对乳腺癌细胞形态定量分析中形状因子参数的研究
杨建茹 陈跃 管增伟 徐妙生 李华江 袁兰
关键词：乳腺癌 细胞形态定量分析 形状因子参数 随着计算机医学图像处理与分析技术的发展与普及，在组织细胞形态、化学成分定量分析的研究工作和辅助临床病理诊断中越来越多地使用计算机医学图像分析系统。计算机图像分析系统在医学上的应用，为形态学客观的、科学的、高效的定量提供了一个新的实用手段，目前已经成为医学基础研究和临床病理诊断不可缺少的重要工具。计算机医学图像分析系统不仅可以形象地描述组织细胞的形态结构变化，而且还可以定量地描述组织细胞的形态和组织细胞中特定成分的量的变化，如DNA含量的测定，免疫组织化学阳性区域的面积及染色强度的测定等。
常见的形态特征参数有面积、周长、最大径(或称最长轴、最长径)、最小径(或称最短轴、最短径)、形状因子、区域百分比(如细胞分布密度和单位面积的细胞个数等)、核浆比等。本文着重于对形状因子进行讨论。
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1 形状因子的定义
物体的形状因子(form factor;FF)是反映物体形状的参数。在细胞形态学中，研究对象常常为细胞、细胞核。进行细胞核的定量分析，对于估价肿瘤的生物学状态及恶性程度的病理诊断、临床治疗方案的选择、疗效判定及预后评估均具有重要意义。以下均以细胞核为例进行说明。细胞核的形状因子是反映核形状的参数，即反映细胞核截面形状与圆相差的程度及不规则程度，用下式表示：
当细胞核呈圆形时，FF=1。当细胞核形状偏离圆形时，其值大于1.0。核形状越不规则，形状因子数值越大，反映细胞核偏离圆形越远。形状因子的测算需要知道面积、周长等基本参数。由于面积和周长的测算一般依赖于仪器，因此形状因子的测算离不开仪器，而且其测试受到仪器条件的限制。Leica Q500IW图像分析仪对这一参数进行了校正，并将其定义为圆度(roundness)，用下式表示：
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调整因子1.064是用来校正周长因图像数字化而产生的边角效应。这一参数校正后的准确性较好。
另外，文献中也有用FF的倒数形式来计算和描述形状因子，即
2 乳腺癌的核形态图像分析
细胞的形态，尤其是细胞核的形态是研究肿瘤及分化程度的主要病理依据。在对肿瘤的诊断分类、治疗和预后的基础研究中，细胞核的面积、周长、最长径、最短径和形状因子等参数是非常重要的指标。
利用德国Leica公司产品DMRXA全自动生物型荧光显微镜及计算机Q550IW图像系统对乳腺肿瘤细胞的细胞核的形态学参数进行定量。标本选自北京天坛医院病理科病检组织切片，其中乳腺癌9例，正常6例，每例切片均放大至630倍(物镜63×，目镜10×)，每例随机检测50～55个细胞核，经图像增强后，通过二值分割及二值处理技术提取细胞核，自动测出以下5个形态学参数：细胞核的面积、周长、最长径、最短径和形状因子。数据统计学处理采用SAS统计软件。统计结果如表1。
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表1 标本的形态参数
例数
细胞数
核面积(μm2)
核周长(μm)
最长径(μm)
最短径(μm)
形状因子
正常
6
324
22.27±?7.63
, 百拇医药
20.05±4.31
7.13±1.56
4.36±0.90
1.39±0.27
乳癌
9
462
42.81±15.90
26.49±5.51
9.10±1.83
6.30±1.22
1.27±0.26
, 百拇医药
P值
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
从表1中可见，细胞核的面积、周长、最长径、最短径和形状因子在正常细胞和乳腺癌细胞之间均有显著差异。
3 讨论
细胞形态学研究表明，细胞核结构改变是肿瘤诊断的形态学标志，在乳腺癌中细胞核的面积、周长、形状等均有改变。本文研究结果表明，乳腺癌细胞核面积、周长、最长径、最短径均明显大于乳腺正常细胞核。核面积与核周长在正常细胞和乳腺癌细胞间具有显著性差异，与国内外报道一致。表明核面积、核周长的测定可作为判定乳腺癌的有效指标之一。
