Wat is digitale pathologie?

Digitale pathologie, een definitie

Het grootste deel van haar geschiedenis is pathologie aan de microscoop beoefend: een weefselcoupe wordt gefixeerd, ingebed, gesneden, gekleurd, op glas gemonteerd en met het oog onderzocht. Digitale pathologie vervangt de laatste stap. Het glaasje wordt één keer gescand, het digitale beeld wordt opgeslagen, en alles daarna, van routinebeoordeling tot second opinions, onderwijs, archivering en beeldanalyse, gebeurt op een scherm.

De term omvat de hele omgeving die dat mogelijk maakt: de scanners, de whole-slide-beelden die ze maken, de opslag- en beeldbeheersystemen die ze bewaren, de viewers die ze tonen en de analysetools die ermee werken. Op zichzelf impliceert de term geen kunstmatige intelligentie, al is AI het snelst groeiende gebruik van de beelden zodra ze er eenmaal zijn.

Drie verwante termen worden vaak door elkaar gebruikt en zijn het waard om uit elkaar te houden. Whole-slide-imaging (WSI) is de scantechnologie. Virtuele microscopie is het bekijken van een gescande coupe alsof je door een microscoop kijkt, en is de term die onderwijsprogramma's meestal gebruiken. Telepathologie is pathologische beoordeling op afstand; digitale coupes maken die veel eenvoudiger, maar ze bestond al daarvoor.

Hoe een glaasje een whole-slide-beeld wordt

1. Scannen. Een coupescanner beweegt het glaasje onder een camera en objectief, meestal bij 20x of 40x, legt duizenden overlappende velden vast en voegt die samen tot één beeld. Sommige scanners leggen meerdere focusvlakken vast (een Z-stack), zodat dikke coupes later opnieuw scherpgesteld kunnen worden.
2. De piramide opbouwen. Het beeld op volledige resolutie kan meer dan 100.000 pixels per zijde en meerdere gigabytes groot zijn. Daarom schrijft de scanner ook steeds kleinere kopieën (meestal per niveau gehalveerd) en snijdt elk niveau in tegels. Deze piramide met meerdere resoluties maakt het beeld bruikbaar: een viewer vraagt alleen de tegels op voor de regio en het zoomniveau op het scherm.
3. De schaal vastleggen. Het bestand slaat de fysieke grootte van één pixel op in micrometers (vaak geschreven als MPP, microns per pixel, ongeveer 0,25 µm bij 40x en 0,5 µm bij 20x). Elke meting in een viewer hangt van deze waarde af.
4. Metadata toevoegen. Het labelbeeld, een macro-overzicht, het scannermodel, het objectief en de scandatum reizen mee in het bestand, samen met een eventuele barcode die het lab op het glaasje heeft gedrukt.
5. Opslaan en aanbieden. In een ziekenhuis gaan coupes naar een beeldbeheersysteem naast het laboratoriuminformatiesysteem. In onderzoek en onderwijs staan ze meestal op een netwerkshare, een clouddrive of een laptop, en openen ze in een desktopviewer.

Formaten van whole-slide-beelden per scannerleverancier

Er bestaat niet één bestandsformaat voor digitale pathologie. Elke fabrikant schrijft zijn eigen container, de meeste varianten van TIFF in tegels, en de keuze voor een viewer komt vaak neer op welke daarvan hij kan lezen.

Opensourcebibliotheken zoals OpenSlide en Bio-Formats lezen de meeste hiervan, en daarom bestaan leveranciersonafhankelijke viewers überhaupt. SlideScope leest SVS, NDPI, VMS, VMU, MRXS, SCN, BIF, SVSLIDE, QPTIFF, AVS, DICOM, TIFF en OME-TIFF, plus Olympus VSI en Hamamatsu NDPIS sinds versie 1.10.0 en Philips iSyntax en KFBio KFB sinds versie 1.20.0; het leest geen SDPC, MDSX of TMAP. Het naslagoverzicht van bestandscompatibiliteit bevat de exacte grenzen, en de vergelijking van scanners voor digitale pathologie somt actuele scannermodellen op, met hun capaciteit en DICOM-uitvoer.

De softwarelagen van digitale pathologie

Wie zoekt naar "software voor digitale pathologie", bedoelt meestal een van vijf heel verschillende dingen.

