デジタル病理の定義
病理学はその歴史の大半において、顕微鏡の前で行われてきました。組織切片を固定、包埋、薄切、染色してガラスに載せ、目で観察します。デジタル病理は、この最後のステップを置き換えます。ガラススライドを一度スキャンして得られたデジタル画像を保存し、それ以降のすべて、つまり日常的なレビューからセカンドオピニオン、教育、アーカイブ、画像解析までを画面上で行います。
この用語は、それを可能にする環境全体を指します。スキャナー、スキャナーが作成する全スライド画像、それを保管するストレージと画像管理システム、それを表示するビューア、そしてそれを処理する解析ツールです。この用語自体が人工知能を意味するわけではありませんが、画像がそろえば、AI は最も急速に広がっている用途です。
よく同じ意味で使われる 3 つの関連用語がありますが、区別しておく価値があります。全スライドイメージング（WSI）はスキャン技術です。バーチャル顕微鏡は、スキャンしたスライドを顕微鏡でのぞくように閲覧することで、教育プログラムでよく使われる言葉です。テレパソロジーは遠隔での病理レビューで、デジタルスライドによって格段に容易になりましたが、それ以前から存在していました。
ガラススライドが全スライド画像になるまで
- スキャン。スライドスキャナーはカメラと対物レンズの下でガラスを動かし、通常 20x または 40x で、互いに重なり合う何千もの視野を撮影してつなぎ合わせ、1 枚の画像にします。厚い切片を後からピント合わせし直せるよう、複数の焦点面（Z スタック）を撮影するスキャナーもあります。
- ピラミッドの構築。フル解像度の画像は一辺 100,000 ピクセルを超え、数 GB になることもあります。そのためスキャナーは、段階的に小さくしたコピー（通常は各レベルで半分）も書き出し、各レベルをタイルに分割します。この多重解像度のピラミッドこそが画像を実用的なものにしています。ビューアは、画面に表示している領域とズームレベルのタイルだけを要求します。
- スケールの記録。ファイルには 1 ピクセルの物理的な大きさがマイクロメートル単位で保存されています（多くの場合 MPP、つまり microns per pixel と表記され、40x で約 0.25 µm、20x で約 0.5 µm です）。ビューアでのすべての計測はこの値に依存します。
- メタデータの付加。ラベル画像、マクロの全体像、スキャナーの機種、対物レンズ、スキャン日が、研究室がスライドに印刷したバーコードとともにファイル内に格納されます。
- 保管と配信。病院では、スライドは検査情報システムと連携した画像管理システムに保存されます。研究や教育では、通常はファイル共有、クラウドドライブ、ノートパソコンに置かれ、デスクトップビューアで開かれます。
スキャナーメーカー別の全スライド画像の形式
デジタル病理に単一のファイル形式はありません。各メーカーが独自のコンテナを書き出しており、その多くはタイル型 TIFF の変形です。どのビューアを選ぶかは、多くの場合、そのビューアがこれらのどれを読み込めるかで決まります。
OpenSlide や Bio-Formats などのオープンソースライブラリはこれらの大半を読み込めます。だからこそ、ベンダー非依存のビューアが成り立っています。SlideScope は SVS、NDPI、VMS、VMU、MRXS、SCN、BIF、SVSLIDE、QPTIFF、AVS、DICOM、TIFF、OME-TIFF を読み込めます。さらにバージョン 1.10.0 からは Olympus VSI と Hamamatsu NDPIS を、バージョン 1.20.0 からは Philips iSyntax と KFBio KFB も読み込めます。SDPC、MDSX、TMAP は読み込めません。正確な制限はファイル互換性リファレンスに、現行のスキャナー機種とその処理能力、DICOM 出力はデジタル病理スキャナー比較に掲載しています。
デジタル病理のソフトウェアの層
「デジタル病理ソフトウェア」を検索する人は、たいてい性質のまったく異なる 5 つのうちのどれかを探しています。
スキャナーソフトウェア
スキャナーを制御するソフトウェアで、通常はそのメーカー独自の形式用の無料ビューアが付属しています。たとえば SVS 用の Aperio ImageScope や NDPI 用の Hamamatsu NDP.view2 です。
