显微镜3D视频系统在组织肿瘤细胞观察及诊断中的应用

庄树彤　翁振声　刘剑峰　陈　斌▲　高海斌.深圳大学第一附属医院　广东省深圳市第二人民医院普通外科，广东深圳　58035；.中山大学附属东华医院　广东省东莞东华医院麻醉科，广东东莞　530

显微镜3D视频系统在组织肿瘤细胞观察及诊断中的应用

庄树彤1翁振声2刘剑峰1陈斌1▲高海斌1
1.深圳大学第一附属医院广东省深圳市第二人民医院普通外科，广东深圳518035；2.中山大学附属东华医院广东省东莞东华医院麻醉科，广东东莞523110

目的探究3D显示技术在组织肿瘤细胞观察及诊断中的适用性及可行性。方法成像效果评估：安排10名病理医师先后以数字显微镜3D系统、2D图像系统及普通光学显微镜对30份病理切片进行观察，对比3D和2D系统在成像质量上的差异。临床应用测试：收集甲乳外科术中冰冻切片40份，安排1名病理科医师在3D及2D系统下得出每个切片对应诊断，对比3D和2D图像系统在冰冻切片肿瘤细胞诊断准确性上的差异。结果 视觉效果评估结果显示，3D及2D系统在标本边缘清晰度、色彩还原度、视野范围、视野内均匀成像、视野亮度、视野内噪点、移动视野延时感、标本形状无变异方面差异无统计学意义（P＞0.05），而在深度感/立体感、视觉调节方面差异有统计学意义（P＜0.05）。临床应用测试结果显示，3D与2D图像系统对冰冻切片异性细胞的诊断准确性方面差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 基于当前视频技术研制的数字显微镜3D图像系统在成像质量上能够满足临床应用的要求。3D图像系统的入景效果对厚层细胞诊断有一定价值，但临床应用测试实验中3D与2D图像系统对冰冻切片内的肿瘤细胞诊断准确性基本相同。今后3D图像系统应在加强稳定性方面继续完善，比如加入自动对焦功能以及配备共轭调解轴等，确保左右两路光学信号的一致性。

三维立体显示；视频系统；生物显微镜；数字显微镜

［Abstract］Objective To investigate the availability and feasibility of three-dimensional video technology for observation and diagnosis of tumor cells.Methods Visual quality evaluation：10 pathologic doctors viewed 30 pathological section by digital microscope 3D and 2D systems，also used ordinary optics microscope，then compared the imaging quality differences between 3D and 2D systems.Clinical application evaluation：40 cases of frozen sections from surgery of Department of Thyroid Breast Surgery were selected，chose 1 pathologic doctor for diagnosis of the sections under the system of 3D and 2D，the differences of diagnosis accuracy of tumor cells in frozen section were compared between microscope 3D and 2D systems.Results Visual quality evaluation showed that there was no statistically significant differences between 3D and 2D video systems in the aspects of specimen edge sharpness，color revivification degree，field of view，uniform imaging within the field of vision，vision brightness，noisy point within the field of vision，sense of time delay when mobile vision，non-variation specimen shape（P＞0.05），only two aspects of depth perception/stereo feeling and visual accommodation had statistically significant（P＜0.05）.Clinical application evaluation showed that the differences of diagnosis accuracy of tumor cells in frozen section between 3D and 2D systems were not statistically significant（P＞0.05）.Conclusion The biomicroscopic three-dimensional video system can meet the basic requirements of clinical cytological display，which developed based on the current video technology.The stereoscopic effect provide by 3D video system is helpful in cell clusters observation，but the clinical application showed the diagnostic accuracy of 3D video system has no difference with the 2D video system.Future improvement of 3D video system should focus on machine stability，such as to improve the two light paths'accordance by addition of the autofocus function and equipping conjugate mediation shaft.

