה של חומר פתולוגי מרחוק, והיא קודמת להדמיית שקופית מלאה ובמקור השתמשה בשידור חי ממצלמה של מיקרוסקופ. פתולוגיה דיגיטלית מקלה מאוד על טלפתולוגיה כי אפשר לשתף שקופית סרוקה כקובץ או כקישור, אבל מעבדה יכולה להיות דיגיטלית לגמרי בלי להתייעץ אף פעם מרחוק.
באיזה פורמט קובץ משתמשות שקופיות של פתולוגיה דיגיטלית?
אין פורמט אחד. כל יצרן סורקים כותב פורמט משלו: Aperio ו-Leica כותבות SVS, Hamamatsu כותבת NDPI, 3DHISTECH כותבת MRXS, סורקי Leica SCN כותבים SCN, Ventana כותבת BIF, Philips כותבת iSyntax ו-Olympus כותבת VSI. האפשרויות שאינן תלויות יצרן הן TIFF פירמידלי, OME-TIFF והדמיית שקופית מלאה ב-DICOM. מציג שאינו תלוי יצרן, כמו SlideScope, קורא את רובם ישירות.
האם צריך חומרה מיוחדת כדי לצפות בתמונות שקופית מלאה?
לא. מכיוון שתמונת שקופית מלאה נשמרת כפירמידה של אריחים, מציג טוען רק את האריחים של האזור ורמת הזום שעל המסך. מחשב נייד רגיל עם 8 GB של זיכרון RAM פותח שקופית של כמה ג'יגה-בייט בתוך שניות. לסריקה כן צריך סורק שקופיות, ובאבחנה קלינית ראשונית משתמשים במסכים מתוקפים, אבל סקירה למחקר ולהוראה לא דורשת זאת.
אפשר לעבוד בפתולוגיה דיגיטלית ב-Mac?
כן, לצפייה ולסקירה מחקרית. כמה ממציגי היצרנים פועלים ב-Windows בלבד, כולל Aperio ImageScope, אבל QuPath, ObjectiveView, Hamamatsu NDP.view2 ו-SlideScope רצים כולם ב-macOS. SlideScope מגיע בגרסאות מקוריות ל-Apple Silicon ול-Intel ופותח ב-Mac שקופיות SVS, NDPI, MRXS, SCN, BIF ו-QPTIFF.
פתחו את תמונת השקופית המלאה הראשונה שלכם
התחילו בחינם עם ספריית הדוגמאות המובנית: בלי חשבון, עם כל הכלים. כשתרצו לפתוח את השקופיות שלכם, מנוי פותח את כל התכונות (PayPal או כרטיס, החיוב בעת ההרשמה למנוי). גררו קובץ SVS, NDPI או MRXS וראו את הפירמידה, את קנה המידה המכויל ואת כלי ההערות על השקופיות שלכם.
הורדת SlideScope