میکروسکوپی دیجیتال در آموزش علوم پزشکی

میکروسکوپ دیجیتال - اسکنر لام

تعاریف و تاریخچه

به‌صورت سنتی و از طریق کتاب‌های مرجع (اطلس‌ها)، لام‌های شیشه‌ای و میکروسکوپی معمولی انجام می‌شود. در دو دهه‌ی اخیر مراجع دیجیتال پاتولوژی رشد چشمگیری داشته‌اند و امکان به اشتراک‌گذاری هم‌زمان داده‌های پاتولوژی را در اختیار بسیاری از دانشجویان و اساتید قرار داده‌اند. اخیراً، با پیدایش اسکنر لام‌ میکروسکوپی و با استفاده از تکنولوژی تصویربرداری لام کامل (Whole Slide Imaging) می‌توان لام‌های شیشه‌ای معمولی را با اسکن به‌صورت دیجیتال تبدیل کرد که با استفاده از نرم‌افزارهای مخصوص قابل نمایش هستند. به این تکنولوژی میکروسکوپی مجازی (Virtual Microscopy) یا میکروسکوپی دیجیتال (Digital Microscopy) و به نمونه‌های دیجیتال به‌دست‌آمده از آن لام مجازی (Virtual Slide) گفته می‌شود. پیدایش این مفاهیم فرصت‌های استثنایی را در آموزش و یادگیری پاتولوژی به وجود آورده است.
دستیابی به چنین تکنولوژی آموزشی نیازمند تجهیزات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری خاص خود است. بدون در نظر گرفتن کامپیوترها و تجهیزات مرتبط با آن (مثل مانیتور، ماوس و کیبورد)، یکی از مهم‌ترین اجزای پیاده‌سازی تکنولوژی میکروسکوپی مجازی، دستگاه اسکنر لام (Slide Scanner) است. اسکنر لام‌ میکروسکوپی به سیستمی گفته می‌‌شود که قادر است لام‌های شیشه‌ای میکروسکوپی را در ورودی دریافت نماید و با انجام تصویربرداری میکروسکوپی دیجیتال از آن‌ها، در خروجی لام‌های مجازی به دست دهد. لام مجازی (Virtual Slide) یک تصویر بزرگ دیجیتالی (معمولاً با رزولوشن‌ بالای 100 مگا پیکسل تا 15 گیگا پیکسل) است که از به هم چسباندن تصاویر کوچک‌تر به‌صورت موزاییکی تشکیل می‌شود. یک اسکنر مناسب باید قادر به اسکن خودکار انواع نمونه لام‌های میکروسکوپی و همچنین ایفای نقش یک میکروسکوپ موتوردار مجهز شده به دوربین باشد.
زمینه‌های فنی ساخت لام مجازی از سال 1985 میلادی در حال گسترش بوده است، اما تنها از سال 1990 به بعد بود که سخت‌افزارهای کامپیوتری ‌به حدی قوی شدند که امکان پیاده‌سازی تجاری این تکنولوژی به وجود آید. بعد از سال 2000 میلادی کم‌کم استفاده از میکروسکوپ‌های معمولی در آموزش پاتولوژی کم‌رنگ شد و دانشکده‌های پزشکی پیشرو به استفاده از لام‌های مجازی روی آوردند. از آن به بعد، لام مجازی با موفقیت در بسیاری از واحدهای درسی دانشگاه‌های سراسر دنیا بکار گرفته شد، بطوریکه طبق آمار حداقل 80 درصد واحدهای درسی پاتولوژی از میکروسکوپی مجازی بهره می‌برند، یا انتظار می‌رود که در سال‌های آینده به آن مجهز شوند1. امروزه محققان بسیاری از میکروسکوپی دیجیتال برای انجام تشخیص‌های مرتبط با پاتولوژی و تحقیقات بهره می‌جویند و با پتانسیل بالایی که این تکنولوژی در ارائه ابزارهای کمک تشخیصی و کمی سازی دارد، آینده پاتولوژی بدون آن غیر قابل تصور خواهد بود.