［Key words］Three-dimensionalimaging；Videodisplay terminals；Biological microscope；Digital microscope

自16世纪欧洲人发明显微镜以来［1］，技术进步使得实现病理切片3D高清图像采集与分析成为可能［2-3］。近年来CCD或CMOS光学传感器成像质量提升明显，为探究3D显示技术应用于病理诊断的价值，本文评价了数字显微镜3D图像采集系统在临床的应用，现报道如下：

1　材料与方法

1.1实验样本

1.1.1成像效果评估宫颈脱落细胞涂片10份，病理组织切片10份 （来源于子宫肌瘤），骨髓涂片10份（来源于急性淋巴细胞性白血病患者），均来源于深圳市第二人民医院（以下简称“我院”）2014年8～9月住院患者。

1.1.2临床应用测试术中冰冻切片40张，取材于我院甲乳外科2014年10～12月手术患者。

1.2主要设备及软件

主要设备、软件及其厂家、型号，见表1。

1.3显微3D视频系统的建立

将传统光学生物显微镜两个目镜分别安装CCD，左右双路光信号通过CCD同步转化为视频信号，通过图像采集卡，双路视频信号经过3D视频合成软件合成为side-by-side的3D视频格式，投射至3D显示屏上。使用者通过佩戴偏振光眼镜即可观看3D显微镜视野情况。见图1。

表1　主要设备及软件

图1　生物显微镜镜下图像采集系统

1.4方法

1.4.1成像效果测试安排10名病理科医师以40倍镜依次使用3D图像系统、2D图像系统及光学目镜对宫颈脱落细胞涂片10份、病理组织切片10份（来源于子宫肌瘤）、骨髓涂片10份（来源于急性淋巴细胞性白血病患者）进行观察及评分。对比观察后，观察者通过Likert量表为3D、2D图像系统进行评分，其中5分代表“强烈同意”，1分代表“强烈不同意”，评价表包括5个正向条目及5个负向条目。

1.4.2临床应用测试40份我院甲乳外科术中冰冻切片，由同一名高年资病理科医师分别以3D及2D图像系统进行观察，并在两种图像系统下得出各自的病理诊断。尽可能保证诊断过程中观察习惯、专业知识及临床经验判断的一致性。跟踪各切片最终石蜡病理报告（包括免疫组化结果），以石蜡切片报告作为诊断金标准。记录结果：若3D/2D图像系统的诊断结果与石蜡切片结果相同，包括结果完全一致或基本符合，即两种切片良恶性诊断一致，分型、分级略有差别，记录为“+”；若3D/2D图像系统的诊断结果与石蜡诊断结果不一致，则记录为“-”。

1.5统计学方法

采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析，计量资料数据用均数±标准差（±s）表示，两组间比较采用t检验；计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1成像效果评价

本研究对边缘清晰度、色彩还原度、视野广阔程度、均匀成像、视野亮度、立体感/深度感、标本形状变异、视野内噪点干扰、视野移动延时感、视觉疲劳10个评估项目的Liket量表原始记录数据进行统计分析，结果显示：3D与2D显微视频系统在边缘清晰度、色彩还原度、视野广阔程度、均匀成像、视野亮度、标本变形程度、视野内噪点干扰、视野移动延时感方面差异无统计学意义（P＞0.05），而在立体感/深度感、视觉疲劳方面差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2　3D与2D视频系统成像效果评价

2.2临床应用评价

结果显示，2D（+）&3D（+）为35例，2D（+）&3D （-）为3例，2D（-）&3D（+）为1例，2D（-）&3D（-）为1例，其中，记录为2D（-）&3D（+）的1例样本，病理组织最终诊断与3D视频下诊断结果均为“正常乳腺组织”而得出3D（+），2D视频下诊断结果介于“乳腺增生症”与“正常乳腺组织”之间而得出2D（-）；而其中记录为2D（+）&3D（-）的3例样本，是因为观察者认为其冰冻切片在3D视频下无法呈现出足够清晰的图像来得出诊断，而2D视频下诊断与最终诊断结果相符合，因此该3例均记录为2D（+）&3D（-）。统计分析结果显示，3D与2D系统在诊断能力上差异无统计学意义（χ2=3.743，P＞0.05）。见表3。

