结肠癌及结肠腺瘤细胞核形态计量指标的逐步判别分析
作者：晋雯 高美钦 杨代兴
单位：福建医科大学 病理解剖学教研室,福州 350004
关键词：结肠肿瘤；图像分析；形态计量学细胞核；诊断；鉴别
福建医科大学学报000311
摘要: 目的 检测结肠上皮异型增生的形态计量指标,探讨其在诊断学中的应用。 方法 应用图像分析技术对53例结肠癌、30例结肠腺瘤及10例正常肠粘膜进行细胞核8项参数的测定。 结果 多数参数在各组间差异具有显著性(P<0.01),其中核面积、核最大宽径、平均光密度是判别结肠癌变的最佳参数,由此建立的判别函数回代符合率达82.95%。 结论 应用图像分析技术对结肠癌前病变及癌病变进行形态计量分析,可作为鉴别诊断中的重要参考依据。
中图分类号: R329.24; R735.34 文献标识码: A
, http://www.100md.com
文章编号:1000-2235(2000)03-0240-03
Stepwise Analysis of Nuclear Morphometric Parameters of Colorectal Tumors
JIN Wen GAO Mei-qin YANG Dai-xing
(Department of Pathology, Fujian Medical University, Fuzhou 350004, China)
ABSTRACT: Objective To evaluate the nuclear morphometry parameters of adenoma,adenocarcinoma of colorectum as well as their clinical usage. Methods Eight nuclear morphometric parameters were measured in 30 adenoma,53 carcinoma specimens and 10 normal mucosae by color image analysis system. Results The majority of the parameters measured had remarkable difference in three groups(P<0.01),and among them nuclear area,nuclear maximum width and average integrated density were most evaluable factors in identifying colorectal lesions; furthermore,after tested by stepwise discriminationary classification,giving an accuracy rate of 82.95%. Conclusion The quantitative evaluations of precancerous lesion and malignancy of colorectum using image analysis can serve as important references for differential diagnosis.
, 百拇医药
KEY WORDS: colorectal neoplasms; image analysis; morphometry; nuclear; differential diagnosis
结肠癌为当今高发癌症之一,大多数学者认为相当数量的结肠腺瘤可发展、转化为结肠癌[1],而这种癌前病变即异型增生的诊断与分级,迄今尚缺少客观的诊断标准。一些学者还证实,组织结构与细胞结构异型的定量变化,一定程度上反映了肿瘤的进展变化[2～4],其中细胞核的变化在由正常细胞演变为癌细胞的过程中起着十分关键的作用。本文旨在应用自动化图像分析系统对正常结肠粘膜、腺瘤及腺癌的细胞核进行多项指标的形态定量分析,以探讨各组病变的细胞形态学特点及其组间的差异性,以期为结肠癌前病变及癌病变的鉴别诊断提供计量的参数依据。
1 材料与方法
1.1 材料 选择本教研室1991～1996年存档蜡块,其中结肠癌和直肠癌53例,结肠腺瘤30例,正常结肠粘膜10例,所有材料按照全国结肠癌协作组制定的标准诊断[5],由两名病理医生复查确定。
, 百拇医药
1.2 方法 所有蜡块组织重新制成5 μm厚切片,Feulgen染色[6]。应用Video Pro32彩色图像分析系统(美国,TAMGE,8000型),选取无退变、无折迭和重叠、结构和染色清晰的切片在统一放大倍数下检测,每例测定细胞数100个以上,测核面积(1)、积分光密度(2)、核形状因子(3)、核横径(4)、核纵径(5)、核最大长径(6)、核最大宽径(7)、平均光密度(8)等8项参数均值。各均值作方差分析及均数两两t检验。对正常粘膜、腺瘤及腺癌的个体分别赋值1,2,3,记为Y,再以Y值为应变量,8项参数值为自变量X作逐步判别分析,筛选出对Y的影响有显著性的参数建立判别函数,并评价判别效果。
2 结 果
8项参数测值结果见表1。绝大多数参数测值均按正常→腺瘤→癌的顺序呈递变趋势,但各组间的数值有一定重叠。方差分析结果,8项参数在3组间的差异均有高度显著性(P<0.01)。而两两比较的q检验表明,除个别指标在少数两组间未见显著性外,其余指标在每两组间差异均有显著性(表2)。
