WSI چیست؟ تصویربرداری تمام اسلاید در پاتولوژی دیجیتال چگونه کار میکند؟
پاتولوژی دیجیتال با تبدیل اسلایدهای شیشهای به تصاویر دیجیتال، شیوه مشاهده، ذخیرهسازی و اشتراکگذاری نمونههای بافتشناسی را تغییر داده است. یکی از فناوریهای کلیدی در این حوزه، تصویربرداری تمام اسلاید (Whole Slide Imaging | WSI) است که امکان بررسی نمونههای پاتولوژی را در یک محیط دیجیتال فراهم میکند.
تصاویر WSI میتوانند برای آرشیو، آموزش، مشاوره تخصصی، پژوهش و توسعه روشهای تحلیل تصویر و هوش مصنوعی مورد استفاده قرار گیرند. در عین حال، استفاده مؤثر از این فناوری به عواملی مانند کیفیت آمادهسازی و اسکن اسلاید، زیرساخت ذخیرهسازی و مدیریت دادهها و اعتبارسنجی سامانه بستگی دارد.
در این مقاله بررسی میکنیم WSI چیست، چگونه انجام میشود، چه تفاوتی با بررسی اسلاید با میکروسکوپ نوری دارد و مهمترین کاربردها و چالشهای آن در پاتولوژی دیجیتال چیست.
WSI چیست؟
تصویربرداری تمام اسلاید (Whole Slide Imaging یا WSI) فرایندی است که طی آن یک اسلاید شیشهای حاوی نمونه بافتشناسی با استفاده از یک اسکنر اسلاید دیجیتال به یک تصویر دیجیتال با وضوح بالا تبدیل میشود. برخلاف تصویربرداری از یک ناحیه محدود از نمونه، در WSI هدف ایجاد یک تصویر دیجیتال از کل سطح قابل بررسی اسلاید است.
در پاتولوژی سنتی، نمونه بافت پس از طی مراحل آمادهسازی و رنگآمیزی روی اسلاید شیشهای قرار میگیرد و پاتولوژیست آن را با استفاده از میکروسکوپ نوری بررسی میکند. در WSI، اسلاید آمادهشده ابتدا توسط اسکنر دیجیتال تصویربرداری میشود و سپس تصویر حاصل در یک نرمافزار اختصاصی قابل مشاهده و بررسی است.
این فرایند را میتوان به صورت ساده در چند مرحله خلاصه کرد:
نمونه بافت → آمادهسازی و رنگآمیزی → تهیه اسلاید شیشهای → اسکن اسلاید → ایجاد تصویر دیجیتال → مشاهده و تحلیل تصویر
یکی از ویژگیهای مهم WSI این است که پاتولوژیست میتواند در محیط دیجیتال، بخشهای مختلف اسلاید را مشاهده و بزرگنمایی کند و در صورت نیاز نواحی موردنظر را برای بررسی یا ارزیابی بیشتر مشخص کند. بنابراین، WSI صرفاً «عکس گرفتن از اسلاید» نیست؛ بلکه فرایندی برای تبدیل کل اسلاید به یک داده تصویری دیجیتال قابل مشاهده و مدیریت است.
تصاویر حاصل از WSI میتوانند برای اهداف مختلفی از جمله آموزش، پژوهش، آرشیو، مشاوره تخصصی و در شرایط مناسب، فرایندهای تشخیصی مورد استفاده قرار گیرند. در کنار این کاربردها، کیفیت تصویر و اسکن، استانداردسازی فرایند آمادهسازی نمونه و زیرساخت مناسب برای ذخیره و مدیریت دادهها از عوامل مهم در استفاده مؤثر از این فناوری هستند.
تفاوت WSI با بررسی اسلاید با میکروسکوپ نوری
در پاتولوژی سنتی، نمونههای بافتشناسی با استفاده از میکروسکوپ نوری بررسی میشوند. پاتولوژیست اسلاید شیشهای را روی استیج میکروسکوپ قرار میدهد و با تغییر بزرگنمایی و حرکت دادن اسلاید، نواحی مختلف نمونه را مشاهده میکند.
در مقابل، در تصویربرداری تمام اسلاید (WSI)، اسلاید شیشهای ابتدا توسط اسکنر اسلاید دیجیتال اسکن میشود و تصویر حاصل در محیط نرمافزاری مورد بررسی قرار میگیرد. بنابراین، تفاوت اصلی این دو روش در شیوه دسترسی و مشاهده نمونه است؛ در یک روش، بررسی بر پایه اسلاید فیزیکی و سیستم اپتیکی میکروسکوپ انجام میشود و در روش دیگر، نمونه به تصویر دیجیتال تبدیل شده و از طریق نمایشگر و نرمافزار مشاهده میشود.
