《宮頸液基細胞學的數(shù)字病理圖像采集與圖像質量控制中國專家共識》解讀

梁 莉

南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院病理科，廣州 510515 E-mail：2159878@qq.com

宮頸癌是威脅女性健康的第二大惡性腫瘤[1]。中國是宮頸癌高發(fā)地區(qū)，近年來隨著國內宮頸癌防治工作的開展，我國宮頸癌的世界占比有所下降，但新發(fā)和病死例數(shù)仍不斷升高[2]。早期對適齡女性進行篩查可有效降低其發(fā)病率和死亡率，研究表明，宮頸液基細胞學和人乳頭瘤病毒(human papillomavirus，HPV)檢測是宮頸癌的主要篩查方法[3]。自2009年起，我國已將宮頸癌篩查納入國家基本公共衛(wèi)生服務項目，然而，由于我國注冊在案的病理醫(yī)生缺乏，而有經驗的細胞學病理醫(yī)生更是匱乏，導致目前宮頸癌篩查診斷主觀性較強、準確率偏低，且篩查覆蓋率僅為25%，遠未達到國家疾病防治要求的80%覆蓋率[4]。

隨著人工智能技術的蓬勃發(fā)展，我國病理科的數(shù)字化建設逐漸開展，為人工智能在病理領域的應用提供了發(fā)展條件和適宜土壤。傳統(tǒng)病理切片經過全自動數(shù)字掃描和拼接后，可生成記錄玻片內所有信息的全視野數(shù)字圖像(whole slide image，WSI)，這為人工智能在病理領域的應用提供了基礎材料。由于宮頸液基細胞學篩查的社會價值巨大且應用市場廣闊，目前已成為國內人工智能技術在病理領域備受關注的研發(fā)熱點之一[5-8]，也為解決宮頸癌篩查困境提供了新的途徑。建立標準化的數(shù)字病理圖像數(shù)據(jù)庫是人工智能模型有效診斷的前提條件，目前尚缺乏相應的行業(yè)標準。為促進宮頸液基細胞學標準化數(shù)字切片圖像資源庫的建立以及人工智能輔助診斷產品的研發(fā)和廣泛應用，有必要為相關數(shù)字病理圖像的采集和質量評估制訂相應的行業(yè)標準。在此背景下，經眾多相關領域專家反復討論，國內第一部數(shù)字病理行業(yè)共識——《宮頸液基細胞學的數(shù)字病理圖像采集與圖像質量控制中國專家共識》(下文簡稱“共識”)于2021年形成并發(fā)表[9]。本文基于該共識中的關鍵內容，對相關問題進行解讀，并對未來發(fā)展作一展望。

1 從共識看宮頸液基細胞學染色制片的標準化問題

共識指出，在進行宮頸液基細胞學WSI采集前，應對涂片進行初步評估和質控，質量良好的涂片應滿足4個條件：(1)細胞制片滿意；(2)細胞玻片完好或無明顯破損，能有效完成圖像完整采集；(3)圖像無明顯褪色，細胞染色鮮亮，細胞質和細胞核結構特征清晰可見；(4)玻片封片劑不宜過多、過少或有氣泡。建議臨床直接對條碼編號或采用二維碼識別途徑，核對玻片與病例信息，然后采集相應的數(shù)字病理圖像。需注意的是，雖然目前我國病理領域在取材和制片的規(guī)范性、重要性方面都有了普遍共識，但在染色方面仍缺乏統(tǒng)一標準，染色本身極易受時間、溫度、壓力、pH值的影響。由于各醫(yī)療機構病理科的細胞學制片方式多有不同，有的采用沉降式，有的采用膜式，染色方法也多不同，因此共識中并未對細胞學制片方式和染色方法作出限制和特別說明。有研究顯示，人工智能模型對細胞學沉降式或膜式制片方式及染色方法的特異度和靈敏度存在一定差別，且無論是病理科醫(yī)生、人工智能模型還是二者結合進行宮頸液基細胞學診斷時，不同的制片方式對閱片時間也存在一定程度的影響[10]。因此，應充分重視對細胞學涂片的質量控制、人員培訓和后期檢查的監(jiān)測與評估，以提高細胞制片的滿意度。此外，為提高人工智能模型在不同醫(yī)院的泛化性，讓不同醫(yī)療機構適應未來人工智能輔助病理醫(yī)生進行宮頸液基細胞學診斷的工作模式，建議產品研發(fā)單位提供細胞制片和染色方法上的標準化選擇方案，或采用自動化染色制片技術和儀器，以滿足高質量、標準化數(shù)字病理圖像的采集要求。

2 從共識看數(shù)字化掃描儀的參數(shù)配置

共識對于宮頸液基細胞學WSI的采集，從數(shù)字化掃描儀的掃描倍數(shù)、聚焦模型、多層融合功能和圖像壓縮格式等方面提出了建議和要求，同時為掃描圖像成像質量缺陷提供了解決方法。根據(jù)共識，在實際工作中，數(shù)字化掃描儀的選擇應注意以下方面：

