莊樹彤　翁振聲　劉劍峰　陳　斌▲　高海斌.深圳大學(xué)第一附屬醫(yī)院　廣東省深圳市第二人民醫(yī)院普通外科，廣東深圳　58035；.中山大學(xué)附屬東華醫(yī)院　廣東省東莞東華醫(yī)院麻醉科，廣東東莞　530

顯微鏡3D視頻系統(tǒng)在組織腫瘤細(xì)胞觀察及診斷中的應(yīng)用

莊樹彤1翁振聲2劉劍峰1陳斌1▲高海斌1
1.深圳大學(xué)第一附屬醫(yī)院廣東省深圳市第二人民醫(yī)院普通外科，廣東深圳518035；2.中山大學(xué)附屬東華醫(yī)院廣東省東莞東華醫(yī)院麻醉科，廣東東莞523110

目的探究3D顯示技術(shù)在組織腫瘤細(xì)胞觀察及診斷中的適用性及可行性。方法成像效果評估：安排10名病理醫(yī)師先后以數(shù)字顯微鏡3D系統(tǒng)、2D圖像系統(tǒng)及普通光學(xué)顯微鏡對30份病理切片進(jìn)行觀察，對比3D和2D系統(tǒng)在成像質(zhì)量上的差異。臨床應(yīng)用測試：收集甲乳外科術(shù)中冰凍切片40份，安排1名病理科醫(yī)師在3D及2D系統(tǒng)下得出每個切片對應(yīng)診斷，對比3D和2D圖像系統(tǒng)在冰凍切片腫瘤細(xì)胞診斷準(zhǔn)確性上的差異。結(jié)果 視覺效果評估結(jié)果顯示，3D及2D系統(tǒng)在標(biāo)本邊緣清晰度、色彩還原度、視野范圍、視野內(nèi)均勻成像、視野亮度、視野內(nèi)噪點(diǎn)、移動視野延時感、標(biāo)本形狀無變異方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），而在深度感/立體感、視覺調(diào)節(jié)方面差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。臨床應(yīng)用測試結(jié)果顯示，3D與2D圖像系統(tǒng)對冰凍切片異性細(xì)胞的診斷準(zhǔn)確性方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論 基于當(dāng)前視頻技術(shù)研制的數(shù)字顯微鏡3D圖像系統(tǒng)在成像質(zhì)量上能夠滿足臨床應(yīng)用的要求。3D圖像系統(tǒng)的入景效果對厚層細(xì)胞診斷有一定價值，但臨床應(yīng)用測試實驗中3D與2D圖像系統(tǒng)對冰凍切片內(nèi)的腫瘤細(xì)胞診斷準(zhǔn)確性基本相同。今后3D圖像系統(tǒng)應(yīng)在加強(qiáng)穩(wěn)定性方面繼續(xù)完善，比如加入自動對焦功能以及配備共軛調(diào)解軸等，確保左右兩路光學(xué)信號的一致性。

三維立體顯示；視頻系統(tǒng)；生物顯微鏡；數(shù)字顯微鏡

［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世紀(jì)歐洲人發(fā)明顯微鏡以來［1］，技術(shù)進(jìn)步使得實現(xiàn)病理切片3D高清圖像采集與分析成為可能［2-3］。近年來CCD或CMOS光學(xué)傳感器成像質(zhì)量提升明顯，為探究3D顯示技術(shù)應(yīng)用于病理診斷的價值，本文評價了數(shù)字顯微鏡3D圖像采集系統(tǒng)在臨床的應(yīng)用，現(xiàn)報道如下：

1　材料與方法

1.1實驗樣本

1.1.1成像效果評估宮頸脫落細(xì)胞涂片10份，病理組織切片10份 （來源于子宮肌瘤），骨髓涂片10份（來源于急性淋巴細(xì)胞性白血病患者），均來源于深圳市第二人民醫(yī)院（以下簡稱“我院”）2014年8～9月住院患者。

