Immer tiefer in die virtuelle Welt

Digitale Pathologie

Vor sieben Jahren erschien unser erster tabellarischer Vergleich digitaler Scanner. Von den acht damals vorgestellten Geräten waren sechs kompakt-integriert und nur zwei modular aus flexibel kombinierbaren Komponenten zusammengesetzt.

Die aktuelle Tabelle auf den nächsten Seiten zeigt, dass mittlerweile vermehrt modulare Systeme auf den Markt kommen, die sich mit verschiedenen Mikroskopen und Kameras kombinieren lassen oder deren Scaneinheiten mit einer robotischen Zuführung ausgestattet werden können. 

Modular oder kompakt?

Die für Standardlabore entwickelten Kompaktgeräte liefern solide Arbeit in hoher Qualität. Sie bieten neben Durchlicht zum Teil auch Fluoreszenzmikroskopie und benötigen für den in der Tabelle abgefragten Bildausschnitt zwischen 30 und 275 Sekunden.

Die modularen Systeme decken ein breit gefächertes Durchsatzspektrum ab. Am oberen Ende steht ein Großgerät, das aus bis zu zehn parallel geschalteten Scan­einheiten und einer auto­matischen Objektträgerzuführung zusammengesetzt werden kann. In der maximalen Konfiguration erreicht es einen Durchsatz von 300 Objektträgern pro Stunde. Hierfür gibt es auch flexible Finanzierungskonzepte, zum Beispiel in Form einer Slide-Pauschale.

Das genaue Gegenteil dazu ist ein manuell zu bedienendes Mikroskop, das aus dem Videostrom der Mikroskopkamera in Echtzeit ein Whole Slide Image erstellt, während der Anwender wie gewohnt durch das Präparat mäandert. 

Mikroskopie

Auch die in der Tabelle vorgestellten Mikroskopie-Verfahren sind äußerst vielseitig. Vier der zehn Systeme können immunhistochemisch gefärbte Schnitte (IHC) und In-situ-Hybridisierung (ISH) im Fluoreszenzlicht auswerten. Die Auflösung hängt zwar von vielen Details ab, trotzdem haben wir die Hersteller nach der Pixelauflösung gefragt und zur Antwort je nach System bei 40-facher Gesamtvergrößerung Angaben zwischen 0,14 und 0,28 μm/Pixel erhalten. Im Zweifelsfall empfehlen wir jedoch die Rücksprache mit dem Hersteller. 

Ein System fällt durch besondere Vielfalt der eingesetzten Mikroskopiertechniken auf. Exemplarisch seien hier Whole Slide Confocal Microscopy und Expanded Based Super Resolution Microscopy (EBSR) erwähnt. Die konfokale Mikroskopie eignet sich besonders gut zur Darstellung von dichtem Gewebe, beispielsweise aus Hirnschnitten. Für die EBSR-Mikroskopie wird das Gewebe chemisch vorbehandelt: Eine Polysaccharid-Lösung bläht die Zellen bis in die molekularen Strukturen auf, erhöht dadurch die Auflösung und erlaubt lichtmikroskopisch  – das bedeutet kostengünstig – eine Darstellung in höchster Auflösung. 

Bilddaten-Analyse

Wir kennen die Forderung aus dem privaten Bereich: Man möchte die zahllos aufgenommenen Bilder übersichtlich verwalten und mit anderen teilen. Ähnliches benötigt auch die Pathologie. Die digitalen Bilder müssen gespeichert, nach unterschiedlichsten Kriterien sortiert, in der Cloud geteilt und aus der Ferne beurteilt werden. Als Basisausstattung benötigt man eine Mikroskop-Kamera oder einen Scanner sowie eine leistungsstarke Software zur Aufnahme des virtuellen Bildes, einen großen Speicher für die Bilddaten sowie eine Datenleitung zum Austausch der Bilder mit dem Einsender bzw. mit anderen Pathologien.

Die Beurteilung aus der Ferne wird von vielen Pathologen als wichtiger Schritt zur Entlastung bei der täglichen Arbeit angesehen, doch müssen hierfür in Deutschland noch die rechtlichen Voraussetzungen geschaffen werden. Ein technisches Problem beim Austausch großer Datenmengen per Fernleitung sind häufig die Übertragungsgeschwindigkeiten. Die Zeiten für Scannen und Speichern der Bilder können durch die Wahl geeigneter Hardware und Software kurz gehalten werden, doch die Geschwindigkeit der Datenleitung liegt in der Verantwortung des jeweiligen Betreibers. Software-Systeme für die „Digitale Pathologie“ gibt es schon lange. Der Anbieter hat eine Lösung zur Verwaltung der gescannten Bilder in das System integriert. Dank künstlicher Intelligenz (zum Beispiel Deep Learning) werden auch zunehmend Algorithmen entwickelt, die in der Lage sind, charakteristische Strukturen in den Gewebeschnitten zu identifizieren. Für die Biomarker-Bestimmung werden ferner Apps entwickelt, die den Arbeitsablauf abbilden und die Auswertung unterstützen. Zwei Softwarefirmen im Umfeld der digitalen Pathologie entwickeln solche Algorithmen. 

Dr. Gabriele Egert
Mitglied der Redaktion
"Ich danke Herrn Prof.-Doz. Dr. med. Alberto Perez Bouza, Universität Heidelberg, für seine fachliche Unterstützung."