摘 要： 目的 探讨全切片图像扫描技术 (whole slide images, WSI) 在日常病理诊断工作中的应用价值与效果。方法 选取300例连续的组织学病例作为研究对象, 将所有样本的病理切片运用WSI技术进行数字化扫描, 在电脑屏幕上阅读数字化切片后作出病理诊断。再将在显微镜下常规病理切片的病理诊断与在电脑屏幕上数字化切片的病理诊断进行对比, 分析WSI技术在日常病理诊断工作中的应用效果。结果 300例HE染色的常规病理切片与数字化病理切片诊断病变性质的总体符合率为98.67% (296/300) 。300例HE染色的常规病理切片与数字化病理切片诊断病变种类完全符合272例 (90.67%) , 部分符合9例 (3.00%) , 不符合19例 (6.33%) 。与经验丰富的上级医师制定的标准答案比较, 常规病理切片与数字化病理切片诊断HE染色、亚甲基蓝染色、免疫组织化学染色的符合率差异均无统计学意义 (P>0.05) 。结论 在日常病理诊断工作中, 同一医师在显微镜下常规病理切片的病理诊断与在电脑屏幕上数字化病理切片的病理诊断有较高的符合率。随着医学信息数字化的不断发展, 数字病理在教学、诊断、科学研究和数据保存上的优势会越来越明显, 数字病理在将来的病理日常工作中也会变得越来越重要。
关键词： 病理学, 临床; 诊断; 全切片图像扫描技术;
Abstract： Objective To explore the practical value and effect of whole slide images (WSI) in daily clinicopathological diagnosis.Methods The 300 consecutive cases were chosen as the research object and applied digital scanning to all the histological slices by using WSI.Then, we reviewed digital slices on the computer screen and made pathological diagnosis.Finally, we compared the pathological diagnosis between traditional hematoxylin-eosin (HE) slices under the microscope and digital slices on the computer screen, analyzed the practical value and effect of WSI in daily clinicopathological diagnosis.Results In terms of the nature of disease in 300 cases of HE staining slices, the overall coincidence rate between microscope diagnosis and computer screen diagnosis was 98.67% (296/300) .In terms of the specific disease types in 300 cases of HE staining slices, the respective rate of complete coincidence, partial coincidence and inconformity between microscope diagnosis and computer screen diagnosis was 90.67% (272/300) , 3.00% (9/300) and 6.33% (19/300) .When compared with the standard answers made by the senior pathologist, there was no significantly statistical difference in the coincidence rate between microscope diagnosis and computer screen diagnosis in HE staining, methylene blue staining and immunohistochemistry (P>0.05) .Conclusion In daily work, the coincidence rate between microscope diagnosis and computer screen diagnosis made by the same pathologist is high.With the development of medical information digitization, the advantages of digital pathology in teaching, diagnosis, scientific research and data storage will be more and more obvious.Moreover, the role of digital pathology in daily clinicopathological diagnosis will become more and more important in the future.
