网络环境与硬件配置
(一)网络环境要求
在远程病理诊断系统中,网络传输路径是承担数字图像、患者临床资料及其他相关信息传递的载体,是不受时空限制完成远距离病理诊断的根本保障。因此,稳定顺畅的网络环境是顺利实现高效、快捷的远程病理诊断的前提。目前,虽然5G网络已经落地,但在医疗系统的普及应用并未像之前期待的那样广泛,所以,在此依然基于现行4G标准的网络进行讨论,具体要求如下。
(1)参与远程病理平台系统的各单位及相应地区必须有良好的网络覆盖。
(2)每个站点的网络带宽要求不低于6 MB或10 MB远程病理专线,超五类(CAT5e)或六类(CAT6)网线接入。
(3)承担病例分配及诊断的远程中心平台网络带宽要求按目前的100 MB专线,六类(CAT6)或超六类(CAT6a)网线接入;或按HL7(Herlth Level 7)标准接入医疗机构主干网。
(4)从集线器即通常所说的主干网交换机到室内计算机或服务器的配线距离不超过100 m(图3.15)。

图3.15 网络布线示意图,图中❷为集线器预端至主机接口,应≤100 m
不同的网线种类和配线距离与传输速度及所传输的文件大小有直接关系。但就目前应用的双绞线而言,无论哪种类型,在保证最大网速不受损时的最佳传输距离为80~90 m,所以最大布线距离(主干网交换机到室内计算机或服务器)不应超过100 m。同时,在选择网线时,一定要选择正规厂家、质量可靠的网线,并在系统验证时予以关注。
关于TPS与外围站点医院的HIS、LIS等信息系统的集成与CDP环境下的DPS相同,可参考相关章节。
(二)系统硬件配置
不同的远程图像模式系统,其硬件组成略有差异。基于WSI的TPS的主要硬件设备包括图像处理设备如WSS、存储服务器、工作站以及连接这些设备的基础通信设施。其中,只有数字化WSS属于完成DS图像处理的专用设备,同时也是完成远程病理诊断的关键设备。其他设备设施属于IT领域的常规应用项目,通常情况下都能满足需要。因此,在系统硬件配置中对数字化WSS的选择和配置要求进行重点讨论。
1.TPS图像模式选择
构建一个远程病理诊断平台或实施数字化病理转换升级项目的首要任务是根据项目的用途和规模选择合适的系统图像模式。如果是两个机构之间建立一对一的网络系统,完成的主要工作是小量的远程术中IOC或远程会诊病例,那么机器人动态远程系统是合适的选择。但由于机器人动态远程系统的实时动态模式不适合大批量病例处理,所以后续的大规模拓展应用会受到限制。如果购买成本可以承受,则可以考虑选择复合型机器人动态/WSI远程系统,既能满足实时互动讨论又能实现文件图像存储转发和大批量病例的处理。对于区域性或多中心分布式TPS,由于每天需要处理大量的病例或者处于高频使用状态,基于WSI的DS图像模式是目前状态下的不二选择(当然,如果不在乎成本,也可选择复合型机器人动态/WSI远程系统)。事实上,目前绝大多数远程或数字病理项目都是采用的WSI远程病理系统,以至于在人们的印象中,远程或数字病理就是WSI(其实,这只是一种习惯性的理解)。
对于TPS中心/平台的虚拟病理专家可以在智能手机或平板电脑上装载sWSI移动远程病理系统,以供远程病理会诊专家不受时空限制随时随地进行疑难病例或紧急情况下的会诊,既方便了专家的会诊工作,也满足了申请会诊单位对病理报告时效性的要求。但受手机或平板电脑的屏幕功能和效率限制,sWSI移动远程病理系统不适用于病例相对较多的远程PD应用。
2.数字化切片扫描仪的选择
自从WSI图像模式诞生以来,数字化WSS几经迭代升级,图像质量不断改善,扫描速度不断提升,目前最快的高速高通量WSS能够在30~60秒内完成一张标准切片(15 mm×15 mm大小的图像范围)的扫描,大多数WSS单张切片的平均扫描时间已由过去的10~20分钟缩短至1~2分钟。
同时,针对不同种类如IHC、FISH等和不同尺寸大小如超大切片的特殊用途扫描仪陆续出现,使远程病理诊断和数字病理技术的实施开展变得越来越简便易行。(https://www.daowen.com)
随着机械制造和图像处理技术的不断突破和成熟,数字化WSS新的制造商和品牌不断出现,市面上可供选择的产品越来越多。从产品功能方面看,国内外的主流数字化切片扫描仪不外乎以下几类。
(1)基本型:以满足日常病理诊断基本需求为主的中低端WSI扫描仪,国外一些早期的经典产品以及国产的大多数WSS(除个别品牌型号外)基本都是这种产品。
(2)功能拓展型:这种WSS由于附加了特殊功能模块,从而适合特定环境下的(如荧光扫描、超大切片扫描、超高倍湿性介质扫描、全景及共聚焦功能等)功能需求,属于高端DS图像的WSS。目前,国外主流的高速高通量WSS都属于此类。
(3)动态机器人/WSI复合型:同时具备WSI扫描和实时视频互动机器人模式的多功能复合型扫描仪,这种实时互动的机器人动态功能非常适合远程IOC的处理。由于制造技术比较复杂及使用维护成本较高,这种类型的WSS越来越少。
正是制造技术的不断成熟以及制造门槛的降低,市面上可供选择的数字化WSS种类、品牌也越来越多,质量上难免出现良莠不齐、鱼龙混杂的情况。因此,选择一款性价匹配、方便实用的数字化WSS对于顺利实施远程和数字病理诊断项目至关重要。
