Slide Scanning

Grundlage für die Virtuelle Mikroskopie sind Virtuelle Schnitte (auch „WSI-Whole Slide Images“). Diese entstehen durch hochauflösende Digitalisierung von Glasobjektträgern. Dazu nutzt man Slide Scanner. Solche Geräte gibt es von diversen Herstellern. Das Grundprinzip ist aber in etwa identisch:

  • Der Objektträger wird in einen Rahmen eingespannt
  • Der Rahmen wird unter ein Objektiv positioniert
  • Mittels einer Digitalkamera wird der erste Ausschnitt automatisch fokussiert
  • Die Kamera nimmt das Bild auf
  • Der Rahmen wird einen Ausschnitt weiter positioniert für den nächsten Bildausschnitt
  • Auf diese Art entstehen mehrere Hundert bis Tausende von Einzelbildern, die zusammen das Ganze Präparat mit höchster Vergrößerung abbilden
  • Alle Bilder werden zu einem Gesamtbild zusammengesetzt („Stitching“).
  • Das Bild wird schließlich in einem geeigneten, meist komprimierten Format gespeichert

Virtuelle Schnitte

Virtuelle Schnitte erreichen Bilddimensionen von ca. 200.000 mal 100.000 Pixeln. Unkomprimiert sind sie bis zu 40 GB groß, komprimiert bis zu 2 GB. Biopsien beanspruchen ca. 400 MB im Durchschnitt, TMAs ca. 1 GB und Resektate ca. 1,6 GB. Als Durchschnittswert über alles kann man von 1 GB pro Präparat ausgehen.

Gespeichert werden die digitalen Präparate in unterschiedlichen Formaten. Das kann JPEG2000 sein (nicht zu verwechseln mit JPEG), oder eigene Formate der Hersteller. Mitunter besteht ein Virtueller Schnitt auch aus einem Verzeichnis mit mehreren Dateien, wie in unserem „VSF“-Format. Dies trägt zu einem schnellen Zugriff auf einzelne Teilbilder bei.

Vergroesserung

Auflösung

Die meisten Slide Scanner erzeugen Bilder mit einer Pixelauflösung von ca. 0,3 Ám in x und y-Richtung. Das heißt, ein Pixel deckt in der Natur (auf dem Präparat) eine Fläche von ca. 0,3 Ám mal 0,3 Ám ab.

Dargestellt auf einem Monitor (mit einer Auflösung von ca. 0,23 Ám x 0,23 Ám pro Pixel) ergibt dies rechnerisch eine Vergrößerung von ca. 650-fach. Da die Pixeldichte eines Monitors jedoch begrenzt ist, „wirkt“ das Bild nicht so klar wie im Lichtmikroskop.

Was man tatsächlich erkennen kann, entspricht daher in etwa 400-facher Vergrößerung, also 40er Objektiv.

Die Auflösung kommt beim Scannen nicht nur durch das Objektiv zu Stande. Auch der CCD-Detektor der Kamera hat meist eine so hohe Detektordichte, dass er zu einer hohen Auflösung beiträgt. „20er“ Objektiv in einem Slide Scanner heißt also nicht, dass die resultierenden Bilder nur 200-facher Vergrößerung entsprechen.

Bildkommmunikation

Virtuelle Schnitte sind komprimiert im Durchschnitt ca. 1 GB groß. Damit ist eine schnelle, effektive Übertragung des gesamten Bildes etwa über das Internet nicht möglich. Auch auf einem Rechner könnte ein solches Bild nicht einfach vollständig in den Arbeitsspeicher geladen werden.

Es braucht also spezieller Methoden zum Zugriff auf Virtuelle Schnitte. Dies ist das so genannte „Image Streaming“. Die Grundidee dabei ist, das eigentliche Bild auf dem Server zu belassen, und jeweils nur den tatsächlich beim Client benötigten Ausschnitt zu übertragen. Es wird also auf dem Server aus dem Virtuellen Schnitt nur die aktuelle Region in aktueller Vergrößerung extrahiert, komprimiert übertragen und anschließend im Virtuellen Mikroskop angezeigt. Damit reduziert man die Kommunikation auf kleine Ausschnittbilder, was von der Netzwerkbelastung mit normalem Internetbrowsen vergleichbar ist.

Visualisierung

Die Betrachtung der digitalen Präparate durch den Anwender erfolgt am Virtuellen Mikroskop. Dieses ist eine Anwendung, die zumindest die Funktionalität eines Lichtmikroskopes simuliert (also Objektivwechsel, Verschieben, Auswählen von Regionen). Darüber hinaus enthält es meist diverse Funktionen wie das Messen, Annotieren, Speichern etc.

Screenshot vom VM Slide Explorer

VM Slide Explorer Software

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