陳柳青

（湖北省武漢市第一醫(yī)院，武漢430022）

基于以玻璃切片和顯微鏡為代表的傳統(tǒng)病理學技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了150 多年。近幾十年，圖像的數(shù)字化和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展使得病理學數(shù)字化也應運而生。最早應用于病理的是使用模擬式或數(shù)字式攝像頭進行圖像采集、存儲和傳輸，即各種病理圖文系統(tǒng)，目前仍在病理的醫(yī)療、教學、科研各方面工作中運用廣泛。攝像頭圖像采集作為數(shù)字化病理的初步嘗試相對傳統(tǒng)切片具有顯著的優(yōu)點：可以顯示病理切片中的典型病變特點，占用較少的存儲空間便于存儲傳輸，可以繼續(xù)在數(shù)字圖像上進行計算、圖像處理等。同時其也有諸多缺點：所采圖像幅面小，不能反映病變?nèi)郑瑘D像選擇中存在過多采圖者的主觀因素，可能遺漏更加重要的病變區(qū)域等。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，人們希望能把顯微鏡下看到的整張切片進行數(shù)字化即“虛擬切片技術(shù)”，進行電子文檔的存貯。打開圖文電子文檔，又可模擬顯微鏡下實際觀察圖像，并能進行縮小、放大、移動瀏覽。

1 數(shù)字病理切片系統(tǒng)簡介

數(shù)字病理切片（Digital slide of pathology）又稱虛擬病理切片（Virtual slide of pathology）是一種現(xiàn)代數(shù)字與傳統(tǒng)光學放大裝置有機結(jié)合的技術(shù)，使傳統(tǒng)的病理切片脫離物象載體的表達方式，將傳統(tǒng)玻璃病理切片的物象信息無一遺漏地通過全自動顯微鏡或光學放大系統(tǒng)掃描采集得到高分辨數(shù)字圖像，計算機對得到的圖像自動進行高精度多視野無縫隙拼接和處理，通過瀏覽器能方便地對數(shù)字圖像進行4，10，20，40，100 倍物鏡倍率的改變顯示和任意方向移動觀察。同時可以傳輸?shù)结t(yī)院的局域網(wǎng)上供多方瀏覽，將診斷依據(jù)全景圖像化、數(shù)字化和共享化。其誕生將傳統(tǒng)的病理切片應用提高到了現(xiàn)代化的水平。使病理醫(yī)生在特殊需要下，不用通過顯微鏡就能完全模擬顯微鏡下的操作環(huán)境看到仿真的病理圖像，這對于異地專家閱片和攜帶數(shù)字切片教學會診提供了方便。也可以在遠程會診中發(fā)送給專家下載瀏覽，這種優(yōu)質(zhì)的可視化數(shù)據(jù)已應用于病理學的各個領(lǐng)域。

數(shù)字病理切片系統(tǒng)的應用最早始于1985 年[1]。虛擬切片技術(shù)有兩個發(fā)展方向：其一，基于自動顯微鏡；其二，基于切片掃描儀。前者開發(fā)較早，關(guān)鍵部件為顯微鏡上的自動載物臺，成像部件仍為數(shù)字式攝像頭，成像速度和質(zhì)量都不能令人滿意。后者的關(guān)鍵部件有自動切片轉(zhuǎn)運部件、高速線性或矩陣式數(shù)字成像部件等，在成像質(zhì)量和速度上都有了較大飛躍，可以成批快速掃描切片，近年來占據(jù)了世界上虛擬切片設備的主要市場份額。

虛擬切片的制作系統(tǒng)分為硬件和軟件兩大部分。硬件包括虛擬切片掃描儀和高級計算機(計算速度高，存儲容量大)，軟件就是專用的虛擬切片掃描系統(tǒng)和可以安裝在大多數(shù)計算機上的專有圖像瀏覽和編輯軟件。首先，利用數(shù)字顯微鏡或放大系統(tǒng)在低倍物鏡下對玻璃切片進行逐幅掃描采集成像，顯微掃描平臺自動按照切片XY 軸方向掃描移動，并在Z 軸方向自動聚焦。然后，由掃描控制軟件在光學放大裝置有效放大的基礎上利用程控掃描方式采集高分辨數(shù)字圖像，圖像壓縮與存儲軟件將圖像自動進行無縫拼接處理，制作產(chǎn)生整張全視野的數(shù)字化切片，再將這些數(shù)據(jù)存儲在一定介質(zhì)中建立起數(shù)字病理切片庫。隨后可以利用相應的數(shù)字玻片瀏覽系統(tǒng)，對一系列可視化數(shù)據(jù)進行任意比例的放大或縮小，以及在任意方向移動以瀏覽和分析處理，如同操作實物光學顯微鏡。目前我科應用的日本濱松公司制作的NDP 虛擬切片掃描儀，大部分皮膚組織單幅切面在40 倍光學鏡頭下掃描只需約3 min左右。在掃描過程中可無需人工干預，從切片傳遞、選擇圖像區(qū)域、對焦、成像、文件合成等一系列操作完全由計算機控制自動完成。而且，可以進行多層切片掃描，形成三維虛擬切片，便于多層次、多截面觀察。NDP 專用的瀏覽軟件安裝操作非常方便。