مقایسه WSI و میکروسکوپ نوری
| ویژگی | میکروسکوپ نوری | WSI |
|---|---|---|
| نوع نمونه مورد بررسی | اسلاید شیشهای | تصویر دیجیتال اسلاید |
| نحوه مشاهده | مستقیم از طریق سیستم اپتیکی | از طریق نمایشگر و نرمافزار |
| جابهجایی بین نواحی نمونه | با حرکت فیزیکی اسلاید | با حرکت در تصویر دیجیتال |
| تغییر بزرگنمایی | با تغییر عدسیهای شیئی | با بزرگنمایی دیجیتال |
| ذخیرهسازی | نگهداری فیزیکی اسلاید | ذخیره تصویر دیجیتال |
| اشتراکگذاری | نیازمند جابهجایی یا تهیه تصویر | امکان اشتراکگذاری تصویر دیجیتال |
| آرشیو و بازیابی | وابسته به آرشیو فیزیکی | امکان ایجاد آرشیو دیجیتال |
| تحلیل تصویر | محدودتر | امکان استفاده از ابزارهای تحلیل تصویر |
| دسترسی از راه دور | محدود | با زیرساخت مناسب امکانپذیر |
یکی از تفاوتهای مهم WSI، امکان ذخیرهسازی، اشتراکگذاری و مدیریت دیجیتال تصاویر است. همچنین تصویر دیجیتال میتواند برای حاشیهنویسی، تحلیل تصویر و توسعه روشهای محاسباتی مورد استفاده قرار گیرد.
آیا WSI از نظر تشخیصی با میکروسکوپ نوری قابل مقایسه است؟
WSI برای ایجاد تصویری دیجیتال از کل اسلاید طراحی شده است تا پاتولوژیست بتواند نمونه را در محیط دیجیتال بررسی کند.در مطالعات مختلف، تطابق بالایی میان نتایج ارزیابی WSI و میکروسکوپ نوری گزارش شده است؛ با این حال، برخی کاربران اولیه، سرعت پایینتر یا دشواری بیشتر بررسی تصاویر دیجیتال را به عنوان یکی از چالشهای این روش مطرح کردهاند.
بنابراین، WSI را نمیتوان صرفاً جایگزینی مستقیم برای میکروسکوپ نوری در نظر گرفت. استفاده از WSI در کاربردهای تشخیصی به کیفیت اسکن، کیفیت آمادهسازی اسلاید، شرایط آزمایشگاه و اعتبارسنجی سامانه وابسته است.
در عمل، میکروسکوپ نوری همچنان ابزار مشاهده مستقیم اسلاید است، در حالی که WSI علاوه بر مشاهده دیجیتال، زیرساختی برای ذخیرهسازی، اشتراکگذاری و پردازش تصاویر پاتولوژی فراهم میکند.
کاربردهای WSI در پاتولوژی دیجیتال
فناوری تصویربرداری تمام اسلاید تنها برای مشاهده دیجیتال اسلایدهای پاتولوژی به کار نمیرود. ایجاد یک تصویر دیجیتال از کل اسلاید، امکان ذخیرهسازی، دسترسی، اشتراکگذاری و بررسی نمونههای بافتشناسی را در محیط دیجیتال فراهم میکند. به همین دلیل، WSI در حوزههایی مانند آرشیو اسلایدها، مشاوره تخصصی، آموزش و پژوهش کاربرد پیدا کرده است.
آرشیو دیجیتال اسلایدهای پاتولوژی
نگهداری اسلایدهای شیشهای در طولانیمدت با چالشهایی همراه است. اسلایدها به فضای فیزیکی نیاز دارند و ممکن است در اثر جابهجایی دچار شکستگی یا آسیب شوند. همچنین عوامل محیطی میتوانند در طول زمان بر کیفیت نمونه و ظاهر اسلاید تأثیر بگذارند.
با استفاده از WSI میتوان از اسلایدهای شیشهای تصاویر دیجیتال با وضوح بالا تهیه و آنها را در سامانههای ذخیرهسازی مناسب آرشیو کرد. در این حالت، تصویر دیجیتال میتواند برای بررسیهای بعدی در دسترس باشد و نیاز به دسترسی مکرر به اسلاید فیزیکی کاهش یابد. با این حال، ایجاد آرشیو دیجیتال به زیرساخت مناسب برای ذخیرهسازی و مدیریت حجم بالای دادههای تصویری نیاز دارد.
