Virtuelle Mikroskopie auf dem Vormarsch

(openPR) Immer mehr Institute für Pathologie führen derzeit Systeme der digitalen Pathologie ein. Die Analyse des individuellen Workflows ist dabei von entscheidender Bedeutung. Die digitale Pathologie ist nicht nur ein Ersatz der konventionellen Mikroskopie, sondern vor allem eine Erweiterung der analytisch-mikroskopischen Diagnostik, welche von der modernen Bildverarbeitung profitieren kann.

Prof. Dr. med. Rainer Grobholz, Chefarzt des Instituts für Pathologie am Kantonspital Aarau in der Schweiz, arbeitet seit 2013 an seinem Institut mit digitaler Mikroskopie. Aus Sicht des Pathologen ist vor Einführung der neuen Technologie vor allem eines wichtig: „Das Herzstück des Systems ist die Software und die Integration im Pathologie-Informationssystem“, betont er. „Jedes Labor und jedes Institut hat andere Bedürfnisse. Vor der Entscheidung für ein System sollte sich der Anwender ausreichend Zeit nehmen, um seinen Workflow zu analysieren.“

Wofür soll die Digitale Pathologie eingesetzt werden

Der Fragenkatalog zur Klärung des eigenen Bedarfs ist umfangreich. Wird die digitale Technik im Routinebetrieb oder für Satellitenstandorte, für Konsultationen oder Klinikboards benötigt? Was soll alles digitalisiert werden – Routine-, Spezialfärbungen, immunhistochemische Färbungen, in situ Hybridisierungen oder Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung? Wie hoch ist das Schnittaufkommen pro Tag, wann stehen die Präparate zur Verfügung? Bis wann muss der Scanprozess abgeschlossen sein, damit es zu keiner Befundverzögerung kommt? Ist ein papierloses Arbeiten mit Hilfe des Pathologie-Systems möglich bzw. gewünscht? Kann und soll die digitale Pathologie mit dem Pathologie-Informationssystem verbunden sein? Was soll und muss unter Beachtung der gesetzlichen Vorgaben wie lange gespeichert werden? Wie und wo werden die Daten gespeichert?

„Wer all diese Fragen im Vorfeld nicht eindeutig beantwortet, erlebt in der Praxis schnell eine Bauchlandung“, so Prof. Grobholz. „Eine detaillierte Vorbereitung klärt auch, was der einzelne Anbieter leisten kann. Da auch die Industrie mit diesem noch jungen Feld der virtuellen Mikroskopie noch wenig Erfahrung hat, kann nicht jedes Unternehmen alles anbieten. Hier gilt es für das jeweilige Pathologische Institut, den richtigen Partner zu finden.“

Datenorganisation und Datensicherung

Virtuelle Mikroskopie produziert enorme Datenmengen. Es werden in einem bestimmten Abstand voneinander Bilder eines Präparates aufgenommen, die sich überlappen und anschließend zu einem großen Gesamtbild zusammensetzen. Um den Datenfluss organisieren zu können, nutzt man zur Ablage der Gewebeschnitte das sogenannte pyramidale Format. Will der Mediziner einen Schnitt betrachten, wird nicht das Gesamtbild geladen, sondern jeweils nur die einzelnen Kacheln, also die Bildausschnitte, um die es gerade geht. Damit wird das hochzuladende Datenvolumen möglichst geringgehalten.

Prof. Grobholz: „Ein durchschnittliches Institut produziert vielleicht 1000 Schnitte pro Tag. Da können schon 500 bis 1000 Gigabyte zusammenkommen. Hoch gerechnet auf ein Jahr resultiert daraus eine gigantische Datenmenge, die mit einer entsprechenden Serverkapazität verwaltet werden muss.“

Eine weitere wichtige Frage ist: Soll die virtuelle Mikroskopie neben der Routinediagnostik auch in der Forschung eingesetzt werden? Die Unterschiede erklärt der Spezialist so: „Bei der Krankenversorgung muss eine hundertprozentige Verbindung von Schnitten und Personendaten garantiert sein, bei Forschungsprojekten dagegen eine hundertprozentige Trennung. Das erfordert jeweils eine komplett andere Konfiguration des Systems.“

