クラウドベースPACSによるデジタル病理学における多分野の連携強化

この記事は、“Enhancing multidisciplinary collaboration in digital pathology with cloud-based PACS” を翻訳したものです。

病理医は凍結切片法を用いて生検した組織の分析を行います。従来、凍結切開では組織生検の可視化に顕微鏡検査のみに頼っていました。ただし、顕微鏡スライドは壊れやすく、細胞構造の視覚化に使用される色素は時間の経過とともに色あせてしまうため、情報の共有とデータ保存に重大な問題が生じます。顕微鏡用カメラの発明により、スライドキャプチャが簡単になりました。それでも、画像はローカルストレージに最適化するために圧縮されることが多く、レポートの作成中に画像をキャプチャするという手作業が追加されるため、病理医の通常のワークフローが中断されることになります。

ホールスライドスキャナーは画像キャプチャの負担を軽減すると、当初はデジタル病理学において関心を呼びましたが、完全なエンドツーエンドのソリューションではありません。世界中の多くの病院は、まだデジタル病理学の可能性を最大限に活用していません。

韓国に拠点を置くヘルスケアテクノロジー（ HealthTech ）企業である INFINITT Healthcare は、スライド標本全体画像（WSI）の出力を医療における Digital Imaging and Communications in Medicine（DICOM）ファイルとして抽出して変換することで、状況を変えることに取り組んでいます。DICOM は、病理医が時間と資源を節約し、多分野のコミュニケーションを効率化し、患者ケアのソリューションを実現するまでの時間を短縮するのに役立つWSIのデジタルバージョンです。その後、これはアマゾンウェブサービス（AWS）上に構築されたクラウドベースの Digital Pathology System（DPS）に保存されます。

デジタル病理学のパイロットリサーチ計画

専門の腫瘍センターを備えたソウル有数の病院である Samsung Medical Center（SMC: サムスン医療センター）は、デジタル病理学の導入を先導しています。SMCは年間200万人以上の患者を診察しており、1,200人の医師と2,300人の看護師を含む約7,400人のスタッフが配置されている三次病院です。INFINITT との共同リサーチ計画で、 SMC は2019年に病理部門でクラウドネイティブな Picture Archiving and Communication System（PACS）を試験的に導入しました。

SMC の病理部門は、年間52,000件の症例をサポートしており、これは1日あたり平均約214人の患者です。病理医は、本院から離れた別の建物で働いています。通常、搬送者が生検標本を搬送し、臨床検査技師が顕微鏡検査のために処理と準備を行い、最終的に病理医が検体を診断する必要があります。緊急の所見は、電話で主治医に伝えられます。

病理学におけるデジタル化の直接的なメリット

以前は、病理医は生検スライドを分析し、その結果を診療ノートに個別のレポートとして記述していました。腫瘍検査中に所見について話し合いたい場合は、顕微鏡に接続されたカメラで顕微鏡画像を撮影し、組織病理学的所見を含む PowerPoint ファイルを準備する必要がありました。さらに、生検スライドが壊れている場合、病理医は同じスライド画像を得るためにパラフィンブロックの再切断を依頼する必要があります。

スライド全体をデジタル化することで、病理医は所見を画像に直接アノテーションできるようになりました。その後、腫瘍ボード中に画像を INFINITT DPS で直接開くことができるため、時間と労力を節約できるだけでなく、患者のケアに焦点を当てたより多くの情報に基づいた意思決定が可能になります。

クラウドベースの DPS は、複数の専門分野にわたる腫瘍学チームにおけるコミュニケーションを即座に改善しました。病理医は、 INFINITT が提供するソフトウェアシステムを使用して、プライマリケアチームに電話をかけ、一緒に WSI をレビューできます。双方向の診断ツールとして、ウェブブラウザに搭載された最新の画面共有技術により、複数の遠隔地の病理医がスライド画像全体を同時に見て、まとめて診断することができます。これが可能なのは、各ユーザーが自分のマウスカーソルでスライドを動かして特定の位置を指すことができ、他の全員がリアルタイムですべてを見ることができるからです。

