Virtuelle Mikroskopie – Definition und Übersicht

Die virtuelle Mikroskopie ist die digitale Umwandlung lichtmikroskopischer Präparate in voller Auflösung und Darstellung derselben über ein Computernetzwerk. Meistens werden die Präparate durch spezielle Mikroskope, sogenannte Slide-Scanner aufgenomen, können aber auch konventionelle durch das Zusammenfügen von mehreren Fotos durch das Mikroskop erstellt werden.
Der häufig verwendete Begriff “virtuell” bezieht sich auf die Untersuchung der Präparate ohne direkten Kontakt mit dem Objektträger oder mit dem Lichtmikroskop. Der Begriff “hochauflösende digitale Mikroskopie” ist präziser, wird aber nicht oft verwendet. Andere Begriffe, die immer wieder verwendet werden sind: Internet-basierte Mikroskopie, ePathology, eHistology, eHematology, eBiology oder virtuelles Mikroskop werden teils synonym mit dem Begriff virtuelle Mikroskopie verwendet.
Objektträgerpräparate werden vollautomatisiert mit einem 20x oder 40x Objektiv digitalisiert und in je nach kommerzielen Anbieter in unterschiedlichen Bildformaten gespeichert. Alle Formate erlauben eine verhältnismäßig schnelle Visualisierung der Präparate mittels für diese Zwecke entwickelte Spezialsoftware (sog. Client oder Viewer), die lokal installiert werden muss. Die Größe der Bilddateien, die beim Scannen von Präparaten entstehen, liegen je nach Präparatgröße zwischen 5 Megabytes (MB) und mehreren Gigabytes (GB). Die Bilder in der virtuellen Mikroskopie können lokal auf dem Rechner gespeichert und dort angesehen werden. Üblich ist es aber, dass sie auf einem Server mit großer Speicherkapazität untergebracht werden, damit ein Internet-basierter Zugang zu den Bildern ermöglicht wird. Für diese Zwecke wurden Sofwarelösungen entwickelt, die eine Visualisierung über die gängige Internet-Browser ermöglichen (siehe Bereich “Technik”). Diese HTML-basierten Lösungen machen die Installation von fremder Software auf lokalen Rechnern überflüssig und sind in der Regel Barriere-frei, d.h. Computer- und Betriebssystem-unabhängig. Entscheidend für die Geschwindigkeit der Bildübertragung über Internet ist eine gut durchdachte Unterteilung und extrem optimierte Verwaltung der großen Bilddateien und deren Vergrößerungsstufen in kleinere Bildkacheln, so dass das Aufrufen der Bilder in die verschiedenen Vergrößerungsstufen selektiv und nur nach Aufforderung des Benutzers (Reinzoomen, Rauszoomen) erfolgt. Es handelt sich somit bei der virtuellen Mikroskopie um eine Art von “streaming on demand” von Bildinformation in unterschiedlichen Vergrößerungsstufen und unterschiedlichen topographischen Regionen der originalen Bilddatei. Die Originaldatei wird zu keinem Zeitpunkt vollständig runtergeladen oder lokal gespeichert.
Die Übertragungsgeschwindigkeit hängt von mehreren Faktoren ab:
● der Größe der kleinsten Bildeinheiten oder “Bildkacheln”,
● der Software zur Bildbearbeitung bzw. der Verkachelung in kleinste Bilddateien,
● der Geschwindigkeit des Netzwerkes und
● der Leistung des Endgeräts ab.

Virtuelle Mikroskopie: Digitalisierung der Bilder

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Digitalisierung von histologischen Präparaten mittels eines Slide-Scanners zur Erstellung der VM (virtuelle Mikroskopie). Es erfolgt die Zerteilung des Originalbildes in kleine Bildeinheiten, die in verschiedenen Zoom-Stufen über Internet oder internes Netzwerk aufgerufen werden können. Ein z.B. 1 GB großes Bild kann in kleine, bis 10 KB große Bilddateien unterteilt werden, so dass nur Regionen des Präparates mit den dazugehörigen Vergrößerungsstufen vom Benutzer aufgerufen werden müssen.