2 數(shù)字病理切片系統(tǒng)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的病理切片相比，數(shù)字病理切片系統(tǒng)具備許多無可比擬的優(yōu)勢。

（1）易于保存與管理。利用超大容量的數(shù)字病理切片庫，保存珍貴的病理切片資源，解決不易儲存保管、易褪色、易損傷、易丟片掉片和切片檢索困難等問題，并實現(xiàn)同一張切片可在不同地點同時多人共同瀏覽[2]。

（2）方便瀏覽與傳輸。應用者可隨時隨地對顯微切片的任何區(qū)域進行不同放大倍率的瀏覽（2×、4×、10×、20×、40×、100×），資料傳輸不必受時間和空間的約束。瀏覽時為光學放大而非數(shù)碼放大，因此不存在圖像信息失真和細節(jié)不清的問題，這與普通計算機圖片縮放只改變圖像大小而無法改變分辨率有本質(zhì)的區(qū)別。

（3）為教學與遠程會診提供便利。該系統(tǒng)能在鼠標操縱下選擇切片的任意位置完成無極變倍連續(xù)縮放瀏覽，并提供切片全景導航，使高倍鏡下的圖像和低倍鏡下的位置形成良好對應，還能實現(xiàn)切片的定量分析和標注等后期處理[3]。

（4）高速、高效，高通量。采用先進技術(shù)的數(shù)字切片系統(tǒng)可達到高通量切片掃描，如日本濱松光子學株式會社的系統(tǒng)可一次性全自動掃描210 張切片，大大提高了工作效率。

（5）進一步提升分辨率和清晰度。在20×和40×模式下每像素均可達到0.2 μm 水平，并具備了圖像高保真的特點。

（6）實現(xiàn)了熒光切片的掃描。只需外加相應的熒光光源和更換濾光鏡就能掃描熒光切片，克服了玻璃熒光切片易褪色、不宜長久保存的缺點。

3 數(shù)字病理切片系統(tǒng)在皮膚科的研究和應用現(xiàn)狀

數(shù)字病理切片系統(tǒng)可使病理資源數(shù)字化、網(wǎng)絡化，實現(xiàn)了可視化數(shù)據(jù)的永久儲存和不受時空限制的同步瀏覽處理，國內(nèi)許多大型醫(yī)院的病理科和中心實驗室也已建成數(shù)字切片庫，用于遠程病理會診，并嘗試性地開展聯(lián)合診斷。皮膚科是最容易實現(xiàn)數(shù)字化的專業(yè)，也是最適合開展遠程醫(yī)療的專業(yè)之一，臨床皮損和組織病理切片的數(shù)字化將進一步提高遠程皮膚病醫(yī)療的準確性和便利性。對于數(shù)字化切片與傳統(tǒng)玻璃切片在皮膚病理診斷的準確性和一致性，相關(guān)研究顯示，二者具有高度的一致性和準確率[4-5]。目前國內(nèi)皮膚科已有中國醫(yī)學科學院皮膚病研究所、北京協(xié)和醫(yī)院、第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院、武漢市第一醫(yī)院等多家單位利用數(shù)字病理切片系統(tǒng)建立起數(shù)字病理庫。

