นิยามของพยาธิวิทยาดิจิทัล
ตลอดประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ พยาธิวิทยาทำกันที่กล้องจุลทรรศน์: ชิ้นเนื้อเยื่อถูกตรึง ฝังในบล็อก ตัด ย้อมสี วางบนแผ่นแก้ว และตรวจดูด้วยตา พยาธิวิทยาดิจิทัลเข้ามาแทนที่ขั้นตอนสุดท้าย สไลด์แก้วถูกสแกนครั้งเดียว ภาพดิจิทัลที่ได้ถูกจัดเก็บไว้ และทุกอย่างหลังจากนั้น ตั้งแต่การตรวจทานตามปกติ การขอความเห็นที่สอง การสอน การเก็บถาวร ไปจนถึงการวิเคราะห์ภาพ เกิดขึ้นบนหน้าจอ
คำนี้ครอบคลุมทั้งระบบที่ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้: เครื่องสแกน ภาพสไลด์ทั้งแผ่นที่เครื่องสร้างขึ้น ระบบจัดเก็บและจัดการภาพที่เก็บภาพเหล่านั้น โปรแกรมดูที่แสดงภาพ และเครื่องมือวิเคราะห์ที่ทำงานกับภาพ คำนี้โดยตัวมันเองไม่ได้หมายถึงปัญญาประดิษฐ์ แม้ว่า AI จะเป็นการใช้งานภาพที่เติบโตเร็วที่สุดเมื่อมีภาพแล้วก็ตาม
มีคำที่เกี่ยวข้องกันสามคำซึ่งมักใช้แทนกันได้ แต่ควรแยกให้ชัด การสร้างภาพสไลด์ทั้งแผ่น (WSI) คือเทคโนโลยีการสแกน กล้องจุลทรรศน์เสมือน (virtual microscopy) คือการดูสไลด์ที่สแกนแล้วราวกับดูผ่านกล้องจุลทรรศน์ และเป็นคำที่หลักสูตรการสอนมักใช้ พยาธิวิทยาทางไกล (telepathology) คือการตรวจทานทางพยาธิวิทยาจากระยะไกล ซึ่งสไลด์ดิจิทัลทำให้ง่ายขึ้นมาก แต่มีมาก่อนสไลด์ดิจิทัล
สไลด์แก้วกลายเป็นภาพสไลด์ทั้งแผ่นได้อย่างไร
- การสแกน เครื่องสแกนสไลด์เลื่อนแผ่นแก้วไปใต้กล้องและเลนส์ใกล้วัตถุ โดยทั่วไปที่ 20x หรือ 40x เก็บภาพขอบเขตที่ซ้อนทับกันหลายพันภาพแล้วเย็บต่อเป็นภาพเดียว เครื่องสแกนบางรุ่นเก็บภาพหลายระนาบโฟกัส (Z-stack) เพื่อให้ปรับโฟกัสชิ้นเนื้อที่หนาได้ภายหลัง
- การสร้างพีระมิด ภาพความละเอียดเต็มอาจเกิน 100,000 พิกเซลต่อด้านและมีขนาดหลายกิกะไบต์ เครื่องสแกนจึงเขียนสำเนาที่เล็กลงเป็นลำดับไว้ด้วย (โดยทั่วไปลดลงครึ่งหนึ่งในแต่ละระดับ) และตัดทุกระดับออกเป็นไทล์ พีระมิดหลายความละเอียดนี้คือสิ่งที่ทำให้ภาพใช้งานได้: โปรแกรมดูจะขอเฉพาะไทล์ของบริเวณและระดับการซูมที่อยู่บนหน้าจอ
- การบันทึกสเกล ไฟล์เก็บขนาดทางกายภาพของหนึ่งพิกเซลเป็นไมโครเมตร (มักเขียนว่า MPP หรือไมครอนต่อพิกเซล ประมาณ 0.25 µm ที่ 40x และ 0.5 µm ที่ 20x) ทุกการวัดในโปรแกรมดูขึ้นอยู่กับค่านี้
- การแนบเมทาดาทา ภาพป้ายสไลด์ ภาพรวมแบบมาโคร รุ่นของเครื่องสแกน เลนส์ใกล้วัตถุ และวันที่สแกน ถูกเก็บไว้ภายในไฟล์ ร่วมกับบาร์โค้ดที่ห้องแล็บพิมพ์ไว้บนสไลด์