DPS は、国家レベルでの研究協力を可能にするために、アジア太平洋地域の一部の医療センターで実施されています。その後、韓国病理学会は会員の教育と訓練を目的として DPS を採用しました。

病理医のコミュニティ全体では、新しい DPS によってコストのかかるローカル IT インフラストラクチャの必要性が軽減され、データガバナンスを改善したという意見が一致しています。これまで、研究データ保持ポリシーを大規模に実施することは困難でした。ポリシーに準拠するため、サーバーラックをサードパーティベンダーが廃棄する必要がありました。クラウドベースの DPS では、データ保持ポリシーは Amazon Simple Storage Service (Amazon S3) バケットに書き込まれ、自動的にバックアップされます。

INIFITT が AWS を使用して WSI をデジタル化する方法

Figure 1. Architectural diagram of INFINITT’s solution that helped support SMC.

図 1.SMC の支援に役立った INFINITT のソリューションのアーキテクチャ図

INFINITT は DPS ソフトウェアで複数の AWS サービスを使用しています。図 1 は、このソリューションの大まかなアーキテクチャを示しています。

1) さまざまな学術機関から提供された DICOM 形式の WSI は、Amazon Virtual Private Cloud (Amazon VPC) の Amazon Elastic Block Store (Amazon EBS) にエクスポートされ、保存されます。

2) INFINITT DPS は VPC の Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) インスタンスでホストされます。

3) ユーザーはウェブポータルを介してWSIの検査にアクセスします。

4) アノテーションが付けられた WSI イメージは Amazon S3 に保存されます。 Amazon SageMaker は、人工知能 (AI) と機械学習 (ML) のワークフロー全体を管理し、関心のある特定の疾患に関するモデルをトレーニングするために使用されます。その後、処理された画像は Amazon S3 に保存され、INFINITT DPS 経由でアクセスできるようになります。

5) Amazon Cognito は INFINITT DPS ロードマップに追加され、臨床研究者の役割分担やアクセスガバナンスの強化など、役割分担によるデータへの安全なアクセスをサポートします。

INFINITT の DPS ソリューションは、病理学者のコミュニケーションと学際的なコラボレーションを強化するのに役立ちます。さらに、従来の IT インフラストラクチャからクラウドベースの PACS に切り替えることで、病院システムは50〜70％の節約になります。DPS は WSI データの自動バックアップをサポートし、データ保持ポリシーのガバナンスを容易にします。

デジタル病理学の次は？

一般に、WSI の出力は、非圧縮画像の場合は2.5ギガバイト (GB) から10GB までさまざまです。病理検査ラボの一般的な作業負荷は、1日あたり約1,000枚の画像で、これは毎日生成される10テラバイト（TB）のデータに相当します。WSIの研究はGB単位の規模になることがあります。これは、デジタル画像検査の平均サイズが通常数十メガバイト（MB）から数百メガバイト（MB）である放射線画像検査などの他の専門分野とは対照的です。

SMC の病理検査部門全体が100％WSI を使用する方向に向かっているため、長期的にはクラウドベースの DPS の方がはるかに費用対効果が高い可能性があります。スライドのデジタル化により、SMC はさらなる革新と Amazon SageMaker を使った実験を計画しています。 SMC は、WSI での病理所見の検出を加速できる AI および ML アルゴリズムを構築する予定です。さらに、乳がんと前立腺がんに必要な面倒な悪性度判定プロセスを自動化して、病理医の臨床作業負荷を軽減したいと考えています。

世界的な労働力の高齢化により、病理学は専門職の人員不足に直面しています。しかし、がんの診断数は増加しています。したがって、病理学におけるデジタルトランスフォーメーションは、病院が今後数十年にわたって最適な状態で機能し続けるために不可欠です。クラウドネイティブなアプローチは、病院の情報システムに追加の資本的負担や運用上の負担をかけることなく、スタッフと患者の治療成績をサポートするのに役立ちます。

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翻訳は Solutions Architect 窪田が担当しました。原文はこちらです。

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