Digital Frozen Section

Digitale Schnellschnitte: Funktioniert das?

Martin Woywood

Martin Woywood

Product Owner bei PreciPoint GmbH

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?

Ist die digitale Pathologie für intraoperative Konsultationen geeignet?

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 soll diese Technologie und diesen Prozess synonym als digitale Pathologie, WSI oder Scanner bezeichnet werden.

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? Kann das, was in der Routinepathologie eingesetzt wird, auf die intraoperative mikroskopische Beurteilung in der chirurgischen Pathologie übertragen werden?
Die für das Scannen von Routine-Objektträgern in der Pathologie verwendete Technologie und insbesondere die Scanner wurden für einen schnellen Durchsatz und für Proben optimiert, die in Arbeitsabläufen der klinischen Pathologie verwendet werden. Sie funktioniert am besten bei qualitativ hochwertigen, formalinfixierten, paraffineingebetteten (FFPE) Standard-Objektträgern ohne oder mit nur sehr geringen Artefakten.

Das Scannen unebener Objektträger oder von Objektträgern mit Schnitt- oder Eiskristallartefakten, wie sie bei intraoperativen Konsultationen vorkommen, liefert nicht die gleiche Bildqualität in der gleichen Zeit wie Routineobjektträger. Das Scannen komplexer Objektträger dauert erheblich 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 zum Thema Chirurgische Pathologie.

Unseren Untersuchungen zufolge kann die Scanzeit eines gefrohrenen Schnellschnitts gegenüber eines FFPE-Schnitt Vierfache länger sein. Was bei einem Standard-FFPE-Schnitt ein paar Minuten dauert, kann bei einem komplexen Schnitt wie einem leicht fetthaltigen 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 Schnitten, die sich erheblich von den üblichen FFPE-Schnitten aus einem histologischen Routinelabor unterscheiden.

Schnellschnitt FFPE-Schnitt
Gesamtzeit für das Scannen von Schnellschnitten und FFPE-Schnitten im Vergleich

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.

Umfrage Intraoperative Konsulationen
Umfrage Intraoperative Konsulationen

Daher müssen Sie die Gesamtzeit für das Scannen mit der Anzahl der Schnitte pro Fall multiplizieren. Das Ergebnis ist, dass in den meisten Fällen allein das Scannen der Schnitte länger dauert als die 15 Minuten, die für die gesamte Beratung vorgesehen sind. Das macht den Einsatz einer solchen Technologie gefährlich für Patienten.

Wenn Sie mehrere Schnellschnittpräparate gleichzeitig vorbereiten, könnten Sie theoretisch (und wenn Geld keine Rolle spielt) mehrere Scanner parallel verwenden. 

Jedoch gibt es aus unserer Sicht drei wichtige Parameter zu berücksichtigen, wenn Sie beabsichtigen, ein Scanning-Gerät für intraoperative Verfahren zu verwenden:

Ein Hauptproblem ist die Notwendigkeit, ein Präparat erneut zu scannen, wenn die Qualität des WSI für die Diagnose unzureichend ist. Dies betrifft schwierige Objektträger von geringer Qualität, und Schnellschnittpräparate sind genau das. Der Grund dafür liegt, wie oben beschrieben, in den spezifischen Probenvorbereitungsmethoden für intraoperative Konsultationen. Einige Studien haben ergeben, dass bis zu 13 % der WSI-Fälle nicht für die Diagnose verwendet werden können (2). Diese Zahl ist in einem produktiven Arbeitsumfeld unhaltbar hoch.

Ein weiteres Problem, von dem Pathologen und Laboranten berichten, besteht darin, dass das bei Schnellschnitten üblicherweise verwendete feuchte Einbettungsmedium tropfen kann. Dies ist ein großes Problem beim Betrieb von Scannern, die als so genannte Closed-Box-Geräte konzipiert sind. Die Benutzer sind unter Umständen nicht in der Lage, solche Geräte zu reinigen, was im Laufe der Zeit zu ernsthaften Problemen bei der Gerätefunktion führen kann.

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. WSI-Scangeräte sind möglicherweise nicht für die Verwendung von Objektträgern aus gefrorenem Gewebe, Zytologie oder hämatopathologischen Präparaten, die nicht FFPE sind, vorgesehen.

Was für die Forschung oder Routine funktioniert, ist möglicherweise nicht die beste Lösung für intraoperative Konsultationen. Mit anderen Worten: Intraoperative Prozesse können nicht mit Routineprozessen verglichen werden. Da Slide Scanner bei der intraoperativen Konsultation möglicherweise keine nennenswerten Zeitvorteile bieten, lohnt es sich, andere Technologien wie die Telemikroskopie – auch bekannt als digitale Mikroskopie – als alternative und möglicherweise praktischere Lösung zu betrachten.

Telemikroskopie für die praktische Telekonsultation

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 vor Ort – 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 vor Ort verwenden würde.

Frozen Section & Telemicroscopy
Telemikroskopie bei der Schnellschnitt-Konsultation

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

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