Patologia digitale: la definizione
Per la maggior parte della sua storia, la patologia si è praticata al microscopio: una sezione di tessuto viene fissata, inclusa, tagliata, colorata, montata su vetrino ed esaminata a occhio. La patologia digitale sostituisce l’ultimo passaggio. Il vetrino viene scansionato una volta, l’immagine digitale risultante viene archiviata e tutto ciò che segue, dalla revisione di routine ai secondi pareri, dalla didattica all’archiviazione e all’analisi d’immagine, avviene su uno schermo.
Il termine copre l’intero ambiente che lo rende possibile: gli scanner, le immagini whole slide che producono, i sistemi di archiviazione e gestione delle immagini che le conservano, i visualizzatori che le mostrano e gli strumenti di analisi che ci lavorano. Di per sé non implica l’intelligenza artificiale, anche se l’IA è l’uso in più rapida crescita delle immagini una volta che esistono.
Tre termini correlati vengono spesso usati come sinonimi e conviene distinguerli. Il whole slide imaging (WSI) è la tecnologia di scansione. La microscopia virtuale è l’atto di osservare un vetrino scansionato come se fosse al microscopio, ed è l’espressione preferita dai programmi didattici. La telepatologia è la revisione patologica a distanza, che i vetrini digitali rendono molto più semplice ma che esisteva già prima di loro.
Come un vetrino diventa un’immagine whole slide
- Scansione. Uno scanner di vetrini muove il vetrino sotto una fotocamera e un obiettivo, di solito a 20x o 40x, acquisendo migliaia di campi sovrapposti e unendoli in un’unica immagine. Alcuni scanner acquisiscono diversi piani focali (uno Z-stack), così le sezioni spesse possono essere rimesse a fuoco in seguito.
- Costruzione della piramide. L’immagine a piena risoluzione può superare i 100.000 pixel di lato e diversi gigabyte. Per questo lo scanner scrive anche copie via via più piccole (in genere dimezzando a ogni livello) e divide ogni livello in tessere. Questa piramide multirisoluzione è ciò che rende l’immagine utilizzabile: un visualizzatore richiede solo le tessere della regione e del livello di zoom sullo schermo.
- Registrazione della scala. Il file memorizza la dimensione fisica di un pixel in micrometri (spesso indicata come MPP, micron per pixel, circa 0,25 µm a 40x e 0,5 µm a 20x). Ogni misura in un visualizzatore dipende da questo valore.
- Aggiunta dei metadati. L’immagine dell’etichetta, una panoramica macro, il modello dello scanner, l’obiettivo e la data di scansione viaggiano all’interno del file, insieme a eventuali codici a barre stampati dal laboratorio sul vetrino.
- Archiviazione e distribuzione. In ospedale, i vetrini finiscono in un sistema di gestione delle immagini affiancato al sistema informativo di laboratorio. In ricerca e didattica, di solito si trovano su una cartella condivisa, un cloud drive o un portatile, e si aprono in un visualizzatore desktop.
Formati delle immagini whole slide per produttore di scanner
Non esiste un unico formato di file per la patologia digitale. Ogni produttore scrive il proprio contenitore, quasi sempre una variante del TIFF a tessere, e la scelta del visualizzatore spesso dipende da quali di questi riesce a leggere.
Librerie open source come OpenSlide e Bio-Formats leggono la maggior parte di questi formati, ed è per questo che esistono visualizzatori indipendenti dal produttore. SlideScope legge SVS, NDPI, VMS, VMU, MRXS, SCN, BIF, SVSLIDE, QPTIFF, AVS, DICOM, TIFF e OME-TIFF, più Olympus VSI e Hamamatsu NDPIS dalla versione 1.10.0 e Philips iSyntax e KFBio KFB dalla versione 1.20.0; non legge SDPC, MDSX né TMAP. Il riferimento sulla compatibilità dei file riporta i limiti esatti, e il confronto tra scanner per patologia digitale elenca i modelli di scanner attuali, la loro capacità e l’output DICOM.
I livelli software della patologia digitale
Chi cerca “software per patologia digitale” di solito intende una di cinque cose piuttosto diverse.
