医学细胞形态学研究中的微机定量分析
作者：刘 欣 崔玉霞
单位：(山东聊城地区第四人民医院，聊城 25200)
关键词：医学细胞形态；微机；定量分析；计算机技术
生物医学工程学杂志980326 内容摘要 医学工作者借助显微镜或电镜进行医学细胞形态的判断。这种研究工作只有经验丰富的医学研究工作者方能进行，一般多为定性判断，而定量分析却做得很少，为了科学、合理的做好医学细胞形态的分析，我们采用了现代计算机技术，对经验式的分析方式进行了合理量化，使现代医学细胞形态分析更具严谨性、科学性、合理性，结果表明，该方法是应用于医学细胞形态研究的一种得力手段，具有较高的实用价值。
1 构 想
现代医学细胞形态学的研究主要是图形分析，着眼于图像的边界、层次及轮廓等的判断分析。医学工作者借助光镜进行医学细胞形态的判断。这种研究工作只有经验丰富的医学研究工作者方能进行，一般多为定性判断，而定量分析却做得很少，甚至细胞形态图像的灰度测定也很少用到。随着现代计算机技术的发展及渗透，计算机技术已成为医学研究领域中必不可少的得力工具，完全可以利用现代计算机技术实现医学细胞形态的定量分析。这一构想实现能与医学细胞形态图形定性分析相辅相成，相得益彰。有机地将医学细胞形态学研究与现代计算机技术结合起来，会对医学细胞形态学研究工作起到推进作用。
, 百拇医药
实现以上构想，首要的工作就是如何有效地从细胞形态图形中提取特征指标。提取的指标应能反映某类细胞图形的本质属性，然后，依据这些特性指标就能确定这类细胞形态图形的性质，将其与其它细胞形态图形区分出来。做到这一点，应依据8项图形指标(面积、周长、形状指数、最大直径、细长比、重心位置、凸周长与基周长之比、平均凸起率)，然而在具体的医学细胞形态图形中的定量分析中，往往只需其中的几项指标就能进行精确的定量分析，所以选择的对象不同，选用的指标也不同，应用对象而异。通常的方法是用统计学检验方法筛选出特异性较好的定量指标。
在实际的探索中发现，在某些异型淋巴细胞的定量分析中，形状指数(尤其是细胞核的形状指数)对确定正常淋巴细胞及异型淋巴细胞有较大的特异性。因为正常淋巴细胞基本呈球形，它的二维图像接近正圆，正圆的形状指数为2π(3.45)。而异形淋巴细胞的形状指数则改变很大，其形状指数明显大于3.45。而在直肠腺癌变细胞的定量分析中，形状指数则不敏感，因为癌变前的吸收细胞、中间细胞、未分化细胞基本为长柱状，细胞核呈长椭球状，虽细胞形态改变较大，但形状指数与前三者比较差别不显著。辅以核仁面积或核质比作为辅助鉴别指标，癌细胞则与其它三种细胞有显著差异。
, 百拇医药
为此，我们经过反复试验，实现了以上构想，经临床实验也取得了满意的效果。
2 系统实现
以486微机作为图形的主分析机，CALCOMP 2000数字化仪作为图形输入设备，用异步串行通讯接口RS-232将分析主机与数字化仪相连。数字化仪的有效面积为400 mm×400 mm，图形厚度<1.9 mm，分辩率为0.1 mm。可将需分析的图形置于数字化仪上用描记笔描绘图形边界，通过数字化仪把边界坐标及描记笔的抬笔、落笔等信息输送给计算机，采样速率可在每秒钟1～100点之间分8级可选，利用软件设定其采样速率。图形边界坐标信息进入计算机后，各种定量指标就可以进行处理了。但是，要使该计算机图像定量分析系统正常运转并得出正确的结果，必须注意处理好以下几个方面的技术问题。
2.1 采样速率和描记速度的配合
实际操作中，采样速率高，而描记速度慢，同一点就会出现多次采样。反之，采样精度就会超过0.1 mm，引起人为误差。系统实现的过程中应尽可能地采用各种方法使采样速率和描记速度相一致，一般设定每秒钟描记4 mm为宜，以这样的速率描记恰好为间隔0.1 mm有一个采样点。但这样的速度不是人为所能调节的，为了更好地解决这个问题，我们采用计算机软件来控制其速度，并进行有较地协调，当描记速度过慢时，由计算机软件进行必要的重复坐标的合并，过快时，则进行边界坐标的插补。
, http://www.100md.com
2.2 采样数据的预处理
微机定量分析的一般过程是将数字化仪采样得到的边界坐标存入串行通讯缓冲区中，同时，程序从缓冲区取出数据进行处理，这时就面临一个存取数据有机地协调问题。如果采样输入速度快，取样处理慢，缓冲区很快就要发生溢出。因此，实现系统时，要考虑给缓冲区留有一定的空间，并有效地提高分析主机的速度，在主机的选型上应首选486微机。在提高速度 的基础上，先在缓冲区内对输入的信息进行简单的预处理即对图形坐标进行合并、插补、变换，将细胞图形原点的绝对坐标值转换成相对坐标值，直至整个图形参数全部输入到计算机后，再进行计算，这样就恰当地解决了数据溢出的问题。