Keyword： pathology, clinical; diagnosis; whole slide images;
病理诊断是疾病诊断中的“金标准”, 尤其是在肿瘤疾病的确诊中, 病理诊断尤为重要。随着计算机及网络技术的发展, 医学信息数字化的时代已经来临, 数字化技术的应用已广泛渗透到临床的各个层面[1]。在病理学中, 数字化切片的诞生为数字病理开启了序幕[2]。数字病理核心内容是将传统现象的病理图像电子数据化和网络化。目前, 利用全切片图像扫描技术 (whole slide images, WSI) 将载玻片上的图像扫描成数字图片, 使用网络进行传输, 进行疑难病例远程会诊和学术交流在病理界已经成为常规[3,4,5,6,7,8]。但就对于目前国内外病理的了解, WSI将病理切片数字化还局限于少量病理诊断工作中的疑难病例和典型教学病例, 并没有将全科产生的所有切片均进行数字化扫描与存储, 使数字切片真正用于病理科日常诊断工作中, 病理医生依然习惯于在显微镜下进行诊断, 而不是在电脑屏幕上进行诊断[9,10,11]。这使得病理学的发展很难广泛利用现在蓬勃发展的信息技术。四川省成都市第一人民医院病理科利用WSI技术将每天产生的所有切片进行数字化扫描, 形成数字化切片。本研究将日常病理诊断工作中连续诊断的300例组织学病例作为研究对象, 由作者在电脑屏幕上阅读数字化切片后作出病理诊断, 回顾性分析WSI技术在日常病理诊断工作中的实际价值, 现报告如下。
1、 资料与方法
1.1、 病例资料
选取2015年9月由成都市第一人民医院病理科在日常病理诊断工作中连续诊断的300例组织学病例作为研究对象, 其中男性115例, 女性185例, 年龄10~92岁, 中位年龄45岁。
1.2、 病理切片类型
本研究的300例组织学病例, 共计493张病理切片中包括384张常规苏木素伊红 (hematoxylin-eosin, HE) 染色切片, 57张特殊染色切片 (亚甲基蓝染色) , 52张免疫组织化学染色切片。
1.3、 病理检查
本研究的300例组织学病例中包括消化系统病例155例 (开展胃镜检查60例, 开展肠镜检查33例, 开展其他方式检查62例) , 乳腺及女性生殖系统病例82例 (乳腺13例, 子宫4例, 宫内膜27例, 宫颈及宫颈管20例, 输卵管8例, 卵巢3例, 外阴2例, 胎盘5例) , 皮肤病例34例, 软组织与骨病例10例, 泌尿系统与男性生殖器官病例7例, 头颈部病例7例, 造血与淋巴组织病例3例, 肺、胸膜、胸腺及心脏病例2例。
1.4、 方法
将300例组织学病例的所有病理切片均运用Aperio全自动数字切片扫描系统进行数字化扫描 (20倍物镜) 形成数字化病理切片。由作者2015年11月在电脑屏幕上阅读数字化切片作出病理诊断。再将在显微镜下常规病理切片的病理诊断与在电脑屏幕上数字化切片的病理诊断进行对比, 分析WSI技术在日常病理诊断工作中的应用效果。
免疫组织化学判读标准:根据阳性细胞在全部组织细胞中所占比例以及阳性细胞染色强度判定实验结果。按显色细胞数记分:阳性细胞数<1/3为1分, 阳性细胞数1/3~2/3为2分, 阳性细胞数≥2/3为3分。按细胞显色深浅记分:无阳性反应细胞为0分, 浅黄色为1分, 棕黄色为2分, 棕褐色为3分。积分数为2种记分的乘积:0分判断为 (-) , 1~2分判断为 (+) , 3~4分判断为 (++) , 6~9分判断为 (+++) 。
1.5、 统计学方法
应用SPSS 22.0统计软件分析数据, 计数资料比较采用χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2、 结果
2.1、 常规病理与数字化病理诊断病变性质
将300例组织学病例的病变性质分为良性、交界性/癌前病变、恶性三大类, 300例HE染色的常规病理切片与数字化病理切片诊断病变性质的总体符合率为98.67% (296/300) 。4例诊断不符合, 其中2例来自乳腺及女性生殖系统的宫颈, 2例来自消化系统 (胃窦及食管各1例) 。3例是常规病理切片诊断为癌前病变的轻度非典型性增生或宫颈上皮内瘤变1级 (CIN 1) , 而数字化病理切片诊断为良性炎性病变;另1例是常规病理切片诊断为良性炎性病变, 而数字化病理切片诊断为癌前病变的宫颈上皮内瘤变1级 (CIN 1) 。因此, 4个不符合病例中, 并无恶性病变的漏诊或过诊断, 而是集中于低级别癌前病变的诊断。见表1。