مشاوره تخصصی و تلهپاتولوژی
یکی از کاربردهای مهم WSI، اشتراکگذاری تصاویر دیجیتال اسلایدها برای مشاوره تخصصی است. در روش سنتی، بررسی یک نمونه توسط متخصص دیگر ممکن است به جابهجایی فیزیکی اسلاید یا تهیه تصاویر محدودی از بخشهای موردنظر نیاز داشته باشد.
در مقابل، پس از دیجیتالی شدن اسلاید، امکان دسترسی به تصویر کامل نمونه و مشاهده نواحی مختلف آن از طریق نرمافزار فراهم میشود. بنابراین، متخصص میتواند در صورت وجود زیرساخت ارتباطی و نرمافزاری مناسب، تصویر دیجیتال را از محل دیگری بررسی کند. این قابلیت میتواند در همکاری میان متخصصان، دریافت نظر دوم و کاربردهای تلهپاتولوژی مورد استفاده قرار گیرد.
آموزش پاتولوژی
WSI میتواند دسترسی به مجموعههای آموزشی استاندارد و قابل اشتراکگذاری از نمونههای بافتشناسی را آسانتر کند. در آموزش مبتنی بر اسلایدهای شیشهای، دسترسی دانشجویان یا فراگیران به نمونههای یکسان میتواند به امکانات فیزیکی و تعداد اسلایدهای موجود وابسته باشد.
با دیجیتالی شدن اسلایدها، میتوان یک نمونه مشخص را در اختیار چندین نفر قرار داد و همه افراد یک تصویر یکسان از نمونه را مشاهده کنند. این قابلیت امکان ایجاد مجموعههای آموزشی دیجیتال و دسترسی آسانتر به نمونههای بافتشناسی را فراهم میکند.
پژوهش و تحلیل تصاویر پاتولوژی
تصاویر دیجیتال WSI علاوه بر مشاهده و آرشیو، میتوانند در تحقیقات پاتولوژی نیز مورد استفاده قرار گیرند. ذخیره دیجیتال تصاویر امکان دسترسی مجدد به نمونهها و بهاشتراکگذاری دادههای تصویری میان پژوهشگران را فراهم میکند.
یکی از حوزههای مهم پژوهشی، تحلیل تصویر است. در این روش، نرمافزار میتواند براساس ویژگیهایی مانند رنگ، بافت و شکل، بخشهای مختلف تصویر را شناسایی و برای تحلیل کمی استخراج کند. برخلاف ارزیابی صرفاً چشمی، تحلیل دیجیتال میتواند امکان اندازهگیری برخی ویژگیها را بهصورت کمی و قابل تکرار فراهم کند.
زمینهسازی برای استفاده از هوش مصنوعی
دیجیتالی شدن اسلایدها همچنین زیرساخت لازم برای توسعه روشهای محاسباتی و هوش مصنوعی در پاتولوژی را فراهم میکند. الگوریتمهای تحلیل تصویر میتوانند برای شناسایی الگوها، تقسیمبندی مناطق موردنظر و استخراج اطلاعات از تصاویر دیجیتال توسعه داده شوند.
با این حال، وجود تصویر دیجیتال بهتنهایی به معنای تشخیص خودکار نیست. استفاده از الگوریتمهای تحلیل تصویر و هوش مصنوعی همچنان به طراحی صحیح مطالعه، تعیین اهداف، ارزیابی عملکرد الگوریتم و مشارکت متخصص پاتولوژی نیاز دارد. تنوع بالای الگوهای بافتی نیز یکی از چالشهای مهم توسعه و استفاده از این فناوریها محسوب میشود.
چالشهای پیادهسازی WSI در آزمایشگاه پاتولوژی
با وجود مزایای تصویربرداری تمام اسلاید (WSI)، پیادهسازی آن در یک آزمایشگاه پاتولوژی تنها به خرید اسکنر اسلاید دیجیتال محدود نمیشود. تولید، ذخیرهسازی، مدیریت و استفاده از تصاویر تمام اسلاید به مجموعهای از الزامات فنی و عملیاتی نیاز دارد. کیفیت اسلاید اولیه، عملکرد اسکنر، حجم دادهها و نحوه مدیریت تصاویر، همگی میتوانند بر فرایند استفاده از WSI تأثیر بگذارند.
حجم بالای داده و نیاز به فضای ذخیرهسازی
تصاویر WSI با وضوح بالا تولید میشوند و به همین دلیل حجم داده حاصل از هر اسلاید میتواند قابلتوجه باشد. در آزمایشگاههایی که تعداد زیادی اسلاید در روز اسکن میشود، حجم اطلاعات دیجیتال بهسرعت افزایش پیدا میکند.