Onderzoek, onderwijs en klinisch gebruik zijn verschillende problemen

Onderzoekspathologie is waar tegenwoordig de meeste coupes worden gescand. Een cohort wordt één keer gedigitaliseerd, door meerdere mensen beoordeeld, gemeten, geannoteerd en ingevoerd in analyses. De eisen zijn leveranciersonafhankelijke bestandsondersteuning, gekalibreerde metingen, annotaties die een overdracht overleven, en een eenvoudige manier om een samenwerkingspartner het exacte gezichtsveld te sturen. Er is geen regelgevende drempel; de tool moet gewoon nauwkeurig en snel zijn.

Onderwijs gebruikt digitale coupes als virtuele microscoop. Een cursus scant zijn coupedoos één keer en elke student opent dezelfde set op zijn eigen laptop, markeert wat hij heeft herkend en vergelijkt aantekeningen. Daarom zijn viewers voor histologiecoupes die lokaal op zowel Windows als macOS draaien belangrijk voor universiteiten.

Klinische primaire diagnose op een scherm is gereguleerd. Scanners en weergavesystemen waarmee casussen worden afgetekend, zijn in de meeste rechtsgebieden toegelaten of goedgekeurd als medisch hulpmiddel, laboratoria valideren ze tegen glas, en beeldschermen zijn gespecificeerd. Viewers voor algemeen gebruik, waaronder SlideScope, zijn hiervoor niet toegelaten en zeggen dat ook. Klinisch worden ze alleen gebruikt voor het niet-diagnostische werk rond een casus: onderwijs, voorbereiding van besprekingen, onderzoek op gearchiveerd materiaal en kwaliteitsbeoordeling waar het beleid van de instelling dat toestaat.

Voordelen en beperkingen

Wat digitale pathologie eenvoudiger maakt: een coupe delen zonder glas te verzenden, dezelfde regio tegelijk vanaf verschillende plekken beoordelen, reproduceerbaar meten, annotaties bij het beeld houden, onderwijssets maken die nooit verbleken of breken, archiveren zonder coupearchief, en überhaupt beeldanalyse of AI kunnen uitvoeren.

Wat het kost: een scanner, opslag in terabytes, scantijd, een workflow om glas en digitaal op elkaar af te stemmen, en validatie als de beelden voor diagnose worden gebruikt. Scannen verliest ook een paar dingen die een microscoop biedt, zoals door een dikke coupe heen scherpstellen, tenzij de scanner een Z-stack heeft vastgelegd, en gepolariseerd licht, tenzij de scanner dat ondersteunt.

Waar SlideScope past

SlideScope is een desktopviewer voor digitale pathologie voor onderzoek, onderwijs en beoordeling. Het opent whole-slide-beelden van de grote scannerleveranciers op Windows en macOS, meet in gekalibreerde micrometers, houdt annotaties gekoppeld aan de coupe, vergelijkt twee coupes naast elkaar op dezelfde schaal, exporteert regio's als GeoJSON voor QuPath en deelt een exact gezichtsveld als link. Het draait op je eigen computer, heeft geen beeldserver nodig en is geprijsd voor een lab in plaats van een ziekenhuis. Het is geen medisch hulpmiddel en niet bedoeld voor primaire diagnose. Twijfel je tussen SlideScope en de gratis viewers, dan is de vergelijking van whole-slide-viewers de eerlijke plek om te beginnen.

Woordenlijst digitale pathologie

Whole-slide-beeld (WSI)

Een digitale scan van gigapixels met meerdere resoluties van een heel glaasje.

Beeldpiramide

De reeks steeds verder verkleinde kopieën in tegels van een whole-slide-beeld, waarmee een viewer elk zoomniveau snel kan tonen.

MPP (microns per pixel)

De fysieke grootte van één pixel op volledige resolutie; de kalibratie waarvan elke meting afhangt. Bereken die voor elk piramideniveau met de pixelgroottecalculator.

20x en 40x

De objectiefvergroting die bij het scannen is gebruikt, met respectievelijk ongeveer 0,5 µm en 0,25 µm per pixel.

H&E

Hematoxyline en eosine, de standaardkleuring voor weefselmorfologie.

IHC

Immunohistochemie, een kleuring die een specifiek eiwit markeert; vaak naast de H&E van hetzelfde blok beoordeeld.

Z-stack

Meerdere focusvlakken, vastgelegd door een dikke coupe heen, zodat de viewer opnieuw kan scherpstellen.

DICOM WSI

Het supplement van de DICOM-standaard voor whole-slide-beelden, gebruikt om pathologie te integreren in beeldvormingssystemen van ziekenhuizen.

Beeldbeheersysteem

Het serverplatform dat whole-slide-beelden opslaat, indexeert en aanbiedt in een klinisch laboratorium.

Computationele pathologie

Beeldanalyse en machine learning toegepast op whole-slide-beelden.

Vragen die mensen stellen over digitale pathologie