- การจัดเก็บและให้บริการ ในโรงพยาบาล สไลด์จะเข้าสู่ระบบจัดการภาพควบคู่กับระบบสารสนเทศห้องปฏิบัติการ ในงานวิจัยและการสอน สไลด์มักอยู่บนที่เก็บไฟล์ที่แชร์ ไดรฟ์คลาวด์ หรือแล็ปท็อป และเปิดในโปรแกรมดูบนเดสก์ท็อป
รูปแบบไฟล์ภาพสไลด์ทั้งแผ่นตามผู้ผลิตเครื่องสแกน
ไม่มีรูปแบบไฟล์พยาธิวิทยาดิจิทัลแบบเดียว ผู้ผลิตแต่ละรายเขียนคอนเทนเนอร์ของตนเอง ส่วนใหญ่เป็นรูปแบบดัดแปลงของ TIFF แบบไทล์ และการเลือกโปรแกรมดูมักขึ้นอยู่กับว่าอ่านรูปแบบใดได้บ้าง
ไลบรารีโอเพนซอร์ส เช่น OpenSlide และ Bio-Formats อ่านรูปแบบเหล่านี้ได้เกือบทั้งหมด ซึ่งเป็นเหตุผลที่โปรแกรมดูที่ไม่ขึ้นกับผู้ผลิตมีอยู่ได้ SlideScope อ่าน SVS, NDPI, VMS, VMU, MRXS, SCN, BIF, SVSLIDE, QPTIFF, AVS, DICOM, TIFF และ OME-TIFF รวมถึง Olympus VSI และ Hamamatsu NDPIS ตั้งแต่เวอร์ชัน 1.10.0 และ Philips iSyntax และ KFBio KFB ตั้งแต่เวอร์ชัน 1.20.0 แต่ไม่อ่าน SDPC, MDSX หรือ TMAP ข้อมูลอ้างอิงความเข้ากันได้ของไฟล์ระบุข้อจำกัดที่แน่ชัด และการเปรียบเทียบเครื่องสแกนพยาธิวิทยาดิจิทัลแสดงรายการรุ่นเครื่องสแกนปัจจุบัน ความจุ และเอาต์พุต DICOM
ชั้นซอฟต์แวร์ของพยาธิวิทยาดิจิทัล
ผู้ที่ค้นหา "ซอฟต์แวร์พยาธิวิทยาดิจิทัล" มักหมายถึงหนึ่งในห้าสิ่งที่ค่อนข้างแตกต่างกัน
ซอฟต์แวร์ของเครื่องสแกน
ควบคุมเครื่องสแกนและมักมาพร้อมโปรแกรมดูฟรีสำหรับรูปแบบไฟล์ของผู้ผลิตรายนั้นเอง เช่น Aperio ImageScope สำหรับ SVS หรือ Hamamatsu NDP.view2 สำหรับ NDPI
ระบบจัดการภาพ
แพลตฟอร์มระดับโรงพยาบาลที่จัดเก็บสไลด์ เชื่อมต่อกับระบบสารสนเทศห้องปฏิบัติการ จัดการเคสและรายการงาน และผ่านการตรวจสอบความถูกต้องสำหรับการใช้งานทางคลินิก ราคาระดับองค์กรและติดตั้งโดยฝ่ายไอที
โปรแกรมดูบนเดสก์ท็อป
แอปพลิเคชันที่เปิดภาพสไลด์ทั้งแผ่นจากไฟล์ โฟลเดอร์ หรือลิงก์บนคอมพิวเตอร์ทั่วไป สำหรับการตรวจทาน การวัด การใส่คำอธิบายประกอบ และการสอน นี่คือตำแหน่งของ SlideScope
แพลตฟอร์มวิเคราะห์
QuPath, CellProfiler, ImageJ และ Fiji, ASAP และซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์ที่เทียบเท่า ซึ่งแบ่งส่วนเนื้อเยื่อ นับเซลล์ และรันไปป์ไลน์แบบสคริปต์ โดยทั่วไปโปรแกรมดูจะส่งบริเวณต่าง ๆ ให้ซอฟต์แวร์เหล่านี้ในรูปแบบ GeoJSON