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值得注意的是,8项参数间有不少存在内在联系,有相关性。为进一步分析8项参数在判别3组方面的价值,精选参数以方便临床应用,本研究进一步以8项参数为自变量,以Y值为应变量进行逐步判
表1 8项参数测定结果(
±s) 分 组
X1
X2
X3
X4
X5
X6
, 百拇医药
X7
X8
正常(1)
20.04±3.51
4.22±1.33
28.62±3.36
4.26±0.55
5.04±0.49
5.95±0.52
3.99±0.39
0.23±0.03
, 百拇医药 腺瘤(2)
25.74±4.86
5.19±1.73
29.99±4.11
4.64±0.99
5.83±0.80
6.17±1.12
4.38±0.52
0.27±0.04
腺癌(3)
33.32±8.56
6.82±0.93
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30.29±1.21
5.38±1.03
6.75±1.14
7.21±1.41
5.33±0.87
0.35±0.06
表2 各组参数均值显著性检验结果 两两比较
X1
X2
X3
X4
, http://www.100md.com
X5
X6
X7
X8
3-1
***
***
-
***
***
***
***
, 百拇医药
***
3-2
***
***
-
***
**
-
**
***
1-2
**
***
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**
***
-
**
***
**:P<0.05,***:P<0.01.别分析,筛选出3个参数,按F值即影响程度的大小排列为平均光密度>最大宽径>核面积,以上述3项参数建立逐步判别方程为:
Y1=-128.74+51.67X7+380.39X8-4.38X1
Y2=-87.83+46.23X7+297.12X8-4.01X1
, 百拇医药
Y3=-89.54+50.49X7+264.95X8-4.32X1
对88例标本进行回代判别,有15例错判,回代符合率为82.95%。
3 讨 论
应用图像分析仪对结肠肿瘤进行形态学计量病理诊断已有报道,但多数是在HE染色下,对细胞浆及核进行计量分析[4,7,8],而用Feulgen染色法,对细胞核进行多参数研究尚未见报道。作者认为肿瘤细胞的过度异常增生,除表现在组织、细胞结构异型外,最重要的可能是细胞核的异常。大多数生长迅速的肿瘤,细胞核的分裂相增多,核排列紧密呈复层化,核增大并呈多形性。从形态定量的观点看,有理由推测从结肠正常粘膜演变至结肠癌,核的绝对面积应该逐步增大,核短轴、核长轴也应逐步增大,核的形状越来越不规则,也即核形状因子应逐步增大。
, 百拇医药
有关核的参数,Eide[9]用图像分析法测定结肠腺瘤中轻、中、重度异型增生的粘膜上皮,发现核距基底的高度、核的平均面积对于三者区别最具有意义。Graham[10]也采用图像分析法,测定正常结肠粘膜、结肠腺瘤及结肠癌的细胞核参数,测定腺体中排列紊乱的核数及核面积与腺体总核数及腺管总面积之比,结果三者间差异均有显著性。
因此可以认定,单纯核的变化已能反映出由正常至癌变的演变过程及其各组间的差异。本组的统计资料显示,反映核面积的指标——如核面积(1)、核横径(4)、核纵径(5)、核最大长径(6)、核最大宽径(7)及反映核DNA密度的指标——积分光密度(2)、平均光密度(8)均随着癌变级别的增高逐渐增大,而且组间差异均有统计意义(少数组核最大长径除外),显示这些指标能够很好反映癌变的演变过程,而这些参数间有的相关性较强,因此经过逐步判别分析后筛选出3个指标,即核面积、核最大宽径与平均光密度,由此建立的判别方程回代符合率达82.95%。以上结果说明,应用图像分析技术对结肠癌前病变及癌病变进行计量诊断,结果可靠,具有使用价值。
, 百拇医药
值得注意的是,根据核周长和面积变化求得的核形状因子应该能反映核的不规则程度,本文结果却未能显示其价值,可能与切片中核截面的形状与核本身的形状以及切片平面对应于核的方位密度有关,即二维空间的局限性,使得该参数未能如实反映核的全貌,因此作者认为三维图像分析的应用,该指标在肿瘤的诊断中将起着重要作用。
另一值得注意的是,反映核DNA密度的指标——积分光密度和平均光密度,在组间的差异皆有显著性意义(P<0.01),但两者相关性较强,在逐步分析中,平均光密度首先被选入(F=40.839)并始终存在方程中未被剔除,而被多数研究资料显示客观反映核内DNA含量的积分光密度却未能被选入方程,显示其在判别结肠癌中的作用不如平均光密度,可能与切片核截面的形状与核本身形状有一定差异,用平均面积的光密度更能科学反映核DNA含量有关。
由上可知,核面积、核最大宽径及平均光密度是区别各组间最好的参数,所建立的函数方程为临床应用计算机自动、客观诊断结肠癌及腺瘤提供了条件,为临床的进一步治疗提供了依据。
, 百拇医药
基金项目:福建省教委科研基金资助项目(JA97083)
作者简介:晋 雯(1969～),女,讲师.
