未来即现在:数字病理学

2021
11/12

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江丰生物 智慧病理
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众所周知,病理学是整个医疗体系最重要的支柱之一。

每天,医生们都在等待病理科实验室的活检结果。他们需要这些结果,以便为患者进行及时、准确的诊断,并确定正确的治疗方法,监测患者的病情。

但在现实中,获取信息的过程往往很慢。这是由多种原因导致的。

在病理实验室,大量时间被花费在观察玻片和直接从玻片分析组织样本上。据病理医师所述,以下是由于实验室缺乏更现代的工作流程而浪费时间的常见情形:

· 我得在无数个载玻片盒中寻找我想要的那个玻片 

· 我花数小时试图完全按照上次的方式设置我的显微镜

· 我得拉着我同事的胳膊,让他们在我的显微镜上检查组织

· 我下午大部分时间都在和同事共享影像资料

这些都是真实的例子,表明我们是多么需要技术来加速和简化实验室里的这些基本流程。

当我们看到医疗系统中的放射学和其他医学学科纷纷在使用技术提高效率和质量中获益,病理学似乎是现代化的下一个方向。

但事实真的如此吗?为找到答案,在这篇文章中,我们将介绍采用数字病理学的好处和挑战。

什么是数字病理学,它是如何运作的?

数字病理学是指利用技术来加快和优化病理实验室的工作流程。在实际操作中,则是通过使用先进的数字扫描仪来捕获数字切片,然后将其存储、分析并与他人共享。

整个数字病理系统或环境由四个关键部分组成:

· 使用数字扫描仪捕获数字切片信息(图像)

  • · 图像存储和归档

  • · 对捕获的图像进行编辑和其他操作

  • · 阅览并与其他医生或机构分享图像

所有这些都是使用全玻片成像 (WSI) 技术完成的,或者有人称之为“虚拟显微镜”。在第一阶段,扫描仪“模仿”传统显微镜并捕获数字载玻片,而在第二阶段,则通过使用专门的软件进行图像查看和分析。这个过程取代了病理学家用肉眼观察载玻片的每个组织并做笔记和下最终结论的传统工作流程。

尽管数字切片扫描仪在20年前就已问世,但与今天的现代扫描仪相比,那时的数字切片扫描仪还是非常原始的。

从技术层面讲,使用现代扫描仪捕获图像的过程包括将载玻片放入扫描仪中。然后,扫描仪识别出组织上的某些关键点并逐块扫描。一些扫描仪使用线性技术,该技术也用于制作卫星图像,其是将所有图像线性连接成一张全视野图像。其他扫描仪则使用商业电影摄影机中常见的方形芯片。这些扫描仪间隔式地捕获多张图像,然后将它们全部拼接成一张大图像。

数字病理学有哪些益处?

无论是在实验室、大学还是研究中心,使用数字病理系统都有诸多好处。 

数字病理系统一旦实施,必然会带来很多变化。大约15年前,我们在放射学领域目睹了类似的变化,当时技术简化了工作流程,帮助减少了医疗保健的费用。

√ 更快更高效的工作流程

数字病理学的优势在于使用数字切片扫描仪和计算机软件与世界各地的医生或整个医疗团队以电子化方式处理、分析和共享组织的数字图像。一旦捕获到组织的图像,就可以无限次地将其用于诊断、共享和教育目的。

很显然,由于玻片的脆弱性,整个运输过程非常棘手。

病理数字化的目标并不是用计算机取代病理医生,而是用计算机来完成繁琐、耗时的工作。这样,病理学医生就有更多的时间来做出更好的诊断,而对于实验室而言,这意味着有更多的时间来改进计划和样本追踪。

此外,我们也需知道,运送玻片到其他地方需要一定的时间,而分享数字图像只需点击鼠标即可瞬间完成。

数字图像还可以用于病理报告,以及通过使用先进的专业计算机软件进行图像分析来预测结果。

√ 削减成本

在美国国家生物技术信息中心(NCBI)网站上发表的一篇论文里,就对大型机构中实施数字病理系统如何显著降低成本进行了分析。

在实施数字病理学后的5年时间里,一个每年有21.9万份订单的实验室预计可节省1240万美元。

其中一个关键因素是,由于生产力的提高,实验室工作人员可以更好地管理时间。使用数字病理系统分析组织图像的效率和精准度远高于传统显微镜。

√ 改善患者预后

在节省开支的同时,病人也得到了更好的治疗。

每天都有越来越多的患者询问病理医生是否对自己的诊断有信心。这给病理医生带来了及时提供精确诊断的压力,而数字病理可以帮助他们实现这一目标。

病理医生知晓一切的时代已经结束。如今,由于患者数据量太大了,如果没有技术的帮助,医生很难提供快速准确的诊断。数字病理可以为此发挥作用,它通过自动化加快了常规任务进程,这是病理医生短时间内在不影响质量的情况下无法完成的。

举个例子,荷兰梅亨大学的Han Van Krieken博士分享了一个故事。他说,有一次,他的一个病人在等待器官移植时急需进行组织活检。但由于范·克里肯医生在移植病理学方面没有经验,他需要同事们的紧急帮助。一收到活检图像,他就通过链接转发同事:其中一个是在最北部的病理学专家,另一个住在遥远的西部。

多亏了数字病理,物理距离根本不影响,因为他在一个小时或更短的时间内就在他的电脑上获得了同事们的专业意见!

