Patologia digital: definição
Durante a maior parte da sua história, a patologia foi praticada ao microscópio: um fragmento de tecido é fixado, incluído, cortado, corado, montado em vidro e examinado a olho. A patologia digital substitui o último passo. A lâmina de vidro é digitalizada uma vez, a imagem digital resultante é armazenada e tudo o que vem depois, desde a revisão de rotina às segundas opiniões, ao ensino, ao arquivo e à análise de imagem, acontece num ecrã.
O termo abrange todo o ambiente que torna isso possível: os digitalizadores, as imagens de lâmina inteira que produzem, os sistemas de armazenamento e de gestão de imagem que as guardam, os visualizadores que as mostram e as ferramentas de análise que trabalham sobre elas. Por si só, não implica inteligência artificial, embora a IA seja a utilização das imagens que mais cresce depois de estas existirem.
Três termos relacionados são muitas vezes usados como sinónimos e vale a pena distingui-los. A imagiologia de lâmina inteira (WSI) é a tecnologia de digitalização. A microscopia virtual é o ato de ver uma lâmina digitalizada como se fosse através de um microscópio, e é a expressão que os programas de ensino tendem a usar. A telepatologia é a revisão patológica à distância, que as lâminas digitais tornam muito mais fácil, mas que já existia antes delas.
Como uma lâmina de vidro se torna uma imagem de lâmina inteira
- Digitalização. Um digitalizador de lâminas desloca o vidro sob uma câmara e uma objetiva, normalmente a 20x ou 40x, captando milhares de campos sobrepostos e unindo-os numa única imagem. Alguns digitalizadores captam vários planos focais (uma pilha Z) para que os cortes espessos possam ser refocados mais tarde.
- Construção da pirâmide. A imagem em resolução total pode ultrapassar os 100 000 píxeis de lado e vários gigabytes. Por isso, o digitalizador escreve também cópias progressivamente mais pequenas (normalmente reduzindo para metade em cada nível) e divide cada nível em mosaicos. É esta pirâmide multirresolução que torna a imagem utilizável: um visualizador pede apenas os mosaicos da região e do nível de zoom que estão no ecrã.
- Registo da escala. O ficheiro guarda o tamanho físico de um píxel em micrómetros (muitas vezes escrito como MPP, micrómetros por píxel, cerca de 0,25 µm a 40x e 0,5 µm a 20x). Todas as medições num visualizador dependem deste valor.
- Anexação de metadados. A imagem da etiqueta, uma vista geral macro, o modelo do digitalizador, a objetiva e a data da digitalização viajam dentro do ficheiro, juntamente com qualquer código de barras que o laboratório tenha impresso na lâmina.
- Armazenamento e disponibilização. Num hospital, as lâminas vão para um sistema de gestão de imagem, ao lado do sistema de informação laboratorial. Na investigação e no ensino, ficam normalmente numa partilha de ficheiros, num disco na cloud ou num portátil, e abrem num visualizador para computador.
Formatos de imagens de lâmina inteira por fabricante de digitalizadores
Não existe um formato de ficheiro único para a patologia digital. Cada fabricante escreve o seu próprio contentor, a maioria variações de TIFF em mosaicos, e a escolha do visualizador resume-se muitas vezes a quais destes consegue ler.
Bibliotecas de código aberto como o OpenSlide e o Bio-Formats leem a maioria destes formatos, e é por isso que existem visualizadores independentes do fabricante. O SlideScope lê SVS, NDPI, VMS, VMU, MRXS, SCN, BIF, SVSLIDE, QPTIFF, AVS, DICOM, TIFF e OME-TIFF, além de Olympus VSI e Hamamatsu NDPIS desde a versão 1.10.0 e Philips iSyntax e KFBio KFB desde a versão 1.20.0; não lê SDPC, MDSX nem TMAP. A referência de compatibilidade de ficheiros tem os limites exatos, e a comparação de digitalizadores de patologia digital lista os modelos de digitalizadores atuais, a sua capacidade e a saída DICOM.
As camadas de software da patologia digital
Quem procura "software de patologia digital" refere-se normalmente a uma de cinco coisas bastante diferentes.