参考文献:
[1] 董 郡. 病理学[M]. 北京:人民卫生出版社, 1996.486.
[2] Togo S,Kasumi F,Kuno K,et al. Morphometric analysis of structural atypism of adenoma and carcinoma of the large intestine with special reference to borderline lesion between benignancy and malignance[J]. Stomach Intestine, 1983.18:423.
, 百拇医药
[3] Riddell RH,Goldman H,Ransohoff DF,et al. Dysplasia in inflammatory bowel disease[J]. Hum Pathol, 1983,14:931.
[4] 萧家诚,冯 正,张开宁,等. 结肠粘膜高分化腺癌与癌前病变细胞核异型的图像分析[J]. 中华消化杂志, 1993,13(6):343～345.
[5] 全国结肠癌病理研究协作组. 全国结肠癌病理研究统一规范[J]. 中华肿瘤杂志, 1986,8:156～158.
[6] 龚志锦,詹洲. 病理组织学制片和染色技术[M]. 上海:上海科技出版社, 1994.298～303.
[7] 徐兴钊,丁吉远,许爱新,等. 结肠上皮癌前及癌变病变图像分析在病理诊断中应用的研究[J]. 中华肿瘤杂志, 1991,13(6):459～461.
, 百拇医药
[8] 张树辉,张士华,陈小英,等. 结肠上皮异型增生的形态定量研究[J]. 临床与实验病理学杂志, 1991,7(4):273～276.
[9] Eide TJ. A morphometric analysis of dysplasia in small adenomas of the large intestine[J]. Virchows Arch A, 1986,410:119.
[10] Graham AR,Paplanus SH,Bartels PH. Micromorphometry of colonic lesion[J]. Lab Invest, 1988,59:397.
收稿日期:1999-12-09, 百拇医药
单位：福建医科大学 病理解剖学教研室,福州 350004
关键词：结肠肿瘤；图像分析；形态计量学细胞核；诊断；鉴别
福建医科大学学报000311
摘要: 目的 检测结肠上皮异型增生的形态计量指标,探讨其在诊断学中的应用。 方法 应用图像分析技术对53例结肠癌、30例结肠腺瘤及10例正常肠粘膜进行细胞核8项参数的测定。 结果 多数参数在各组间差异具有显著性(P<0.01),其中核面积、核最大宽径、平均光密度是判别结肠癌变的最佳参数,由此建立的判别函数回代符合率达82.95%。 结论 应用图像分析技术对结肠癌前病变及癌病变进行形态计量分析,可作为鉴别诊断中的重要参考依据。
中图分类号: R329.24; R735.34 文献标识码: A
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文章编号:1000-2235(2000)03-0240-03
Stepwise Analysis of Nuclear Morphometric Parameters of Colorectal Tumors
JIN Wen GAO Mei-qin YANG Dai-xing
(Department of Pathology, Fujian Medical University, Fuzhou 350004, China)
ABSTRACT: Objective To evaluate the nuclear morphometry parameters of adenoma,adenocarcinoma of colorectum as well as their clinical usage. Methods Eight nuclear morphometric parameters were measured in 30 adenoma,53 carcinoma specimens and 10 normal mucosae by color image analysis system. Results The majority of the parameters measured had remarkable difference in three groups(P<0.01),and among them nuclear area,nuclear maximum width and average integrated density were most evaluable factors in identifying colorectal lesions; furthermore,after tested by stepwise discriminationary classification,giving an accuracy rate of 82.95%. Conclusion The quantitative evaluations of precancerous lesion and malignancy of colorectum using image analysis can serve as important references for differential diagnosis.
