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디지털 병리학

Sherri Heffner CT ASCP
Olga Colgan Global Brand Strategy Director, Leica Biosystems

디지털 병리란?

디지털 병리학은 슬라이드와 데이터를 포함한 디지털 환경에서의 병리학 정보의 획득, 관리, 공유, 해석까지 포함합니다. 디지털 슬라이드는 컴퓨터 스크린이나 모바일 기기에서 볼 수 있는 고해상도의 디지털 이미지를 제공하기 위해 스캔 장치로 유리 슬라이드를 촬영하여 만들어집니다.

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Figure 1: Evolution of Digital Pathology over time.
그림 1: 시간에 따른 디지털 병리학의 진화.

대용량 고속 자동화 디지털 병리 스캐너를 사용하면 광학 또는 형광 조건에서 현미경과 대등한 배율로 유리 슬라이드 전체를 촬영할 수 있습니다. 디지털 슬라이드는 전문 디지털 병리 소프트웨어 애플리케이션을 사용하여 네트워크를 통해 공유할 수 있습니다. 또한 조직 절편 내 바이오 마커 발현의 해석 및 정량화를 돕기 위해 자동화 이미지 분석 도구가 사용될 수 있습니다.

디지털 병리학의 역사는 현미경으로부터의 이미지를 사진으로 촬영하기 위해 특수 장비가 처음으로 사용되었던100여 년 이상 전으로 거슬러 올라가 시작됩니다. 원격병리학의 개념은 (현미경 이미지를 원격 공간으로 전송) 거의 50년 전부터 존재했습니다. 하지만 병리학이 아날로그 방식에서 벗어나 전자 환경으로 들어오면서 진정한 디지털 변환을 겪기 시작한 것은 최근 10년 이내입니다.

전체 슬라이드 이미지 처리(whole slide imaging, WSI) 기술의 급속한 발전은 소프트웨어, LIS  / LIMS 인터페이싱, 고속 네트워킹의 발전과 함께 병리학 작업 흐름에 디지털 병리학을 완전히 통합할 수 있게 만들었습니다.

디지털 병리학은 병리학자들이 투명하고 일관되게 신속한 원격으로 참여하고, 평가하고, 협업할 수 있게 하여 효율성과 생산성을 높여주었습니다. 디지털 병리학의 미래는 결과적으로 더 발전된 중개 연구, 컴퓨터 보조 진단 (computer aided diagnosis, CAD), 맞춤 의학을 망라할 수 있습니다.

디지털 병리학의 장점은?

유리 슬라이드 사용이 아직 사라지지 않은 데는 그럴 만한 이유가 있습니다. 병리학은 수집된 조직에서 시작된다. 유리 슬라이드는 디지털 스캔으로 나중에 전송되더라도 필요합니다. 하지만 오늘날 병리학은 조직이나 스캔을 넘습니다. 품질, 생산성 등을 향상에 관련되어 있습니다.

오늘날의 병리학이 변화하고 있는 방식을 생각해봅시다.

  • 현업에 들어오는 병리학자보다 은퇴하는 병리학자가 더 많아 인력 부족 현상이 있습니다.

  • 디지털 기술이 채택되면서 개선된 품질과 혁신을 가져왔습니다.

오늘날 병리학은 새로운 접근이 필요합니다. 그리고 병리학자들이 디지털 병리학을 완전히 채택하는 것을 멈출 때, 유리 슬라이드로는 달성할 수 없는 많은 이점을 놓치게 됩니다.

디지털 병리학은 유리 슬라이드만으로는 쉽게 달성할 수 없는 여러가지 장점들을 제공합니다. 현미경 방식에 비해 디지털 병리학이 가진 많은 장점들을 살펴봅시다.

 

디지털 병리학은 다음과 같은 방법들로 품질을 의미 있게 개선할 수 있습니다.

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Quality Graphic Optimized

분석 향상 :

  • 슬라이드를 분석하는 알고리즘이 현미경보다 객관적이고, 정확하고 빠름

  • 이전 사례에 대한 빠른 접근

  • 예측 분석을 가능케 하는 데이터 저장

오류 감소 :

  • 파손 가능성 없음

  • 바코드로 인한 오식별 위험도 감소

더 나은 시야 :

  • 실시간 확대 및 다각도 시야 제공

  • 다중 AOI 측정 능력

  • 슬라이드들의 단체 주석 허용

  • 데이터와 주석의 대시보드 화면 제공

디지털 병리학의 가장 큰 장점 중 하나는 장,단기적으로 생산성을 향상하는 여러 방법입니다.