2.2、 常规病理切片与数字化病理切片诊断病变种类
将300例HE染色的常规病理切片与数字化病理切片诊断病变种类的符合情况分为完全符合、部分符合和不符合3大类。完全符合272例 (90.67%) , 部分符合9例 (3.00%) , 不符合19例 (6.33%) 。部分符合及不符合的28例分布在乳腺及女性生殖系统 (13例, 46.43%) 、消化系统 (8例, 28.57%) 、皮肤 (4例, 14.29%) 、造血与淋巴组织 (2例, 7.14%) 、软组织与骨 (1例, 3.57%) 。见表2。
表1 常规病理切片与数字化病理切片诊断病变性质Table 1 Microscope diagnosis and computer screen diagnosis in disease nature
表2 常规病理切片与数字化病理切片诊断病变种类Table 2 Microscope diagnosis and computer screen diagnosis in disease type
2.3、 常规病理切片与数字化病理切片诊断HE染色的符合率比较
请诊断经验丰富的上级医师在显微镜下阅读这300例的常规HE染色切片, 并为其制定标准答案, 将作者常规病理切片和数字化病理切片的诊断结果与标准答案进行比较得出符合率。结果显示, 常规病理切片与数字化病理切片诊断HE染色的符合率差异无统计学意义 (P>0.05) 。见表3。
表3 常规HE切片上与上级医师的诊断符合率Table 3 The diagnosis coincidence rate between the author and the senior pathologist in HE slices
2.4、 常规病理切片与数字化病理切片诊断亚甲基蓝染色的符合率比较
300例病例中共有60例胃镜标本, 其中57例行亚甲基蓝染色以确定有无幽门螺杆菌感染。常规病理切片判读为阳性34例, 阴性23例, 数字化病理切片判读为阳性48例, 阴性9例;有14例亚甲基蓝染色常规病理切片判读为阴性, 而数字化病理切片判读为阳性, 判读结果不相符。请诊断经验丰富的上级医师在显微镜下阅读57张亚甲基蓝染色切片, 并为其制定标准答案。将作者常规病理切片和数字化病理切片的诊断结果与标准答案进行比较得出符合率。结果显示, 常规病理切片与数字化病理切片诊断亚甲基蓝染色的符合率差异无统计学意义 (P>0.05) 。见表4。
表4 亚甲基蓝染色切片上与上级医师的诊断符合率Table 4 The diagnosis coincidence rate between the author and the senior pathologist in methylene blue slices
2.5、 常规病理切片与数字化病理切片诊断免疫组织化学染色的符合率比较
300例病例中有5例疑难病例行免疫组织化学染色, 共52个免疫组织化学染色项目, 以明确病变的性质及种类。请诊断经验丰富的上级医师在显微镜下阅读52张免疫组织化学染色切片, 并为其制定标准答案, 将作者常规病理切片和数字化病理切片的诊断与标准答案进行比较得出符合率。结果显示, 常规病理切片与数字化病理切片诊断免疫组织化学染色的符合率差异无统计学意义 (P>0.05) 。见表5。
表5 免疫组织化学染色切片上与上级医师的诊断符合率Table 5 The diagnosis coincidence rate between the author and the senior pathologist in immunohistochemical slices
3、 讨论
互联网从方法上改变了信息传递的方式, 从理论上提出了一系列思维上的创新, 势必对传统的临床病理诊断工作带来巨大的影响。互联网化的本质和核心是“数据化”, 传统载玻片上病理图像信息的“数字化”是“数据化”的基础。以WSI为核心, 包括图像分析系统﹑信息管理系统和数字化阅片设备等一系列数字病理技术的出现和成熟, 实现了病理图像“数字化”, 为改变传统临床病理诊断方法, 探索计算机辅助临床病理诊断和提高远程病理会诊及学术培训交流创造了新的机会[12]。本研究对比分析了同一医师在显微镜下常规病理切片与在电脑屏幕上数字化病理切片的诊断符合情况, 旨在探讨WSI在日常病理诊断工作中的应用效果与价值。
