Virtual Slides – Practicality and Potential Microscopía Virtual

Virtual Slides – Practicality and Potential Microscopía Virtual

11/21/2007
Virtual Slides – Practicality and
Potential
Microscopía Virtual – Practicidad
y Potencial
Bruce Williams, DVM, DACVP
Chair, AFIP Dept. of Telemedicine
[email protected]
Agradecimientos
• John Gilbertson M.D., Massachusetts
General Hospital
• Yukako Yagi
Yagi, MS
MS, Massachusetts General
Hospital
• Michael Descour, Ph.D., dMetrix, Inc.
Microscopía Virtual
ScanScope CS System
Representación virtual
de la información
visual contenida en un
portaobjetos
bj
http://www.zeiss.com
http://www.aperio.com
http://www.dmetrix.net
“Any field,
any magnification”
NanoZoomer Digital Pathology
(NDP) System
“Cualquier campo,
cualquier magnificación”
i-SCAN
http://sales.hamamatsu.com
http://www.bioimagene.com
Usos Actuales:
La microscopía virtual en nuestros dias
-
-
-
Realizar una copia digital, exacta y
con valor diagnóstico de uno más
cortes histológicos, en un contenedor
conveniente y económico
Magnificación de 20X como
ampliación básica. Magnificaciones
mayores disponible a través de
duplicación de lentes.
Con la tecnología CCD/CMOS
actual, se puede tener un muestreo
razonable de ~ 0.4-0.5 um/pixel
Con estos parámetros, los equipos
mas sofisticados capturan en ~ 5-10
minutos/muestra
• Educacional
–
–
–
–
Reemplazo de los cortes histológicos tradicionales
Base de datos para muestras raras
Estandarización de las observaciones
Pruebas de destrezas electrónicas
• Consultas
–
–
–
–
En tiempo real
Recorte de biopsias pequeñas donde el taco esta agotado
Recorte de una muestra única
Muestras de archivo
• Investigación
– Cualquier aplicación que utilice la computadora como ayuda en el
diagnóstico
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Tecnologías convencionales para la
captura y visualización de todo el
corte histológico
El microscopio matricial
-
Una matriz de 80 objetivos no
esféricos, que es tan extensa como el
portaobjetos y cubre toda el área de la
muestra. Cada lente tiene su propia
cámara
-
señal de cada
c d cámara/lente
c
/ e e puede
La se
ser procesada en paralelo
-
Los microscopios matriciales
escanean las muestras a 20x en menos
de un minuto
-
El mercado tiene los sistemas mas
caros
“Traceado óptico sencillo”
• Método por Embaldosado
– Una muestra típica abarca 700 micrómetros por
lado
– Escaneo lento de la muestra
• Escaneo por “Línea” con un
detector linear de la matriz
- Ancho típico de la hilera es de 1000
micrómetros
– Considerablemente más rápido
• Ambos métodos requieren un
solapamiento entre las
imágenes adquiridas
- Requerimiento de engarce (Stitching)
– Alta precisión de mecanismo de microscopio
(no comercialmente disponible)
Algunas Preocupaciones en
Microscopía Virtual
–
–
–
–
–
–
TAMAÑO DE ARCHIVO
Tamaño del archivo
Velocidad de captura (Throughput)
Resolución
Foco
Presentación
Integración LIS y disponibilidad de metadatos
Los almacenamientos poseen costos prohibitivos?
• ¿El almacenamiento de terabytes de datos de imágenes es muy
caro?
• Servicio de Patología de alto
rendimiento Æ 40000 casos/año
• ~ 2 muestras/caso
• ~ 2 sq cm / caso
• ~ 1 GB/caso
• 40000 GB / año = 40 TB
TIEMPO DE ESCANEO MAS RAPIDO
500
• No tiene sentido almacenar muestras virtuales que no fueron
utilizadas en el diagnóstico de un caso
10
• La necesidad de almacenamiento aumentará con el tiempo:
siempre existirán portaobjetos y las imágenes digitales serán
muy útiles
• ¿Cuales son los costos actuales de almacenamiento de las
muestras montadas en portaobjetos y la recuperación en el
retraso de tiempo y del personal?
