臨床診斷數(shù)字化
——開啟病理學(xué)的新時代

隨病理作為公認(rèn)的診斷“金標(biāo)準(zhǔn)”，在疾病的診斷、治療乃至預(yù)后中具有舉足輕重的作用。隨著人口老齡化，癌癥等疾病的發(fā)病率在不斷上升，與此同時，精準(zhǔn)診斷的需求促使免疫組化等特殊檢查的申請量也在上漲，這些都大幅增加了病理醫(yī)生的工作量。而另一方面，由于工作環(huán)境、待遇等因素的影響，全球范圍內(nèi)病理醫(yī)生都非常稀缺，中國病理醫(yī)生的缺口就在九成左右。由此，如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)就成為日益重要的課題。

1 臨床診斷數(shù)字化時代的到來

臨床診斷的全面數(shù)字化，由于可以避免傳統(tǒng)玻片在分發(fā)、共享、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的諸多不便，故可以大幅改善病理診斷的質(zhì)量和效率，進而提升醫(yī)院整體治療水平和加快患者周轉(zhuǎn)率，一直是病理學(xué)發(fā)展的方向。由于技術(shù)條件的不成熟以及成本的限制，早期的病理數(shù)字化還僅僅限于對零星的典型病例的掃描存檔以及會診，而日常工作中病理醫(yī)生仍然以使用顯微鏡或者是上面的CCD 相機為主。掃描技術(shù)和圖像重建技術(shù)的發(fā)展使得高清的數(shù)字切片已經(jīng)可以替代顯微鏡下觀察。2017 年美國FDA 基于一項評估了約2000 例病例的大規(guī)模多中心研究的結(jié)果批準(zhǔn)了首個可用于病理臨床診斷的數(shù)字病理系統(tǒng)。該研究中，來自4 家醫(yī)院的16 名病理科醫(yī)生對約2000 例病例的3400 張切片進行了16000 次的判讀，結(jié)果證明該飛利浦intelliSite 數(shù)字病理系統(tǒng)得到的全切片圖像質(zhì)量與傳統(tǒng)顯微鏡觀測相一致，從而可用于臨床診斷。網(wǎng)絡(luò)和存儲的性能提升及成本下降則是使病理診斷的全面數(shù)字化變得現(xiàn)實及可行。千兆網(wǎng)、5G 等技術(shù)的普及使得高達幾個GB 的高清病理圖像的傳輸不再受限。而海量數(shù)據(jù)的存儲成本也在逐漸降低，很多醫(yī)院都建立了集中的數(shù)據(jù)存儲中心。由此，病理科臨床診斷的全面數(shù)字化已經(jīng)逐漸走入現(xiàn)實。目前世界范圍內(nèi)已經(jīng)有LabPON 等幾十家病理中心或者實驗室進行了全數(shù)字化的升級。在大中華范圍內(nèi)，臺北榮民總醫(yī)院率先從去年開始分三期進行了全數(shù)字化改造?？梢灾v，病理臨床診斷的數(shù)字化時代已經(jīng)開啟了。

2 臨床診斷數(shù)字化的價值

2.1 改善醫(yī)生工作體驗

長時間地盯著顯微鏡和持續(xù)快速的切換鏡頭容易引起醫(yī)生的肩頸的嚴(yán)重問題。而經(jīng)過了染色干燥等諸多工序的切片往往帶有試劑和膠，會造成醫(yī)生的工作區(qū)嚴(yán)重污染，而很多病理科空間有限，也無法保證醫(yī)生有遠(yuǎn)離污染的休息區(qū)和用餐區(qū)。數(shù)字化診斷可以有效的解決這些問題。符合人體工程學(xué)設(shè)置的顯示器和鍵盤乃至觸摸板、3D 鼠標(biāo)等人機交互設(shè)備會減輕醫(yī)生的疲勞和不適。在電腦前閱片也避免了玻片對于醫(yī)生工作區(qū)和休息區(qū)的污染。這使得病理科醫(yī)生終于有機會從刺鼻的氣味中解脫出來。面對新型冠狀病毒等傳染性疾病的樣本時，將樣本與醫(yī)生隔離開也為保證醫(yī)生的安全提供了額外一層保障（圖1）。

