图像分析在骨肉瘤评价中的应用
作者：应明 陈长玉 黄攸生 方振东 赵红军 钱祥凯
单位：解放军第八一医院骨科
关键词：骨肉瘤 图像分析 流式细胞分析 DNA含量
江苏医药990107 摘要 本研究对40例骨肉瘤进行了肿瘤细胞核图像分析。共设三个参数：核面积(Area)、颗粒/核面积比(P/NA-R)和颗粒/核密度比(P/N G-R)，同时用流式细胞分析法测定了核DNA含量。结果表明：单一骨肉瘤各肿瘤细胞核Area有较大的分布范围。Area、P/N A-R、P/N G-R与流式细胞分析提供的DNA指数均有明确的相关性。按该三指标行核分级，各级骨肉瘤患者趋向于有不同的三年生存率。
核大小、核形状、核染色程度、核-浆比等是肿瘤病理检查中常用的描述病变的指标。其评定主要是依据病理医生观察，缺乏量化标准；而计算机辅助的图像分析弥补了上述不足。本文报告了图像分析在骨肉瘤评价中的初步应用。
, 百拇医药
资料与方法
一、材料
本组共40例。均为经病理检查确诊的普通中央型骨肉瘤。选富含肿瘤细胞的常规HE染色片作图像分析材料。从对应蜡块上取材作核DNA含量分析。
二、方法
1.图像分析：用大型图像分析系统。计算机为Apollo工作站，自编程序运行。将HE染色片置×40显微镜下，由摄像头摄取图像，存入计算机。每张切片分别摄取含肿瘤细胞的4个不同区域，实际分析时每个区域尽可能随机地选择20个肿瘤细胞。这样每例标本共分析约80个细胞。注意将核重叠、核破碎、核分裂等除外。通过改变背景灰度域值而隐去核浆，显示核内颗粒。本研究共设如下指标：
核面积(Area)：测定值，以像点数表示。
颗粒/核面积比(P/N A-R)：测定值。
, 百拇医药
颗粒/核密度比(P/N G-R)：测定值。
2.DNA含量流式细胞分析：所有标本同时行肿瘤细胞核DNA含量的流式细胞分析，方法如前所述[1]。
3.骨肉瘤患者预后评定：对随访患者确定三年生存率。
4.统计学处理：直线相关、t检验、Kaplan-Meier生存曲线和Logrank检验。本文以P<0.05为相差有显著意义，P<0.01为相差有非常显著意义。
结 果
一、图像分析结果与DNA指数的关系
肿瘤细胞核DNA含量流式细胞分析提供的DNA指数与Area、P/N A-R、P/N G-R均有明确的相关性，相关系数分别是0.563、0.588和0.461，P均小于0.01。如按DNA指数分组，各组的图像分析结果对比见表1。
, 百拇医药
表1不同DI骨肉瘤核形态比较 DI
例数
Area
P/N A-R
P/N G-R
0.91～1.10
7
170±36
0.40±0.11
0.50±0.07
1.11～1.40
7
, 百拇医药
202±66
0.40±0.07
0.48±0.08
1.41～1.60
9
241±86
0.46±0.06
0.42±0.07
1.61～1.90
9
266±46
0.44±0.07
, 百拇医药
0.47±0.06
1.91～2.10
8
266±102
0.44±0.09
0.49±0.06
二、图像分析结果与骨肉瘤患者预后的关系
按图像分析所得Area、P/N A-R和P/N G-R三指标将肿瘤分级，如表2。对Area、P/N A-R、P/N G-R和肿瘤分级分别作Kaplan-Meier生存曲线，比较三年生存率。其中Area与患者预后无明确相关；其他三者见图1～3。
表2骨肉瘤肿瘤细胞核分级标准
, 百拇医药
Area
P/N A-R
P/N G-R
Ⅰ
<200
<0.4
>0.5
Ⅱ
200～300
0.4～0.5
0.5～0.4
Ⅲ
>300
, 百拇医药
>0.5
<0.4
图1 生存曲线(P/N A-R)
图2 生存曲线(P/N G-R)
图3 生存曲线(核分级)
, 百拇医药
讨 论
核形态是肿瘤病理诊断与评价的重要依据。因为从根本上讲，核大小、形状、染色等均反映了细胞的生物学特性和功能状态。如肿瘤恶性、生长加快等会使染色质增多和解聚、核不规则[2]。但普通病理检查主要是病理医生对显微镜下的核形态的主观观察，可能会受其知识、经验和视觉错觉等的影响，且数量概念模糊。既丧失了许多肉眼难以确认的信息又不利于观察者之间的结果比较。因此图像分析是病理医生肉眼观察的扩展和延伸，成为病理研究，尤其是临床病理诊断中的有效手段。
在普通病理检查中，骨肉瘤常表现出复杂性和多变性，本结果也表明了这一点。如肿瘤细胞核Area、P/N A-R和P/N G-R测定值均有较大的离散范围。在核DNA含量分析甚至其他作者的染色体核型分析中也有相似结果[3]。因此，核形态在一定程度上反映骨肉瘤肿瘤细胞的生物学特性。在Area、P/N A-R和P/N G-R与肿瘤细胞核DNA指数有明确的相关关系上更能证明这一点。Area与核DNA含量的关系以前曾有报告[4，5]，我们的结果则进一步证实，流式细胞分析提供的核DNA指数与P/N A-R的关系更好，与P/N G-R也有良好的正相关性。实际上，从P/N A-R和P/N G-R的本质上也能理解Area、P/N A-R、P/N G-R三者结合可能比单纯的Area更有意义。因为在常规HE染色组织切片上，核颗粒代表了染色质，而不是核仁或核浆。核颗粒的大小和染色深浅是染色质数量的直接反映。当肿瘤细胞间变、生长时，核染色质的增多会致核颗粒的增多、增大和深染，并可能进一步致整个细胞核的增大和深染。