本研究结果显示, 300例HE染色常规病理切片与数字化病理切片诊断病变性质, 仅有4例不符合。分析病变性质不符合的原因主要有以下几点: (1) 癌前病变由同一个人诊断的可重复性本来就不高, 特别是良性炎性病变与癌前病变的轻度非典型性增生或宫颈上皮内瘤变1级 (CIN 1) 的诊断受到诸多因素的干扰, 有较强的主观性; (2) 日常病理诊断工作中, 可以在显微镜的40~60倍镜下仔细地观察细胞的形态, 本研究出于扫描时间和存储空间的考虑, 运用Aperio全自动数字切片扫描系统扫描的是常规病理切片在显微镜20倍物镜下的图像, 故在需要较高的放大倍数来观察细胞形态的低级别癌前病变的诊断中, 20倍物镜下的数字化图像可能会对诊断造成一定的影响。在以后的数字化切片诊断过程中, 如果再遇到可疑癌前病变的轻度非典型性增生或宫颈上皮内瘤变1级 (CIN 1) 的病例时, 可以扫描这些病例病理切片在40倍镜下的图像后再作诊断。
300例HE染色中, 常规病理切片与数字化病理切片诊断病变种类的完全符合272例 (90.67%) , 部分符合9例 (3.00%) , 不符合19例 (6.33%) 。除造血与淋巴组织系统病变外, 其余7个系统病变各自诊断的完全符合率在84.14%~100.00%之间。而造血与淋巴组织病变诊断完全符合率低的原因主要有以下几点: (1) 本研究仅有3例来源于造血与淋巴组织系统, 样本量太小, 所得出的数据不具有统计学意义; (2) 通过在显微镜下复查这3例病理切片发现切片过厚, 故20倍物镜下很难看清病变的组织结构和细胞形态, 应用美国Aperio全自动数字切片扫描系统扫描的是常规病理切片在显微镜20物倍镜下的图像, 故20倍物镜下的数字化图像可能对诊断造成一定的影响; (3) 造血与淋巴组织系统病变的病理诊断难度本来就比较大, 即使是经验丰富的高年资病理医师诊断起来也比较困难。与上级医师制定的标准答案比较, 常规病理切片和数字化病理切片的诊断符合率差异无统计学意义。说明数字化病理切片对HE染色的诊断符合率很高, 完全可以满足日常工作需要。
针对亚甲基蓝染色, 有14例常规病理切片与数字化病理切片的诊断结果不符合。原因主要有以下几点: (1) 幽门螺杆菌的真实大小为0.5~1μm, 而本研究应用美国Aperio全自动数字切片扫描系统扫描的是常规病理切片在显微镜20倍物镜下的图像, 再加上目镜的10倍放大倍数, 最终放大倍数为200倍, 也就是说数字化病理切片中幽门螺杆菌的大小为0.1~0.2mm。但在常规病理切片可以用40倍甚至60倍物镜仔细查找有无幽门螺杆菌 (大小为0.2~0.6mm) , 更大的放大倍数对幽门螺杆菌的观察更有利; (2) 本研究仅有57例开展了亚甲基蓝染色, 样本量小, 所得出的数据不能完全反映真实情况; (3) 幽门螺杆菌检查是2015年新开展的检查项目, 年轻病理医师在判读幽门螺杆菌方面经验不足。在以后的工作中, 高年资医师应将幽门螺杆菌的判读尽可能规范化, 多给年轻病理医师传授经验。更重要的是, 以后亚甲基蓝染色切片应该采集更高放大倍数下 (物镜至少40倍) 的图像。
针对免疫组织化学染色, 数字化病理切片与标准答案不符合的4个免疫组织化学项目分别是S-100、CD34、CD68/KP-1和CD68/PGM1。实际上, 这4个免疫组织化学指标一直是免疫组织化学实验室的问题指标。S-100应该为细胞核着色但经常为细胞浆着色, 而CD34应该为细胞膜着色但经常为细胞浆甚至细胞核着色, 也就是说S-100和CD34的免疫组织化学染色定位不准。另外, CD68/KP-1和CD68/PGM1应该在组织细胞或髓系细胞中特异性细胞浆着色, 但经常表现为弥漫性非特异性细胞浆弱阳性着色。所以, 应该做好免疫组织化学染色的室内质控和室间质控, 发现有问题的指标, 应尽快检查并优化实验流程, 必要时更换抗体, 以提高免疫组织化学染色的优良率。
综上所述, 常规病理切片与数字化病理切片的诊断病变性质及病变种类均有较高的符合率, 再加上数字病理在教学[13,14]、科学研究[15]、档案保存和远程会诊[16,17]上不可替代的优势, 数字病理必将成为未来病理发展的一个主要趋势。
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