بنابراین، راهاندازی WSI نیازمند برنامهریزی برای ذخیرهسازی، پشتیبانگیری و مدیریت طولانیمدت دادهها است. ظرفیت ذخیرهسازی باید متناسب با تعداد اسلایدهای مورد پردازش، وضوح تصاویر و مدتزمان نگهداری اطلاعات در نظر گرفته شود.
تفاوت فرمتهای تصویری و چالش استانداردسازی
یکی از چالشهای مطرح در محیط WSI، استفاده از فرمتهای مختلف برای ذخیره و مدیریت تصاویر است. برخی سامانههای تصویربرداری ممکن است از فرمتهای اختصاصی استفاده کنند که انتقال یا استفاده از تصاویر را در محیطهای مختلف دشوارتر میکند. به همین دلیل، استانداردسازی فرایندها و ایجاد سازگاری میان اسکنر، نرمافزار مشاهده تصاویر و سایر اجزای زیرساخت پاتولوژی دیجیتال اهمیت پیدا میکند.
تأثیر کیفیت آمادهسازی اسلاید بر تصویر نهایی
WSI نمیتواند مشکلات موجود در اسلاید شیشهای را به طور کامل برطرف کند. کیفیت آمادهسازی بافت، برش، رنگآمیزی و سایر مراحل پیش از اسکن میتواند بر کیفیت تصویر دیجیتال حاصل تأثیر بگذارد. در نتیجه، برای دستیابی به تصاویر قابل استفاده، کنترل کیفیت باید از مراحل پیش از اسکن آغاز شود و کیفیت اسلاید، شرایط اسکن و تصویر دیجیتال نهایی مورد توجه قرار گیرد.
تفاوت عملکرد اسکنرها و سیستمهای تصویربرداری
اسکنرهای اسلاید دیجیتال ممکن است از نظر فناوری تصویربرداری، سرعت اسکن، وضوح تصویر، نحوه فوکوس و قابلیتهای نرمافزاری با یکدیگر تفاوت داشته باشند. این تفاوتها میتوانند بر تجربه کاربری و کیفیت فرایند دیجیتالیسازی تأثیر بگذارند. از اینرو، انتخاب تجهیزات WSI باید متناسب با نوع استفاده، حجم کاری آزمایشگاه و الزامات موردنظر انجام شود و صرفاً براساس مشخصات اسمی یک دستگاه صورت نگیرد.
ضرورت اعتبارسنجی برای استفاده تشخیصی
استفاده از WSI در محیط تشخیصی با استفاده از تصاویر دیجیتال برای آموزش یا پژوهش یکسان نیست. زمانی که قرار است تصویر دیجیتال در فرایند تشخیص مورد استفاده قرار گیرد، عملکرد سامانه باید در شرایط واقعی آزمایشگاه ارزیابی و اعتبارسنجی شود. استفاده تشخیصی از WSI نیازمند ارزیابی و الزامات مشخص است و نمیتوان صرفاً با در اختیار داشتن یک اسکنر، فرایند تشخیص دیجیتال را جایگزین روش قبلی کرد.
چالشهای مربوط به ارزیابی تصاویر دیجیتال
تجربه کار با تصویر دیجیتال میتواند با مشاهده اسلاید از طریق میکروسکوپ نوری متفاوت باشد. بنابراین، پذیرش WSI در آزمایشگاه علاوه بر تجهیزات، به آموزش کاربران، طراحی مناسب گردش کار و سازگاری متخصصان با محیط دیجیتال نیز وابسته است.
مدیریت و یکپارچهسازی دادهها
هرچه تعداد اسلایدهای دیجیتال افزایش پیدا کند، مدیریت فایلها، دسترسی کاربران، پشتیبانگیری و نگهداری سوابق اهمیت بیشتری پیدا میکند. بنابراین، WSI باید در کنار یک سامانه مناسب برای مدیریت تصاویر و دادههای مرتبط با آن مورد توجه قرار گیرد. در عمل، موفقیت یک پروژه WSI تنها به کیفیت اسکن یک اسلاید وابسته نیست؛ بلکه توانایی آزمایشگاه در مدیریت پایدار کل چرخه تولید، ذخیرهسازی و استفاده از تصاویر نیز اهمیت دارد.
جمعبندی چالشهای WSI
مهمترین چالشهای پیادهسازی WSI شامل حجم بالای داده، نیاز به زیرساخت ذخیرهسازی، استانداردسازی و سازگاری فرمتها، تأثیر کیفیت آمادهسازی اسلاید، تفاوت عملکرد سامانههای تصویربرداری، اعتبارسنجی برای کاربرد تشخیصی و آموزش کاربران است.
