陈柳青

（湖北省武汉市第一医院，武汉430022）

基于以玻璃切片和显微镜为代表的传统病理学技术已经发展了150 多年。近几十年，图像的数字化和计算机技术的不断发展使得病理学数字化也应运而生。最早应用于病理的是使用模拟式或数字式摄像头进行图像采集、存储和传输，即各种病理图文系统，目前仍在病理的医疗、教学、科研各方面工作中运用广泛。摄像头图像采集作为数字化病理的初步尝试相对传统切片具有显著的优点：可以显示病理切片中的典型病变特点，占用较少的存储空间便于存储传输，可以继续在数字图像上进行计算、图像处理等。同时其也有诸多缺点：所采图像幅面小，不能反映病变全局，图像选择中存在过多采图者的主观因素，可能遗漏更加重要的病变区域等。随着数字化技术的发展，人们希望能把显微镜下看到的整张切片进行数字化即“虚拟切片技术”，进行电子文档的存贮。打开图文电子文档，又可模拟显微镜下实际观察图像，并能进行缩小、放大、移动浏览。

1 数字病理切片系统简介

数字病理切片（Digital slide of pathology）又称虚拟病理切片（Virtual slide of pathology）是一种现代数字与传统光学放大装置有机结合的技术，使传统的病理切片脱离物象载体的表达方式，将传统玻璃病理切片的物象信息无一遗漏地通过全自动显微镜或光学放大系统扫描采集得到高分辨数字图像，计算机对得到的图像自动进行高精度多视野无缝隙拼接和处理，通过浏览器能方便地对数字图像进行4，10，20，40，100 倍物镜倍率的改变显示和任意方向移动观察。同时可以传输到医院的局域网上供多方浏览，将诊断依据全景图像化、数字化和共享化。其诞生将传统的病理切片应用提高到了现代化的水平。使病理医生在特殊需要下，不用通过显微镜就能完全模拟显微镜下的操作环境看到仿真的病理图像，这对于异地专家阅片和携带数字切片教学会诊提供了方便。也可以在远程会诊中发送给专家下载浏览，这种优质的可视化数据已应用于病理学的各个领域。

数字病理切片系统的应用最早始于1985 年[1]。虚拟切片技术有两个发展方向：其一，基于自动显微镜；其二，基于切片扫描仪。前者开发较早，关键部件为显微镜上的自动载物台，成像部件仍为数字式摄像头，成像速度和质量都不能令人满意。后者的关键部件有自动切片转运部件、高速线性或矩阵式数字成像部件等，在成像质量和速度上都有了较大飞跃，可以成批快速扫描切片，近年来占据了世界上虚拟切片设备的主要市场份额。

虚拟切片的制作系统分为硬件和软件两大部分。硬件包括虚拟切片扫描仪和高级计算机(计算速度高，存储容量大)，软件就是专用的虚拟切片扫描系统和可以安装在大多数计算机上的专有图像浏览和编辑软件。首先，利用数字显微镜或放大系统在低倍物镜下对玻璃切片进行逐幅扫描采集成像，显微扫描平台自动按照切片XY 轴方向扫描移动，并在Z 轴方向自动聚焦。然后，由扫描控制软件在光学放大装置有效放大的基础上利用程控扫描方式采集高分辨数字图像，图像压缩与存储软件将图像自动进行无缝拼接处理，制作产生整张全视野的数字化切片，再将这些数据存储在一定介质中建立起数字病理切片库。随后可以利用相应的数字玻片浏览系统，对一系列可视化数据进行任意比例的放大或缩小，以及在任意方向移动以浏览和分析处理，如同操作实物光学显微镜。目前我科应用的日本滨松公司制作的NDP 虚拟切片扫描仪，大部分皮肤组织单幅切面在40 倍光学镜头下扫描只需约3 min左右。在扫描过程中可无需人工干预，从切片传递、选择图像区域、对焦、成像、文件合成等一系列操作完全由计算机控制自动完成。而且，可以进行多层切片扫描，形成三维虚拟切片，便于多层次、多截面观察。NDP 专用的浏览软件安装操作非常方便。

2 数字病理切片系统的优势

与传统的病理切片相比，数字病理切片系统具备许多无可比拟的优势。

（1）易于保存与管理。利用超大容量的数字病理切片库，保存珍贵的病理切片资源，解决不易储存保管、易褪色、易损伤、易丢片掉片和切片检索困难等问题，并实现同一张切片可在不同地点同时多人共同浏览[2]。

（2）方便浏览与传输。应用者可随时随地对显微切片的任何区域进行不同放大倍率的浏览（2×、4×、10×、20×、40×、100×），资料传输不必受时间和空间的约束。浏览时为光学放大而非数码放大，因此不存在图像信息失真和细节不清的问题，这与普通计算机图片缩放只改变图像大小而无法改变分辨率有本质的区别。

（3）为教学与远程会诊提供便利。该系统能在鼠标操纵下选择切片的任意位置完成无极变倍连续缩放浏览，并提供切片全景导航，使高倍镜下的图像和低倍镜下的位置形成良好对应，还能实现切片的定量分析和标注等后期处理[3]。