2.3 图形输入过程中的监控
描记图形向计算机输入时，必须有效地监控描记图形的全过程，以求把握好描记过程中的起停操作，我们采用VGA显示方式，根据实际的需要，可由软件将屏幕的图形按比例尺寸放大、缩小，以求获得良好的监控效果。
, 百拇医药
3 软件功能介绍
我们的软件使用菜单的方式进行选择操做，具有图形输入，采样结果显示，打印输出，统计分析四大功能，图形输入时首先输入类型及编号，其次输入图形照片和实际物体的比例，然后进行图形输入。图形输入后，能进行自动分类，自动完成比例换算，能自动统计分析计算出各类细胞的各个定量指标均值和标准差，并将癌细胞与其它的三种细胞进行显著性检验，以筛选出对判别癌细胞有特异性的图形定量指标。
4 实例分析
我们分析了所做的直肠癌变细胞定量图形分析的全过程。通常情况下，光镜下可以观察到，直肠腺癌变的典型增生→癌前病变→癌变→癌细胞团四个过程，针对上述与四个过程相关的四种细胞：吸收细胞(A)、中间型细胞(I)、未分化细胞(U)、癌变细胞(C)的各50个进行了图形定量分析。计算细胞面积(CA)，细胞周长(CP)，细胞核面积(NA)，细胞核周长(NP)，细胞核仁面积(NUA)，以及由这些参数得出的细胞形状指数(CC=CP/CA)，细胞形状因子(CFF=4 ACP2)，细胞核形状指数(NCI)，细胞核形状因子(NFF)，以及核质比(NCR=NA/(CA-NAA))等10项图形定量指标，(详见表1)。上述10项指标中以核仁面积和核质比量为敏感，与光镜下的观察相一致，而且计算更加精确。
, 百拇医药
表1 吸收细胞、中间型细胞、未分化细胞与癌细胞各参数值及t检验
Table 1 The individual parameters and t-test about absorptive cell, intermediate cell, undifferentiated cell and cancer cell Parameters
A
I
U
C
±s
P±s
, http://www.100md.com
P±s
P±s
CA(M2)
148.3±36.90
<0.05
160.5±36.18
<0.01
55.39±31.57
<0.01
125.2±44.01
, 百拇医药
>0.01
CP(M)
101.4±16.83
<0.01
96.71±11.25
<0.01
52.90±19.35
<0.01
80.34±31.37
CCI
8.41±1.32
<0.01
, 百拇医药
7.72±0.85
>0.05
7.28±1.23
>0.05
7.22±2.26
CFF
0.19±0.096
<0.01
0.22±0.05
<0.01
0.25±0.08
>0.05
, 百拇医药
0.29±0.13
NA(M2)
27.20±14.27
<0.01
31.08±12.57
<0.01
17.84±12.37
<0.01
60.65±22.31
NP(M)
40.29±11.42
<0.01
, 百拇医药
36.59±8.65
<0.01
31.95±12.10
<0.01
47.58±11.0
NCI
8.25±1.99
<0.01
6.79±1.28
<0.05
7.97±1.31
<0.01
, http://www.100md.com
6.24±1.10
>0.01
NFF
0.22±0.10
<0.01
0.30±0.10
<0.05
0.21±0.07
<0.01
0.35±0.10
>0.01
NuA(M2)
, http://www.100md.com
1.32±0.65
<0.01
3.19±2.42
<0.01
2.27±1.36
<0.01
8.15±4.36
NCR
0.23±0.12
<0.01
0.26±0.12
<0.01
, 百拇医药
0.53±0.29
<0.01
1.028±4.36
5 结束语
现代科学是不断进取和发展的科学，是多学科多领域相互渗透的科学。由于单一学科知识的局限性，极有可能使发展受到限制，突破单一学科，向跨边缘学科进取是当代医务工作者的责任。笔者只是在这条探索路上作了点浅薄尝试，以期望医学同道们能有更大的发展。
参 考 文 献
1 张 洪.微机图形分析系统.电脑与医学.1990；4(1)∶36
(收稿：1998-06-13，修回：1998-07-07), 百拇医药