1
1994
HORAS
1998
2000 2002 2004 2005
MINUTOS
SEGUNDOS
2
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• Se utilizaron equipos WSI de alta velocidad
• Estos representan intercambios entre la calidad de la
imagen y la velocidad de captura
Borde del cubreobjetos
||| ||||| |||| ||||||
• Existieron un par de propuestas de WSI que fueron
utilizadas desde 1999 para mejorar los tiempo de captura
Algoritmos para la Detección de Tejido
S06-10
000 A 2 1
H&E
H
Patrick
k Patient
Tiempos de Escaneo Decrecientes
Tejido
• Siempre debemos recordar que a medida que avanza la
tecnología estos “trucos” pueden convertirse en “triviales” o
probablemente innecesarios
Suciedad
•
El área de tejido es << que el área del
vidrio
•
Una cámara de baja resolución y con
vista panorámica toma una imagen de la
muestra completa
•
Los algoritmos permiten diferenciar lo
que es tejido de lo que es vidrio,
suciedad u otros artefactos
•
Los sistemas sólo capturarán el área que
corresponda al tejido
•
Pero la detección de tejido puede ser
difícil y potencialmente catastrófica si no
se identifica un área de tejido
•
Los sistemas de alta velocidad no “paran
y enfocan” con cada disparo (snapshot)
•
Utilizando la baja resolución y la imagen
panorámica, el sistema elige entre 10 –
80 puntos
•
Sobre estos se realiza el proceso de
autoenfoque tradicional
•
El sistema reconoce, entonces, cual es la
exacta distancia de trabajo necesaria para
que esos puntos estén en foco
•
Para muestras difíciles, se podrá realizar
el enfoque de manera manual
||| |||| |||| ||||||
S06
6-1000 A 2 1
H&E
Pattrick Patient
Pre-enfocado
Pre-enfocado
¿Cuan rápido debes ser?
||| |||| |||| ||||||
S06-1000 A 2 1
H&E
Patrick Patient
•
Superficie de foco
Estimada
Punto Focal
•
Esto funciona mejor de lo que puedan
pensar
•
Pero el foco sigue siendo la fuente
dominante de los problemas de calidad
de las imágenes
•
Un intercambio entre la velocidad y la
precisión
S
Superficie
fi i Real
R l de
d Foco
F
Tejido
Punto Focal
Utilizando estos datos, el sistema estima
una “superficie de foco” sobre la
muestra, de manera que si la lente del
objetivo “toca” la muestra, la imagen
siga estando en foco
• Para educación – no muy rápido
debido a que se escanea de a
muestra. La calidad es el factor
más importante.
• Para consultas – Su producción
WSI debe estar disponible para
el diagnóstico lo mas pronto
posible
• La eliminación de gran cantidad
de información no deseada esta
relacionada con la capacidad de
los equipos modernos
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Mostrando la Muestra Virtual
S06-1000 A 2 1
H&E
Patrick Patient
CCD
||| |||| |||| ||||||
• Considere una muestra con un cm
cuadrado de tejido:
6.6 µm
Pixel
El Microscopio Virtual
Imaging
Device
Image
Server
He’s panning to
the left!
Entire Image
20x
Sección
0.33 µm
10,000 µm
• Es escaneado a 0.33 µm por pixel
Here are the
appropriate tiles
El archivo de imagen piramidal
•
“Moviendo arriba y abajo” la
pirámide permite un zooming
rápido entre las magnificaciones
virtuales, simplemente
desplazándose entre las láminas
Higher Resolution, Smaller Field
Los datos de multi-resolución
• El WSI is preprocesado en el
servidor a datos de multiresolución
• En los casos mas sencillos, la
imagen base (mayor resolución)
es muestreada
t d repetidamente
tid
t
(combinando 4 pixels en la
mayor resolución a 1 pixel en la
menor, resulta en una imagen
que tiene la ½ de la resolución y
un ¼ de tamaño de la muestra
original
Los principales componentes son:
Current View
•
“Sub-image level access”
El cliente reclama (y el servidor envía)
solo los datos necesarios del área
solicitada por el patólogo
Para poder realizar un paneo rápido, cada lámina de la pirámide esta formada por pequeñas
baldosas. Las baldosas son unidades que pueden ser enviadas al clientes desde el servidor
Zooming
Las imágenes están almacenadas en
el servidor en un formato multi
resolución (la pirámide tif)
•
– Pre-procesamiento de la imagen
– Arquitectura Cliente-servidor en
los que el servidor envía solo las
partes de la imagen requeridas por
el cliente
High resolution/
Narrow FOV
Lower Resolution, Wider Field
•
El Microscopio Virtual es un software
que permite al usuario panear y
agrandar la muestra digital, de manera
similar a como ser haría en un
microscopio físico
Image
Client
• Esto crea una imagen de alta
resolución (~ 30,000 x 30,000 pixels)
• Como se muestra en la pantalla del
patólogo, con una resolución de
1200x800?
