Innerhalb von 15 Minuten (20 Minuten in einigen Ländern) muss der Bericht für ein einzelnes intraoperatives Schnellschnittpräparat nach dessen Eingang im Labor an den operierenden Chirurgen übermittelt werden. Während dieser Zeit wird das Präparat auf dem Weg von der Makroskopie über die Kryosektion bis hin zur schnellen mikroskopischen Auswertung seziert und bearbeitet. In diesem Prozess gibt keine Zeit zu verlieren, alles muss wie ein Uhrwerk laufen.
Alle intraoperativen Konsultationen haben eines gemeinsam: eine befristete Zeitspanne. Wie schnell kann der Schnellschnittbericht an den Chirurgen weitergeleitet werden?
Die Herausforderung der Digitalisierung intraoperativer Konsultationen
In jedem Arbeitsbereich wird die Einführung neuer Technologien immer von der Notwendigkeit angetrieben, Ausfallzeiten zu reduzieren, die Effizienz, Produktivität und Qualität zu verbessern oder mühsame und sich wiederholende Aufgaben zu automatisieren. Letztendlich soll mit weniger Aufwand mehr erreicht werden und somit mehr Raum für andere wichtige Dinge entstehen.
Die Digitalisierung der intraoperativen Konsultationen kann sowohl für Pathologen und Chirurgen als auch für Patienten viele Vorteile bieten. Der wohl überzeugendste Vorteil der digitalen Technologie ist die Tatsache, dass sie es Pathologen ermöglicht, einen Fall für eine sofortige Zweitmeinung an einen Spezialisten oder Subspezialisten zu überweisen. Dies ermöglicht nicht nur eine schnelle Zweitmeinung, sondern auch den Zugang zu einem viel größeren Pool von Spezialisten weit über die regionalen Grenzen hinaus. Weitere Vorteile werden in unserem Artikel beschrieben: 3 Gründe, warum Pathologen die Digitalisierung der intraoperativen Konsultation ernsthaft in Betracht ziehen sollten.
Angesichts der erheblichen Vorteile der Digitalisierung stellt sich für Pathologen vor allem die Frage, welche Technologie sie einsetzen sollen. Wie lässt sich das traditionelle, analoge Mikroskop am besten digitalisieren?
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Ist die digitale Pathologie für intraoperative Konsultationen geeignet?
Definition und Umfang der digitalen Pathologie
Die digitale Pathologie wird gemeinhin als ein Teilgebiet der Pathologie definiert, das sich mit dem Datenmanagement auf der Grundlage von Informationen befasst, die aus digitalisierten Objektträgern gewonnen werden (1). Sogenannte Whole Slide Images (WSI) sind die Ergebnisse von Scan-Geräten, die digitale Darstellungen von physischen Proben auf Objektträgern erzeugen. Im weiteren Verlauf des Artikels bezeichne ich diese Technologie und diesen Prozess synonym als digitale Pathologie, WSI oder Scanner.
Digitalisierung in der Routine-Pathologie vs. Intraoperative Pathologie
Ein Großteil der pathologischen Forschung wurde in den letzten 10 Jahren bereits digitalisiert. In jüngster Zeit haben viele Gesundheitszentren, Krankenhäuser, Pathologieinstitute und Labors mit der Digitalisierung klinischer Arbeitsabläufe (auch als Routinepathologie bezeichnet) begonnen, wobei WSI im Mittelpunkt aller Prozesse und Kommunikationen stehen sollen. Es ist daher sehr verlockend zu denken, dass WSI die Antwort auf die Herausforderung der intraoperativen Digitalisierung sind. Aber sind sie das wirklich? Können wir das, was wir in der Routinepathologie implementieren, auf die intraoperative mikroskopische Beurteilung in der chirurgischen Pathologie übertragen?
Grenzen der Scantechnologie in der intraoperativen Pathologie
Die für das Scannen von Routine-Objektträgern in der Pathologie verwendete Technologie und insbesondere die Scanner wurden für einen schnellen Durchsatz und für die in den Arbeitsabläufen der klinischen Pathologie verwendeten Proben optimiert. Sie eignet sich am besten für qualitativ hochwertige, formalinfixierte, paraffineingebettete (FFPE) Standard-Objektträger ohne oder mit sehr geringen Artefakten.