Software dello scanner
Controlla lo scanner e di solito include un visualizzatore gratuito per il formato del produttore, come Aperio ImageScope per SVS o Hamamatsu NDP.view2 per NDPI.
Sistemi di gestione delle immagini
Piattaforme di livello ospedaliero che archiviano i vetrini, si collegano al sistema informativo di laboratorio, gestiscono casi e liste di lavoro e sono validate per l’uso clinico. Prezzi enterprise e installazione a cura dell’IT.
Visualizzatori desktop
Applicazioni che aprono immagini whole slide da un file, una cartella o un link su un normale computer, per revisione, misura, annotazione e didattica. È qui che si colloca SlideScope.
Piattaforme di analisi
QuPath, CellProfiler, ImageJ e Fiji, ASAP ed equivalenti commerciali che segmentano il tessuto, contano le cellule ed eseguono pipeline scriptate. Un visualizzatore di solito passa loro le regioni in formato GeoJSON.
IA e patologia computazionale
Modelli che rilevano, classificano o graduano il tessuto a partire dall’immagine whole slide. Alcuni sono approvati come supporto alle decisioni cliniche; la maggior parte sono strumenti di ricerca che richiedono prima l’esistenza del vetrino digitale.
Ricerca, didattica e uso clinico sono problemi diversi
La patologia di ricerca è oggi l’ambito in cui si scansiona la maggior parte dei vetrini. Una coorte viene digitalizzata una volta, rivista da più persone, misurata, annotata e passata all’analisi. I requisiti sono il supporto ai file indipendente dal produttore, misure calibrate, annotazioni che sopravvivono al passaggio di mano e un modo semplice per inviare a un collaboratore esattamente lo stesso campo visivo. Non c’è alcun vincolo normativo; lo strumento deve solo essere accurato e veloce.
La didattica usa i vetrini digitali come microscopio virtuale. Un corso scansiona una volta la propria scatola di vetrini e ogni studente apre lo stesso set sul proprio portatile, segna ciò che ha identificato e confronta le note. Ecco perché per le università contano i visualizzatori di vetrini istologici che funzionano in locale sia su Windows sia su macOS.
La diagnosi primaria clinica su schermo è regolamentata. Gli scanner e i sistemi di visualizzazione usati per refertare i casi sono approvati o autorizzati come dispositivi medici nella maggior parte delle giurisdizioni, i laboratori li validano rispetto al vetrino e i monitor hanno specifiche precise. I visualizzatori generici, SlideScope compreso, non sono approvati per questo uso e lo dichiarano. In ambito clinico vengono usati solo per il lavoro non diagnostico attorno a un caso: didattica, preparazione di riunioni, ricerca su materiale d’archivio e revisione di qualità, dove la policy dell’istituto lo consente.
Vantaggi e limiti
Che cosa rende più facile la patologia digitale: condividere un vetrino senza spedire il vetro, rivedere la stessa regione nello stesso momento da luoghi diversi, misurare in modo riproducibile, tenere le annotazioni insieme all’immagine, creare set didattici che non sbiadiscono e non si rompono, archiviare senza una stanza dei vetrini e, semplicemente, rendere possibili l’analisi d’immagine e l’IA.
Che cosa costa: uno scanner, uno spazio di archiviazione misurato in terabyte, il tempo di scansione, un flusso di lavoro per mantenere allineati vetro e digitale, e la validazione se le immagini verranno usate per la diagnosi. Inoltre, con la scansione si perde qualcosa che il microscopio offre, come la messa a fuoco attraverso una sezione spessa, a meno che lo scanner non abbia acquisito uno Z-stack, e la luce polarizzata, a meno che lo scanner non la supporti.
Dove si colloca SlideScope
SlideScope è un visualizzatore desktop per patologia digitale per ricerca, formazione e revisione. Apre le immagini whole slide dei principali produttori di scanner su Windows e macOS, misura in micrometri calibrati, mantiene le annotazioni legate al vetrino, confronta due vetrini affiancati alla stessa scala, esporta le regioni in GeoJSON per QuPath e condivide un campo visivo esatto tramite link. Funziona sul tuo computer, non richiede un server di immagini ed è pensato nel prezzo per un laboratorio, non per un ospedale. Non è un dispositivo medico e non è destinato alla diagnosi primaria. Se stai scegliendo tra SlideScope e i visualizzatori gratuiti, il confronto tra visualizzatori di immagini whole slide è il punto di partenza più onesto.
