Digitale Pathologie und automatisierte Bildanalyse in der Zytologie

Die digitale Pathologie wandelt zytologische Glasobjektträger in hochauflösende digitale Bilder um, die am Computer betrachtet, geteilt und analysiert werden können, während die automatisierte Bildanalyse quantitative und maschinelle Lernalgorithmen auf diese Bilder anwendet. Zusammen unterstützen sie die Fernbegutachtung, die Arbeitslasttriage und die computergestützte Erkennung abnormaler Zellen in zytologischem Material.

Definition

Digitale Pathologie und automatisierte Bildanalyse in der Zytologie umfassen die Digitalisierung zytologischer Objektträger zu Whole Slide Images und die Anwendung von computergestützten Algorithmen, einschließlich maschinellem Lernen, zur Unterstützung ihrer Begutachtung und quantitativen Interpretation.

Scope

Der Eintrag behandelt die Whole Slide Imaging (WSI) in der Zytologie, die Validierungsanforderungen für die diagnostische Nutzung sowie die Rolle der automatisierten Bildanalyse und der Deep-Learning-Bildanalyse. Der Fokus liegt auf methodischen Aspekten; es werden keine spezifischen Softwareprodukte empfohlen oder die Expertenbegutachtung ersetzt.

Core questions

• Welche Validierung ist erforderlich, bevor Whole Slide Imaging für die primäre zytologische Diagnose verwendet werden kann?
• Welche Merkmale zytologischer Präparate machen die Digitalisierung anspruchsvoller als die Histologie?
• Wie kann die automatisierte Bildanalyse den Zytologen unterstützen, anstatt ihn zu ersetzen?

Key concepts

• Whole Slide Imaging (WSI)
• Z-Stapelung und Fokussierung über Zellschichten hinweg
• Validierung für den diagnostischen Einsatz
• Computergestützte Erkennung und Screening
• Deep Learning und konvolutionale neuronale Netze
• Fern- und Telezytologie-Begutachtung

Mechanisms

Ein Objektträgerscanner erfasst die zytologische Präparation als digitales Bild; da zytologisches Material oft in drei Dimensionen und nicht in einer einzelnen Gewebeebene verteilt ist, können mehrere Fokusebenen (Z-Stapelung) erforderlich sein, um Zellen scharf darzustellen, was die Bildgröße und die Scan-Anforderungen im Vergleich zur Histologie erhöht. Die resultierenden Whole Slide Images können aus der Ferne begutachtet werden und dienen als Eingabe für Bildanalysealgorithmen, einschließlich tiefer neuronaler Netze, die Zellen segmentieren, Merkmale quantifizieren oder verdächtige abnormale Zellen zur menschlichen Begutachtung markieren. Die diagnostische Nutzung erfordert eine formale Validierung, die den digitalen mit dem Glasobjektträger-Befund vergleicht.

Clinical relevance

Die digitale Zytologie unterstützt die Telezytologie, Zweitmeinungen, die Ausbildung und das computergestützte Screening, wobei Algorithmen eher zur Unterstützung als zum Ersatz des Zytologen gedacht sind. Dieser Eintrag beschreibt die Methoden und deren Validierung; die Implementierung und Interpretation in einem bestimmten Labor unterliegen lokalen Validierungs- und regulatorischen Anforderungen und stellen keine individuelle klinische Beratung dar.

Evidence & guidelines

Das College of American Pathologists hat eine Leitlinie zur Validierung von Whole Slide Imaging für diagnostische Zwecke herausgegeben (Pantanowitz et al., 2013), deren spezifische Relevanz und Anpassung an die Zytopathologie separat untersucht wurde (Antonini et al., 2022). Fortschritte beim Scannen und bei der Berechnung, einschließlich Deep-Learning-Ansätzen, die Whole Slide Images beschleunigen und analysieren, erweitern das Feld kontinuierlich (Rivenson et al., 2022).

History

Die Telepathologie und statische digitale Bilder gingen der Entwicklung von Whole-Slide-Scannern voraus, die die Digitalisierung ganzer Objektträger praktikabel machten. Die Einführung in der Zytologie hinkte der Histologie aufgrund der dreidimensionalen Verteilung der Zellen hinterher, aber verbesserte Z-Stapelung und der Aufstieg des Deep Learning haben die digitale Zytologie und die automatisierte Analyse in eine breitere Untersuchung und Anwendung gebracht.

Debates

Wie umfassend kann Whole Slide Imaging die primäre zytologische Diagnose unterstützen?

Die dreidimensionale Zellverteilung und die Fokussierungsanforderungen der Zytologie erschweren die Digitalisierung, so dass die Frage, ob und wie die histologieorientierte Validierungsleitlinie auf die primäre zytologische Diagnose anwendbar ist, weiterhin aktiv diskutiert wird.

Seminal works

• pantanowitz-2013

Frequently asked questions

Warum ist die Digitalisierung von Zytologie-Objektträgern schwieriger als die Digitalisierung von Histologie-Objektträgern?

Zytologische Zellen sind oft über mehrere Fokusebenen und nicht über einen einzelnen Gewebeschnitt verteilt, so dass eine scharfe Bildgebung das Erfassen mehrerer Fokusebenen (Z-Stapelung) erfordern kann, was die Scanzeit und die Dateigröße erhöht.

Ersetzt die automatisierte Bildanalyse den Zytologen?

Aktuelle Anwendungen sind darauf ausgelegt, durch Markieren oder Quantifizieren von Befunden für die menschliche Begutachtung zu unterstützen; der Zytologe behält die Verantwortung für die Interpretation, und die diagnostische Nutzung erfordert eine formale Validierung.