圖1 數(shù)字化時代病理醫(yī)生可以坐在整潔的辦公桌前通過顯示器來進行診斷

2.2 提升病理科的效率

傳統(tǒng)的大量玻片需要人工整理、分發(fā)和回收。這一過程費時費力，而且極易出錯。病理醫(yī)生拿到切片后首先要核對患者信息和切片數(shù)量，確認(rèn)切片無誤。而當(dāng)患者做了免疫組化等多種特殊的檢查后，醫(yī)生需要切換多個玻片，沒法很方便的比較同一部位的不同染色結(jié)果。專業(yè)的流程和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使得數(shù)字切片的分發(fā)快速而準(zhǔn)確，不僅節(jié)省了人力，也避免了錯發(fā)或漏發(fā)切片，提升了診斷的安全性。在屏幕上閱片也提升了診斷的效率，比如醫(yī)生可以很方便地同屏比對或者堆疊顯示同一部位的不同染色結(jié)果，測量等操作也方便快捷。與醫(yī)院信息系統(tǒng)的集成也使得醫(yī)生可以一目了然的掌握作出診斷所需的患者的全部信息，從而得到正確的診斷結(jié)論，而無需額外在各個系統(tǒng)中費力搜索。人工智能等高級分析技術(shù)則會使臨床中越來越多的定量測量，比如計數(shù)、測距等等，變得省時省力，而且準(zhǔn)確性和可重復(fù)性都大幅提升。

2.3 優(yōu)化病理資源配置

數(shù)字化診斷突破了地域的限制，醫(yī)生可以在家中或者在外出開會途中隨時隨地的工作。比如為應(yīng)對COVID-19疫情， FDA 特意許可醫(yī)生在此期間使用特定的家用顯示器和飛利浦IntelliSite 數(shù)字病理解決方案在家中進行遠(yuǎn)程病理診斷。同樣的，本就人手不足的病理醫(yī)生也不必浪費寶貴的時間在醫(yī)院的各個分院區(qū)之間來回奔波，完全可以就近在各自的辦公桌前完成整個醫(yī)院的診斷工作。術(shù)業(yè)有專攻，病理醫(yī)生也都有各自擅長的診斷領(lǐng)域。不同院區(qū)或者不同醫(yī)院之間的會診咨詢也不必再依靠快遞或者醫(yī)生人力運輸切片。數(shù)字切片可以快速分享而無需擔(dān)心運輸造成切片損壞或者丟失。支持同屏實時共享的系統(tǒng)和分級壓縮重建的圖像技術(shù)使得多方實時交流互動變得非常方便（圖2）。這就為區(qū)域病理中心的建立打下了基礎(chǔ)。比如澳大利亞的Sullivan Nicolaides Pathology 病理中心就構(gòu)建了一個覆蓋澳大利亞東部和北部廣袤地區(qū)的病理網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)名身在大城市的病理醫(yī)生為幾百萬平方公里的患者提供支持。而國際最大的獸醫(yī)醫(yī)療公司IDEXX 則以87 名醫(yī)生和28 臺掃描儀組成了一個服務(wù)于美國、歐洲乃至大洋洲75 個城市的大型國際病理網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域病理中心的模式將使寶貴的病理醫(yī)生資源得到充分的利用和整合，促進整個區(qū)域的病理診斷水平乃至整體疾病診療水平的提升。