(1)掃描圖像倍數(shù)的選擇：共識建議采用40倍掃描倍數(shù)，以獲得富含更多信息的病理圖像，滿足臨床及科研需求。實際工作中，數(shù)字化病理成像系統(tǒng)的圖像放大問題較復雜，數(shù)字化圖像的查看與傳統(tǒng)顯微鏡成像之間存在差異，各廠商之間的“40倍”實際成像效果差異也較大。因此，還可采取能夠在不同系統(tǒng)之間進行比較的標準來表示圖像質量，如微米/像素的分辨率，可能更適合用于表示數(shù)字圖像特征。數(shù)字病理成像設備分辨率的標準較明確，日本和美國的行業(yè)標準均認為20倍物鏡拍攝要能分辨0.5 μm/pixel，40倍物鏡拍攝要能分辨0.25 μm/piexl。根據(jù)以上行業(yè)標準，為了獲得高質量的數(shù)字圖像，推薦40倍物鏡掃描分辨率≤0.25 μm/pixel。

(2)多層掃描融合功能的選擇：共識指出，由于制片技術的限制，玻片上的細胞可能存在重疊現(xiàn)象，此種情況要求玻片掃描所使用的數(shù)字化掃描儀應具備多層掃描功能，以便進行多層圖像融合，防止信息遺漏，使得數(shù)字化圖像成像更接近鏡下成像。

(3)高性能圖像壓縮格式的訴求：共識對于圖像壓縮和存儲格式給出了要求。病理學數(shù)據(jù)需要長期保存，由此每年會產生PB級的數(shù)據(jù)，圖像壓縮對于數(shù)據(jù)存儲成本和圖像傳輸成本的影響極大?，F(xiàn)有病理切片掃描儀采用JPEG、JPEG 2000這種常規(guī)壓縮方式，40倍物鏡掃描的玻片數(shù)據(jù)存儲大小通常在幾百兆到2 GB之間，導致每年新增數(shù)據(jù)巨大，因此需要病理切片掃描儀的廠商采用新型的圖像壓縮算法提高壓縮效率，從而能夠大幅降低全科病理數(shù)字化建設的投入成本，加快病理科數(shù)字化、智能化進程。

3 從共識看病理科醫(yī)生能力升級問題

共識提出，宮頸液基細胞學WSI采集完成后，還需從圖像清晰度、掃描范圍、噪聲等方面對圖像質量進行可信度評估，可信度良好的數(shù)字病理圖像才能進行儲存并應用于臨床診斷及科研工作。雖然數(shù)字病理圖像和人工智能病理診斷的應用可為病理醫(yī)生帶來便捷的工作方式、更高的工作效率和診斷準確率，但同時也對病理醫(yī)生提出了更多要求：(1)對于習慣傳統(tǒng)顯微鏡下閱片的醫(yī)生，應培養(yǎng)數(shù)字化閱片的工作方式。病理醫(yī)生通過數(shù)字化閱片能完成大多數(shù)細胞學病例的診斷，但對于疑難病例、有爭議的病例或重疊細胞等病變區(qū)域，還應保留數(shù)字閱片結合鏡下觀察的方式進行診斷。(2)數(shù)字智能化閱片將給細胞病理醫(yī)生帶來角色上的轉變。細胞病理醫(yī)生可從細胞學陰性篩查的海量、重復工作解脫出來，把主要精力放在陽性片的復診上，不斷提升專業(yè)技能。(3)病理數(shù)字圖像的不斷積累將為病理醫(yī)生提供重要的大數(shù)據(jù)資源，病理醫(yī)生應充分利用該類資源，不斷提升數(shù)字病理和智能病理相關科研及轉化應用能力。

4 人工智能在病理診斷領域的應用前景

我國人工智能病理診斷領域正處于蓬勃發(fā)展時期，宮頸液基細胞學篩查是該領域研究熱點。2022年1月18日，國家衛(wèi)生健康委正式印發(fā)《宮頸癌篩查工作方案》，完善了篩查服務內容，提出“積極運用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術提高基層篩查能力”，為人工智能輔助宮頸細胞學篩查提供了政策上的支持[11]。目前已有相關產品獲批二類醫(yī)療器械注冊證，相信其推廣應用將極大改善基層醫(yī)療機構宮頸細胞學篩查能力，助力“健康中國”政策。隨著全國病理科數(shù)字化進程的加快和數(shù)據(jù)積累，以及人工智能算法在病理領域的探索應用，除宮頸液基細胞學篩查的人工智能產品外，其他細胞學以及組織病理診斷的人工智能產品將會不斷推陳出新。此外，數(shù)字病理圖像與影像圖像、組學信息等跨尺度、多模態(tài)的智能整合診斷也日益受到關注。人工智能病理領域的研發(fā)應不斷創(chuàng)新、完善，努力提高診斷質量，拓展應用范圍。人工智能技術在疾病診斷、預測疾病演進和結局、建議治療方案和評估治療反應等“下一代診斷病理”領域將有更廣闊的應用前景。未來的智慧化病理發(fā)展，需要病理從業(yè)人員、人工智能技術專家以及多學科醫(yī)學專家等共同參與，促進病理人工智能發(fā)展進程，推進病理人工智能項目規(guī)范化、產業(yè)化發(fā)展。

利益沖突：作者聲明不存在利益沖突