（4）高速、高效，高通量。采用先进技术的数字切片系统可达到高通量切片扫描，如日本滨松光子学株式会社的系统可一次性全自动扫描210 张切片，大大提高了工作效率。

（5）进一步提升分辨率和清晰度。在20×和40×模式下每像素均可达到0.2 μm 水平，并具备了图像高保真的特点。

（6）实现了荧光切片的扫描。只需外加相应的荧光光源和更换滤光镜就能扫描荧光切片，克服了玻璃荧光切片易褪色、不宜长久保存的缺点。

3 数字病理切片系统在皮肤科的研究和应用现状

数字病理切片系统可使病理资源数字化、网络化，实现了可视化数据的永久储存和不受时空限制的同步浏览处理，国内许多大型医院的病理科和中心实验室也已建成数字切片库，用于远程病理会诊，并尝试性地开展联合诊断。皮肤科是最容易实现数字化的专业，也是最适合开展远程医疗的专业之一，临床皮损和组织病理切片的数字化将进一步提高远程皮肤病医疗的准确性和便利性。对于数字化切片与传统玻璃切片在皮肤病理诊断的准确性和一致性，相关研究显示，二者具有高度的一致性和准确率[4-5]。目前国内皮肤科已有中国医学科学院皮肤病研究所、北京协和医院、第四军医大学西京医院、武汉市第一医院等多家单位利用数字病理切片系统建立起数字病理库。

数字病理切片在皮肤科的应用范围主要有：（1）皮肤病理的教学与考试，培训皮肤病理专科医师；（2）皮肤病理读片交流会议，全国皮肤病理年会从2011 年开始会议采用数字切片读片，减少了每个供片单位切片的数量，并保证了读片的质量及所读切片完全一致；（3）医院和科室皮肤病理信息管理，解决了切片保存时间长易出现褪色、破损等难题；（4）临床上重大病例诊断中的远程会诊与咨询，虚拟切片技术简化了原来会诊的程序，并且刻录的数字切片图像，不用归还，不怕破碎，可同时多点进行会诊；（5）科研成果的分析与交流，避免原来的以点代面。数码照相及其图像处理技术的提高和照相范围的局限，可以修饰和伪造肉眼无发区分的图像，但虚拟切片以其细微的扫描，庞大的数据量，可观察任何一处细微的改变，任何人工的痕迹在高倍下都会暴露出来，因此利用虚拟切片技术可以核实科研结果，避免以偏盖全，以点代面，甚至暴露造假者。虚拟切片技术目前尚在不断完善中，比如FISH、基因芯片、蛋白芯片的扫描等；（6）建立常规和疑难皮肤病例的可视化资源数据库；（7）逐步建立图像的标准化分析和统计分析、恶性病变的自动粗筛等诸多工作中[6]。

4 对数字切片系统运用的展望

数字切片系统在国内皮肤科运用刚刚开始起步，要建立起更加科学完善的数字玻璃切片系统的可视化数据库，使其更加广泛并迅速地发展起来，以达到国际先进的水平，还需要对系统的应用进行更深一步的挖掘和思考。（1）使数字玻璃切片系统由单机向联网转化，实现真正意义的共享。目前已被广泛应用的Motic、Aperio、Nanozoomer 等几大数字切片系统分别以自身的系统运行，分析和处理软件的界面和工作平台各不相同，图片格式也不一致，故资源的共享仅限于同一种数字玻璃切片系统内部，即狭义的共享。应使不同供应方的数据统一化、网络化、用户化，图片格式标准化，以网络为桥梁，将可视化数据延伸到网络所覆盖的任何一个场所，使所有用户都能通过网络浏览并分析处理来自不同系统的可视化数据。（2）优化备份和存储。每一个储存的数字病理图像文件有数百Mb 乃至几个Gb 之大，而系统的空间有限，为适应数字化病理切片日益增长的共享需求，就需要优化备份和存储技术。开发新的图像压缩技术，保证无损压缩，既能大幅度地压缩图像，又能尽可能减少图像信息的损失，不能损伤图像的细节、比例、可缩放性、光度、色度等。此外还可开发容量更大、可靠性更好的存储介质，将这些可视化数据永久保存。（3）提高数据的传输速度。数字玻璃切片系统采集到的可视化数据对分辨率要求较高，所占存储空间巨大，在交互共享时由于受到图像压缩、计算机性能和网络宽带等多种因素的制约，可视化数据的传输速度不尽人意，数据传输速度也是目前国内许多地区难以普及远程病理诊断的主要原因之一。因此提高可视化数据的传输速度势在必行，寻求更加简便快捷的数据传输方式，以弥补当前计算机存储空间和网络通讯技术所带来的数据传输的速度缺陷。（4）完善数据库的检索功能。满足用户不同的检索需求，开发由图像分析软件自动抽取图像颜色、形状、纹理等特征，建立特征索引库，用户只需将所查找图像的大致特征描述出来，就可找出与之相近特征的图像。

数字病理切片非常适合于开展广泛的合作，将有利于整合中国皮肤病理的资源。可以在全国不同地域建立多个中心，建立中国的皮肤病临床和病理资源库，并建起一个统一的形态学数字切片网络教学平台，向国内的注册皮肤科医师开放，为广大皮肤科同仁提供一个开放的继续培训平台，也有利于更好地挖掘与应用数字病理切片系统，为中国皮肤科的发展提供一个更加广阔的平台。

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