1. Pathological image 촬영 원리 및 방법

1. 병리학(Pathology)이란?

1.1 임상에서의 병리학

• 질병에 의한 세포, 조직, 장기의 구조적, 생화학적, 기능적 변화를 연구하는 학문 (기초 의학)
  • 정상 Normal → 원인 Cause → 기전 Mechanism → 변환 Change → 비정상 Abnormal (disease)
  • 변화 (Change) 에는 앞서 언급한 것처럼 3개의 종류가 있다
    1. 생화학적 변화 (Biochemical changes)
    2. 구조적 (형태학적) 변화 (Structural (Morphological) Changes) 3. 기능적 변화 (Functional chagnes)
• 이 중에서 병리학의 주요 관심사는 형태학적 변화, 그 중에서도 현미경으로 관찰되는 조직학적 변화이다. (histologic change)
• 많은 비종양성 질환 및 대부분의 종양성 질환의 최종적이고 절대적인 진단은 병리학적 진단을 통해 이루어진다.
• 병원에서의 병리과의 역할이란 종양 진단, 진단명 찾기, 치료 방침 및 환자의 예후 예측에 필요한 중요한 정보들을 임상의에게 제공하는 것이다.

 

1.2 병리 진단 과정

• 병리 보고서에는 크게 6가지 파트로 나누어 작성하게 되어 있다. ”조직학적 진단, 등급(Grade) / 병기(Stage 관련 항목, 크기, 임파선 전이 여부, 절연침범 여부, 기타”
• 진단 외에 예후 및 치료에 필요한 소견들을 병리 검사를 통해 확인하고 보고서에 기술한다.

1.2.1 병기 (Stage)

• 종양이 얼마나 진행되었는지를 나타내는 척도로, 종양의 크기, 임파선 전이 여부, 절연 침범 여부 등을 고려하여 결정됩니다. 이는 종양이 어느 정도 확산되었는지와 환자의 예후를 예측하는 데 도움이 됩니다. (종양의 범위를 측정하는 척도)
• TMN 시스템은 암 종양의 병기를 평가하기 위해 널리 사용되는 분류 시스템입니다. 이 시스템은 **종양 크기(T), 임파선 전이 여부(N), 원격 전이 여부(M)**를 고려하여 암의 병기를 결정합니다.
• T (Tumor) : 종양의 크기와 얼마나 근접한 조직에 침범하고 있는지를 평가합니다.
  • T0 : 종양이 없음
  • T1, T2, T3, T4 : 종양의 크기와 침범 정도에 따라 분류됩니다.
• N (Node) : 임파선에 암 세포가 얼마나 퍼져 있는지를 평가합니다.
  • N0 : 임파선에 암 세포가 없음
  • N1, N2, N3 : 임파선에 암 세포가 퍼져 있는 정도에 따라 분류됩니다.
• M (Metastasis) : 암 세포가 원격 부위로 퍼져 있는지를 평가합니다.
  • M0 : 원격 전이 없음
  • M1 : 원격 부위로 암 세포가 퍼져 있음
• TMN 분류 시스템을 통해 암 종양의 병기를 평가하고, 이를 기반으로 치료 계획을 수립할 수 있습니다.

1.2.1 등급 (Grade)

• 종양의 악성 정도를 나타내는 척도로, 종양 세포의 형태학적 특징을 기반으로 결정됩니다. 종양 세포가 얼마나 비정상적인지, 세포간 형태의 일관성, 세포 분열 활동 등을 평가하여 등급을 할당합니다. (Measure of tumor appearance)
• 2-4 Grading system
  • Low, High grade
  • Low, Intermediate, High grade (Well --, Moderately --, Poorly Diff)
  • Well --, Moderately --, Poorly --, Un differentiated

 

1.3 병리 진단을 위한 다양한 보조 검사들

1.3.1 H&E stain (주 염색 방법)

**- 헤마톡실린(Hematoxylin)**은 **세포의 핵을 청색(또는 푸른색에 가까운 보라색)으로 염색시킴

• 에오신(Eosin)**은 H&E 염색에서 대조염색제로 사용이 되면 헤마톡실린에 염색되지 않는 거의 모든 구조(세포질)에 붉은색으로 염색이 됩니다.

