一、宫颈液基细胞学图像数字化及智能筛查的目的、意义及必要性
子宫颈癌是威胁女性生命的第二大恶性肿瘤。2018 年全球癌症统计数据显示:宫颈癌的发病率和病死率均居全球第4位。中国是宫颈癌的高发地区,每年新发病例达13.15万,死亡人数约5.3万,约占全部女性恶性肿瘤死亡人数的18.4%。近些年随着国内宫颈癌防治工作的大力开展,我国占全世界子宫颈癌的比例在下降,但新发和病死例数仍明显上升。
多年来,发达国家的经验表明,开展针对宫颈癌的大规模适宜年龄女性筛查项目,可以有效降低宫颈癌的发生率和病死率。液基薄层细胞学和人乳头状瘤病毒(HPV)检测是目前子宫颈癌的主要筛查方法。宫颈癌筛查工作已经列入我国公共卫生项目,在全国各地普遍开展,成绩有目共睹,但仍面临着许多难题和挑战。首先筛查覆盖率低是我国宫颈癌预防的瓶颈。2010 年,全国城市平均宫颈癌筛查率仅为29.1%,农村约16.9%,与宫颈癌防治要求达到80%的人群覆盖率的目标差距尚远。其次,有经验的细胞病理医师匮乏、筛查准确率低也是目前宫颈癌筛查难以加快进展的主要原因。“人工智能数字病理诊断+互联网”的发展将对突破以上难题提供新的机遇。
随着数字病理技术和互联网技术的发展,传统的玻片经过全自动数字扫描和无缝拼接后,可生成包括玻片内所有信息的全视野数字图像(whole slide images,WSI),实现可视化数据的永久储存和不受时空限制的同步浏览处理,已广泛应用于病理学的各个领域。此外,高质量数字病理图像的大量积累为病理样本的分析提供了大数据背景。随着人工智能技术的蓬勃发展,深度学习等人工智能算法大大推动了数字病理图像自动诊断的发展,将给病理诊断领域带来重大革新。我国病理人工智能的发展处于刚起步阶段,尚未有人工智能产品获得国家食品药品监督管理总局审批上市资格。宫颈癌细胞学筛查已成为病理人工智能研发的热点,国内已有不少团队开展相关研发工作。为了促进宫颈液基细胞学标准化的数字病理资源库和数据集的建立及相关人工智能辅助诊断产品的研发,有必要对宫颈液基细胞的数字病理图像采集进行界定和规范,因此特制定本指南,旨在指导宫颈液基细胞数字病理图像采集的规范化操作,并规范数字图像质量的评估标准。需要特别指出的是,宫颈液基细胞制片的质量控制不在本指南所探讨的范围内,只针对数字化病理图像的成像及质量进行评估。
二、宫颈液基细胞学全视野数字图像采集前的切片评估
为确保数字图像采集的质量,应在宫颈液基细胞学 WSI 采集前,对玻片情况进行评估,至少对同一批次的玻片情况进行抽样评估,应满足以下4个条件:(1)细胞制片满意;(2)细胞玻片完好或无明显破损,不影响图像完整采集;(3)图像无明显褪色,细胞染色鲜亮,细胞质和核结构特征清晰可见; (4)玻片封片剂不宜过多、过少或有气泡。建议直接条码编号或经二维码识别,核对玻片与病例信息,然后采集相应的数字病理图像。
三、宫颈液基细胞学全视野数字图像的采集
1. 扫描图像倍数:为保证WSI采集的质量及后续相关研究,建议采用40倍扫描倍数。
2. 创建聚焦模型要求:玻片扫描所使用的数字扫描仪可以自动或手动方式创建切片聚焦模型,模型建立后能够自动启用。扫描图像要求对焦准确,细胞形态、细胞膜、细胞核内部细节保留相对完整。扫描图像对焦不准的表现为细胞结构虚化、重影等。
3. 多层融合功能:由于制片技术的限制,玻片上细胞有可能存在重叠现象,此种情况要求玻片扫描所使用的数字扫描仪应具备多层扫描功能,以便进行多层图像融合观察。