Herausforderungen beim Scannen komplexer Dias
Das Scannen unebener Dias oder von Dias mit Schnitt- oder Eiskristallartefakten, wie sie bei intraoperativen Konsultationen vorkommen, liefert nicht dieselbe Bildqualität im selben Zeitrahmen wie Routinedias. Das Scannen komplexer Objektträger dauert wesentlich länger, da andere Scaneinstellungen verwendet werden müssen und die Ausgabe möglicherweise immer noch eine schlechte digitale Bildqualität aufweist. Weitere Einzelheiten finden Sie auf unserer Seite Chirurgische Pathologie.
Erhöhte Scanzeit für nicht standardisierte Dias
Unseren Untersuchungen zufolge kann die Scanzeit zwischen FFPE- und Gefrierschnitt-Objektträgern um das Vierfache verlängert werden. Was bei einem Standard-FFPE-Objektträger ein paar Minuten dauert, kann bei einem komplexen Objektträger wie einem leicht fettigen Gefrierschnitt bis zu 10 Minuten in Anspruch nehmen. Im Nachhinein sind sich die Pathologen, die mit der WSI-basierten digitalen Pathologie arbeiten, einig, dass die Scanzeit eine wichtige Einschränkung darstellt, insbesondere bei nicht standardisierten Objektträgern, die sich erheblich von den üblichen FFPE-Objektträgern aus einem histologischen Routinelabor unterscheiden.
Vielzahl von Objektträgern in Gefrierschnitt-Fällen
Darüber hinaus ist zu bedenken, dass Schnellschnittfälle in der Regel aus mehr als einem Objektträger bestehen. Eine im Januar 2022 durchgeführte Umfrage unter 55 Pathologen ergab, dass 64 % mehr als drei Objektträger pro Fall bearbeiten, wobei 42 % durchschnittlich drei bis vier Objektträger pro Fall haben.
Quality and Technical Challenges with Scanning Frozen Section Slides
Ein Hauptproblem ist die Notwendigkeit, einen Objektträger erneut zu scannen, wenn die Qualität der WSI für die Diagnose nicht ausreicht. Dies betrifft schwierige, minderwertige Objektträger, und genau das sind Schnellschnittpräparate. Der Grund dafür liegt, wie oben beschrieben, in den spezifischen Probenvorbereitungsmethoden für intraoperative Konsultationen. In einigen Studien wurde festgestellt, dass bis zu 13 % der WSI-Fälle nicht für die Diagnose verwendet werden können2. Diese Zahl ist in einer produktiven Arbeitsumgebung unhaltbar hoch.
Herausforderungen bei Nassaufnahmemitteln und Scannern mit geschlossenem Gehäuse
Ein weiteres Problem, über das Pathologen und Labortechniker berichten, ist, dass feuchtes Einbettungsmaterial, wie es bei Gefrierschnitten üblich ist, während der Verwendung von Glasobjektträgern abtropfen kann. Dies ist ein großes Problem beim Betrieb von Scannern, die als so genannte Closed-Box-Instrumente konzipiert sind. Die Benutzer sind möglicherweise nicht in der Lage, solche Geräte zu reinigen, was im Laufe der Zeit wahrscheinlich zu ernsthaften Funktionsproblemen des Geräts führen wird.
Eignung von Scannern für intraoperative Konsultationen
Potenzielle Nutzer sollten auch prüfen, ob das Gerät tatsächlich für die schnelle mikroskopische Beurteilung von chirurgischen Proben während der intraoperativen Konsultation bestimmt ist. Häufig sind Scanner für die Abbildung von histologischen Präparaten aus formalinfixiertem, paraffineingebettetem Gewebe (FFPE) vorgesehen. Ganz-Objektträger-Imaging-Systeme sind nicht unbedingt für die Verwendung von Objektträgern aus gefrorenem Gewebe, Zytologie oder hämatopathologischen Präparaten, die nicht FFPE sind, vorgesehen.
Erforschung der Telemikroskopie als Alternative
Andere Technologien für intraoperative Konsultationen in Betracht ziehen
Dies ist die Quintessenz. Was für die Forschung oder die Routine funktioniert, ist möglicherweise nicht die beste Lösung für intraoperative Konsultationen. Mit anderen Worten: Intraoperative Prozesse können nicht mit Routineprozessen verglichen werden. Da Dia-Scanner für intraoperative Konsultationen möglicherweise keinen nennenswerten Zeitvorteil bieten, lohnt es sich, andere Technologien wie die Telemikroskopie – auch als digitale Mikroskopie bekannt – als alternative und möglicherweise praktischere Lösung zu betrachten.
