Die indirekte Immunfluoreszenz-Diagnostik hat bei EUROIMMUN mit der Einführung der zukunftsweisenden BIOCHIP-Technologie im Jahr 1983 eine lange Tradition. Bei der Entwicklung neuer Testsysteme und Automatisierungslösungen orientieren wir uns an den aktuellen Bedürfnissen der Diagnostiklabore – sowohl für kleinere Probenaufkommen als auch für den Hochdurchsatz. Unser Ziel ist es, den Laboren eine Abarbeitung unserer Testsysteme zu ermöglichen, die zuverlässig, ökonomisch und mit minimalem Zeitaufwand zu realisieren ist, sodass eine schnelle und sichere Befundung erfolgen kann.
Mit dem ärztlichen Direktor des Instituts für Laboratoriumsmedizin im Marienhospital Stuttgart, Dr. med. Matthias Orth, konnten wir einen ausgewiesenen Experten gewinnen, der uns spannende Einblicke gewährt, wie unsere Automatisierungslösungen in der Praxis Anwendung in der IIFT-Diagnostik finden. Das Krankenhaus gehört mit 791 Betten zu den größten Kliniken Stuttgarts und vereint über 19 Fachkliniken und 18 interdisziplinäre Zentren unter seinem Dach. Dr. med. Matthias Orth ist Vorsitzender der Sektion Labormanagement der Deutschen Gesellschaft für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin e. V. (DGKL), Vorstandsmitglied des Berufsverbandes Deutscher Laborärzte e. V. (BDL) einen und ist im Bereich Labordiagnostik sehr gut vernetzt. Darüber hinaus ist er in diversen Fachgesellschaften wie der American Association for Clinical Chemistry (AACC) aktiv.
Herr Dr. Orth, vielen Dank, dass Sie sich heute Zeit nehmen und uns einen Einblick in Ihren IIFT-Workflow geben. Wie wir schon gesehen haben, ist das Marienhospital eine große Klinik, in der die IIFT-Diagnostik häufig zum Einsatz kommt. Damit wir zunächst einen Überblick bekommen, würden wir gerne etwas über Ihre Automatisierung der IIFT erfahren.
Es gibt natürlich viele Optionen, die man nutzen kann, um eine gute Diagnostik zu betreiben und die Automatisierung ist ein wichtiger Baustein. Das jeweilige Konzept sollte bestmöglich auf die Größe des Labors bzw. das Probenaufkommen zugeschnitten sein. Durch den direkten Anschluss an das Krankenhaus erreichen uns mehr Proben kranker Menschen mit entsprechender Leidensgeschichte als etwa durchschnittlich bei einem Rheumatologen anzutreffen sind – dort treten häufiger nicht zu diagnostizierende Probleme oder kleinere Leiden auf, sodass die Positivrate der diagnostisch verfolgten Erkrankung nicht so hoch ist wie bei uns. Dazu kommt, dass wir aufgrund der akuten Erkrankungen auch schneller handeln müssen, um an die Befunde zu kommen, was sich in eher kürzeren Serienlängen widerspiegelt. Darüber hinaus haben wir im Krankenhaus keine Möglichkeit, den Betrieb in der Urlaubszeit einzustellen. Daher sind wir hier auf einfach zu bedienende und effizient arbeitende Automaten angewiesen.
Welche Geräte nutzen Sie in Ihrem Labor für die Abarbeitung von IIFTs und wie fügen sich diese mit Blick auf die Diversität der Assays und den Probendurchsatz in den Workflow ein?
Insgesamt haben wir für unsere IIFT-Automatisierung eine Kombination aus EUROLabOffice 4.0 und EUROPattern Microscope Live etabliert. Wir haben uns im März 2022 bewusst für das EUROPattern Microscope Live entschieden, um eine standardisierte und zuverlässige Diagnostik zu implementieren. Einen konstanten bzw. zu jedem Zeitpunkt gleichen Befundungsablauf zu schaffen, ist für uns elementar, sodass wir unabhängig von Urlaubszeit oder sonstigen Einflussfaktoren diagnostische Tests in gleichbleibender Qualität durchführen und auswerten können. Und genau dorthin kommen wir unter anderem mit einer automatisierten Vorbefundung durch den EUROPattern Classifier. Hinsichtlich der diagnostischen Bandbreite nutzen wir bei der IIFT Anwendung Produkte zur ANA-Diagnostik, ebenso Artikel zur Bestimmung von ANCA, Tests zum Nachweis von Antikörpern gegen dsDNA mittels Crithidia-luciliae-Flagellaten oder gegen Mitochondrien und Endomysium sowie mehrere Artikel für die Diagnostik im Bereich Neurologie. Wir müssen dabei in den Fokus rücken, dass der Patient unabhängig von der Art der Untersuchung das gleiche verlässliche Ergebnis erhält. Jede Befundung sollte auf gleicher diagnostischer Basis erstellt werden. Die gezielte Standardisierung entsprechender Abläufe erreichen wir am besten durch deren Automatisierung.