1.1.2臨床應(yīng)用測試術(shù)中冰凍切片40張，取材于我院甲乳外科2014年10～12月手術(shù)患者。

1.2主要設(shè)備及軟件

主要設(shè)備、軟件及其廠家、型號，見表1。

1.3顯微3D視頻系統(tǒng)的建立

將傳統(tǒng)光學(xué)生物顯微鏡兩個目鏡分別安裝CCD，左右雙路光信號通過CCD同步轉(zhuǎn)化為視頻信號，通過圖像采集卡，雙路視頻信號經(jīng)過3D視頻合成軟件合成為side-by-side的3D視頻格式，投射至3D顯示屏上。使用者通過佩戴偏振光眼鏡即可觀看3D顯微鏡視野情況。見圖1。

表1　主要設(shè)備及軟件

圖1　生物顯微鏡鏡下圖像采集系統(tǒng)

1.4方法

1.4.1成像效果測試安排10名病理科醫(yī)師以40倍鏡依次使用3D圖像系統(tǒng)、2D圖像系統(tǒng)及光學(xué)目鏡對宮頸脫落細(xì)胞涂片10份、病理組織切片10份（來源于子宮肌瘤）、骨髓涂片10份（來源于急性淋巴細(xì)胞性白血病患者）進(jìn)行觀察及評分。對比觀察后，觀察者通過Likert量表為3D、2D圖像系統(tǒng)進(jìn)行評分，其中5分代表“強(qiáng)烈同意”，1分代表“強(qiáng)烈不同意”，評價表包括5個正向條目及5個負(fù)向條目。

1.4.2臨床應(yīng)用測試40份我院甲乳外科術(shù)中冰凍切片，由同一名高年資病理科醫(yī)師分別以3D及2D圖像系統(tǒng)進(jìn)行觀察，并在兩種圖像系統(tǒng)下得出各自的病理診斷。盡可能保證診斷過程中觀察習(xí)慣、專業(yè)知識及臨床經(jīng)驗判斷的一致性。跟蹤各切片最終石蠟病理報告（包括免疫組化結(jié)果），以石蠟切片報告作為診斷金標(biāo)準(zhǔn)。記錄結(jié)果：若3D/2D圖像系統(tǒng)的診斷結(jié)果與石蠟切片結(jié)果相同，包括結(jié)果完全一致或基本符合，即兩種切片良惡性診斷一致，分型、分級略有差別，記錄為“+”；若3D/2D圖像系統(tǒng)的診斷結(jié)果與石蠟診斷結(jié)果不一致，則記錄為“-”。

1.5統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計量資料數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，兩組間比較采用t檢驗；計數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1成像效果評價

本研究對邊緣清晰度、色彩還原度、視野廣闊程度、均勻成像、視野亮度、立體感/深度感、標(biāo)本形狀變異、視野內(nèi)噪點(diǎn)干擾、視野移動延時感、視覺疲勞10個評估項目的Liket量表原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示：3D與2D顯微視頻系統(tǒng)在邊緣清晰度、色彩還原度、視野廣闊程度、均勻成像、視野亮度、標(biāo)本變形程度、視野內(nèi)噪點(diǎn)干擾、視野移動延時感方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），而在立體感/深度感、視覺疲勞方面差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表2。

表2　3D與2D視頻系統(tǒng)成像效果評價

2.2臨床應(yīng)用評價

結(jié)果顯示，2D（+）&3D（+）為35例，2D（+）&3D （-）為3例，2D（-）&3D（+）為1例，2D（-）&3D（-）為1例，其中，記錄為2D（-）&3D（+）的1例樣本，病理組織最終診斷與3D視頻下診斷結(jié)果均為“正常乳腺組織”而得出3D（+），2D視頻下診斷結(jié)果介于“乳腺增生癥”與“正常乳腺組織”之間而得出2D（-）；而其中記錄為2D（+）&3D（-）的3例樣本，是因為觀察者認(rèn)為其冰凍切片在3D視頻下無法呈現(xiàn)出足夠清晰的圖像來得出診斷，而2D視頻下診斷與最終診斷結(jié)果相符合，因此該3例均記錄為2D（+）&3D（-）。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，3D與2D系統(tǒng)在診斷能力上差異無統(tǒng)計學(xué)意義（χ2=3.743，P＞0.05）。見表3。