4. 扫描图像成像质量缺陷及解决办法:(1)扫描镜头或其他光学系统噪声。扫描镜头不洁净会造成图像有效视野被遮挡、成像不清等(图 1A)。此外,还会出现白平衡失调、扫描对准不精确等,图像呈现栅栏/栅格样成像质量不均等问题(图 1B)。应清洁镜头,通过操作软件调整白平衡等予以修整。(2)玻片外部附着污渍或异物虚影。若玻片外部含有污渍或异物,会造成有效视野被遮挡、对焦不准等问题(图 2A,2B)。在扫描前应将玻片擦拭干净。(3)WSI 图像拼接不齐。选定视野范围扫描完成后,扫描系统通过图像压缩与存储软件将图像自动进行无缝拼接处理,制作生成一张 WSI,在此过程中有可能出现图像拼接错位的情况(图 3)。应立即重新扫描,或联系技术人员进行调试整改。
5. 扫描图像存储:玻片扫描完成后,导出正确格式的相关数字图像,以全分辨率保存数字图像。图像存储应至少满足以下几种格式要求:无损压缩或不压缩格式的TIFF、PNG和JEPG等。
6. 数字扫描仪的基本参数要求:目前市售的国内外数字扫描仪种类和型号较多,要获得高质量或可用于智能阅片的宫颈液基细胞学数字病理图像,数字扫描仪需具备以下基本参数:(1)扫描倍数:建议采用40倍扫描倍数;(2)图像扫描应满足视野直径 25 mm;(3)具有系统校准功能、视频调节功能、创建地图功能、自动识别组织区域功能、创建聚焦模型功能等,提供“标准”“高精度”及“多层融合”多种扫描方式;(4)相机信噪比>30 db,图像色彩模式为 RGB 彩色;(5)扫描分辨率:40 倍物镜扫描分辨率≤0.25 μm/pixel;(6)软件功能支持不同数字扫描仪间数字图像格式的转换。
四、宫颈液基细胞学全视野数字图像的可信度评估
宫颈液基细胞学WSI采集完成后,还需对其图像质量进行可信度评估,需综合图像清晰度、图像扫描范围、图像噪声等多方面因素进行综合判断。
1. 图像清晰度要求:达标、未达标。宫颈液基细胞学诊断最重要的形态依据就是核的形态、核质比等特征,因此细胞成像清晰度对于阅片诊断至关重要。图像的清晰度评估遵循以下原则:①达标:细胞质及细胞核边界清晰、细胞核内部细节可辨(图 4A);②未达标:细胞质及细胞核边界模糊不清,细胞核内部细节难以辨认(图4B)。
2. 图像有效视野范围要求:达标、未达标。图像有效视野范围指 WSI 视野中(图 5A、5B 红框所示)细胞图像分布的范围(图 5A、5B 绿框所示),对宫颈液基细胞 WSI 的有效视野范围评估遵循以下原则:①达标:图像中细胞分布的范围均在 WSI 视野范围内(图5A);②未达标:图像中细胞分布的范围超出WSI视野范围,不论比例(图5B)。
3.图像噪声:达标、未达标。在扫描过程中,可能出现栅格/栅栏明暗不均衡、涂片外部附着污渍或异物等噪声,造成图像质量下降,影响阅片诊断。图像噪声评估遵循以下原则:①达标:扫描成像未引入玻片不包含的图像噪声,无外部噪声影响阅片诊断(图6A);或引入了玻片不包含的图像噪声,如拼接不全时,产生横向/纵向条纹(图6B),但不影响细胞判读阅片诊断。②未达标:扫描成像引入了玻片不包含的图像噪声,导致细胞不可辨认,或影响细胞判读阅片诊断(图6C)。
4.WSI整体质量的可信度评估:好、差。对宫颈液基细胞WSI的整体质量进行评估,需综合上述成像评估原则。图像的上述3项指标均达到“达标”,评定为整体“可信度好”;3 项指标中任何一项为“未达标”,评定为“可信度差”。对于可信度良好的图像,可用于辅助医生判读项目的研究测试或应用,并予以存储。对于可信度差的图像,无法提供可靠的判读结果,建议重新扫描、存储。
五、宫颈液基细胞学全视野数字图像的阅片报告
在宫颈液基细胞学的数字阅片或人工智能辅助阅片报告中,建议包含以下内容。 1.WSI 图像的可信度评估:(1)图像清晰度要求:达标、未达标。(2)图像扫描视野范围要求:达 标、未达标。(3)图像噪声:达标、未达标。(4)整体质量的可信度评估:好、差。 2.宫颈液基细胞学报告系统:可采用宫颈细胞学TBS报告系统,或人工智能辅助阅片时采用自定义分级标准,应备注自定义分级标准与TBS分级标准的相关性说明。