, 百拇医药
KEY WORDS: colorectal neoplasms; image analysis; morphometry; nuclear; differential diagnosis
结肠癌为当今高发癌症之一,大多数学者认为相当数量的结肠腺瘤可发展、转化为结肠癌[1],而这种癌前病变即异型增生的诊断与分级,迄今尚缺少客观的诊断标准。一些学者还证实,组织结构与细胞结构异型的定量变化,一定程度上反映了肿瘤的进展变化[2～4],其中细胞核的变化在由正常细胞演变为癌细胞的过程中起着十分关键的作用。本文旨在应用自动化图像分析系统对正常结肠粘膜、腺瘤及腺癌的细胞核进行多项指标的形态定量分析,以探讨各组病变的细胞形态学特点及其组间的差异性,以期为结肠癌前病变及癌病变的鉴别诊断提供计量的参数依据。
1 材料与方法
1.1 材料 选择本教研室1991～1996年存档蜡块,其中结肠癌和直肠癌53例,结肠腺瘤30例,正常结肠粘膜10例,所有材料按照全国结肠癌协作组制定的标准诊断[5],由两名病理医生复查确定。
, 百拇医药
1.2 方法 所有蜡块组织重新制成5 μm厚切片,Feulgen染色[6]。应用Video Pro32彩色图像分析系统(美国,TAMGE,8000型),选取无退变、无折迭和重叠、结构和染色清晰的切片在统一放大倍数下检测,每例测定细胞数100个以上,测核面积(1)、积分光密度(2)、核形状因子(3)、核横径(4)、核纵径(5)、核最大长径(6)、核最大宽径(7)、平均光密度(8)等8项参数均值。各均值作方差分析及均数两两t检验。对正常粘膜、腺瘤及腺癌的个体分别赋值1,2,3,记为Y,再以Y值为应变量,8项参数值为自变量X作逐步判别分析,筛选出对Y的影响有显著性的参数建立判别函数,并评价判别效果。
2 结 果
8项参数测值结果见表1。绝大多数参数测值均按正常→腺瘤→癌的顺序呈递变趋势,但各组间的数值有一定重叠。方差分析结果,8项参数在3组间的差异均有高度显著性(P<0.01)。而两两比较的q检验表明,除个别指标在少数两组间未见显著性外,其余指标在每两组间差异均有显著性(表2)。
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值得注意的是,8项参数间有不少存在内在联系,有相关性。为进一步分析8项参数在判别3组方面的价值,精选参数以方便临床应用,本研究进一步以8项参数为自变量,以Y值为应变量进行逐步判
表1 8项参数测定结果(
±s) 分 组X1
X2
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X8
正常(1)
20.04±3.51
4.22±1.33
28.62±3.36
4.26±0.55
5.04±0.49
5.95±0.52
3.99±0.39
0.23±0.03
, 百拇医药 腺瘤(2)
25.74±4.86
5.19±1.73
29.99±4.11
4.64±0.99
5.83±0.80
6.17±1.12
4.38±0.52
0.27±0.04
腺癌(3)
33.32±8.56
6.82±0.93
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30.29±1.21
5.38±1.03
6.75±1.14
7.21±1.41
5.33±0.87
0.35±0.06
表2 各组参数均值显著性检验结果 两两比较
X1
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**:P<0.05,***:P<0.01.别分析,筛选出3个参数,按F值即影响程度的大小排列为平均光密度>最大宽径>核面积,以上述3项参数建立逐步判别方程为:
Y1=-128.74+51.67X7+380.39X8-4.38X1
Y2=-87.83+46.23X7+297.12X8-4.01X1
, 百拇医药
Y3=-89.54+50.49X7+264.95X8-4.32X1
对88例标本进行回代判别,有15例错判,回代符合率为82.95%。
3 讨 论