이미지 출처 : Wikipedia H&E stain

1.3.2 특수염색

• Periodic acid-Schiff (PAS) staining는 polysaccharides(다당류)의 존재를 감지하기 위한 염색. 자홍색으로 염색 됨. 기저막, 글리코겐 저장병 및 특정 종류의 종양 등의 구조를 식별하는데 유용

 

이미지 출처 : Wikipedia

1.3.3 면역염색

• 면역병리검사는 조직이 발현하는 특이한 항원에 대한 항체를 반응시키고 이차항체 및 발색제를 처리하여 세포의 단백질 발현 양상을 현미경으로 관찰, 판독하는 방법으로 일반 염색만으로 병을 정확히 진단할 수 없을 때 사용하는 대표적인 특수 병리 검사입니다.(하기 이미지 유방암 조직의 HER-2 발현)

이미지 출처 : 분당서울대병원( https://www.snubh.org/dh/main/index.do?DP_CD=PA&MENU_ID=004008 )

 
1.3.4 유전자 이상 검사들

• 조직이나 세포에서 추출한 핵산을 대상으로 중합효소연쇄반응(PCR), 메틸화특이 PCR(MSP), 형광동소교잡반응(FISH), 염기서열분석(Sanger sequencing), 미소부수체불안정(MSI) 등의 검사를 시행하여 유전자 수준의 이상을 확인하는 검사이다.

이미지 출처 :  https://cri.snu.ac.kr/information/cancer-diagnosis/info3  (서울대병원 암정보교육관)

1.4 디지털 병리 (Digital Pathology)

• 우리나라에서는 2019년부터 디지털 병리 시스템을 통한 병리 진단 시작
• 디지털병리 슬라이드 스캐너를 통해 유리 슬라이드를 초고해상도의 디지털 이미지로 변환
• 현미경이 아닌 모니터 등의 영상 표시 장치를 통해 1차 진단을 하는 전체 슬라이드 영상(whole slide imaging, WSI) 진단
• 디지털 병리 시스템 도입으로 AI개발 가능이 용이해짐
• 일반적으로 병리 이미지 데이터라고 한다면 디지털화된 병리 슬라이드 이미지를 말한다.

 

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2. Pathology Imaging 제작 과정

2.1 생검 (Biopsy)

1. 위내시경 등의 검사 중 암 의심 병변 발견 시 암 의심 부위 조직 채취
2. 파라핀 블록 제작 : 현미경 관찰용 슬라이드 제작 (박절 → 염색(HE))
3. 현미경 관찰 : 병리진단 : 위암
4. 디지털병리 슬라이드 스캐너를 통해 유리 슬라이드를 초고해상도의 디지털 이미지로 변환

출처 : Biopsy-free in vivo virtual histology of skin using deep learning

2.2 절제 (Resection)

1. 위암 수술 중 절제된 위에 대한 병리검사 (Surgical excision)
2. 육안 검사 및 고정
3. 절편 제작 후 파라핀 블록 제작
4. 현미경 관찰용 슬라이드 제작 (박절 → 염색 (H&E staining))
5. 현미경 관찰 : 병리진단
6. 디지털병리 슬라이드 스캐너를 통해 유리 슬라이드를 초고해상도의 디지털 이미지로 변환

3. Reference

1. 디지털 병리 관련 읽어보면 좋은 기사 (http://www.kmdianews.com/news/articleView.html?idxno=60762)
2. 디지털 병리 가이드라인 권고안 (jpathololtm)
3. 디지털병리_가이드라인_권고안.pdf
4. H&E 염색https://woodangnetwork.com/Blog/?idx=16042043&bmode=view
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