Wie wichtig sind dabei die Ergebnisvorschläge des EUROPattern Microscope Live?
Wenn wir einmal bei der Autoimmundiagnostik mittels IIFT bleiben, so kommt es auch heute noch häufig vor, dass Labore in der ANA-Diagnostik nur ein paar Muster erkennen können und entsprechende Ergebnisse an den Einsender übermitteln, während Speziallabore im Vergleich mehr Muster identifizieren können. Vielmehr sollte die gleiche Qualität in allen Laboren vorherrschen. Daher sind auch Methoden wie Deep Learning (Anmerkung EUROIMMUN: siehe Infokasten) wichtig, da man über die automatisierte Klassifizierung bessere bzw. genauere Ergebnisse erzielt. Kein Arzt kann so viele Muster bzw. IIFT-Bilder während seiner Laufbahn sichten, dass er es mit einem computergestützten System aufnehmen könnte. Zumal bei herkömmlichen Auswertemethoden natürlich immer Einflussfaktoren hinzukommen, sei es eine andere, externe Lichtquelle oder eine unpassende Stelle auf dem Gewebe, die zur Befundung genutzt wird. Im Gegensatz dazu liefert das EUROPattern Microscope Live automatisch ein klassifiziertes Bild, welches unter den immer gleichen Bedingungen aufgenommen wird. Das Bild kann anschließend für die Befundung oder auch zur Beratung mit Kollegen genutzt werden. Man wird dadurch deutlich objektiver in der Ergebnisfindung.
INFO IIFT-Mustererkennung mithilfe des EUROPattern Classifiers – Was sind eigentlich Deep Convolutional Neural Networks (DCNN)? Schnell das Mobiltelefon per Gesichtserkennung entsperren und die Übersetzungsapp mit der Sprachsteuerung nutzen: Künstliche neuronale Netzwerke, die auf biologischen Vorbildern basieren, begegnen uns in einfacher Form mittlerweile fast täglich, vor allem in den Bereichen Verarbeitung von Bild- und Audiodaten und maschinelles Lernen. Die Maschine „lernt“ mithilfe von Modellen bestimmte Merkmale und Muster in den Trainingsdaten zu erkennen, einzuordnen und das Erlernte auf neue eintreffende Informationen anzuwenden. Die abschließende Prüfung des Lernerfolgs wird mit unmarkierten Testdatensätzen durchgeführt. Das künstliche Netzwerk ist in einem Schichtmodell aufgebaut, wobei jede Ebene das Ergebnis weiter verfeinert. Die Information trifft zunächst auf eine Eingangsebene und durchläuft eine bestimmte Anzahl weiterer Ebenen, bis die Ausgangsebene erreicht wird und das Ergebnis feststeht. Das Zusammenspiel spezifischer Beurteilungen der eintreffenden Informationen durch die einzelnen Ebenen ermöglicht so die Auswertung komplexer Daten. Mit steigender Anzahl der zwischengelagerten Ebenen geht das klassische Convolutional Neural Network (CNN) in das Deep Convolutional Neural Network (DCNN) über, das Grundlage des Deep Learnings und der automatisierten IIFT-Mustererkennung von EUROIMMUN ist.
Inwieweit spielt die Patientenhistorie eine Rolle bei der Befundung?
Die zu befundenden Muster sollten auf dem IIFT-Bild eindeutig sein, ansonsten muss man zur weiteren Diagnostik Immunblots, ELISA oder andere Methoden verwenden, um ein verlässliches Ergebnis zu liefern. Außerdem sollte man sich nicht durch die Anamnese verunsichern zu lassen bzw. ein Bias einbauen, sondern genau beschreiben, was das IIFT-Bild zeigt. Dennoch ist die direkte Ansicht der Patientenhistorie in EUROLabOffice 4.0 für uns durchaus sehr hilfreich, um beispielsweise bei Verlaufskontrollen auf Plausibilität zu achten und sich abzusichern. Wenn ein Patient vorab hochpositiv war und nun plötzlich negativ ist, dann sollte man dem Sachverhalt auf den Grund gehen. Andersherum kann man, wenn ein seltenes Muster auftaucht und man für die Verlaufsprobe bereits eine umfangreiche Bestätigung durchgeführt hat, das IIFT-Bild deutlich besser einordnen und muss nicht jedes Mal erneut aufwendige Bestätigungstests durchführen – das spart Zeit und Geld.