√ 与 LIS 系统集成的数字图像

新技术在医疗体系的每个部分都发挥了作用,这无疑是一件好事。实验室信息系统(LIS)甚至在每一个像样的实验室都实施,可以说LIS已经是旧闻了。

在医院和实验室信息系统集成的机构中,传统的工作流程使病理实验室看起来像一个孤岛,与医院其他部门没有实现真正的连接。但如果安装数字病理系统,就可以轻松共享数字图像,从而将病理实验室与医院部门和整个医疗系统连接起来。

将这些技术集成到一个强大的数字系统中,是创建更好的多学科专家团队、组织网络会议以及培育新专家的绝佳平台。

数字病理在医疗领域更像是一种进化,而不是一场革命。既然有了诸如以上的那么多益处,我们不禁会问:“为何当前我们并没有看到数字病理的广泛实施?”

这个问题的答案并不容易,因为还遇到很多障碍。这些问题,或者说是挑战,需要解决。接下来我们继续深入探讨。

数字病理学面临的挑战

新技术的应用过程从来都不容易。为了改善病理学,还有很多问题需要解决。

√ 技术恐惧

尽管这个词可能有点危言耸听,但我们在日常生活中都有过相关的经验。对部分人而言,采用并信任新的计算机技术是一个巨大的挑战,但这没关系。他们只是觉得使用它们不舒服。 改变总是困难的。

我认为,当我们通过显微镜观察时,我们感到安全,因为这是通过多年实践学到的东西。

——汉·范·克里肯医生

病理学多年以来都遵循标准程序和工作流程,在这么一个熟悉的环境中工作会形成习惯和“舒适区”。确实,病理学是保守的,依赖于先前获得的、经过验证的知识。

用显示器而不是显微镜来观察组织样本是一个巨大的变化。

在这个新的数字环境中,病理医生需要熟悉全玻片成像 (WSI),这意味着需要掌握使用数字扫描仪以及用于图像分析和处理相关专业软件的出色技能。这需要额外的教育和适应。幸运的是,对于习惯在各种情况下使用技术的新一代年轻病理医生来说,这种适应会容易得多。

√ 技术挑战

人们对数字病理的谨慎和担忧,基本都回到了技术上。

实现数字病理最重要的因素之一是计算机硬件。例如,如果使用色彩精度较差的显示器,则可能会导致诊断不准确。而这只是一个成功的数字病理系统所需的一部分。病理“工作站”具备最好的或至少足够的计算机硬件用于查看和处理数字图像尤为重要。

此外,捕捉高分辨率图像会产生大量的新数据。这就要求加大现有存储能力的投入。一个普通实验室每天制作300到 700 张新玻片,这意味着每天额外增加 1000 GB 的数据。

还有,实现 LIS 系统集成将提高整体数据传输速度,从而加快了捕获图像到呈现在医生“办公桌”上的处理速度。

很明显,我们提到的所有这些都给实验室和医院带来了巨大的财务和组织挑战——无论其规模如何。

√ 标准和法规

新技术需要新的法规。明确的标准法规是确保服务质量和可靠性的关键。对于采用数字病理也是如此。

· 正如我们已经提到的,数字病理的过程尚未标准化,这需要解决。一些未知因素包括:

· 当数字病理的四个关键组成部分之一,例如图像捕获在一个实验室完成,但存储和分析处理等操作在另一个设施中完成时,我们将如何监管整个医疗模块?

  • · 法规是否包括所有诊断要素,例如,某些组织类型、学科、方法或分析是否被排除在法规之外?

  • · 我们如何验证结果?

至于图像格式的标准化,美国在几年前已经有所解决,但美国标准与欧洲或世界其他地区的标准之间仍然没有实现统一。

总结

数字病理是一项颠覆性技术,它改变了病理过程的核心。它将有助于更好的初级诊断,帮助病理学家轻松访问来自不同站点的数字图像,并为更好地进行多学科联合会诊创建一个平台。

此外,这项技术在培育新一代病理医生方面具有巨大的潜力。

但当然,挑战也是存在的。

数字病理的标准化和规范还没有应有的水平,病理医生在采用这种新技术方面仍然存在一些问题。

我们也不能忽视的一个事实是,这些数字病理系统仍然非常昂贵。但随着市场的增长,全球医疗机构将更能负担得起。

数字病理系统的采用似乎已经迫在眉睫了。

译自文章:The future is now:Digital pathology,作者:SEAD BRKAN

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关键词:
病理学,扫描仪,实验室,显微镜,计算机,数字

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