画像管理システム
スライドを保管し、検査情報システムと接続し、症例とワークリストを管理する、臨床使用のためにバリデーションされた病院向けのプラットフォームです。価格はエンタープライズ向けで、IT 部門が導入します。
デスクトップビューア
一般的なコンピューターで、ファイル、フォルダー、リンクから全スライド画像を開き、レビュー、計測、注釈、教育に使うアプリケーションです。SlideScope はここに位置します。
解析プラットフォーム
QuPath、CellProfiler、ImageJ と Fiji、ASAP、および同等の商用ソフトウェアで、組織のセグメンテーション、細胞計数、スクリプトによるパイプラインの実行を行います。ビューアは通常、GeoJSON で領域をこれらに受け渡します。
AI と計算病理学
全スライド画像から組織を検出、分類、グレード判定するモデルです。臨床判断支援として承認されたものもありますが、大半は研究用ツールであり、まずデジタルスライドが存在することが前提です。
研究、教育、臨床ではそれぞれ課題が異なる
研究病理は、現在最も多くのスライドがスキャンされている分野です。コホートは一度デジタル化され、複数の人がレビューし、計測し、注釈を付け、解析に回します。求められるのは、ベンダーに依存しないファイル対応、校正済みの計測、受け渡し後も失われない注釈、そして共同研究者にまったく同じ視野を簡単に送れることです。規制上の関門はなく、ツールには正確さと速さが求められるだけです。
教育では、デジタルスライドをバーチャル顕微鏡として使います。授業でスライドボックスを一度スキャンすれば、すべての学生が同じセットを自分のノートパソコンで開き、見つけたものに印を付け、互いに見比べられます。だからこそ、Windows と macOS の両方でローカルに動作する組織学スライドビューアが大学にとって重要なのです。
画面上での臨床の一次診断は規制の対象です。症例のサインアウトに使われるスキャナーや閲覧システムは、ほとんどの法域で医療機器としての承認を受けており、検査室はガラススライドと比較してそれらをバリデーションし、ディスプレイにも仕様が定められています。SlideScope を含む汎用ビューアはこの用途の承認を受けておらず、そのことを明示しています。臨床現場で使われるのは、症例にまつわる診断以外の作業、つまり教育、カンファレンスの準備、アーカイブ資料を用いた研究、そして施設の方針が認める範囲での品質レビューに限られます。
メリットと限界
デジタル病理で容易になること：ガラスを発送せずにスライドを共有すること、離れた場所から同じ領域を同時にレビューすること、再現性のある計測、注釈を画像とともに保持すること、退色も破損もしない教育用セットを作ること、スライド保管室なしでアーカイブすること、そもそも画像解析や AI を実行できること。
必要なコスト：スキャナー、テラバイト単位のストレージ、スキャンにかかる時間、ガラスとデジタルを同期させておくワークフロー、そして画像を診断に使う場合はバリデーション。また、スキャンによって顕微鏡ならではの機能が一部失われます。たとえば、スキャナーが Z スタックを撮影していない限り厚い切片の中でピントを合わせ直すことはできず、スキャナーが対応していない限り偏光も使えません。
SlideScope の位置づけ
SlideScope は、研究、教育、レビューのためのデスクトップ型デジタル病理ビューアです。主要スキャナーメーカーの全スライド画像を Windows と macOS で開き、校正済みのマイクロメートル単位で計測し、注釈をスライドに紐付けて保持し、2 枚のスライドを同じスケールで左右に並べて比較し、領域を QuPath 用に GeoJSON で書き出し、まったく同じ視野をリンクで共有できます。ご自身のマシンで動作し、画像サーバーを必要とせず、価格は病院ではなく研究室向けに設定されています。医療機器ではなく、一次診断には使用できません。無料のビューアと比較して選ぶ場合は、全スライド画像ビューア比較から始めるのが公正です。
デジタル病理の用語集
- 全スライド画像（WSI）
- ガラススライド全体をスキャンした、ギガピクセル級で多重解像度のデジタル画像。
- 画像ピラミッド
- 全スライド画像を段階的にダウンサンプリングし、タイルに分割したコピーの集まり。ビューアはこれにより任意のズームレベルをすばやく表示できます。
- MPP（microns per pixel）