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从表1可以明显看出，在乳腺癌病例中，形状因子在正常细胞和乳腺癌细胞病例中有显著性差异，且正常细胞核形状因子大于乳腺癌细胞核的形状因子，从结果来看，我们认为：① 比较形状因子要结合原组织细胞核形状和癌组织细胞核形状进行分析，不能只根据形状因子的值大或值小一概而论。乳腺组织结构较复杂，有单层立方上皮、单层柱状上皮和复层柱状上皮等，因此核的形状就有圆形、长圆形。乳腺癌形态结构也是十分复杂，种类繁多，根据组织发生和形态结构而将其分为导管癌、小叶癌、特殊型癌，每种癌变核形态各异。所以粗略比较正常细胞核与乳腺癌细胞核的形状因子很难说明问题。② 由于生物医学图像信号本身噪声不可避免，又由于肿瘤细胞的形态结构是非常复杂的、不规则的，因此，在进行图像处理时难免出现把图像简单化，模型化的现象，从而损失了一些有用的信息特征。由此有可能造成一些测量误差。
鉴于上述原因，形状因子的测定是否能作为粗略判定乳腺癌的有效指标之一还有待于探讨。为了更好地运用形状因子这一参数，还需对图像处理技术不断地改善，对所要定量的原组织的细胞核形状和各类癌组织细胞核形状进行正确的、细致的和全面的研究。
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作者简介：杨建茹(1965-)，女，北京市人，工程师.
杨建茹(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
陈跃(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
管增伟(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
徐妙生(北京天坛医院病理科)
李华江(北京医科大学生物数学教研室)
袁兰(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
参考文献
[1]申洪，朴英杰.形状因子测试的点计数和交点计数法.中国体视学与图像分析，1999，4(1)：7，15.
[2]宫丽平，刘翠平，等.乳腺腺病及乳腺癌的核形态图像分析.中国体视学与图像分析，1998，3(1)：35., 百拇医药
关键词：乳腺癌 细胞形态定量分析 形状因子参数 随着计算机医学图像处理与分析技术的发展与普及，在组织细胞形态、化学成分定量分析的研究工作和辅助临床病理诊断中越来越多地使用计算机医学图像分析系统。计算机图像分析系统在医学上的应用，为形态学客观的、科学的、高效的定量提供了一个新的实用手段，目前已经成为医学基础研究和临床病理诊断不可缺少的重要工具。计算机医学图像分析系统不仅可以形象地描述组织细胞的形态结构变化，而且还可以定量地描述组织细胞的形态和组织细胞中特定成分的量的变化，如DNA含量的测定，免疫组织化学阳性区域的面积及染色强度的测定等。
常见的形态特征参数有面积、周长、最大径(或称最长轴、最长径)、最小径(或称最短轴、最短径)、形状因子、区域百分比(如细胞分布密度和单位面积的细胞个数等)、核浆比等。本文着重于对形状因子进行讨论。
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1 形状因子的定义
物体的形状因子(form factor;FF)是反映物体形状的参数。在细胞形态学中，研究对象常常为细胞、细胞核。进行细胞核的定量分析，对于估价肿瘤的生物学状态及恶性程度的病理诊断、临床治疗方案的选择、疗效判定及预后评估均具有重要意义。以下均以细胞核为例进行说明。细胞核的形状因子是反映核形状的参数，即反映细胞核截面形状与圆相差的程度及不规则程度，用下式表示：
当细胞核呈圆形时，FF=1。当细胞核形状偏离圆形时，其值大于1.0。核形状越不规则，形状因子数值越大，反映细胞核偏离圆形越远。形状因子的测算需要知道面积、周长等基本参数。由于面积和周长的测算一般依赖于仪器，因此形状因子的测算离不开仪器，而且其测试受到仪器条件的限制。Leica Q500IW图像分析仪对这一参数进行了校正，并将其定义为圆度(roundness)，用下式表示：
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调整因子1.064是用来校正周长因图像数字化而产生的边角效应。这一参数校正后的准确性较好。
另外，文献中也有用FF的倒数形式来计算和描述形状因子，即
2 乳腺癌的核形态图像分析
