디지털 병리학
Digital pathology
디지털 병리학은 디지털화된 검체 슬라이드에서 생성된 정보를 기반으로 데이터 관리에 초점을 맞춘 병리학 하위 분야입니다.컴퓨터 기반 기술을 사용함으로써 디지털 병리학은 가상 현미경을 [1]이용합니다.유리 슬라이드는 디지털 슬라이드로 변환되어 컴퓨터 모니터로 표시, 관리, 공유 및 분석이 가능합니다.가상현미경(Virtual Microscopy)[2]의 다른 이름인 WSI(Whole-Slide Imaging)의 실천으로 디지털 병리학 분야는 성장하고 있으며, 인공지능과 기계학습의 성공에 따른 질병 진단, 예후, 예측 등을 효율적이고 저렴하게 달성할 수 있도록 진단의학 분야에 응용되고 있다.
역사
디지털 병리학의 뿌리는 최초의 정신병리학 실험이 있었던 1960년대로 거슬러 올라간다.1990년대 후반에 가상 현미경의[3] 원리는 몇몇 생명과학 연구 분야에서 나타났다.세기가 바뀌면서 과학계는 점점 더 "디지털 병리학"이라는 용어에 동의하여 병리학에서의 디지털화 노력을 나타냈다.그러나 2000년에는 디지털 병리 개념을 광범위하게 보급하기 위한 기술적 요건(스캐너, 스토리지, 네트워크)이 여전히 제한적이었다.지난 5년간 새롭고 강력하고 저렴한 스캐너 기술과 대용량/클라우드 스토리지 기술이 시장에 등장하면서 이러한 변화는 바뀌었습니다.방사선학 분야는 거의 15년 전에 디지털 변혁을 겪었는데, 이는 방사선학이 더 발전했기 때문이 아니라 방사선학과 디지털 병리학과 디지털 이미지 사이에는 근본적인 차이가 있기 때문입니다.방사선학에서 이미지 소스는 (살아 있는) 환자이며, 오늘날 대부분의 경우 이미지는 주로 디지털 형식으로 캡처됩니다.병리학에서 스캐닝은 보존 및 처리된 시료에서 이루어지며, 바이오뱅크에 저장된 슬라이드에서도 소급 연구를 위해 이루어집니다.이러한 사전 분석 및 메타데이터 컨텐츠의 차이 외에도, 디지털 병리학에서 필요한 스토리지는 방사선학에서보다 2~3배 더 높습니다.그러나 디지털 병리학을 통해 예상되는 이점은 방사선학과와 유사합니다.
- 디지털 슬라이드를 거리에 걸쳐 신속하게 전송할 수 있어 텔레파시 시나리오가 가능합니다.
- 아카이브 선반에서 슬라이드를 검색하는 것보다 훨씬 쉽게 동일한 환자 및/또는 유사한 사례의 과거 샘플에 액세스하여 비교 및 검토할 수 있습니다.
- 가상 현미경을 사용하여 여러 슬라이드의 여러 영역을 동시에 비교할 수 있습니다(슬라이드 모드별).
- 슬라이드에 직접 주석을 달아 교육 및 연구를 위해 공유할 수 있습니다.
디지털 병리학은 오늘날 원격병리학 및 원격상담 및 연구 프로젝트에서 교육 목적으로[4] 널리 사용되고 있습니다.디지털 병리학에서는 슬라이드를 훨씬 쉽게 공유하고 주석을 달 수 있으며 주석이 달린 강의 세트를 다운로드하면 병리학에서의 이러닝과 지식 공유에 새로운 기회가 생깁니다.진단 분야의 디지털 병리학은 새롭게 부상하고 있는 분야입니다.
환경
스캔
디지털 슬라이드는 특수 스캔 기계를 사용하여 유리 슬라이드로 제작됩니다.모든 고품질 스캔에는 먼지, 긁힘 및 기타 장애물이 없어야 합니다.디지털 슬라이드 스캔에는 타일 기반 스캔과 라인 기반 스캔의 두 가지 일반적인 방법이 있습니다.[5] 두 기술 모두 통합 카메라와 전동식 스테이지를 사용하여 조직의 일부가 이미징되는 동안 슬라이드를 이동합니다.타일 스캐너는 슬라이드의 전체 조직 영역을 덮는 사각 시야 이미지를 캡처하는 반면 라인 스캐너는 타일이 아닌 길고 중단되지 않는 줄무늬로 조직의 이미지를 캡처합니다.어느 경우든 스캐너와 관련된 소프트웨어는 타일 또는 라인을 하나의 심리스 이미지로 스티치합니다.
Z 스택은 수직 z축을 [6]따라 여러 초점 평면에서 슬라이드를 스캔하는 것입니다.
