什么是数字病理？

数字病理的定义

在其历史的大部分时间里，病理学都是在显微镜下进行的：组织切片经过固定、包埋、切片、染色、封片到玻片上，再由肉眼检查。数字病理取代的是最后这一步。玻璃切片只需扫描一次，生成的数字图像被存储下来，此后的一切工作，从常规审阅到第二意见、教学、存档和图像分析，都在屏幕上进行。

这个术语涵盖了实现这一切的整个环境：扫描仪、扫描仪生成的全切片图像、保存这些图像的存储和图像管理系统、显示图像的查看器，以及处理图像的分析工具。它本身并不意味着人工智能，尽管一旦有了这些图像，AI 是其增长最快的用途。

有三个相关术语常被混用，值得加以区分。全切片成像（WSI）是扫描技术。虚拟显微镜是指像通过显微镜一样查看扫描切片，这是教学项目常用的说法。远程病理是指远程病理审阅，数字切片让它变得容易得多，但它在数字切片出现之前就已存在。

玻璃切片如何变成全切片图像

1. 扫描。切片扫描仪让玻片在相机和物镜下移动，通常以 20x 或 40x 拍摄成千上万个相互重叠的视野，并将它们拼接成一幅图像。有些扫描仪会拍摄多个焦平面（Z 堆栈），以便日后对厚切片重新对焦。
2. 构建金字塔。全分辨率图像每边可能超过 100,000 像素，大小可达数 GB。因此，扫描仪还会写出逐级缩小的副本（通常每级缩小一半），并将每个层级切分为图块。正是这种多分辨率金字塔让图像变得可用：查看器只需请求屏幕上当前区域和缩放级别所需的图块。
3. 记录比例。文件会以微米为单位存储一个像素的物理尺寸（常写作 MPP，即每像素微米数，40x 时约为 0.25 µm，20x 时约为 0.5 µm）。查看器中的每一次测量都依赖这个值。
4. 附加元数据。标签图像、宏观概览图、扫描仪型号、物镜和扫描日期都保存在文件中，此外还有实验室打印在切片上的条形码。
5. 存储与提供访问。在医院中，切片会进入图像管理系统，并与实验室信息系统相连。在科研和教学中，切片通常存放在文件共享、云盘或笔记本电脑上，并在桌面查看器中打开。

各扫描仪厂商的全切片图像格式

数字病理并没有单一的文件格式。每家制造商都写入自己的容器格式，其中大多是分块 TIFF 的变体，而选择哪款查看器往往取决于它能读取其中哪些格式。

OpenSlide 和 Bio-Formats 等开源库能读取其中大多数格式，这也正是厂商中立查看器得以存在的原因。SlideScope 可读取 SVS、NDPI、VMS、VMU、MRXS、SCN、BIF、SVSLIDE、QPTIFF、AVS、DICOM、TIFF 和 OME-TIFF，自 1.10.0 版起还支持 Olympus VSI 和 Hamamatsu NDPIS，自 1.20.0 版起支持 Philips iSyntax 和 KFBio KFB；它不能读取 SDPC、MDSX 或 TMAP。文件兼容性参考列出了确切的限制，数字病理扫描仪对比则列出了当前的扫描仪型号、容量及 DICOM 输出能力。

数字病理的软件层次

人们搜索“数字病理软件”时，通常指的是五种截然不同的东西之一。

科研、教学和临床用途是不同的问题

科研病理是当今大多数切片被扫描的领域。一个队列只需数字化一次，然后由多人审阅、测量、标注，并送入分析流程。其要求是厂商中立的文件支持、校准测量、交接后依然保留的标注，以及能轻松把确切视野发给合作者的方式。这里没有监管门槛；工具只需准确且快速。

教学把数字切片当作虚拟显微镜使用。一门课程只需把切片盒扫描一次，每位学生就能在自己的笔记本电脑上打开同一套切片，标记自己识别出的结构，并相互对照。这就是为什么能在 Windows 和 macOS 上本地运行的组织学切片查看器对大学很重要。

在屏幕上进行临床初诊是受监管的。在大多数司法管辖区，用于签发病例的扫描仪和查看系统都需作为医疗器械获批或认证，实验室需对照玻璃切片进行验证，显示器也有规定要求。包括 SlideScope 在内的通用查看器未获此类认证，并会明确说明这一点。它们在临床中只用于病例周边的非诊断性工作：教学、病例讨论会准备、对存档材料的研究，以及在机构政策允许范围内的质量审查。

优势与局限

数字病理让哪些事情更容易：无需寄送玻片即可分享切片，在不同地点同时审阅同一区域，可重复地进行测量，让标注始终与图像在一起，建立永不褪色或破损的教学切片集，无需切片库房即可存档，以及能够进行图像分析或 AI 分析。

它的代价：一台扫描仪、以 TB 计的存储空间、扫描所需的时间、保持玻片与数字图像同步的工作流程，以及在图像用于诊断时所需的验证。扫描也会失去显微镜提供的某些能力，例如在厚切片中重新对焦（除非扫描仪拍摄了 Z 堆栈），以及偏振光（除非扫描仪支持）。

SlideScope 的定位

SlideScope 是一款用于科研、教育和审阅的桌面数字病理查看器。它可以在 Windows 和 macOS 上打开主要扫描仪厂商的全切片图像，以校准后的微米为单位测量，让标注始终附着在切片上，以相同比例并排对比两张切片，将区域导出为 GeoJSON 供 QuPath 使用，并以链接形式分享确切的视野。它在您自己的电脑上运行，无需图像服务器，定价面向实验室而非医院。它不是医疗器械，不用于初诊。如果您正在它和免费查看器之间做选择，全切片图像查看器对比是一个客观的起点。

数字病理术语表

全切片图像（WSI）

对整张玻璃切片进行的十亿像素级、多分辨率数字扫描。

图像金字塔

全切片图像的一组逐级降采样、分块的副本，使查看器能快速显示任意缩放级别。

MPP（每像素微米数）

全分辨率下一个像素的物理尺寸；是每一次测量所依赖的校准值。可使用像素尺寸计算器计算任意金字塔层级的值。

20x 和 40x

扫描时使用的物镜放大倍数，分别约为每像素 0.5 µm 和 0.25 µm。

H&E

苏木精-伊红染色，是观察组织形态的标准染色。

IHC

免疫组织化学，一种标记特定蛋白质的染色；常与同一蜡块的 H&E 切片并排审阅。

Z 堆栈

在厚切片中拍摄的多个焦平面，使查看器可以重新对焦。

DICOM WSI

DICOM 标准中针对全切片图像的补充部分，用于将病理整合到医院影像系统中。

图像管理系统

在临床实验室中存储、索引和提供全切片图像的服务器平台。

计算病理

应用于全切片图像的图像分析和机器学习。

关于数字病理的常见问题