AI และพยาธิวิทยาเชิงคำนวณ
โมเดลที่ตรวจจับ จำแนก หรือให้เกรดเนื้อเยื่อจากภาพสไลด์ทั้งแผ่น บางโมเดลได้รับการรับรองเป็นเครื่องมือสนับสนุนการตัดสินใจทางคลินิก แต่ส่วนใหญ่เป็นเครื่องมือวิจัยที่ต้องมีสไลด์ดิจิทัลก่อน
การวิจัย การสอน และการใช้งานทางคลินิกเป็นปัญหาที่ต่างกัน
พยาธิวิทยาเพื่อการวิจัยเป็นที่ที่สไลด์ส่วนใหญ่ถูกสแกนในปัจจุบัน กลุ่มตัวอย่างถูกแปลงเป็นดิจิทัลครั้งเดียว ตรวจทานโดยหลายคน วัด ใส่คำอธิบายประกอบ และป้อนเข้าสู่การวิเคราะห์ ข้อกำหนดคือการรองรับไฟล์ที่ไม่ขึ้นกับผู้ผลิต การวัดแบบปรับเทียบ คำอธิบายประกอบที่ยังอยู่ครบเมื่อส่งต่องาน และวิธีง่าย ๆ ในการส่งขอบเขตภาพที่ตรงกันให้ผู้ร่วมงาน ไม่มีด่านกำกับดูแลใด ๆ เครื่องมือเพียงต้องแม่นยำและรวดเร็ว
การสอนใช้สไลด์ดิจิทัลเป็นกล้องจุลทรรศน์เสมือน รายวิชาหนึ่งสแกนกล่องสไลด์ของตนครั้งเดียว แล้วนักศึกษาทุกคนเปิดชุดเดียวกันบนแล็ปท็อปของตนเอง ทำเครื่องหมายสิ่งที่ระบุได้ และเปรียบเทียบบันทึกกัน นี่คือเหตุผลที่โปรแกรมดูสไลด์จุลกายวิภาคที่ทำงานในเครื่องได้ทั้งบน Windows และ macOS มีความสำคัญต่อมหาวิทยาลัย
การวินิจฉัยหลักทางคลินิกบนหน้าจออยู่ภายใต้การกำกับดูแล เครื่องสแกนและระบบการดูภาพที่ใช้ในการรายงานผลเคสได้รับการรับรองหรืออนุมัติเป็นเครื่องมือแพทย์ในเขตอำนาจส่วนใหญ่ ห้องปฏิบัติการตรวจสอบความถูกต้องเทียบกับสไลด์แก้ว และมีการกำหนดคุณสมบัติของจอแสดงผล โปรแกรมดูอเนกประสงค์ รวมถึง SlideScope ไม่ได้รับการรับรองสำหรับงานนี้และระบุไว้อย่างชัดเจน โปรแกรมเหล่านี้ใช้ในทางคลินิกเฉพาะงานที่ไม่ใช่การวินิจฉัยรอบ ๆ เคส: การสอน การเตรียมการประชุม การวิจัยกับวัสดุที่เก็บถาวร และการทบทวนคุณภาพในขอบเขตที่นโยบายของสถาบันอนุญาต
ประโยชน์และข้อจำกัด
สิ่งที่พยาธิวิทยาดิจิทัลทำให้ง่ายขึ้น: การแชร์สไลด์โดยไม่ต้องส่งแผ่นแก้ว การตรวจทานบริเวณเดียวกันในเวลาเดียวกันจากหลายสถานที่ การวัดที่ทำซ้ำได้ การเก็บคำอธิบายประกอบไว้กับภาพ การสร้างชุดสไลด์สำหรับการสอนที่ไม่ซีดจางหรือแตกหัก การเก็บถาวรโดยไม่ต้องมีห้องเก็บสไลด์ และการวิเคราะห์ภาพหรือใช้ AI ได้ตั้งแต่แรก
สิ่งที่ต้องลงทุน: เครื่องสแกน พื้นที่จัดเก็บระดับเทราไบต์ เวลาในการสแกน เวิร์กโฟลว์ที่ทำให้สไลด์แก้วและสไลด์ดิจิทัลตรงกัน และการตรวจสอบความถูกต้องหากจะใช้ภาพในการวินิจฉัย การสแกนยังทำให้สูญเสียบางสิ่งที่กล้องจุลทรรศน์มีให้ เช่น การปรับโฟกัสผ่านชิ้นเนื้อที่หนา เว้นแต่เครื่องสแกนจะเก็บ Z-stack ไว้ และแสงโพลาไรซ์ เว้นแต่เครื่องสแกนจะรองรับ