- フル解像度での 1 ピクセルの物理的な大きさ。すべての計測が依存する校正値です。任意のピラミッドレベルでの値はピクセルサイズ計算ツールで求められます。
- 20x と 40x
- スキャン時に使われる対物レンズの倍率。それぞれ 1 ピクセルあたり約 0.5 µm と約 0.25 µm です。
- H&E
- ヘマトキシリン・エオジン染色。組織形態を観察するための標準的な染色です。
- IHC
- 免疫組織化学。特定のタンパク質を標識する染色で、同じブロックの H&E と左右に並べてレビューされることがよくあります。
- Z スタック
- ビューアでピントを合わせ直せるよう、厚い切片を通して撮影した複数の焦点面。
- DICOM WSI
- 全スライド画像のための DICOM 規格の補遺。病理を病院の画像システムに統合するために使われます。
- 画像管理システム
- 臨床検査室で全スライド画像を保管、索引付け、配信するサーバープラットフォーム。
- 計算病理学
- 全スライド画像に適用される画像解析と機械学習。
デジタル病理についてよくある質問
デジタル病理と計算病理学の違いは何ですか？
デジタル病理は基盤です。スライドをスキャンし、全スライド画像を保管し、画面で閲覧することです。計算病理学は、画像がデジタル化された後にそれを使って行うこと、つまり画像解析、細胞計数、組織分類、機械学習モデルです。後者を行うには、まず前者が必要です。
デジタル病理とテレパソロジーは同じものですか？
いいえ。テレパソロジーとは病理資料を遠隔でレビューすることで、全スライドイメージングより前から存在し、もともとは顕微鏡からのライブカメラ映像を使っていました。スキャンしたスライドはファイルやリンクで共有できるため、デジタル病理によってテレパソロジーははるかに容易になりましたが、遠隔でのコンサルテーションを一度も行わずに完全にデジタル化した検査室もありえます。
デジタル病理のスライドはどのファイル形式を使いますか？
単一の形式はありません。各スキャナーメーカーが独自の形式を書き出します。Aperio と Leica は SVS、Hamamatsu は NDPI、3DHISTECH は MRXS、Leica SCN スキャナーは SCN、Ventana は BIF、Philips は iSyntax、Olympus は VSI です。ベンダー非依存の選択肢は、ピラミッド型 TIFF、OME-TIFF、DICOM による全スライドイメージングです。SlideScope のようなベンダー非依存のビューアは、これらの大半を直接読み込めます。
全スライド画像を閲覧するには特別なハードウェアが必要ですか？
いいえ。全スライド画像はタイルのピラミッドとして保存されているため、ビューアは画面に表示している領域とズームレベルのタイルだけを読み込みます。8 GB の RAM を搭載した一般的なノートパソコンでも、数 GB のスライドを数秒で開けます。スキャンにはスライドスキャナーが必要で、臨床の一次診断にはバリデーション済みのディスプレイが使われますが、研究や教育でのレビューには必要ありません。
Mac でデジタル病理を行えますか？
はい、閲覧と研究でのレビューであれば可能です。Aperio ImageScope をはじめ、Windows 専用のベンダー製ビューアもいくつかありますが、QuPath、ObjectiveView、Hamamatsu NDP.view2、SlideScope はいずれも macOS で動作します。SlideScope は Apple Silicon と Intel のネイティブビルドを提供しており、Mac で SVS、NDPI、MRXS、SCN、BIF、QPTIFF のスライドを開けます。
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内蔵のサンプルライブラリで無料で始められます。アカウントは不要で、すべてのツールが使えます。ご自身のスライドを開きたくなったら、サブスクリプションですべての機能が使えるようになります（PayPal またはカード、ご登録時に請求）。SVS、NDPI、MRXS ファイルをドロップして、ご自身のスライドでピラミッド、校正済みのスケール、注釈ツールをご確認ください。
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