圖2 數(shù)字化時代的遠(yuǎn)程會診中，病理醫(yī)生可以實時共享及互動

2.4 挖掘病理數(shù)據(jù)價值

隨著醫(yī)療大數(shù)據(jù)觀念的不斷普及，政府、學(xué)術(shù)界、醫(yī)療界和產(chǎn)業(yè)界對于醫(yī)療數(shù)據(jù)的價值有著越來越深刻的認(rèn)識。診斷數(shù)字化將臨床工作中的病理信息變成計算機可以識別的醫(yī)療數(shù)據(jù)，毫無疑問的是病理大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。而數(shù)據(jù)化的病理信息則可以進一步連接未來的基因分析平臺和腫瘤多學(xué)科診療平臺等臨床決策平臺，使醫(yī)療決策更全面更智能。病理人工智能分析技術(shù)也依靠于大量的病理數(shù)據(jù)。相比于目前AI 公司基于各自研發(fā)的產(chǎn)品而特地對少量病例進行拍照和勾畫的模式而言，臨床流程數(shù)字化將方便而自然地構(gòu)建通用的AI 訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫，減少了很多重復(fù)勞動，也大幅提升了數(shù)據(jù)量。這會極大提升病理AI 輔助診斷系統(tǒng)的效能和開發(fā)速度。由于目前數(shù)字病理的圖片格式尚不統(tǒng)一，這就要求廠家的數(shù)據(jù)格式必須是完全開放的，從而保證數(shù)據(jù)長遠(yuǎn)的可用性。同樣的，AI 等高級分析工具的生命力在于能使醫(yī)生在臨床工作中隨手可用，而非局限于特定的孤立工作站中，這也要求圖像診斷平臺是開放的，可以與第三方的分析工具相集成，從而真正提升醫(yī)生的工作效率。只有開放的數(shù)據(jù)格式和開放的系統(tǒng)平臺才能真正地創(chuàng)建病理大數(shù)據(jù)庫，提升病理數(shù)據(jù)的價值，從而服務(wù)于臨床乃至產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3 臨床診斷數(shù)字化的實現(xiàn)

首要考慮的當(dāng)然是法規(guī)問題，比如相應(yīng)的數(shù)字病理系統(tǒng)是否被國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)可用于病理診斷，以及有無其他國際上的相關(guān)注冊等。收費體系也是影響因素，比如江蘇、云南等地已經(jīng)開始數(shù)字掃描的收費，按其收費價格算，可在一年內(nèi)回收相應(yīng)的投資成本，這樣就減輕了醫(yī)院在資金上的負(fù)擔(dān)，反而可以實現(xiàn)盈利。

與現(xiàn)有的會診/科研數(shù)字掃描相比，臨床數(shù)字化技術(shù)上是海量數(shù)據(jù)的生成、傳輸和存儲的問題，需要醫(yī)院各方面通力合作。高速而穩(wěn)定的掃描系統(tǒng)是滿足臨床需求的必要條件。全自動設(shè)計以實現(xiàn)無人值守的掃描可以節(jié)約寶貴的人力。而高速的掃描可以以更少的掃描儀來滿足日常所需，空間和維護的成本都更低。每張數(shù)字切片大小依據(jù)樣本尺寸不同在1 到幾個GB 之間，而醫(yī)生在診斷時則需要對如此大的圖像做快速的放大縮小和移動。這除了對網(wǎng)速提出較高要求外，還需要專用的圖像壓縮和重建技術(shù)，比如而iSyntax 格式是將圖像做小波變換等處理后進行分級存儲和壓縮，減少了服務(wù)器之間傳遞的數(shù)據(jù)量，實現(xiàn)了更快的圖像傳輸和重建。海量的數(shù)據(jù)存儲是另一個問題。比如一個中等的病理科一年切片量都要在20 萬張左右，頂級病理科甚至可達1 百萬張，由此病理科一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量達幾百TB。這就要求系統(tǒng)有完善的分級存儲體系，既通過高速存儲架構(gòu)保證短期的數(shù)據(jù)可以被快速的調(diào)閱出來，也有大容量架構(gòu)以經(jīng)濟地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長期存儲。而iSyntax 的特有壓縮技術(shù)由于避免了其他格式的冗余存儲，可以最大程度地節(jié)約數(shù)據(jù)存儲空間?？梢?，只有病理科、信息科、醫(yī)院領(lǐng)導(dǎo)層的相互配合，在專業(yè)醫(yī)療信息化解決方案供應(yīng)商的支持下，采用覆蓋診斷全流程的整體方案，才能最終實現(xiàn)臨床診斷的全面數(shù)字化。