Software do digitalizador
Controla o digitalizador e vem normalmente com um visualizador gratuito para o formato próprio desse fabricante, como o Aperio ImageScope para SVS ou o Hamamatsu NDP.view2 para NDPI.
Sistemas de gestão de imagem
Plataformas de nível hospitalar que armazenam lâminas, se ligam ao sistema de informação laboratorial, gerem casos e listas de trabalho e estão validadas para uso clínico. Com preços empresariais e implementadas pelos serviços de informática.
Visualizadores para computador
Aplicações que abrem imagens de lâmina inteira a partir de um ficheiro, pasta ou ligação num computador comum, para revisão, medição, anotação e ensino. É aqui que o SlideScope se situa.
Plataformas de análise
O QuPath, o CellProfiler, o ImageJ e o Fiji, o ASAP e equivalentes comerciais que segmentam tecido, contam células e executam pipelines programados. Um visualizador passa-lhes normalmente regiões em GeoJSON.
IA e patologia computacional
Modelos que detetam, classificam ou graduam tecido a partir da imagem de lâmina inteira. Alguns estão aprovados como apoio à decisão clínica; a maioria são ferramentas de investigação que precisam primeiro de que a lâmina digital exista.
Investigação, ensino e uso clínico são problemas diferentes
A patologia de investigação é onde hoje se digitaliza a maioria das lâminas. Uma coorte é digitalizada uma vez, revista por várias pessoas, medida, anotada e introduzida na análise. Os requisitos são suporte de ficheiros independente do fabricante, medição calibrada, anotações que sobrevivem a uma passagem de mãos e uma forma fácil de enviar a um colaborador o campo de visão exato. Não há barreira regulamentar; a ferramenta só tem de ser exata e rápida.
O ensino usa as lâminas digitais como um microscópio virtual. Um curso digitaliza a sua caixa de lâminas uma vez e cada estudante abre o mesmo conjunto no seu próprio portátil, marca o que identificou e compara notas. É por isso que os visualizadores de lâminas de histologia que funcionam localmente no Windows e no macOS são importantes para as universidades.
O diagnóstico clínico primário num ecrã é regulamentado. Os digitalizadores e os sistemas de visualização usados para assinar casos estão aprovados ou certificados como dispositivos médicos na maioria das jurisdições, os laboratórios validam-nos face ao vidro e os monitores estão especificados. Os visualizadores de uso geral, incluindo o SlideScope, não estão aprovados para isto e dizem-no. Só são usados na clínica para o trabalho não diagnóstico em torno de um caso: ensino, preparação de reuniões, investigação em material arquivado e revisão de qualidade, quando a política da instituição o permite.
Vantagens e limitações
O que a patologia digital facilita: partilhar uma lâmina sem enviar o vidro, rever a mesma região ao mesmo tempo a partir de locais diferentes, medir de forma reprodutível, manter as anotações junto da imagem, criar conjuntos de ensino que nunca desbotam nem partem, arquivar sem uma sala de lâminas e, simplesmente, poder fazer análise de imagem ou IA.
O que custa: um digitalizador, armazenamento medido em terabytes, tempo para digitalizar, um fluxo de trabalho para manter o vidro e o digital sincronizados e validação se as imagens forem usadas para diagnóstico. A digitalização também perde algumas coisas que um microscópio oferece, como refocar através de um corte espesso, a menos que o digitalizador tenha captado uma pilha Z, e a luz polarizada, a menos que o digitalizador a suporte.
Onde o SlideScope se enquadra
O SlideScope é um visualizador de patologia digital para computador para investigação, ensino e revisão. Abre imagens de lâmina inteira dos principais fabricantes de digitalizadores no Windows e no macOS, mede em micrómetros calibrados, mantém as anotações associadas à lâmina, compara duas lâminas lado a lado à mesma escala, exporta regiões em GeoJSON para o QuPath e partilha um campo de visão exato como ligação. Funciona no seu próprio computador, não precisa de um servidor de imagens e tem um preço pensado para um laboratório e não para um hospital. Não é um dispositivo médico e não se destina ao diagnóstico primário. Se está a escolher entre ele e os visualizadores gratuitos, a comparação de visualizadores de imagens de lâmina inteira é o ponto de partida honesto.