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Improved Analysis:  Algorithms for analyzing slides are objective, accurate and quicker than microscopy Rapid access to prior cases Data Storage allows for long-term predictive analytics Reduced Errors:  Eliminates breakage Barcoding reduces risk of misidentification Better Views:  Offers live zoomed and multiple angle views Ability to measure multiple AOI Allows for team annotation of slides Provides a dashboard view of data and annotations One of the biggest benefits of digital pathology is the many ways

향상된 작업 흐름

  • 협업 조성

  • 중앙 저장소를 통해 간소화된 작업 흐름에 쉽게 접근할 수 있음

  • 아웃소싱 경향 억제

  • 자동화, 유연한 작업 스케줄, 원격 접속 허용

소요 시간 단축 :

  • 보관된 디지털 슬라이드에 빠른 접근

  • 검색, 데이터 매칭과 정리에 소요되는 시간 단축

  • 표본에 대한 접근 속도를 높이고 수작업으로 검토하는 것에 비해 처리 시간을 개선시킴 (특히 복잡한 사례에서)

더 많은 혁신 :

  • 빅데이터 활용이 병리학자들이 더 전문성을 갖출 수 있게 함

  • 실행이 더 넓은 지역으로 확장될 수 있도록 함

  • 교육과 트레이닝을 위한 더 나은 도구 제공

“유리 슬라이드도 잘만 된다.” 는 말은 주로 병리학자들이 디지털 솔루션에 대한 투자를 정당화할 수 없다는 것을 얘기하는 방법이다. 하지만 그들은 다음과 같은 장기적인 비용 편익 중 일부를 고려하지 않는다.

  • 운반 서비스를 없앰

  • 작업 흐름의 속도를 높임

  • 동료의 작업 리뷰를 위한 이동을 줄임

  • 더 넓은 지역으로 실행을 확장하는 능력을 통해 새로운 비즈니스 기회가 열림

  • 초과 근무의 필요성을 피함

디지털 병리학의 7단계

디지털 병리학의 채택에 대한 장벽

“현미경에는 아무 문제가 없다.”

“우리의 정보 시스템은 다른 기술과 통합되지 않을 것이다.”

“변화는 어렵다.”

이것들은 병리학자들이 디지털 병리학에 대해 가지고 있는 몇 가지 우려가 되는 사안들입니다. 그러나 병리학자들이 더 많은 것을 알게 될수록 디지털 방식으로 전환하는 것에 대한 불안감이 상당한 이익을 얻는 방식으로 나아가지 못하게 한다는 것을 알게 됩니다. 또한 오래된 방법들이 오늘날의 디지털 솔루션에 대적할 수 없다는 것을 알아가고 있습니다.

그리고 디지털 방법이 더 나은 속도, 정확성, 효율성, 협업 가능성을 제공한다는 것을 병리학자들이 알더라도 크게 변화하는 것이 힘들어 보일 수 있습니다.

가장 널리 채택된 디지털 병리학 솔루션을 가진 업계의 리더로서 라이카 바이오시스템즈는 완전한 채택의 어려움을 이미 알고 있습니다.

디지털 병리학을 수용하는 과정은 조직을 변화시킬 수 있습니다. 따라서 그 단계들과 어떻게 시작해야 하는지 아는 것이 중요합니다.