单位：(山东聊城地区第四人民医院，聊城 25200)
关键词：医学细胞形态；微机；定量分析；计算机技术
生物医学工程学杂志980326 内容摘要 医学工作者借助显微镜或电镜进行医学细胞形态的判断。这种研究工作只有经验丰富的医学研究工作者方能进行，一般多为定性判断，而定量分析却做得很少，为了科学、合理的做好医学细胞形态的分析，我们采用了现代计算机技术，对经验式的分析方式进行了合理量化，使现代医学细胞形态分析更具严谨性、科学性、合理性，结果表明，该方法是应用于医学细胞形态研究的一种得力手段，具有较高的实用价值。
1 构 想
现代医学细胞形态学的研究主要是图形分析，着眼于图像的边界、层次及轮廓等的判断分析。医学工作者借助光镜进行医学细胞形态的判断。这种研究工作只有经验丰富的医学研究工作者方能进行，一般多为定性判断，而定量分析却做得很少，甚至细胞形态图像的灰度测定也很少用到。随着现代计算机技术的发展及渗透，计算机技术已成为医学研究领域中必不可少的得力工具，完全可以利用现代计算机技术实现医学细胞形态的定量分析。这一构想实现能与医学细胞形态图形定性分析相辅相成，相得益彰。有机地将医学细胞形态学研究与现代计算机技术结合起来，会对医学细胞形态学研究工作起到推进作用。
, 百拇医药
实现以上构想，首要的工作就是如何有效地从细胞形态图形中提取特征指标。提取的指标应能反映某类细胞图形的本质属性，然后，依据这些特性指标就能确定这类细胞形态图形的性质，将其与其它细胞形态图形区分出来。做到这一点，应依据8项图形指标(面积、周长、形状指数、最大直径、细长比、重心位置、凸周长与基周长之比、平均凸起率)，然而在具体的医学细胞形态图形中的定量分析中，往往只需其中的几项指标就能进行精确的定量分析，所以选择的对象不同，选用的指标也不同，应用对象而异。通常的方法是用统计学检验方法筛选出特异性较好的定量指标。
在实际的探索中发现，在某些异型淋巴细胞的定量分析中，形状指数(尤其是细胞核的形状指数)对确定正常淋巴细胞及异型淋巴细胞有较大的特异性。因为正常淋巴细胞基本呈球形，它的二维图像接近正圆，正圆的形状指数为2π(3.45)。而异形淋巴细胞的形状指数则改变很大，其形状指数明显大于3.45。而在直肠腺癌变细胞的定量分析中，形状指数则不敏感，因为癌变前的吸收细胞、中间细胞、未分化细胞基本为长柱状，细胞核呈长椭球状，虽细胞形态改变较大，但形状指数与前三者比较差别不显著。辅以核仁面积或核质比作为辅助鉴别指标，癌细胞则与其它三种细胞有显著差异。
, 百拇医药
为此，我们经过反复试验，实现了以上构想，经临床实验也取得了满意的效果。
2 系统实现
以486微机作为图形的主分析机，CALCOMP 2000数字化仪作为图形输入设备，用异步串行通讯接口RS-232将分析主机与数字化仪相连。数字化仪的有效面积为400 mm×400 mm，图形厚度<1.9 mm，分辩率为0.1 mm。可将需分析的图形置于数字化仪上用描记笔描绘图形边界，通过数字化仪把边界坐标及描记笔的抬笔、落笔等信息输送给计算机，采样速率可在每秒钟1～100点之间分8级可选，利用软件设定其采样速率。图形边界坐标信息进入计算机后，各种定量指标就可以进行处理了。但是，要使该计算机图像定量分析系统正常运转并得出正确的结果，必须注意处理好以下几个方面的技术问题。
2.1 采样速率和描记速度的配合
实际操作中，采样速率高，而描记速度慢，同一点就会出现多次采样。反之，采样精度就会超过0.1 mm，引起人为误差。系统实现的过程中应尽可能地采用各种方法使采样速率和描记速度相一致，一般设定每秒钟描记4 mm为宜，以这样的速率描记恰好为间隔0.1 mm有一个采样点。但这样的速度不是人为所能调节的，为了更好地解决这个问题，我们采用计算机软件来控制其速度，并进行有较地协调，当描记速度过慢时，由计算机软件进行必要的重复坐标的合并，过快时，则进行边界坐标的插补。
, http://www.100md.com
2.2 采样数据的预处理
微机定量分析的一般过程是将数字化仪采样得到的边界坐标存入串行通讯缓冲区中，同时，程序从缓冲区取出数据进行处理，这时就面临一个存取数据有机地协调问题。如果采样输入速度快，取样处理慢，缓冲区很快就要发生溢出。因此，实现系统时，要考虑给缓冲区留有一定的空间，并有效地提高分析主机的速度，在主机的选型上应首选486微机。在提高速度 的基础上，先在缓冲区内对输入的信息进行简单的预处理即对图形坐标进行合并、插补、变换，将细胞图形原点的绝对坐标值转换成相对坐标值，直至整个图形参数全部输入到计算机后，再进行计算，这样就恰当地解决了数据溢出的问题。