Glossário de patologia digital
- Imagem de lâmina inteira (WSI)
- Uma digitalização digital multirresolução de gigapíxeis de uma lâmina de vidro inteira.
- Pirâmide de imagem
- O conjunto de cópias em mosaicos, progressivamente reduzidas, de uma imagem de lâmina inteira, que permite a um visualizador mostrar rapidamente qualquer nível de zoom.
- MPP (micrómetros por píxel)
- O tamanho físico de um píxel em resolução total; a calibração de que dependem todas as medições. Calcule-o para qualquer nível da pirâmide com a calculadora de tamanho de píxel.
- 20x e 40x
- A ampliação da objetiva usada na digitalização, aproximadamente 0,5 µm e 0,25 µm por píxel, respetivamente.
- H&E
- Hematoxilina e eosina, a coloração padrão para a morfologia dos tecidos.
- IHC
- Imuno-histoquímica, uma coloração que marca uma proteína específica; muitas vezes revista lado a lado com a H&E do mesmo bloco.
- Pilha Z
- Vários planos focais captados através de um corte espesso para que o visualizador possa refocar.
- DICOM WSI
- O suplemento da norma DICOM para imagens de lâmina inteira, usado para integrar a patologia nos sistemas de imagem hospitalares.
- Sistema de gestão de imagem
- A plataforma de servidor que armazena, indexa e disponibiliza imagens de lâmina inteira num laboratório clínico.
- Patologia computacional
- Análise de imagem e aprendizagem automática aplicadas a imagens de lâmina inteira.
Perguntas frequentes sobre a patologia digital
Qual é a diferença entre patologia digital e patologia computacional?
A patologia digital é a infraestrutura: digitalizar lâminas, armazenar imagens de lâmina inteira e vê-las no ecrã. A patologia computacional é o que se faz com essas imagens depois de serem digitais: análise de imagem, contagem de células, classificação de tecidos e modelos de aprendizagem automática. É preciso a primeira antes de se poder fazer a segunda.
A patologia digital é o mesmo que telepatologia?
Não. Telepatologia significa rever material de patologia à distância, o que é anterior à imagiologia de lâmina inteira e usava originalmente imagens de câmara em direto a partir de um microscópio. A patologia digital torna a telepatologia muito mais fácil, porque uma lâmina digitalizada pode ser partilhada como ficheiro ou ligação, mas um laboratório pode ser totalmente digital sem nunca fazer consultas à distância.
Que formato de ficheiro usam as lâminas de patologia digital?
Não existe um formato único. Cada fabricante de digitalizadores escreve o seu: a Aperio e a Leica escrevem SVS, a Hamamatsu escreve NDPI, a 3DHISTECH escreve MRXS, os digitalizadores Leica SCN escrevem SCN, a Ventana escreve BIF, a Philips escreve iSyntax e a Olympus escreve VSI. As opções independentes do fabricante são o TIFF piramidal, o OME-TIFF e a imagiologia de lâmina inteira DICOM. Um visualizador independente do fabricante, como o SlideScope, lê a maioria destes diretamente.
Preciso de hardware especial para ver imagens de lâmina inteira?
Não. Como uma imagem de lâmina inteira é guardada como uma pirâmide de mosaicos, um visualizador só carrega os mosaicos da região e do nível de zoom que estão no ecrã. Um portátil comum com 8 GB de RAM abre uma lâmina de vários gigabytes em segundos. A digitalização precisa de um digitalizador de lâminas, e o diagnóstico clínico primário usa monitores validados, mas a revisão para investigação e ensino não.
Posso fazer patologia digital num Mac?
Sim, para visualização e revisão de investigação. Vários visualizadores de fabricantes só funcionam no Windows, incluindo o Aperio ImageScope, mas o QuPath, o ObjectiveView, o Hamamatsu NDP.view2 e o SlideScope funcionam todos no macOS. O SlideScope disponibiliza versões nativas para Apple Silicon e Intel e abre lâminas SVS, NDPI, MRXS, SCN, BIF e QPTIFF num Mac.
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