Werden die Bilder des EUROPattern Microscope Live ausschließlich zur Befundung genutzt?
Die Bilder bieten die Möglichkeit einer Diskussionsgrundlage! So kann das IIFT-Bild auch zur Besprechung mit mehreren Kollegen genutzt werden, um am Ende die beste Therapie für den betroffenen Patienten auszuwählen. Auch der Chef hat nicht immer recht – daher ist das Konsil eine gute Möglichkeit, die wir besonders bei ANCA nutzen. So ist es in der Vergangenheit mit den herkömmlichen Geräten immer wieder vorgekommen, dass wir bei Proben vereinzelt keine eindeutigen Bilddaten erhalten haben. Während einige Kollegen in diesem Fall dazu tendierten, trotzdem zu befunden, erklärten andere 80 % der Proben für „nicht befundbar“. Das ist natürlich nicht Sinn der Sache. Durch das EUROPattern Microscope Live haben wir einerseits einen Befundvorschlag, an dem wir uns orientieren können, und andererseits haben wir dank des digitalen Bildmaterials eine Möglichkeit, uns schnell auszutauschen, sodass wir direkt zum Ergebnis kommen können. Wir sind dadurch deutlich stromlinienförmiger in der Umsetzung.
Was hat sich durch die Einführung des automatisierten Systems geändert?
Ganz klar, wir bekommen einen objektiven Vorschlag! Dank des EUROPattern Microscope Live mit der automatischen Klassifizierung und dem Befundvorschlag lassen sich eine hohe Standardisierung und von externen Einflussfaktoren unabhängige Ergebnisse erzielen. Besonders für die ANA-Diagnostik funktioniert der Klassifikator sehr gut. Bei der ANCA-Diagnostik gab es einen Lernprozess, in dem wir anfangs gesehen haben, dass der Titer etwas zu hoch war. Früher waren wir bei der Bearbeitung von ANCA-Anforderungen oft gezwungen, viele Tests zu wiederholen und somit vieles doppelt anzufassen, weil es durch einen leichten ANA-Titer zu einer nicht eindeutigen Befundung kommen kann. Aber da die Vorschläge des Klassifikators sich immer als korrekt herausgestellt haben, fühlen wir uns inzwischen sehr sicher und vertrauen den Vorschlägen, was zu einer massiven Reduktion der Wiederholer geführt hat. Man vertraut nun beispielsweise negativen Befunden, ohne noch lange herumzuexperimentieren. Das freut die MTAs, da sie die Proben nicht erneut heraussuchen und bearbeiten müssen sowie natürlich auch die Kollegen auf der Station, da sie schneller einen Befund in den Händen halten, mit dem sie eine Behandlung des Patienten einleiten können. Alles in allem hat man dank der Bilder und der hohen Standardisierung eine deutliche Verbesserung der Ergebnisqualität und zusätzliche Sicherheit durch die Barcode-Erkennung und deren Prüfung am Ende. Insgesamt bringt es eine enorme Verbesserung der Diagnostik mit sich. Und neben der Automatisierung lernt man auch die gleichbleibende Qualität von Schnitten der EUROIMMUN-BIOCHIPS zu schätzen.
Wie sieht die Zukunft der IIFT für Sie aus?
Das ist eine sehr gute Frage, die sich spontan nicht beantworten lässt. Dafür müsste man unterschiedliche Aspekte berücksichtigen, unter anderem auch die unterschiedlichen diagnostischen Anforderungen im praktischen Alltag. Bei uns in der Klinik werden viele Patienten mit rheumatischen Erkrankungen behandelt, die auch stationär aufgenommen werden. Ein einfacher Screen auf Basis eines monospezifischen Ansatzes birgt die große Gefahr etwas zu übersehen, daher denke ich, dass computergestützte Mikroskopie eine wichtige Methode der Diagnostik ist, um wirklich alles zu finden. Daher bilden wir auch stetig im Bereich IIFT aus. Und da ist die automatische Bildaufnahme natürlich ein Quantensprung, denn wir können die Fallbeispiele mit eigenen Bildern unterlegen. So sitzen wir gemeinsam mit den Studenten vor dem Bildschirm und gehen Arbeitslisten durch. Und das macht richtig Spaß!
Vielen Dank für Ihre Zeit und das nette Gespräch!