數(shù)字病理切片在皮膚科的應用范圍主要有：（1）皮膚病理的教學與考試，培訓皮膚病理?？漆t(yī)師；（2）皮膚病理讀片交流會議，全國皮膚病理年會從2011 年開始會議采用數(shù)字切片讀片，減少了每個供片單位切片的數(shù)量，并保證了讀片的質(zhì)量及所讀切片完全一致；（3）醫(yī)院和科室皮膚病理信息管理，解決了切片保存時間長易出現(xiàn)褪色、破損等難題；（4）臨床上重大病例診斷中的遠程會診與咨詢，虛擬切片技術(shù)簡化了原來會診的程序，并且刻錄的數(shù)字切片圖像，不用歸還，不怕破碎，可同時多點進行會診；（5）科研成果的分析與交流，避免原來的以點代面。數(shù)碼照相及其圖像處理技術(shù)的提高和照相范圍的局限，可以修飾和偽造肉眼無發(fā)區(qū)分的圖像，但虛擬切片以其細微的掃描，龐大的數(shù)據(jù)量，可觀察任何一處細微的改變，任何人工的痕跡在高倍下都會暴露出來，因此利用虛擬切片技術(shù)可以核實科研結(jié)果，避免以偏蓋全，以點代面，甚至暴露造假者。虛擬切片技術(shù)目前尚在不斷完善中，比如FISH、基因芯片、蛋白芯片的掃描等；（6）建立常規(guī)和疑難皮膚病例的可視化資源數(shù)據(jù)庫；（7）逐步建立圖像的標準化分析和統(tǒng)計分析、惡性病變的自動粗篩等諸多工作中[6]。

4 對數(shù)字切片系統(tǒng)運用的展望

數(shù)字切片系統(tǒng)在國內(nèi)皮膚科運用剛剛開始起步，要建立起更加科學完善的數(shù)字玻璃切片系統(tǒng)的可視化數(shù)據(jù)庫，使其更加廣泛并迅速地發(fā)展起來，以達到國際先進的水平，還需要對系統(tǒng)的應用進行更深一步的挖掘和思考。（1）使數(shù)字玻璃切片系統(tǒng)由單機向聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)真正意義的共享。目前已被廣泛應用的Motic、Aperio、Nanozoomer 等幾大數(shù)字切片系統(tǒng)分別以自身的系統(tǒng)運行，分析和處理軟件的界面和工作平臺各不相同，圖片格式也不一致，故資源的共享僅限于同一種數(shù)字玻璃切片系統(tǒng)內(nèi)部，即狹義的共享。應使不同供應方的數(shù)據(jù)統(tǒng)一化、網(wǎng)絡化、用戶化，圖片格式標準化，以網(wǎng)絡為橋梁，將可視化數(shù)據(jù)延伸到網(wǎng)絡所覆蓋的任何一個場所，使所有用戶都能通過網(wǎng)絡瀏覽并分析處理來自不同系統(tǒng)的可視化數(shù)據(jù)。（2）優(yōu)化備份和存儲。每一個儲存的數(shù)字病理圖像文件有數(shù)百Mb 乃至幾個Gb 之大，而系統(tǒng)的空間有限，為適應數(shù)字化病理切片日益增長的共享需求，就需要優(yōu)化備份和存儲技術(shù)。開發(fā)新的圖像壓縮技術(shù)，保證無損壓縮，既能大幅度地壓縮圖像，又能盡可能減少圖像信息的損失，不能損傷圖像的細節(jié)、比例、可縮放性、光度、色度等。此外還可開發(fā)容量更大、可靠性更好的存儲介質(zhì)，將這些可視化數(shù)據(jù)永久保存。（3）提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。數(shù)字玻璃切片系統(tǒng)采集到的可視化數(shù)據(jù)對分辨率要求較高，所占存儲空間巨大，在交互共享時由于受到圖像壓縮、計算機性能和網(wǎng)絡寬帶等多種因素的制約，可視化數(shù)據(jù)的傳輸速度不盡人意，數(shù)據(jù)傳輸速度也是目前國內(nèi)許多地區(qū)難以普及遠程病理診斷的主要原因之一。因此提高可視化數(shù)據(jù)的傳輸速度勢在必行，尋求更加簡便快捷的數(shù)據(jù)傳輸方式，以彌補當前計算機存儲空間和網(wǎng)絡通訊技術(shù)所帶來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣热毕?。?）完善數(shù)據(jù)庫的檢索功能。滿足用戶不同的檢索需求，開發(fā)由圖像分析軟件自動抽取圖像顏色、形狀、紋理等特征，建立特征索引庫，用戶只需將所查找圖像的大致特征描述出來，就可找出與之相近特征的圖像。

數(shù)字病理切片非常適合于開展廣泛的合作，將有利于整合中國皮膚病理的資源?？梢栽谌珖煌赜蚪⒍鄠€中心，建立中國的皮膚病臨床和病理資源庫，并建起一個統(tǒng)一的形態(tài)學數(shù)字切片網(wǎng)絡教學平臺，向國內(nèi)的注冊皮膚科醫(yī)師開放，為廣大皮膚科同仁提供一個開放的繼續(xù)培訓平臺，也有利于更好地挖掘與應用數(shù)字病理切片系統(tǒng)，為中國皮膚科的發(fā)展提供一個更加廣闊的平臺。

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