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The 7 Steps to Digital Pathology
단계 주요 사항
1. 디지털 병리학 옹호
  • 프로젝트 후원자와 병리학자 둘 다 설정
  • 디지털 병리학의 이점 이해
  • 사례 연구와 연구 모범 사례를 읽기
  • 진입 장벽과 높은 수준의 설문조사
  • 새로운 작업 흐름 생성을 위해 시각적 운영 사용
  • 비즈니스 사례 편집
  • 승인 모색 및 피드백 받기
2.필요성과 목표를 설정
  • 새로운 작업 흐름의 세부적인 설계
  • 장비, 과정, 팀/역할을 포함한 니즈 리스트 파악 시작
  • 개념 증명(POC) 테스트 시험 운용
3. 인프라와 실험실 정보 시스템 (Laboratory Information Systems, LIS) 니즈 구체적으로 명시
  • 프로젝트 기술 리더 설정 및 IT부서로부터 승인 확보
  • 네트워크, 저장소, 보안 니즈 파악
  • 도구, 예산, 타임라인과 요건 비교
  • 세부사항의 단기 및 장기 우선순위 지정
4. 작업 흐름 구축
  • 디지털 변환의 단계별 업무기술서 작성 (이미지 획득, 사전 분석, 이미지 관리 및 분석)
5. 환경 설정과 트레이닝
  • 완전한 채택에 앞서 디지털과 비디지털 프로세스 모두 사용. 디지털 작업 흐름을 비교, 분석, 개선
  • 모든 위치의 이해 관계자들을 위한 점심 및 학습, 개인 대 개인, 튜토리얼 및 기타 트레이닝 방법 제공
  • 진행 상황과 격차를 파악하기 위한 지속적인 현황 회의 주관
  • 완전한 변환에는 오랜 시간이 소요됨을 인식 e
6. 가동
  • 수동 프로세스를 디지털로 완전히 변환
  • 가동 규모에서 이점을 최대로 활용
7. 분석 및 응용 확대
  • 속도, 용량, 비용 측면의 개선 사항 검토
  • 초과 근무와 손상 슬라이드의 감소량 측정
  • 만족도 조사
  • 협업 증대를 위해 더 접근성이 높은 데이터 사용
  • 고급 데이터 분석으로부터 새로운 통찰력 획득
  • 통찰력을 발견하기 위한 프로세스 분석. 업그레이드 및 개선에 대해 제공자와 협업

디지털 병리학과 면역조직화학 (I.H.C.)의 미래 트렌드는?

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Aperio Versa Easy to US

디지털 병리학과 면역조직화학 (I.H.C.)의 미래 트렌드는?

특히 최근 떠오르는 동반진단법과 획기적인 테라노스틱스 (특정 표적 진단 암 치료법)의 정량적 분석을 위한 디지털 병리학의 잠재적인 미래 사용을 위한 기회가 열려 있습니다. 이러한 기회는 멀티플렉스 측정과 같이 인간의 눈으로는 식별하기 어려운 측정법이나, 예를 들어, 한 개의 특성만 임상적으로 연관이 있을 수 있는 여러 세포 구획에 걸친 광범위한 염색 특성들을 가진 마커의 출현과 관련이 있을 수 있습니다.

이렇듯 분석법의 복잡성이 증가함에 따라 고급 고효율 처리 이미지 캡처(명시야, 형광, 또는 다중 스펙트럼)를 갖춘 동시에 연관된 조직 유형과 개별 세포 구획을 형태학적으로 식별할 수 있는 패턴 인식과 (IHC) 염색의 강도를 정량화 할 수 있는 능력들이 결합된 디지털 병리학 솔루션의 개발이 추진되고 있습니다.

이는 샘플 분석 결과를 임상 데이터로부터 도출된 표준 곡선에 비교함으로써 임상적으로 관련이 있는 진단 혹은 예후 점수를 제공할 수 있는 디지털 병리학 시스템의 출현으로 이어지고 있습니다. 실제로, 디지털 병리학의 아직 개발되지 않은 잠재력의 많은 부분은 임상 관련 그룹으로의 더 분별력 있는 환자 계층화를 이루기 위한 노력으로써 IHC 데이터와 이미지를 FACS나 MALDI-TOF과 같은 다른 양식의 것과 결합하여 진단 혹은 예후 점수를 만드는 잠재적 능력에 있을 수 있습니다. 새로운 분자 검사들과 디지털 병리학의 통합은 IHC를 대체하기보다는 미래를 위한 상호 보완적인 진단 도구를 제공할 수 있습니다.

디지털 병리학, 교육 혁명에 기여

교육 분야는 디지털 병리학을 가장 먼저 채택한 분야 중 하나였으며, 대학 및 대학원 교육에서부터 지속적인 전문성 개발 (continuous professional development, CPD) 및 외부 품질 보증 (external quality assurance, EQA)에 이르기까지 조직병리학 학습의 전체 스펙트럼에 걸쳐 이용하고 있습니다.