ضرورت استفاده از میکروسکوپی دیجیتال

با استفاده از محیط‌های نرم‌افزاری مناسبی که میکروسکوپی دیجیتال و اسکنر لام ارئه می‌دهند، دانشجویان قادر هستند مهارت‌های کلیدی هیستوپاتولوژی (مانند شناسایی نواحی با ارزش تشخیصی از میان مل نواحی لام) را به‌راحتی بیاموزند. با بهره‌گیری از این تکنولوژی، دانشجویان دیگر نیازی به دسترسی به تجهیزات حساس و گران‌قیمت (مانند میکروسکوپ‌های تشخیصی) و همچنین نمونه‌ی فیزیکی لام‌ها ندارند.
علاوه بر حوزه پاتولوژی، از میکروسکوپی مجازی می‌توان در آموزش مفاهیم سلول شناسی (سیتولوژی: Cytology)، خون شناسی (هماتولوژی: Hematology)، میکروب شناسی (میکروبیولوژی: Microbiology)، آنالیز ادرار (Urinalysis)، سم شناسی (تاکسیکولوژی: Toxicology) و انگل شناسی (پاراسیتولوژی: Parasitology) نیز بهره گرفت. استفاده از میکروسکوپی دیجیتال و لام‌های مجازی در حوزه پاتولوژی تشخیصی بسیار کارآمد و مؤثر بوده است و به متخصصان کمک می‌کند تا با دقت و راحتی بیشتر به بررسی نمونه‌ها و تشخیص بپردازند. این نکته شامل حال تحقیقات مرتبط با سرطان نیز می‌شود، در این حوزه محققین با اشتراک‌گذاری لام‌های مجازی و نظرات خود در مورد آن‌ها به مقالات و پیشرفت‌های علمی چشمگیری دست یافته‌اند.
همان‌طور که آنالیز لام‌ها به سمت استفاده بیشتر از میکروسکوپی دیجیتال درحرکت است، آموزش پزشکی و پاتولوژی نیز باید با آن همگام باشد. طبق گزارش‌هایی که تاکنون از تجربیات دانشجویان و اساتید درمورد استفاده از میکروسکوپی مجازی در حوزه‌های آموزشی و تشخیصی به‌دست‌آمده است، همگی از بهبود عملکرد و سهولتی که این تکنولوژی در آن حوزه‌ها ایجاد کرده است کاملاً راضی بوده‌اند2,3. به‌هرحال، این نکته به اثبات رسیده است که میکروسکوپی دیجیتال سطح کیفیت آموزشی و یادگیری پاتولوژی را از جنبه‌های مختلف در سال‌های اخیر بالا برده است2.
با در نظر گرفتن هزینه‌های لازم جهت خرید و تعمیرات میکروسکوپ‌ها، تعویض عدسی‌های شیئی، نگهداری از لام‌های شیشه‌ای و با در نظر گرفتن اینکه فضای کاربردی تک‌بُعدی میکروسکوپ‌های معمولی را می‌توان به فضای کامپیوتری با کاربردهای گوناگون تغییر داد، هزینه پیاده‌سازی میکروسکوپی مجازی در امر آموزش بسیار منطقی و به‌صرفه خواهد بود. همچنین باید به این نکته توجه داشت که تجهیزات میکروسکوپی مجازی (شامل نرم‌افزار و سخت‌افزار) به‌صورت مداوم همراه با تکنولوژی و با کمترین هزینه‌ها قابل ارتقاء هستند و این نکته کمک می‌کند تا سطح آموزش پاتولوژی همیشه در بالاترین کیفیت باقی بماند.