•
Las baldosas tienden a
ser pequeñas. Su valor
real está determinado
por la calidad/potencia
de la red, el servidor y
la PC
Lower Resolution/
Wider FOV
Microscopía Virtual in Educación
• Puede distribuir hasta las
muestras más raras
• Mucho
uc o mayor
ayo costo
costoeficiencia para las
conferencias
• Permite las conferencias
simultaneas en varios países
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Muestras completas en Educación –
Lecciones aprendidas
Microscopía Virtual en la Consulta
• Incrementos económicos crecientes
• Los patólogos no son buenos manejando dinero
• El acceso variará ampliamente entre los distintos
patólogos
ól
– Sistemas operativos
– Ancho de banda
• Algunos problemas no podrán ser
resueltos – esté preparado para
consultado a su departamento de IM
Virtual Slides in Education
DOD
Int'l Civ
US Civ
VA
250
200
100
50
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Fo
llo
wu
p
Re
qu
es
ts
150
"
300
ge
s
350
Static
(n=2642)
Robotic
(n=893)
Wholeslides
(n=360)
ef
er
ra
ls/
"H
ed
400
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
D
450
isa
gr
ee
m
en
t
500
¿En que resultan los cortes
completos?
D
Demanda de Telemedicina
2001-2006
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Consulta de cortes completos –
Lecciones aprendidas
• Las muestras virtuales no son apropiadas para
todas las prácticas comerciales
Implementación
• Costos
– Soporte
– Capacidad de almacenamiento y conexión en la red
– Capacidad
C
id d de
d escaneo (cuantos
(
sistemas
i
robotizados,
b i d
cuan rápidos son)
– Sistemas auxiliares (código de barras; calidad de la
muestra, Integración real de APLIS)
– Clinical champions
– The “novelty factor”
• Consultar los problemas del IM antes de
embarcarse en el tema
– Seguridad del sistema
– Ancho de banda y almacenamiento
• Financiar o justificar el costo del sistema WSI
– Todavía se necesitan los especimenes montados en
vidrio
• El escaneo no es trabajo del patólogo
Microscopía Virtual en Resumen
Los sistemas ópticos tradicionales
serán cada vez mejores:
•
-
Avance general de la tecnología
- Mejores computadoras
- Mejores cámaras
- Mejores, precisos y más
rápidos microscopios
- Mejores rangos dinámicos,
- Pixels más pequeños
- CCD más grandes
Fortalezas
– La calidad de la imagen es de
calidad aceptable para el
diagnóstico
– Proceso de captura
automatizada de las imágenes
g
– Herramienta útil para la
enseñanza y archivo de
información
– Ahorrador de costos
significativo en la enseñanza
de la histología y la patología,
conferencias, etc
– Diversas plataformas
comerciales
– Puede ser útil para la consulta
en tiempo real
• Debilidades/limitaciones
– Costo
– Ausencia de análisis
costo/beneficio
– Elevada necesidad de
i f
infraestructura
t t
de
d
almacenamiento y de
velocidad apropiada de red
– Necesidad de conocimientos
técnicos
– Todavía se necesita el
portaobjetos
– No sirve para todos los
paradigmas (eje Z- no
capturado de rutina)
– Interoperatividad no disponible
actualmente para metadata
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