表3　3D與2D視頻系統(tǒng)臨床應(yīng)用評價（例）

3　討論

近年來隨著CCD和CMOS光學(xué)傳感器成像質(zhì)量的提升，全切片掃描（whole slice imaging，WSI）［4］、三維重建等為病理診斷帶來新面貌［5］。有國外研究證實了使用3D顯微鏡更容易識別宮頸非典型鱗狀上皮細(xì)胞［6］。本研究探究了3D顯示技術(shù)應(yīng)用于病理切片診斷的可行性。

用戶體驗屬主觀評價，因此本研究采用Likert量表評價［7］。結(jié)果顯示，2D及3D圖像在邊緣清晰度、色彩還原度、視野廣闊程度、均勻成像、在視野亮度，標(biāo)本形狀變異、視野內(nèi)噪點(diǎn)干擾、視野移動延時感8個方面上差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。提示3D圖像在這8個方面能夠滿足病理切片觀察的基本要求。

2D及3D圖像的差異體現(xiàn)在立體感/深度感方面以及視覺調(diào)節(jié)兩方面（P＜0.05）。立體感/深度感體現(xiàn)為整體畫面的入景深度感，并將細(xì)胞重疊部分理解為多層細(xì)胞之間的距離感，有利于觀察厚層切片。整體畫面入景感的成因為通常病理切片厚度為4～7 μm［8］，顯微鏡40倍鏡下景深為1 μm，小于切片厚度，從而產(chǎn)生整體入景深度感。視覺調(diào)節(jié)即為短時不適感。Wang等［9］報道觀看3D視頻能引起短暫視覺疲勞及腦電圖改變。魯竹君等［10］報道3D不適感可歸咎為眼睛調(diào)節(jié)作用距離與眼球內(nèi)聚距離不一致，造成眼部疲勞；而觀察2D圖像時，眼球無需調(diào)節(jié)，因此無疲勞感。所以，3D系統(tǒng)在視覺舒適度上未能體現(xiàn)出相對于2D系統(tǒng)的優(yōu)勢［11］。

在臨床應(yīng)用中，本研究以我院甲乳外科術(shù)中冰凍切片對比兩種圖像系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確性的差異［12-13］。據(jù)國外報道［14］，冰凍切片診斷正確率為95%～99%。本研究中2D系統(tǒng)的診斷正確率為95%（38/40），其中1例記錄為2D（-）&3D（+），該病理組織最終診斷與3D系統(tǒng)下診斷均為“正常乳腺組織”，2D系統(tǒng)下診斷介于“乳腺增生癥”與“正常乳腺組織”之間。3D系統(tǒng)診斷正確率為90%（36/40），4例未確診是因為3D視頻成像欠清，而2D視頻下診斷與石蠟切片診斷相符。3D系統(tǒng)成像欠清的原因為兩個CCD光學(xué)鏡頭焦距不一致，暴露了3D系統(tǒng)穩(wěn)定性較差的問題［15］。根據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果，3D系統(tǒng)與2D系統(tǒng)的診斷準(zhǔn)確性差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

綜上所述，基于當(dāng)前視頻技術(shù)研制的數(shù)字顯微鏡3D圖像系統(tǒng)在成像質(zhì)量上能夠滿足臨床應(yīng)用的要求。3D圖像系統(tǒng)的入景效果對厚層細(xì)胞診斷有一定價值［16-17］，但臨床應(yīng)用測試實驗結(jié)果顯示，3D與2D圖像系統(tǒng)對冰凍切片內(nèi)的腫瘤細(xì)胞診斷準(zhǔn)確性方面差異無統(tǒng)計學(xué)意義。今后3D圖像系統(tǒng)應(yīng)在加強(qiáng)穩(wěn)定性方面繼續(xù)完善，比如加入自動對焦功能以及配備共軛調(diào)解軸等［18］，確保左右兩路光學(xué)信號的一致性。

［1］王慶亞.生物顯微技術(shù)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010：1-9.