SlideScope อยู่ตรงไหน
SlideScope เป็นโปรแกรมดูพยาธิวิทยาดิจิทัลบนเดสก์ท็อปสำหรับการวิจัย การศึกษา และการตรวจทาน เปิดภาพสไลด์ทั้งแผ่นจากผู้ผลิตเครื่องสแกนรายใหญ่ได้บน Windows และ macOS วัดเป็นไมโครเมตรที่ปรับเทียบแล้ว เก็บคำอธิบายประกอบไว้กับสไลด์ เปรียบเทียบสองสไลด์แบบเคียงข้างกันที่สเกลเดียวกัน ส่งออกบริเวณเป็น GeoJSON สำหรับ QuPath และแชร์ขอบเขตภาพที่ตรงกันเป็นลิงก์ ทำงานบนเครื่องของคุณเอง ไม่ต้องใช้เซิร์ฟเวอร์ภาพ และตั้งราคาสำหรับห้องแล็บ ไม่ใช่โรงพยาบาล ไม่ใช่เครื่องมือแพทย์และไม่ได้มีไว้สำหรับการวินิจฉัยหลัก หากคุณกำลังเลือกระหว่าง SlideScope กับโปรแกรมดูฟรี การเปรียบเทียบโปรแกรมดูภาพสไลด์ทั้งแผ่นคือจุดเริ่มต้นที่ตรงไปตรงมา
อภิธานศัพท์พยาธิวิทยาดิจิทัล
- ภาพสไลด์ทั้งแผ่น (WSI)
- ภาพสแกนดิจิทัลหลายความละเอียดระดับกิกะพิกเซลของสไลด์แก้วทั้งแผ่น
- พีระมิดภาพ
- ชุดสำเนาแบบไทล์ที่ลดขนาดลงเป็นลำดับของภาพสไลด์ทั้งแผ่น ซึ่งช่วยให้โปรแกรมดูแสดงระดับการซูมใดก็ได้อย่างรวดเร็ว
- MPP (ไมครอนต่อพิกเซล)
- ขนาดทางกายภาพของหนึ่งพิกเซลที่ความละเอียดเต็ม ซึ่งเป็นการปรับเทียบที่ทุกการวัดขึ้นอยู่ด้วย คำนวณสำหรับระดับพีระมิดใดก็ได้ด้วยเครื่องคำนวณขนาดพิกเซล
- 20x และ 40x
- กำลังขยายของเลนส์ใกล้วัตถุที่ใช้ระหว่างการสแกน ประมาณ 0.5 µm และ 0.25 µm ต่อพิกเซลตามลำดับ
- H&E
- ฮีมาทอกซิลินและอีโอซิน ซึ่งเป็นสีย้อมมาตรฐานสำหรับดูสัณฐานวิทยาของเนื้อเยื่อ
- IHC
- อิมมูโนฮิสโตเคมี สีย้อมที่ระบุโปรตีนเฉพาะ มักตรวจทานแบบเคียงข้างกับ H&E ของบล็อกเดียวกัน
- Z-stack
- ระนาบโฟกัสหลายระนาบที่เก็บผ่านชิ้นเนื้อที่หนา เพื่อให้โปรแกรมดูปรับโฟกัสได้
- DICOM WSI
- ภาคผนวกของมาตรฐาน DICOM สำหรับภาพสไลด์ทั้งแผ่น ใช้เพื่อรวมพยาธิวิทยาเข้ากับระบบภาพทางการแพทย์ของโรงพยาบาล
- ระบบจัดการภาพ
- แพลตฟอร์มเซิร์ฟเวอร์ที่จัดเก็บ ทำดัชนี และให้บริการภาพสไลด์ทั้งแผ่นในห้องปฏิบัติการทางคลินิก
- พยาธิวิทยาเชิงคำนวณ
- การวิเคราะห์ภาพและการเรียนรู้ของเครื่องที่ใช้กับภาพสไลด์ทั้งแผ่น
คำถามที่คนมักถามเกี่ยวกับพยาธิวิทยาดิจิทัล
พยาธิวิทยาดิจิทัลกับพยาธิวิทยาเชิงคำนวณต่างกันอย่างไร?