细胞的形态，尤其是细胞核的形态是研究肿瘤及分化程度的主要病理依据。在对肿瘤的诊断分类、治疗和预后的基础研究中，细胞核的面积、周长、最长径、最短径和形状因子等参数是非常重要的指标。
利用德国Leica公司产品DMRXA全自动生物型荧光显微镜及计算机Q550IW图像系统对乳腺肿瘤细胞的细胞核的形态学参数进行定量。标本选自北京天坛医院病理科病检组织切片，其中乳腺癌9例，正常6例，每例切片均放大至630倍(物镜63×，目镜10×)，每例随机检测50～55个细胞核，经图像增强后，通过二值分割及二值处理技术提取细胞核，自动测出以下5个形态学参数：细胞核的面积、周长、最长径、最短径和形状因子。数据统计学处理采用SAS统计软件。统计结果如表1。
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表1 标本的形态参数
例数
细胞数
核面积(μm2)
核周长(μm)
最长径(μm)
最短径(μm)
形状因子
正常
6
324
22.27±?7.63
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20.05±4.31
7.13±1.56
4.36±0.90
1.39±0.27
乳癌
9
462
42.81±15.90
26.49±5.51
9.10±1.83
6.30±1.22
1.27±0.26
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P值
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
从表1中可见，细胞核的面积、周长、最长径、最短径和形状因子在正常细胞和乳腺癌细胞之间均有显著差异。
3 讨论
细胞形态学研究表明，细胞核结构改变是肿瘤诊断的形态学标志，在乳腺癌中细胞核的面积、周长、形状等均有改变。本文研究结果表明，乳腺癌细胞核面积、周长、最长径、最短径均明显大于乳腺正常细胞核。核面积与核周长在正常细胞和乳腺癌细胞间具有显著性差异，与国内外报道一致。表明核面积、核周长的测定可作为判定乳腺癌的有效指标之一。
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从表1可以明显看出，在乳腺癌病例中，形状因子在正常细胞和乳腺癌细胞病例中有显著性差异，且正常细胞核形状因子大于乳腺癌细胞核的形状因子，从结果来看，我们认为：① 比较形状因子要结合原组织细胞核形状和癌组织细胞核形状进行分析，不能只根据形状因子的值大或值小一概而论。乳腺组织结构较复杂，有单层立方上皮、单层柱状上皮和复层柱状上皮等，因此核的形状就有圆形、长圆形。乳腺癌形态结构也是十分复杂，种类繁多，根据组织发生和形态结构而将其分为导管癌、小叶癌、特殊型癌，每种癌变核形态各异。所以粗略比较正常细胞核与乳腺癌细胞核的形状因子很难说明问题。② 由于生物医学图像信号本身噪声不可避免，又由于肿瘤细胞的形态结构是非常复杂的、不规则的，因此，在进行图像处理时难免出现把图像简单化，模型化的现象，从而损失了一些有用的信息特征。由此有可能造成一些测量误差。
鉴于上述原因，形状因子的测定是否能作为粗略判定乳腺癌的有效指标之一还有待于探讨。为了更好地运用形状因子这一参数，还需对图像处理技术不断地改善，对所要定量的原组织的细胞核形状和各类癌组织细胞核形状进行正确的、细致的和全面的研究。
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作者简介：杨建茹(1965-)，女，北京市人，工程师.
杨建茹(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
陈跃(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
管增伟(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
徐妙生(北京天坛医院病理科)
李华江(北京医科大学生物数学教研室)
袁兰(北京医科大学医药卫生分析中心，北京 100083)
参考文献
[1]申洪，朴英杰.形状因子测试的点计数和交点计数法.中国体视学与图像分析，1999，4(1)：7，15.
[2]宫丽平，刘翠平，等.乳腺腺病及乳腺癌的核形态图像分析.中国体视学与图像分析，1998，3(1)：35., 百拇医药