2.3 图形输入过程中的监控
描记图形向计算机输入时，必须有效地监控描记图形的全过程，以求把握好描记过程中的起停操作，我们采用VGA显示方式，根据实际的需要，可由软件将屏幕的图形按比例尺寸放大、缩小，以求获得良好的监控效果。
, 百拇医药
3 软件功能介绍
我们的软件使用菜单的方式进行选择操做，具有图形输入，采样结果显示，打印输出，统计分析四大功能，图形输入时首先输入类型及编号，其次输入图形照片和实际物体的比例，然后进行图形输入。图形输入后，能进行自动分类，自动完成比例换算，能自动统计分析计算出各类细胞的各个定量指标均值和标准差，并将癌细胞与其它的三种细胞进行显著性检验，以筛选出对判别癌细胞有特异性的图形定量指标。
4 实例分析
我们分析了所做的直肠癌变细胞定量图形分析的全过程。通常情况下，光镜下可以观察到，直肠腺癌变的典型增生→癌前病变→癌变→癌细胞团四个过程，针对上述与四个过程相关的四种细胞：吸收细胞(A)、中间型细胞(I)、未分化细胞(U)、癌变细胞(C)的各50个进行了图形定量分析。计算细胞面积(CA)，细胞周长(CP)，细胞核面积(NA)，细胞核周长(NP)，细胞核仁面积(NUA)，以及由这些参数得出的细胞形状指数(CC=CP/CA)，细胞形状因子(CFF=4 ACP2)，细胞核形状指数(NCI)，细胞核形状因子(NFF)，以及核质比(NCR=NA/(CA-NAA))等10项图形定量指标，(详见表1)。上述10项指标中以核仁面积和核质比量为敏感，与光镜下的观察相一致，而且计算更加精确。
, 百拇医药
表1 吸收细胞、中间型细胞、未分化细胞与癌细胞各参数值及t检验
Table 1 The individual parameters and t-test about absorptive cell, intermediate cell, undifferentiated cell and cancer cell Parameters
A
I
U
C
±sP
±s, http://www.100md.com
P
±sP
±sCA(M2)
148.3±36.90
<0.05
160.5±36.18
<0.01
55.39±31.57
<0.01
125.2±44.01
, 百拇医药
>0.01
CP(M)
101.4±16.83
<0.01
96.71±11.25
<0.01
52.90±19.35
<0.01
80.34±31.37
CCI
8.41±1.32
<0.01
, 百拇医药
7.72±0.85
>0.05
7.28±1.23
>0.05
7.22±2.26
CFF
0.19±0.096
<0.01
0.22±0.05
<0.01
0.25±0.08
>0.05
, 百拇医药
0.29±0.13
NA(M2)
27.20±14.27
<0.01
31.08±12.57
<0.01
17.84±12.37
<0.01
60.65±22.31
NP(M)
40.29±11.42
<0.01
, 百拇医药
36.59±8.65
<0.01
31.95±12.10
<0.01
47.58±11.0
NCI
8.25±1.99
<0.01
6.79±1.28
<0.05
7.97±1.31
<0.01
, http://www.100md.com
6.24±1.10
>0.01
NFF
0.22±0.10
<0.01
0.30±0.10
<0.05
0.21±0.07
<0.01
0.35±0.10
>0.01
NuA(M2)
, http://www.100md.com
1.32±0.65
<0.01
3.19±2.42
<0.01
2.27±1.36
<0.01
8.15±4.36
NCR
0.23±0.12
<0.01
0.26±0.12
<0.01
, 百拇医药
0.53±0.29
<0.01
1.028±4.36
5 结束语
现代科学是不断进取和发展的科学，是多学科多领域相互渗透的科学。由于单一学科知识的局限性，极有可能使发展受到限制，突破单一学科，向跨边缘学科进取是当代医务工作者的责任。笔者只是在这条探索路上作了点浅薄尝试，以期望医学同道们能有更大的发展。
参 考 文 献
1 张 洪.微机图形分析系统.电脑与医学.1990；4(1)∶36
(收稿：1998-06-13，修回：1998-07-07), 百拇医药