Giải phẫu bệnh kỹ thuật số và phân tích hình ảnh tự động trong tế bào học

Giải phẫu bệnh kỹ thuật số chuyển đổi các lam kính tế bào học thành hình ảnh kỹ thuật số có độ phân giải cao có thể được xem, chia sẻ và phân tích trên máy tính, trong khi phân tích hình ảnh tự động áp dụng các thuật toán định lượng và học máy cho những hình ảnh đó. Cùng với nhau, chúng hỗ trợ xem xét từ xa, phân loại khối lượng công việc và phát hiện có sự hỗ trợ của máy tính các tế bào bất thường trong vật liệu tế bào học.

Definition

Giải phẫu bệnh kỹ thuật số và phân tích hình ảnh tự động trong tế bào học bao gồm việc số hóa các lam kính tế bào học thành hình ảnh toàn bộ lam kính và việc áp dụng các thuật toán tính toán, bao gồm học máy, để hỗ trợ việc xem xét và giải thích định lượng của chúng.

Scope

Mục này bao gồm hình ảnh toàn bộ lam kính được áp dụng cho tế bào học, các yêu cầu xác nhận cho việc sử dụng chẩn đoán và vai trò của phân tích hình ảnh tự động và học sâu. Trọng tâm là phương pháp luận; nó không xác nhận phần mềm cụ thể hoặc thay thế việc xem xét của chuyên gia.

Core questions

• Cần xác nhận những gì trước khi hình ảnh toàn bộ lam kính có thể được sử dụng để chẩn đoán tế bào học ban đầu?
• Những đặc điểm nào của tiêu bản tế bào học khiến việc số hóa khó khăn hơn so với mô học?
• Phân tích hình ảnh tự động có thể hỗ trợ nhà tế bào học như thế nào thay vì thay thế họ?

Key concepts

• Hình ảnh toàn bộ lam kính (WSI)
• Xếp chồng Z và lấy nét qua các lớp tế bào
• Xác nhận để sử dụng chẩn đoán
• Phát hiện và sàng lọc có sự hỗ trợ của máy tính
• Học sâu và mạng nơ-ron tích chập
• Xem xét từ xa và tế bào học từ xa

Mechanisms

Máy quét lam kính chụp lại tiêu bản tế bào học dưới dạng hình ảnh kỹ thuật số; vì vật liệu tế bào học thường được phân bố theo ba chiều thay vì một mặt phẳng mô duy nhất, nhiều mặt phẳng tiêu điểm (xếp chồng z) có thể cần thiết để hiển thị các tế bào một cách sắc nét, điều này làm tăng kích thước hình ảnh và yêu cầu quét so với mô học. Các hình ảnh toàn bộ lam kính thu được có thể được xem xét từ xa và đóng vai trò là đầu vào cho các thuật toán phân tích hình ảnh, bao gồm mạng nơ-ron sâu, để phân đoạn tế bào, định lượng các đặc điểm hoặc gắn cờ các tế bào bất thường tiềm năng để con người xem xét. Việc sử dụng chẩn đoán yêu cầu xác nhận chính thức so sánh kỹ thuật số với xem xét lam kính.

Clinical relevance

Tế bào học kỹ thuật số hỗ trợ tế bào học từ xa, tư vấn thứ cấp, giáo dục và sàng lọc có sự hỗ trợ của máy tính, với các thuật toán nhằm hỗ trợ chứ không thay thế nhà tế bào học. Mục này mô tả các phương pháp và việc xác nhận của chúng; việc triển khai và giải thích trong một phòng thí nghiệm cụ thể được điều chỉnh bởi các yêu cầu xác nhận và quy định của địa phương và không phải là lời khuyên lâm sàng cá nhân hóa.

Evidence & guidelines

Trường Cao đẳng Bệnh học Hoa Kỳ đã ban hành một hướng dẫn về việc xác nhận hình ảnh toàn bộ lam kính cho mục đích chẩn đoán (Pantanowitz et al., 2013), mà sự liên quan cụ thể và sự thích ứng của nó với tế bào bệnh học đã được xem xét riêng (Antonini et al., 2022). Những tiến bộ trong quét và tính toán, bao gồm các phương pháp học sâu giúp tăng tốc và phân tích hình ảnh toàn bộ lam kính, tiếp tục mở rộng lĩnh vực này (Rivenson et al., 2022).

History

Giải phẫu bệnh từ xa và hình ảnh kỹ thuật số tĩnh đã có trước sự phát triển của máy quét toàn bộ lam kính, điều này giúp việc số hóa toàn bộ lam kính trở nên khả thi. Việc áp dụng trong tế bào học chậm hơn so với mô học do sự phân bố ba chiều của tế bào, nhưng việc xếp chồng z được cải thiện và sự phát triển của học sâu đã đưa tế bào học kỹ thuật số và phân tích tự động vào nghiên cứu và sử dụng rộng rãi hơn.

Debates

Hình ảnh toàn bộ lam kính có thể hỗ trợ chẩn đoán tế bào học ban đầu ở mức độ nào?

Sự phân bố tế bào ba chiều và yêu cầu lấy nét của tế bào học làm phức tạp quá trình số hóa, vì vậy việc hướng dẫn xác nhận theo định hướng mô học có áp dụng cho chẩn đoán tế bào học ban đầu hay không và như thế nào vẫn đang được thảo luận tích cực.

Seminal works

• pantanowitz-2013

Frequently asked questions

Tại sao việc số hóa lam kính tế bào học khó hơn việc số hóa lam kính mô học?

Các tế bào tế bào học thường trải rộng trên nhiều mặt phẳng tiêu điểm thay vì một lát cắt mô duy nhất, vì vậy việc tạo hình ảnh sắc nét có thể yêu cầu chụp nhiều lớp tiêu điểm (xếp chồng z), điều này làm tăng thời gian quét và kích thước tệp.

Phân tích hình ảnh tự động có thay thế nhà tế bào học không?

Các ứng dụng hiện tại được thiết kế để hỗ trợ bằng cách gắn cờ hoặc định lượng các phát hiện để con người xem xét; nhà tế bào học vẫn chịu trách nhiệm giải thích và việc sử dụng chẩn đoán yêu cầu xác nhận chính thức.