พยาธิวิทยาดิจิทัลคือโครงสร้างพื้นฐาน: การสแกนสไลด์ การจัดเก็บภาพสไลด์ทั้งแผ่น และการดูภาพบนหน้าจอ พยาธิวิทยาเชิงคำนวณคือสิ่งที่คุณทำกับภาพเหล่านั้นเมื่อเป็นดิจิทัลแล้ว: การวิเคราะห์ภาพ การนับเซลล์ การจำแนกเนื้อเยื่อ และโมเดลการเรียนรู้ของเครื่อง คุณต้องมีอย่างแรกก่อนจึงจะทำอย่างหลังได้
พยาธิวิทยาดิจิทัลเหมือนกับพยาธิวิทยาทางไกลหรือไม่?
ไม่ พยาธิวิทยาทางไกลหมายถึงการตรวจทานวัสดุทางพยาธิวิทยาจากระยะไกล ซึ่งมีมาก่อนการสร้างภาพสไลด์ทั้งแผ่นและเดิมใช้ภาพสดจากกล้องที่ติดกับกล้องจุลทรรศน์ พยาธิวิทยาดิจิทัลทำให้พยาธิวิทยาทางไกลง่ายขึ้นมาก เพราะสไลด์ที่สแกนแล้วแชร์เป็นไฟล์หรือลิงก์ได้ แต่ห้องแล็บหนึ่งอาจเป็นดิจิทัลเต็มรูปแบบโดยไม่เคยปรึกษาทางไกลเลยก็ได้
สไลด์พยาธิวิทยาดิจิทัลใช้รูปแบบไฟล์อะไร?
ไม่มีรูปแบบเดียว ผู้ผลิตเครื่องสแกนแต่ละรายเขียนรูปแบบของตนเอง: Aperio และ Leica เขียน SVS, Hamamatsu เขียน NDPI, 3DHISTECH เขียน MRXS, เครื่องสแกน Leica SCN เขียน SCN, Ventana เขียน BIF, Philips เขียน iSyntax และ Olympus เขียน VSI ตัวเลือกที่ไม่ขึ้นกับผู้ผลิตคือ TIFF แบบพีระมิด, OME-TIFF และการสร้างภาพสไลด์ทั้งแผ่นแบบ DICOM โปรแกรมดูที่ไม่ขึ้นกับผู้ผลิต เช่น SlideScope อ่านรูปแบบเหล่านี้ได้โดยตรงเกือบทั้งหมด
ต้องใช้ฮาร์ดแวร์พิเศษในการดูภาพสไลด์ทั้งแผ่นหรือไม่?
ไม่ เนื่องจากภาพสไลด์ทั้งแผ่นถูกเก็บเป็นพีระมิดของไทล์ โปรแกรมดูจึงโหลดเฉพาะไทล์ของบริเวณและระดับการซูมที่อยู่บนหน้าจอ แล็ปท็อปทั่วไปที่มี RAM 8 GB เปิดสไลด์ขนาดหลายกิกะไบต์ได้ในไม่กี่วินาที การสแกนต้องใช้เครื่องสแกนสไลด์ และการวินิจฉัยหลักทางคลินิกใช้จอแสดงผลที่ผ่านการตรวจสอบความถูกต้อง แต่การตรวจทานเพื่อการวิจัยและการสอนไม่ต้องใช้
ทำงานพยาธิวิทยาดิจิทัลบน Mac ได้หรือไม่?
ได้ สำหรับการดูภาพและการตรวจทานเพื่อการวิจัย โปรแกรมดูของผู้ผลิตหลายตัวใช้ได้เฉพาะ Windows รวมถึง Aperio ImageScope แต่ QuPath, ObjectiveView, Hamamatsu NDP.view2 และ SlideScope ล้วนทำงานบน macOS SlideScope มีบิลด์แบบเนทีฟสำหรับ Apple Silicon และ Intel และเปิดสไลด์ SVS, NDPI, MRXS, SCN, BIF และ QPTIFF บน Mac ได้
เปิดภาพสไลด์ทั้งแผ่นภาพแรกของคุณ
เริ่มต้นฟรีด้วยคลังภาพตัวอย่างในตัว: ไม่ต้องมีบัญชี ใช้ได้ทุกเครื่องมือ เมื่อคุณต้องการเปิดสไลด์ของคุณเอง การสมัครสมาชิกจะปลดล็อกทุกฟีเจอร์ (PayPal หรือบัตร เรียกเก็บเงินเมื่อคุณสมัคร) ลากไฟล์ SVS, NDPI หรือ MRXS เข้ามา แล้วดูพีระมิด สเกลที่ปรับเทียบแล้ว และเครื่องมือคำอธิบายประกอบบนสไลด์ของคุณเอง
ดาวน์โหลด SlideScope