보다
디지털 슬라이드는 컴퓨터 모니터를 통해 볼 수 있으며 소프트웨어를 로컬 또는 인터넷을 통해 원격으로 볼 수 있습니다.순수 JavaScript에서 구현된 오픈 소스 웹 기반 뷰어의 예로는 OpenSeadragon 뷰어가 있습니다.QuPath는 이와 같은 오픈 소스 소프트웨어 중 하나이며, 전체 슬라이드 이미지로 작업할 수 있는 강력한 도구 세트를 제공하기 때문에 디지털 병리학 애플리케이션에 자주 사용됩니다.반면 OpenSlide는 전체 슬라이드 이미지를 읽고 볼 수 있는 간단한 인터페이스를 제공하는 C 라이브러리(Python 및 Java 바인딩도 사용 가능)입니다.
관리하다
디지털 슬라이드는 아카이브 및 인텔리전트 검색을 가능하게 하는 정보 관리 시스템에 보관됩니다.
네트워크
디지털 슬라이드는 많은 경우 인터넷 또는 개인 네트워크를 통해 저장 및 전달되며 열람 및 참조를 위해 사용됩니다.
분석하다
이미지 분석 도구는 디지털 슬라이드에서 객관적인 정량 측정을 도출하기 위해 사용됩니다.종종 딥 러닝 신경망을 사용하여 구현되는 이미지 분할 및 분류 알고리즘은 디지털 슬라이드에서 의학적으로 중요한 영역과 객체를 식별하는 데 사용됩니다.
통합
디지털 병리학 워크플로우는 기관의 전체 운영 환경에 통합됩니다.슬라이드의 디지털화는 수동으로 검토되는 일상적인 슬라이드 수를 줄여 워크로드 효율성을 극대화할 것으로 예상됩니다.
공유.
디지털 병리학은 또한 교육, 진단, 출판 및 연구를 위한 인터넷 정보 공유를 가능하게 합니다.이는 공개적으로 사용 가능한 데이터 세트 또는 기계 학습 알고리즘에 대한 오픈 소스 액세스의 형태를 취할 수 있습니다.
과제들
디지털 병리학은 FDA에 의해 1차 [7]진단으로 승인되었습니다.이 승인은 광범위한 외과 병리 검체, 샘플 유형 및 [8]얼룩에 걸쳐 전체 슬라이드 영상(WSI)이 현미경 검사에 도움이 되지 않는 것으로 나타난 1,992건의 사례를 대상으로 한 다중 센터 연구에 기초했다.유리 슬라이드에서 디지털 데이터를 작성할 때 WSI에는 장점이 있지만 실시간 텔레파시 애플리케이션에 관해서는 WSI를 여러 원격 [9]병리학자가 논의 및 협업하는 데 있어 WSI를 선택하는 것이 좋습니다.또한 필름 제거로 투자수익률(ROI)이 명확해진 디지털 방사선과는 달리 디지털 병리학 기기의 ROI는 그다지 명확하지 않습니다.ROI의 가장 강력한 근거로는 의료 품질 향상, 병리학자의 효율성 향상, 유리 슬라이드 [10]처리 비용 절감 등이 있습니다.
확인
디지털 전체 슬라이드 이미지를 평가할 때 병리학자의 높은 진단 성능을 보장하려면 특정 환경(위 참조)에서 디지털 현미경 검사 워크플로우의 검증이 중요합니다.이 검증 [11]프로세스에는 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.미국병리학회는 인체병리학 [12]진단 목적으로 슬라이드 이미지 시스템 전체를 검증하기 위한 최소한의 요건을 갖춘 가이드라인을 발표했습니다.
잠재적인
훈련을 받은 병리학자는 전통적으로 현미경으로 조직의 슬라이드를 봅니다.이러한 조직 슬라이드는 세포 구조를 강조하기 위해 얼룩질 수 있습니다.슬라이드가 디지털화되면 원격병리학을 통해 공유할 수 있으며 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 수치적으로 분석됩니다.알고리즘을 사용하여 구조물의 수동 카운트를 자동화하거나 종양을 정지하는 데 사용되는 등의 조직 상태를 분류할 수 있습니다.또한 유사분열 수치, 상피 세포 또는 폐암 결절, 사구체 또는 혈관과 같은 조직 특이 구조의 특징 검출 또는 돌연변이 유전자, 종양 돌연변이 부담 또는 전사 [13][14][15]변화 등의 분자 생체 마커의 추정에 사용할 수 있습니다.이는 사람의 실수를 줄이고 진단의 정확도를 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다.디지털 슬라이드를 쉽게 공유할 수 있기 때문에 교육 분야 및 전문 병리학자의 상담에서 데이터 사용 가능성이 높아집니다.다중 이미징(같은 슬라이드에 여러 마커를 표시)을 통해 병리학자는 세포 유형 및 해당 상대적 [16]위치를 보다 세밀하게 파악할 수 있습니다.세포 타입의 공간적 분포, 또는 세포 타입이 발현하는 마커와 경로의 이해는 표적 약물의 처방을 허용하거나 개인화된 방식으로 조합 치료법을 구축할 수 있다.
「 」를 참조해 주세요.
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