بنابراین، پیش از راهاندازی WSI باید علاوه بر انتخاب اسکنر اسلاید دیجیتال، زیرساخت ذخیرهسازی و مدیریت تصاویر، کیفیت فرایند آمادهسازی اسلاید و الزامات استفاده تشخیصی نیز در نظر گرفته شود.
نقش WSI در تحلیل تصویر و هوش مصنوعی در پاتولوژی دیجیتال
تبدیل اسلایدهای پاتولوژی به تصاویر دیجیتال، امکان استفاده از ابزارهای تحلیل تصویر و روشهای محاسباتی را فراهم میکند. در این فرایند، تصویر WSI علاوه بر مشاهده توسط پاتولوژیست، میتواند با استفاده از نرمافزارهای تحلیل تصویر نیز بررسی شود.
تحلیل تصویر در WSI چگونه انجام میشود؟
نرمافزارهای تحلیل تصویر میتوانند بر اساس ویژگیهایی مانند رنگ، بافت و شکل، نواحی یا ساختارهای مختلف موجود در تصویر را شناسایی و تفکیک کنند. این قابلیت میتواند برای استخراج ویژگیهای تصویری، انجام اندازهگیریهای کمی و بررسی ساختارهای بافتی در مطالعات پژوهشی مورد استفاده قرار گیرد.
به این ترتیب، WSI از یک تصویر صرفاً قابل مشاهده فراتر میرود و به بستری برای استخراج دادههای قابل اندازهگیری از نمونه تبدیل میشود.
ارتباط WSI با هوش مصنوعی
تصاویر WSI یکی از دادههای پایه برای توسعه روشهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در پاتولوژی دیجیتال هستند. الگوریتمهای محاسباتی میتوانند برای شناسایی الگوها، تقسیمبندی نواحی موردنظر و استخراج ویژگیهای مختلف از تصاویر دیجیتال توسعه داده شوند.
با این حال، وجود یک تصویر دیجیتال بهتنهایی به معنای تشخیص خودکار بیماری نیست. عملکرد الگوریتمها میتواند تحت تأثیر کیفیت تصویر، ویژگیهای نمونه و تنوع الگوهای بافتی قرار گیرد و استفاده از سامانههای هوش مصنوعی در کاربردهای بالینی به ارزیابی و اعتبارسنجی مناسب نیاز دارد.
آیا هوش مصنوعی جایگزین پاتولوژیست میشود؟
WSI و هوش مصنوعی را نمیتوان صرفاً بهعنوان جایگزین تخصص پاتولوژیست در نظر گرفت. پاتولوژیست همچنان میتواند در بررسی کیفیت نمونه، ارزیابی تصاویر، تفسیر یافتهها و بررسی عملکرد الگوریتمها نقش داشته باشد.
بنابراین، WSI در کنار ابزارهای تحلیل تصویر و هوش مصنوعی، زیرساختی را برای پشتیبانی از تحلیل پاتولوژی و توسعه پاتولوژی محاسباتی فراهم میکند، در حالی که کیفیت داده، استانداردسازی فرایند و ارزیابی عملکرد همچنان اهمیت اساسی دارند.
اسکنر اسلاید دیجیتال برای ایجاد WSI
ایجاد تصاویر تمام اسلاید به اسکنر اسلاید دیجیتال و زیرساخت مناسب برای مشاهده، ذخیرهسازی و مدیریت تصاویر نیاز دارد. انتخاب اسکنر مناسب نیز به عواملی مانند حجم کاری آزمایشگاه، نوع تصویربرداری موردنیاز، ظرفیت اسکن، کیفیت تصویر و کاربرد موردنظر بستگی دارد.
در سبد تجهیزات پاتولوژی KFBIO ارائهشده توسط پارس ژن پویا، مدلهای مختلفی از اسکنرهای اسلاید دیجیتال برای نیازهای متفاوت آزمایشگاهها وجود دارد؛ از اسکنرهای سری PRX و PRO تا مدلهای تخصصی Fluorescence. بنابراین، انتخاب مدل مناسب باید براساس گردش کار و نیازهای فنی هر مرکز انجام شود.
برای مشاهده مدلهای مختلف و بررسی مشخصات فنی هر دستگاه، میتوانید مجموعه اسکنرهای اسلاید دیجیتال KFBIO را در سایت پارس ژن پویا بررسی کنید.
منبع: pubmed