Präparate-Scanner: Vollständigkeit, Farbtreue, Daten-Organisation

Bei Einführung der neuen Technik muss natürlich sichergestellt werden, dass damit kein Qualitätsverlust gegenüber dem konventionellen Verfahren entsteht. Hierbei geht es unter anderem um Details wie die Vollständigkeit des Scans und die authentische Darstellung von Farbunterschieden.
„Verschiedene technische Randbedingungen müssen definiert sein, damit die Ergebnisse übereinstimmen“, sagt Prof. Peter Hufnagl vom Institut für Pathologie der Charité in Berlin und einer der Autoren des vom Bundesverband Deutscher Pathologen (BDP) initiierten Leitfadens „Digitale Pathologie in der Diagnostik - Befunderstellung an digitalen Bildern“, der gerade veröffentlicht wurde. Der Leitfaden leistet Anwendern Hilfestellung bei der Einführung der neuen Technik. „Auf einem Objektträger können beispielsweise Karzinomzellen durchaus einmal am Rand liegen“, erläutert der Mathematiker. Wenn der Scan-Rahmen kleiner als die Gewebefläche auf dem Präparat ist, könnten für die Diagnostik relevante Areale fälschlicherweise abgeschnitten werden. Dies muss verhindert werden, indem sichergestellt wird, dass das gesamte auf dem Glasobjektträger vorhandene Material mit dem Scan erfasst wird.“

Ähnlich detailliert sind die Anforderungen an Monitore. Prof. Hufnagl: „Verwendete Monitore müssen die Präparate unbedingt farbgetreu wiedergeben. Hierbei sind regelmäßige Farbkalibrierungen wichtig – egal ob automatisch oder manuell durchgeführt. In dem Bereich zeigt sich übrigens ein Vorteil der neuen Technik: Anders als die realen Objektträger verlieren die digitalen Bilder mit der Zeit keine Farbinformationen.“

Automatisches Auszählen, reproduzierbare Ergebnisse
In der Praxis bietet die neue Technik große Vorteile zum Beispiel bei der Bestimmung von Größen, Tiefenausdehnungen, Sicherheitsabständen oder auch der Analyse von Biomarkern. Zukünftig wäre auch eine 3D-Rekonstruktion von Großflächen-Schnitten denkbar, um die Diagnostik beim Prostata- oder auch beim Mammakarzinom zu präzisieren. Auch komplizierte Berechnungen von Score-Werten wie zum Beispiel beim Sjögren Syndrom, das im Rahmen einer rheumatischen Erkrankung auftreten kann, können mit dem System innerhalb kürzester Zeit erledigt werden. Relevante Areale können nachvollziehbar markiert und bei Bedarf an einer Zweitmeinung per Mausklick an einen anderen Spezialisten gesendet werden.

„An der virtuellen Mikroskopie führt kein Weg vorbei“, da sind sich beide Experten sicher. Prof. Grobholz: „Die virtuelle Mikroskopie wird die Lichtmikroskopie nicht nur ersetzen, sondern auch Bereiche erschließen, in denen das konventionelle Verfahren nicht greift. Sie hilft uns, schneller, zuverlässiger und mit reproduzierbaren Ergebnissen zu arbeiten. Wir möchten auf die Möglichkeiten der neuen Technik nicht mehr verzichten, sondern suchen immer wieder in dem breiten Spektrum verfügbarer Tools nach neuem wirtschaftlichem Potenzial für unser Institut.“

Digitale Pathologie gehört neben den Themen Tumorevolution und Tumorheterogenität sowie seltene Erkrankungen zu den drei Schwerpunktthemen auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Pathologie vom 24. bis 26. Mai 2018 in Berlin. Weitere Informationen unter www.pathologie-kongress.com