Digitale Mikroskopie in der Lehre 2.0

Adaption des digitalen Wandels in der Medizinausbildung

Ein Beispiel des digitalen Umbruchs an den Medizinuniversitäten betrifft die Analyse histologischer Schnittpräparate in der Histologie und Pathologie. In beiden Fachgebieten wird die traditionelle Analyse histologischer Schnitte mittels Mikroskop mehr und mehr durch digitalisierte histologische Schnitte und Computer-unterstützte Bildanalyse ersetzt. Dieser Entwicklung müssen die Medizinuniversitäten Rechnung tragen und die Studierenden auf diesen Wandel vorbereiten, indem die Lehre in der Histologie und Pathologie auch vom Mikroskop zur digitalen Analyse transferiert wird.

Das Projekt "Digitale Mikrosjopie in der Lehre 2.0. widmet sich dem Austausch über Datenformate und Softwareprodukte zur Erfassung, Annotation und Auswertung der digitalen Präparate quer über Universitäten und Disziplinen. Der Austausch über die Ergebnisse der Evaluierung der verschiedenen Produkte resultierte in einer Vereinheitlichung der Software-Landschaft, was einen einfacheren Austausch von Daten von den Partnerinstitutionen ermöglicht. Gleichzeitig bereitet es die Studierenden auf den Wandel in der Lehre von traditioneller Analyse histologischer Schnitte mittels Mikroskop hin zu digitalisierten histologischen Schnitten und computerunterstützte Bildanalyse vor.


Projektbeschreibung

Von der analogen Mikroskopie hin zur computerunterstützend Bildanalyse

Die Lehre für Medizinstudierende ist seit vielen Jahrzehnten von der Lehre am Mikroskop geprägt. Durch die in den letzten Jahren immer besser werdenden digitalen Möglichkeiten erfolgt ein Wandel in der Histologie und Pathologie von der klassischen Mikroskopie zur digitalen Mikroskopie.

Damit waren und bleiben histologische Bilder ein wesentlicher Bestandteil in Ausbildung von Studierenden in der Medizin. Technische Fortschritte in der Digitalisierung histologischer Schnitte haben nun neue Möglichkeiten eröffnet, digitalisierte Bilder in der Ausbildung von Mediziner*innen einzusetzen. Zudem stehen heute Softwarelösungen zur Verfügung, um die digitalen Bilder mit Zusatzdaten zu annotieren, was ein interaktives Lernen und gleichzeitig eine interaktive Überprüfung der Fähigkeiten ermöglicht. Darüber hinaus können derartige interaktiv animierte digitale Lehrinhalte von unterschiedlichen Geräten (mobile Geräte, Notebooks, PCs) in besserer Qualität als mit üblichen Kursmikroskopen abgerufen werden.

Digitalisierte Bilder ermöglichen auch die Verwendung von auf künstlicher Intelligenz basierenden Analysemethoden, die in den Lehrstoff aufgenommen werden können. Damit kann anhand praxisrelevanter Beispiele ein kritischer Umgang mit diesen neuen Technologien vermittelt und entsprechende digitale Kompetenzen aufgebaut werden.

 

Ziele der Initiative:

Ein Beispiel des digitalen Umbruchs an den Medizinuniversitäten betrifft die Analyse histologischer Schnittpräparate in der Histologie und Pathologie. In beiden Fachgebieten wird die traditionelle Analyse histologischer Schnitte mittels Mikroskop mehr und mehr durch digitalisierte histologische Schnitte und computerunterstützte Bildanalyse ersetzt. Dieser Entwicklung müssen die Medizinuniversitäten Rechnung tragen und die Studierenden auf diesen Wandel vorbereiten, indem die Lehre in der Histologie und Pathologie auch vom Mikroskop zur digitalen Analyse transferiert wird.

 

Arbeitspaket der Initiative:

Arbeitspaket 1: Etablierung einer gemeinsamen Datenmanagement Infrastruktur

Arbeitspaket 2: Gemeinsamer Lehrdatensatz

Arbeitspaket 3: Interaktive Annotation digitaler Lehrinhalte

Arbeitspaket 4: Integration der digitalen Präparatesammlung (3D Virtual Slides) an der Anatomischen Anstalt der Ludwig-Maximilians-Universität München

Arbeitspaket 5: Testung der interaktiven digitalen Lehrinhalte

Arbeitspaket 6: Start der Lehre mit digitalen Lehrinhalten

 

Aktueller Stand des Projekts:

Das Projekt wurde erfolgreich implementiert und die ersten Projektziele wurden teilweise früher als geplant erreicht. Die Aktivitäten des Projekts nahmen auf die Konsequenzen der COVID-19 Situation Rücksicht, sodass einige Aktivitäten aufgrund des immanenten Bedarfs der Digitalisierung wegen „distance learning“ vorgezogen wurden.

Medizinische Universität Graz (Histologie): Anschaffung eines Slidescanners ist erfolgt. Inzwischen sind über 3000 Schnitte digitalisiert worden. Die Anpassung und Optimierung der Auswerte-Software zur Quantifizierung von Färbungen ist in vollem Gange. Die Marktanalysen für eine geeignete Lehr-Software sowie für geeignete PCs für die Lehre sind im Gange. Mehrere Software Tests wurden durchgeführt, eine PS-Variante wird für die weitere Testung vor Ort (Lehrende und Studierende) angeschafft.