광학현미경과 유리 슬라이드를 이용한 전통적인 교육은 슬라이드 접근성과 수업 내용의 변동성 등 많은 한계점이 있는데 이는 디지털 병리학을 사용함으로써 극복할 수 있으며 다음을 포함합니다.

  • 수업 자료의 표준화 : 디지털 병리학을 사용하면 모든 참가자가 정확히 같은 내용을 볼 수 있는데, 이는 같은 형태학적 및 바이오 마커 패턴을 나타낼 수도, 안 나타낼 수도 있는 같은 조직 블록에서 잘라낸 유사한 슬라이드들을 보는 것과는 차이가 있습니다. 내용의 표준화는 각 참가자가 동일한 학습 기회와 교육의 질을 얻는 것을 보장합니다. 또한 디지털 병리학은 일반적인 규모의 수업을 위해서 여러 개의 유리 슬라이드가 아닌 단 하나의 슬라이드 디지털 사본만을 필요로 하므로 희귀한 사례들을 수업 내용에 포함하는 것이 용이합니다.

  • 접근성 향상 : 디지털 병리학은 실험실 밖과 전통적인 학습 시간 이외에도 조직과 슬라이드 기반 자료에 대한 접근성을 넓힐 수 있게 합니다. 사용자는 인터넷을 통해 디지털 수업 자료에 접근할 수 있고 웹브라우저, 개인용 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 기기 등을 통해 언제 어디서든 슬라이드를 볼 수 있습니다. CPD와 EQA 제도를 지원하기 위해 디지털 병리학을 사용하는 것은 슬라이드가 더 이상 한 장소에서 다른 장소로 물리적으로 이동하지 않아도 되고 여러 장소에서 동시에 효율적으로 공유될 수 있기 때문에 순환하는데 소요되는 시간과 비용을 줄이는데 도움을 줍니다.

  • 학습 개선 : 조직병리학 교육을 위해 물리적 환경에서 디지털 환경으로 전환하는 것은 전통적인 광학현미경과 유리 슬라이드를 이용한 교육 방법에 비해 많은 이점을 제공합니다. 사용자는 서로 다른 조직 절편들과 면역조직화학 (IHC ) 마커들을 더 잘 비교할 수 있도록 여러 디지털 슬라이드를 나란히 놓고 동시에 볼 수 있습니다 (그림 6).

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Figure 6: Digital pathology enables multiple digital slides to be viewed simultaneously, aligning them side-by-side for improved comparison between different tissue sections and IHC markers.
그림 6: 디지털 병리학은 서로 다른 여러 조직 절편들과 IHC 마커들을 더 잘 비교할 수 있도록 여러 디지털 슬라이드를 나란히 놓고 동시에 볼 수 있게 한다.

교육자들은 유리 슬라이드로 쉽게 할 수 없는 세포 및 세포 이하 수준에서 중요한 관심 영역에 주석을 달 수 있습니다 (그림 7). 그리고 전문 디지털 병리학 교육 소프트웨어를 사용하면 질문과 지도 사항을 디지털 슬라이드에 넣어서 맥락 관련 정보와 질문에서 언급된 조직 또는 세포 기능들에 대한 직접적인 링크를 제공할 수 있습니다.

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Figure 7: Digital slides are often used by educators for histology training. Utilizing digital slides and software applications, it is possible to annotate significant regions of interest.
그림 7: 디지털 슬라이드는 조직학 교육을 위해 교육자들이 자주 사용한다. 디지털 슬라이드와 소프트웨어를 활용하여 중요한 관심 영역에 주석을 다는 것이 가능하다.

발표자 소개

Sherri Heffner , CT ASCP

Sherri’ Heffner, CT(ASCP), has held clinical and research laboratory positions at private and academic institutions and sales/marketing positions with leading laboratory and technology companies, including Aperio.

Olga Colgan , Global Brand Strategy Director, Leica Biosystems

Dr. Colgan has over a decade of experience in the digital pathology sector and is focused on how this new and disruptive technology can be leveraged to provide real benefits in both the healthcare and research domains. Prior to working with Leica Biosystems, she came from a research background with a BSc in Biotechnology and a PhD in Vascular Biology from Dublin City University, Ireland.

Colin Doolan , BSc

Colin Doolan has over ten years' experience working with Digital Pathology software solutions for Education, Research and Healthcare markets. He received his BSc in Biotechnology from Dublin City University, Ireland.

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