Telemicroscopy for Hands-On Teleconsultations
Die Telemikroskopie ähnelt den manuellen Analogmikroskopen und stellt den Pathologen in den Mittelpunkt des Prozesses.
Anstelle des Scannens der Gefrierschnitt-Objektträger legt der Pathologe oder Laborant die Gefrierschnitt-Objektträger unter ein digitales Mikroskop. Der Pathologe kann nun die Objektträger sofort auf seinem Bildschirm am Point-of-Care – oder aus der Ferne – beurteilen, da das angezeigte Bild ein gestreamtes Mikroskopiebild ist. Wenn der Pathologe an einem anderen Ort oder zu Hause arbeitet, kann er mit einer Mikroskopie-Streaming-Software von seinem entfernten Arbeitsplatz aus auf das digitale Mikroskop zugreifen.
Darüber hinaus kann der Pathologe bei einem voll motorisierten Digitalmikroskop (x-y-Tisch, z-Achse) die Mikroskopie-Hardware auch aus der Ferne vollständig kontrollieren und steuern: Mit der Bewegung einer Fingerspitze auf einem Display oder einer Maus kann der Benutzer navigieren, zoomen und neu fokussieren, als ob er das Mikroskop am Point-of-Care verwenden würde.
Insgesamt ermöglicht der Einsatz der Telemikroskopie-Technologie dem Pathologen die volle Kontrolle über die Betrachtung des Objektträgers aus der Ferne, in Echtzeit und digital.
Die Datenherausforderung
Von Scannern erzeugte WSI sind permanente Bilddateien und enthalten oft auch Patientendaten. Sie sind extrem groß, in der Regel zwischen 400 MB und 2 GB pro Bilddatei. Die Verwaltung und Verteilung dieser umfangreichen Datensätze ist eine Herausforderung, insbesondere innerhalb des begrenzten Zeitrahmens einer intraoperativen Konsultation und innerhalb der üblicherweise vorhandenen IT-Infrastruktur, die nicht für die kurzfristige Verarbeitung solch großer Datenmengen ausgelegt ist.
Eine Telemikroskopielösung bringt überragende Vorteile und eine große Flexibilität mit sich. Im Gegensatz zur WSI-basierten digitalen Pathologie macht die Beurteilung von Live-Mikroskopie-Bildern auf einem Bildschirm die Speicherung und Übertragung großer WSI-Dateien völlig überflüssig. Die Telemikroskopie benötigt keinen permanenten Speicher- oder Serverplatz, da die Live-Mikroskopie-Bilder nur vorübergehend auf dem Computer zwischengespeichert werden und nicht mehr verfügbar sind, wenn die Anwendung geschlossen wird. Wenn die Konsultation aus der Ferne durchgeführt werden muss, kann eine Streaming-Verbindung zur Mikroskopie-Steuerungssoftware innerhalb des Netzwerks des Gesundheitsinstituts oder über verschiedene Netzwerke hinweg über eine ausreichend schnelle Internetverbindung – die in den meisten Fällen verfügbar ist – hergestellt werden.
Fazit - Mit Telemikroskopie flexibler arbeiten
Es ist nicht technisch unmöglich, einen Gefrierschnitt zu scannen, aber die Technologie des Scannens scheint für die diskutierte Anwendung unpraktisch zu sein. Verschiedene Probleme, die mit der WSI-basierten digitalen Pathologie verbunden sind, kosten zusätzlich zur Scanzeit wertvolle Minuten. Zeit, die den Benutzern während des zeitkritischen Verfahrens, das nicht länger als 15 Minuten dauern sollte, nicht zur Verfügung steht.
Die Telemikroskopie hingegen spart Zeit und bietet den Anwendern eine große Flexibilität. Die Technologie ähnelt der praktischen Erfahrung mit analogen Mikroskopen und stellt den Pathologen in den Mittelpunkt des Prozesses, wobei sichergestellt wird, dass die Mikroskopiearbeiten unabhängig vom Standort durchgeführt werden können.
(1) Quelle: https://digitalpathologyassociation.org/about-digital-pathology
(2) Quelle: Intraoperative frozen section consultation by remote whole-slide imaging analysis
–validation and comparison to robotic remote microscopy
Thomas Menter, Stefan Nicolet, Daniel Baumhoer, Markus Tolnay, and Alexandar Tzankov