应用图像分析仪对结肠肿瘤进行形态学计量病理诊断已有报道,但多数是在HE染色下,对细胞浆及核进行计量分析[4,7,8],而用Feulgen染色法,对细胞核进行多参数研究尚未见报道。作者认为肿瘤细胞的过度异常增生,除表现在组织、细胞结构异型外,最重要的可能是细胞核的异常。大多数生长迅速的肿瘤,细胞核的分裂相增多,核排列紧密呈复层化,核增大并呈多形性。从形态定量的观点看,有理由推测从结肠正常粘膜演变至结肠癌,核的绝对面积应该逐步增大,核短轴、核长轴也应逐步增大,核的形状越来越不规则,也即核形状因子应逐步增大。
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有关核的参数,Eide[9]用图像分析法测定结肠腺瘤中轻、中、重度异型增生的粘膜上皮,发现核距基底的高度、核的平均面积对于三者区别最具有意义。Graham[10]也采用图像分析法,测定正常结肠粘膜、结肠腺瘤及结肠癌的细胞核参数,测定腺体中排列紊乱的核数及核面积与腺体总核数及腺管总面积之比,结果三者间差异均有显著性。
因此可以认定,单纯核的变化已能反映出由正常至癌变的演变过程及其各组间的差异。本组的统计资料显示,反映核面积的指标——如核面积(1)、核横径(4)、核纵径(5)、核最大长径(6)、核最大宽径(7)及反映核DNA密度的指标——积分光密度(2)、平均光密度(8)均随着癌变级别的增高逐渐增大,而且组间差异均有统计意义(少数组核最大长径除外),显示这些指标能够很好反映癌变的演变过程,而这些参数间有的相关性较强,因此经过逐步判别分析后筛选出3个指标,即核面积、核最大宽径与平均光密度,由此建立的判别方程回代符合率达82.95%。以上结果说明,应用图像分析技术对结肠癌前病变及癌病变进行计量诊断,结果可靠,具有使用价值。
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值得注意的是,根据核周长和面积变化求得的核形状因子应该能反映核的不规则程度,本文结果却未能显示其价值,可能与切片中核截面的形状与核本身的形状以及切片平面对应于核的方位密度有关,即二维空间的局限性,使得该参数未能如实反映核的全貌,因此作者认为三维图像分析的应用,该指标在肿瘤的诊断中将起着重要作用。
另一值得注意的是,反映核DNA密度的指标——积分光密度和平均光密度,在组间的差异皆有显著性意义(P<0.01),但两者相关性较强,在逐步分析中,平均光密度首先被选入(F=40.839)并始终存在方程中未被剔除,而被多数研究资料显示客观反映核内DNA含量的积分光密度却未能被选入方程,显示其在判别结肠癌中的作用不如平均光密度,可能与切片核截面的形状与核本身形状有一定差异,用平均面积的光密度更能科学反映核DNA含量有关。
由上可知,核面积、核最大宽径及平均光密度是区别各组间最好的参数,所建立的函数方程为临床应用计算机自动、客观诊断结肠癌及腺瘤提供了条件,为临床的进一步治疗提供了依据。
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基金项目:福建省教委科研基金资助项目(JA97083)
作者简介:晋 雯(1969～),女,讲师.
参考文献:
[1] 董 郡. 病理学[M]. 北京:人民卫生出版社, 1996.486.
[2] Togo S,Kasumi F,Kuno K,et al. Morphometric analysis of structural atypism of adenoma and carcinoma of the large intestine with special reference to borderline lesion between benignancy and malignance[J]. Stomach Intestine, 1983.18:423.
, 百拇医药
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[4] 萧家诚,冯 正,张开宁,等. 结肠粘膜高分化腺癌与癌前病变细胞核异型的图像分析[J]. 中华消化杂志, 1993,13(6):343～345.
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, 百拇医药
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收稿日期:1999-12-09, 百拇医药