Glossario della patologia digitale
- Immagine whole slide (WSI)
- Una scansione digitale multirisoluzione da gigapixel di un intero vetrino.
- Piramide di immagini
- L’insieme di copie sottocampionate progressivamente e suddivise in tessere di un’immagine whole slide, che permette a un visualizzatore di mostrare rapidamente qualsiasi livello di zoom.
- MPP (micron per pixel)
- La dimensione fisica di un pixel a piena risoluzione: la calibrazione da cui dipende ogni misura. Calcolala per qualsiasi livello della piramide con il calcolatore della dimensione del pixel.
- 20x e 40x
- L’ingrandimento dell’obiettivo usato durante la scansione, pari rispettivamente a circa 0,5 µm e 0,25 µm per pixel.
- H&E
- Ematossilina ed eosina, la colorazione standard per la morfologia dei tessuti.
- IHC
- Immunoistochimica, una colorazione che marca una proteina specifica; spesso viene esaminata affiancata all’H&E dello stesso blocchetto.
- Z-stack
- Più piani focali acquisiti attraverso una sezione spessa, così il visualizzatore può rimettere a fuoco.
- DICOM WSI
- Il supplemento dello standard DICOM per le immagini whole slide, usato per integrare la patologia nei sistemi di imaging ospedalieri.
- Sistema di gestione delle immagini
- La piattaforma server che archivia, indicizza e distribuisce le immagini whole slide in un laboratorio clinico.
- Patologia computazionale
- Analisi d’immagine e machine learning applicati alle immagini whole slide.
Domande frequenti sulla patologia digitale
Qual è la differenza tra patologia digitale e patologia computazionale?
La patologia digitale è l’infrastruttura: scansionare i vetrini, archiviare le immagini whole slide e visualizzarle su schermo. La patologia computazionale è ciò che fai con quelle immagini una volta digitali: analisi d’immagine, conteggio cellulare, classificazione dei tessuti e modelli di machine learning. Ti serve la prima prima di poter fare la seconda.
La patologia digitale è la stessa cosa della telepatologia?
No. Telepatologia significa esaminare a distanza materiale patologico, una pratica che precede il whole slide imaging e che in origine usava le immagini in diretta di una fotocamera montata sul microscopio. La patologia digitale rende la telepatologia molto più semplice perché un vetrino scansionato si può condividere come file o come link, ma un laboratorio può essere completamente digitale senza mai fare consulti a distanza.
Quale formato di file usano i vetrini di patologia digitale?
Non esiste un formato unico. Ogni produttore di scanner scrive il proprio: Aperio e Leica scrivono SVS, Hamamatsu scrive NDPI, 3DHISTECH scrive MRXS, gli scanner Leica SCN scrivono SCN, Ventana scrive BIF, Philips scrive iSyntax e Olympus scrive VSI. Le opzioni indipendenti dal produttore sono TIFF piramidale, OME-TIFF e whole slide imaging DICOM. Un visualizzatore indipendente dal produttore come SlideScope legge direttamente la maggior parte di questi formati.
Serve hardware speciale per visualizzare le immagini whole slide?
No. Poiché un’immagine whole slide è archiviata come piramide di tessere, un visualizzatore carica solo le tessere della regione e del livello di zoom sullo schermo. Un normale portatile con 8 GB di RAM apre un vetrino da diversi gigabyte in pochi secondi. Per la scansione serve uno scanner di vetrini e la diagnosi primaria clinica usa monitor validati, ma la revisione per ricerca e didattica no.
Posso fare patologia digitale su un Mac?
Sì, per la visualizzazione e la revisione in ambito di ricerca. Diversi visualizzatori dei produttori sono solo per Windows, tra cui Aperio ImageScope, ma QuPath, ObjectiveView, Hamamatsu NDP.view2 e SlideScope funzionano tutti su macOS. SlideScope offre build native per Apple Silicon e Intel e apre vetrini SVS, NDPI, MRXS, SCN, BIF e QPTIFF su un Mac.
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