［2］杜新峰，章祖華.3D醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展與應(yīng)用［J］.人民軍醫(yī)，2013，56（9）：1080-1081.

［3］Sha X，Li H，Li W，et al.Three-dimensional positioning control basedonstereomicroscopicvisualservoingsystem［J］. Optical Engineering，2015，54：977-982.

［4］Jara-Lazaro AR，Thamboo TP，Teh M，et al.Digital pathology：exploring its applications in diagnostic surgical pathology practice［J］.Pathology，2010，42（42）：512-518.

［5］Kalinski T，Zw?nitzer R，Sel S，et al.Virtual 3D microscopy using multiplane whole slide images in diagnostic pathology［J］.American Journal of Clinical Pathology，2008，130 （2）：259-264.

［6］Rajen R，Edward D，Gary G，et al.Real-time，high-definition，three-dimensional microscopy for evaluating problematic cervical papanicolaou smears classified as atypical squamous cells of undetermined significance［J］.Cancer，2002，96（3）：181-186.

［7］亓菜濱.李克特量表的統(tǒng)計學(xué)分析與模糊綜合評判［J］.山東科學(xué)，2006，19（2）：18-23.

［8］程旭輝，楊欣.淺析病理切片制片技術(shù)及切片機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)展望［J］.醫(yī)療裝備，2006，19（12）：1-3.

［9］Wang L L，Tu Y，Shen L，et al.Evaluation of Visual Fatigue Caused by 3D Display［J］.Applied Mechanics& Materials，2013（380/384）：1059-1063.

［10］魯竹君，利積樂，梁衛(wèi)星，等.基于Kinect的3D醫(yī)學(xué)影像輔助診療系統(tǒng)研究［J］.軟件導(dǎo)刊，2015，14（1）：143-145.

［11］Hoffman D，Girshick A，Akeley K，et al.Vergence-accommodation conflicts hinder visual performance and cause visual fatigue［J］.Journal of Vision，2008，8（3）：1-30.

［12］Iii DPL，Tan DT.Three-dimensional reconstruction of frozen and thawed plant tissues from microscopic images［J］. Methods in Molecular Biology，2014，1166（1166）：117-137.

［13］Tille JC，Egger JF，Devillaz MC，et al.Frozen section in axillary sentinel lymph nodes for diagnosis of breast cancer micro metastasis［J］.Anticancer Res，2009，29（10）：4711

［14］尹洪芳，李挺，張虹，等.565例乳腺癌的臨床病理學(xué)研究［J］.中國婦幼保，2010，25（13）：1761.

［15］Alexander J，Monika RM，Rafael P.Three-dimensional information from two-dimensional scans：a scanning microscope with postacquisition refocusing capability［J］. Optica，2015，2（3）：210-213.

［16］Yi X，Juha H，Pasi K.Three-dimensional calibration of micromanipulators using stereo vision［J］.Journal of Micro-Bio Robotics，2013，8（1）：13-24.

［17］Rembe C，Dr?benstedt A.Optical three-dimensional vibrometer microscope with picometer-resolution in x，y，and z［J］.Optical Engineering，2014，53（3）：57-58.

［18］Ang KT，F(xiàn)ang ZP，Tay A.Note：real time three-dimensional topography measurement of microfluidic devices with pillar structures using confocal microscope［J］.Review of Scientific Instruments，2014，85（2）：026108-026108-3.

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

廣東省深圳市科技計劃重大項目課題（201001012）。

2015-10-13本文編輯：程銘）