Medizinische Universität Graz (Pathologie): Bisher wurden ca 400 Schnitte für die Histopathologiekurse digitalisiert und kategorisiert. Zudem wurden für die Diagnose relevante Bereiche eingezeichnet. Aufgrund der hohen Auflösung der Bilder wurden die Arbeitsplätze der annotierenden Personen mit hochauflösenden Monitoren ausgestattet, um ein effizientes Annotieren der Proben zu ermöglichen. Derzeit wird die Einbindung der Studierendenarbeitsplätze in das Netzwerk der Med Uni Graz vorbereitet. Eine Datensicherheitslösung wurde implementiert und bereits für einen kollaborativen Datenaustausch und Datenzugriff im Rahmen des EU-Projekts OpenQKD getestet.

Johannes Kepler Universität Linz: Anschaffung des Scanners ist erfolgt. Der Scanner wurde zu 50% von den budgetären Mitteln im Rahmen des Hochschulraumstrukturmittel-Projekts und zu 50% von Berufungsmitteln bezahlt. Der Scanner wird neben der Lehre (Pathologie, Neuropathologie, Histologie) auch der Forschung zur Verfügung stehen. Weitere Aktivitäten: der digitale Histologiekurs Pathologie (Videos, Vormikroskopieren) wird auch im Sommersemester verwendet. Seit Frühjahr 2021 ist Frau Prof. Maren Engelhardt Lehrstuhlinhaberin für Anatomie. Prof. Engelhardt und Prof. Langer arbeiten gemeinsam am Histologiekurs (Anatomie – derzeit Herstellung der Schnittpräparate), der gemeinsam mit dem Pathologie-Histologie Kurs digital aufbereitet werden soll.

Veterinärmedizinische Universität Wien: Für die Datenspeicherung und das Datenmanagement steht ein virtueller Server mit skalierbarem Speicherplatz zur Verfügung. Als Plattform wird die Software CaseViewer verwendet. Für den Histologie Kurs wurden 100 Schnittpräparate, für den Pathohistologie Kurs 46 Schnittpräparate und für den Kurs Klinische Rotation 14 Schnittpräparate digitalisiert. In mehreren reinen virtuellen Kursen war der Remote Zugriff weitgehend unproblematisch möglich. Es wurden Videoaufzeichnungen der virtuellen Pathohistologie Übungen über die an der Vetmeduni verwendete Lehrplattform den teilnehmenden Studierenden verfügbar gemacht.

Medizinische Universität Wien: Die für die Umsetzung des Projektes ins Leben gerufene Arbeitsgruppe hat nach erfolgter Marktanalyse die Software CytoMine für am besten geeignet evaluiert. Eine geeignete Serverkonfiguration wurde mit Hilfe des Informatikdienstes der MUW aufgesetzt, die Software wurde probeweise im Lehrbetrieb getestet und für die weitere Arbeit wurden notwendige Zusatzoptionen definiert. Derzeit werden Anforderungen an Annotation und Einbindung in Moodle erarbeitet. Mit dem WS 2022/23 sollte der Probebetrieb abgeschlossen und die Lehre vollständig auf die neue virtuelle Plattform migriert sein. Die Präparatesammlung wurde weiter ausgebaut und kann als für die Routinelehre komplett angesehen werden. Eine verstärkte Interaktion der histologischen und histopathologischen Lehre ist geplant.

Medizinische Universität Innsbruck: Integration der digitalen Präparatesammlung (3D Virtual Slides) der Ludwig-Maximilians-Universität München. Hierfür wurden TutorInnen und Lehrende in der Anwendung der Software Biolucida geschult, um die Annotation der Präparate durchführen zu können. Parallel dazu wurden Informationsveranstaltungen, Vorführungen und Schulungen für Studierende, MitarbeiterInnen, key user sowie Lehrende angeboten und Dokumentationen erstellt. Weiters wurde ein didaktisches Konzept, sowie ein Curriculum erarbeitet, das im Wintersemester 2021/22 erfolgreich eingesetzt wurde.

 

Mögliche Synergien für andere Hochschulen:

Zusammenfassend hat der Austausch über Datenformate und Softwareprodukte zur Erfassung, Annotation und Auswertung der digitalen Präparate quer über Universitäten und Disziplinen zu einer Wissenssteigerung bei allen beteiligten Projektpartnern geführt. Der Austausch über die Ergebnisse der Evaluierung der verschiedenen Produkte resultierte in einer Vereinheitlichung der Software-Landschaft, was einen einfacheren Austausch von Daten von den Partnerinstitutionen ermöglicht.

Gemeinsame Beteiligung der MUG und MUW am EU-Forschungsprogramm IMI BigPicture zum Thema Digitale Pathologie. Dadurch werden eine Vernetzung und Synergieeffekte mit mehreren Universitäten und Fachgesellschaften in Europa erreicht.

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