表3　3D与2D视频系统临床应用评价（例）

3　讨论

近年来随着CCD和CMOS光学传感器成像质量的提升，全切片扫描（whole slice imaging，WSI）［4］、三维重建等为病理诊断带来新面貌［5］。有国外研究证实了使用3D显微镜更容易识别宫颈非典型鳞状上皮细胞［6］。本研究探究了3D显示技术应用于病理切片诊断的可行性。

用户体验属主观评价，因此本研究采用Likert量表评价［7］。结果显示，2D及3D图像在边缘清晰度、色彩还原度、视野广阔程度、均匀成像、在视野亮度，标本形状变异、视野内噪点干扰、视野移动延时感8个方面上差异无统计学意义（P＞0.05）。提示3D图像在这8个方面能够满足病理切片观察的基本要求。

2D及3D图像的差异体现在立体感/深度感方面以及视觉调节两方面（P＜0.05）。立体感/深度感体现为整体画面的入景深度感，并将细胞重叠部分理解为多层细胞之间的距离感，有利于观察厚层切片。整体画面入景感的成因为通常病理切片厚度为4～7 μm［8］，显微镜40倍镜下景深为1 μm，小于切片厚度，从而产生整体入景深度感。视觉调节即为短时不适感。Wang等［9］报道观看3D视频能引起短暂视觉疲劳及脑电图改变。鲁竹君等［10］报道3D不适感可归咎为眼睛调节作用距离与眼球内聚距离不一致，造成眼部疲劳；而观察2D图像时，眼球无需调节，因此无疲劳感。所以，3D系统在视觉舒适度上未能体现出相对于2D系统的优势［11］。

在临床应用中，本研究以我院甲乳外科术中冰冻切片对比两种图像系统诊断准确性的差异［12-13］。据国外报道［14］，冰冻切片诊断正确率为95%～99%。本研究中2D系统的诊断正确率为95%（38/40），其中1例记录为2D（-）&3D（+），该病理组织最终诊断与3D系统下诊断均为“正常乳腺组织”，2D系统下诊断介于“乳腺增生症”与“正常乳腺组织”之间。3D系统诊断正确率为90%（36/40），4例未确诊是因为3D视频成像欠清，而2D视频下诊断与石蜡切片诊断相符。3D系统成像欠清的原因为两个CCD光学镜头焦距不一致，暴露了3D系统稳定性较差的问题［15］。根据统计学分析结果，3D系统与2D系统的诊断准确性差异无统计学意义（P＞0.05）。

综上所述，基于当前视频技术研制的数字显微镜3D图像系统在成像质量上能够满足临床应用的要求。3D图像系统的入景效果对厚层细胞诊断有一定价值［16-17］，但临床应用测试实验结果显示，3D与2D图像系统对冰冻切片内的肿瘤细胞诊断准确性方面差异无统计学意义。今后3D图像系统应在加强稳定性方面继续完善，比如加入自动对焦功能以及配备共轭调解轴等［18］，确保左右两路光学信号的一致性。

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Clinical application of biomicroscopic three-dimensional video system for observation and diagnosis of tumor cells

ZHUANG Shutong1WENG Zhensheng2LIU Jianfeng1CHEN Bin1▲GAO Haibin1
1.Department of General Surgery，the Second People's Hospital of Shenzhen City the First Affiliated Hospital of Shenzhen University，Guangdong Province，Shenzhen518035，China；2.Department of Anesthesiology，Donghua Hospital Affiliate to SUN Yat-sen University Donghua Hospital of Dongguan City，Guangdong Province，Dongguan523110，China

R445

A

1673-7210（2016）05（b）-0177-04

广东省深圳市科技计划重大项目课题（201001012）。

2015-10-13本文编辑：程铭）