在选择数字化WSS时,一定要根据临床用途、使用环境、切片流量大小进行,做到扫描仪的功能、效率与临床用途和环境相匹配。通常情况下,需要考虑以下问题。
(1)数字化WSS的具体应用项目是什么,是用于临床病理诊断如远程初始诊断、远程IOC等;还是用于远程教学和科研,抑或是两者兼而有之;是仅用于HE切片,还是同时扫描IHC或FISH图像等。这些不同的用途需要配置不同功能的数字化WSS。对于区域性远程病理会诊中心或大型分布式TPS,其主要目的是解决基层医院病理诊断的困难和病理资源的短缺问题,其应用的方向和重点应该着眼于满足基层或偏远地区的临床病理诊断的需求。
(2)根据不同的切片类型选择不同的数字化WSS,如湿切片(冷冻切片)或超大切片的扫描对于普通WSS来说可能充满挑战甚至不可能完成。事实上,无论是区域性远程病理会诊中心还是大型分布式TPS,最常见的应用还是日常病理工作中的常规HE切片、特殊染色或IHC和远程IOC的冷冻切片的处理。因此,WSS的选择还是应该集中于常规病理应用上。
(3)每天需要完成扫描的切片量,例如,每天要完成500张大批量切片的扫描任务和每天只扫描不到50张的HE切片,或者20张的冷冻切片,两者对数字化WSS的容量、速度及持续工作能力的要求是不同的。对于分散的基层医院来说,工作量属于小通量低负荷范围,每天需要扫描处理的玻璃切片基本上不超过两位数,5~60张扫描通量的WSS完全可以满足需要。
(4)由于基层医疗机构分散,单个医院工作量不大,除远程IOC外,常规病理对速度和时间的要求并没有中大型医院大批量众多报告的时效性压力。由于基层医院与诊断报告端存在时空上的距离,缺乏现场的沟通在一定程度上会带来交流的不便,这就要求WSS的功能在通量上可以不大,但功能要相对齐全。比如必须具备40×的扫描放大倍数、全切片自动Z轴聚焦功能等。
(5)选择与数字化WSS和系统相匹配的DS图像查看和管理软件。目前市面上的各种WSS之间,特别是国外的高端扫描仪基本上都带有自己专属的软件系统,大多数都是互不兼容的。因此,在选择数字化WSS时,务必考虑到软件的功能和匹配性,尤其是对于大型区域性或多中心分布式TPS,涉及的机构单位众多,每个机构对数字化WSS的选择不可能相同,但必须注意一点,那就是至少在系统/平台内所有的软件必须是可兼容、能够互操作的DS图像管理系统。否则,整个TPS系统将无法正常、协调运行。
(6)大型分布式TPS的终端及基层医院的站点,必须能够与所在医疗机构/医院的HIS系统和LIS系统融合,这对DS图像的传输、患者相关资料的获取至关重要,从而保障远程病理诊断系统的平稳运行和远程诊断的准确性、可靠性,这点在远程IOC中显得更加突出。
(7)结合上述因素综合考虑数字化WSS的购买成本。对于大型区域性或多中心分布式TPS的中心平台在资金允许的情况下可根据需要考虑国外进口的高端扫描仪,以保证质量和效率,对于处于TPS中末端的分散的站点医疗机构或基层医院,切片流量不是很大,着眼于临床需要,考虑低成本、小容量(5~60片)的国产中低端产品比较合适。
(8)在构建大型分布式TPS时,要根据众多基层医院的不同情况和需求,要充分考虑DS图像的存储问题。根据我们的经验,外围站点有几种合作形式:一是医院没有病理科,完全由TPS中心建立一个能够满足需要的小型病理科/实验室,设备人员全部由TPS中心提供;二是基层医院有病理科但没有病理医师,由TPS中心派出取材医师实施远程病理诊断;三是医院的病理科/实验室人员不足,力量薄弱,难以完成日常的病理诊断工作,由TPS中心派出包括诊断医师和技术人员的团队进行合作。针对这几种不同的情况制订符合各自医院特点的相应DS图像存储策略,具体办法请参阅第一章数字病理存储策略的相关内容。
3.用于特殊场景的数字化WSS
首先,对于区域性或大型分布式TPS中心来说,众多外围医院的病例特别是疑难会诊病例的积累是一个宝贵的资源。为TPS中心的病理医师提供了难得的科研和学术交流素材。临床和肿瘤研究中会用到全器官大切片,由于切片规格和尺寸相对较大如全甲状腺最大切面和全乳腺的切片等,常规WSS对这部分的切片数字化就显得无能为力了。这时可能就需要能够满足这种大切片扫描需要的WSS。一些数字化扫描设备公司开发研制出了超大尺寸的特殊数字化WSS[179],目前,可以扫描的最大玻璃切片为8英寸×6英寸(大约相当于20 cm×15 cm大小)的超大玻璃切片。
其次,随着近几年分子检测的应用范围不断扩大,部分病例需要特殊的染色或处理方法,如免疫荧光(IF)、FISH等,这就需要配备相应的暗场扫描仪,大多数工作场景下小通量的2×3张的规格即可需要。也可以考虑同时具有明暗场扫描功能的一体化WSS。
最后,随着一些新技术和新指标在病理诊断中的价值不断显现,如循环肿瘤细胞(CTC)计数,淋巴结肿瘤微转移灶的识别、核分裂象计数及Ki67指数计算等,这些应用可能需要进一步的图像分析方法。所以,CAPDS的附加功能在此时就显得非常重要。区域性或大型分布式TPS中心应该选择一些相对可靠并且比较实用的智能辅助决策工具来提高远程病理诊断的时效性和准确性。