مزایای استفاده از میکروسکوپی دیجیتال

در دهه‌ی اخیر، علاوه بر اینکه میکروسکوپی مجازی توانسته وظایف میکروسکوپی معمولی را انجام دهد، به مربیان و دانشگاهیان اجازه داده است تا از مزایای کامپیوتر در حوزه‌های کارآمدی، ذخیره‌سازی، سرعت و قابلیت اشتراک‌گذاری اطلاعات نیز بهره بجویند. برتری میکروسکوپی دیجیتال نسبت به میکروسکوپی معمولی را می‌توان از زوایای مختلفی بررسی کرد که در زیر فهرستی از مزایای استفاده آموزشی از میکروسکوپی مجازی (دیجیتال) آورده شده است:

با توجه به نکات گفته‌شده در بالا، به نظر می‌رسد مهاجرت از آموزش پاتولوژی (و بقیه علوم مرتبط با میکروسکوپی) از طریق میکروسکوپی معمول به آموزش از طریق میکروسکوپی مجازی (دیجیتال)، امری مفید، مهم و به‌صرفه باشد که در سراسر دانشگاه‌های جهان در حال وقوع است.

معرفی CELLNAMA LS PE20: راه‌حلی برای آموزش پاتولوژی

دستگاه اسکنر لام CELLNAMA یک سیستم یکپارچه تصویربرداری، مدیریت و نمایش لام‌های مجازی است که توسط شرکت نگرش رایانه پویا طراحی و تولید شده است. این سیستم با حفظ کیفیت تصویربرداری میکروسکوپی در بالاترین سطح، از ابزارها و ویژگی‌های مختلفی جهت بالا بردن کارآمدی میکروسکوپی دیجیتال بهره می‌جوید که برخی از ویژگی‌های مهم آن در زیر لیست شده است:

میکروسکوپ دیجیتال دستگاه اسکنر CellNama بر اساس نیازهای کاربردی جامعه پزشکی در مدل‌های مختلفی ساخته می‌شود که هرکدام از آن‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند. نمونه‌ای از دستگاه اسکنر CELLNAMA با هدف آموزش پاتولوژی/میکروسکوپی طراحی و ساخته شده است (CELLNAMA LS PE20) که علاوه بر ویژگی‌های عمومی تعریف‌شده در بالا، دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی جهت سهولت و بهبود آموزش پاتولوژی است. بارزترین ویژگی CELLNAMA LS PE20، امکان سرویس‌دهی و به اشتراک‌گذاری لام‌های مجازی با کاربران Client است. در حوزه آموزشی، سیستم CELLNAMA LS PE20 به‌صورت مستقل نقش یک سرور (Server) را ایفا می‌کند و کلاینت‌ها همان دانشجویانی هستند که با استفاده از کامپیوترهای خود قصد بازبینی لام‌های مجازی را دارند. روند کار به این صورت است که مدیر سیستم CELLNAMA LS PE20 (که معمولاً استاد درس یا مسئول آزمایشگاه است) ابتدا لام‌های دلخواه را با تنظیمات موردنظر (مقدار بزرگنمایی و نوع اسکن) توسط دستگاه اسکنر به لام مجازی تبدیل می‌کند، سپس لام‌های اسکن شده را با استفاده از شبکه محلی یا حافظه‌های جانبی با دانشجویان به اشتراک می‌گذارد. بعد از اشتراک‌گذاری، دانشجویان قادر هستند لام مجازی را موردبررسی قرار دهند و از تمام مزایای میکروسکوپی دیجیتال بهره بگیرند. دانشجویان می‌توانند به‌صورت آزادانه در لام‌هایی که به آن‌ها دسترسی دارند نظرات خود را ثبت کنند و اندازه‌گیری‌های مختلف انجام دهند. این امکان وجود دارد که به هر دانشجو شماره کاربری خاصی داده شود تا مرجع تغییرات و نظراتی که روی هر لام ثبت می‌شود، مشخص باشد. برگزاری کلاس‌های آموزشی و آزمون‌های مهارتی با این سیستم بسیار پربازده خواهد بود، زیرا CELLNAMA LS PE20 هم از بالاترین کیفیت در تصویربرداری، تشکیل و نمایش لام مجازی بهره می‌برد و هم امکانات تخصصی گوناگونی جهت آموزش میکروسکوپی ارائه می‌دهد.

منابع