, http://www.100md.com
以前核形态特征的诊断价值及与临床特点的关系着重于Area。Pienta等[6]的研究表明：核面积在乳腺疾病的诊断中有重要意义。正常组织、导管内肿瘤、浸润性导管癌无复发，浸润性导管癌有复发，浸润性导管癌合并淋巴结转移其Area均有明显差异。Blomjous等[7]也证实在膀胱癌Area大的肿瘤更具浸润性。本研究则表明：从骨肉瘤患者生存率的角度看，Area无明确的预后意义。而P/N A-R、P/N G-R和核分级均与患者的三年生存率有一定相关性(图1～3)。
核形态图像分析能提供丰富的关于细胞核的有用信息，有助于肿瘤的诊断、鉴别诊断和病理分级。如Dawson等[8]的研究就极有意义，他们对35例乳腺癌行核形态图像分析，据此提出了乳腺癌形态特征并建立了计算机专家系统。用该专家系统诊断出了31例原先病理诊断不明的乳腺肿瘤。随着计算机技术和生物体视学的发展，肿瘤细胞核形态的图像分析必将获得越来越多的应用。
, 百拇医药
邮政编码：210002
参考文献
[1] 应明，等.中华骨科杂志 1992；12：135.
[2] Komitowski D， et al. Cancer 1989；64：950.
[3] Fletcher JA， et al. Cancer Genet Cytogenet 1994；77：81.
[4] Hans WHF， et al. Cancer 1989；63：1378.
[5] Bauer CD. Acta Orthop Scand 1988；59(suppl288)：23.
[6] Pienta KJ， et al. Cancer 1991；68：2012.
[7] Blomjous ECM， et al. Am J Clin Pathol 1989；91：23.
[8] Dawson AE， et al. Am J Clin Pathol 1991；(95suppl)：s29.
(1997年6月1日收稿 1998年6月22日修回), 百拇医药
单位：解放军第八一医院骨科
关键词：骨肉瘤 图像分析 流式细胞分析 DNA含量
江苏医药990107 摘要 本研究对40例骨肉瘤进行了肿瘤细胞核图像分析。共设三个参数：核面积(Area)、颗粒/核面积比(P/NA-R)和颗粒/核密度比(P/N G-R)，同时用流式细胞分析法测定了核DNA含量。结果表明：单一骨肉瘤各肿瘤细胞核Area有较大的分布范围。Area、P/N A-R、P/N G-R与流式细胞分析提供的DNA指数均有明确的相关性。按该三指标行核分级，各级骨肉瘤患者趋向于有不同的三年生存率。
核大小、核形状、核染色程度、核-浆比等是肿瘤病理检查中常用的描述病变的指标。其评定主要是依据病理医生观察，缺乏量化标准；而计算机辅助的图像分析弥补了上述不足。本文报告了图像分析在骨肉瘤评价中的初步应用。
, 百拇医药
资料与方法
一、材料
本组共40例。均为经病理检查确诊的普通中央型骨肉瘤。选富含肿瘤细胞的常规HE染色片作图像分析材料。从对应蜡块上取材作核DNA含量分析。
二、方法
1.图像分析：用大型图像分析系统。计算机为Apollo工作站，自编程序运行。将HE染色片置×40显微镜下，由摄像头摄取图像，存入计算机。每张切片分别摄取含肿瘤细胞的4个不同区域，实际分析时每个区域尽可能随机地选择20个肿瘤细胞。这样每例标本共分析约80个细胞。注意将核重叠、核破碎、核分裂等除外。通过改变背景灰度域值而隐去核浆，显示核内颗粒。本研究共设如下指标：
核面积(Area)：测定值，以像点数表示。
颗粒/核面积比(P/N A-R)：测定值。
, 百拇医药
颗粒/核密度比(P/N G-R)：测定值。
2.DNA含量流式细胞分析：所有标本同时行肿瘤细胞核DNA含量的流式细胞分析，方法如前所述[1]。
3.骨肉瘤患者预后评定：对随访患者确定三年生存率。
4.统计学处理：直线相关、t检验、Kaplan-Meier生存曲线和Logrank检验。本文以P<0.05为相差有显著意义，P<0.01为相差有非常显著意义。
结 果
一、图像分析结果与DNA指数的关系
肿瘤细胞核DNA含量流式细胞分析提供的DNA指数与Area、P/N A-R、P/N G-R均有明确的相关性，相关系数分别是0.563、0.588和0.461，P均小于0.01。如按DNA指数分组，各组的图像分析结果对比见表1。
, 百拇医药
表1不同DI骨肉瘤核形态比较 DI
例数
Area
P/N A-R
P/N G-R
0.91～1.10
7
170±36
0.40±0.11
0.50±0.07
1.11～1.40
7
, 百拇医药
202±66
0.40±0.07
0.48±0.08
1.41～1.60
9
241±86
0.46±0.06
0.42±0.07
1.61～1.90
9
266±46
0.44±0.07
, 百拇医药
0.47±0.06
1.91～2.10
8
266±102
0.44±0.09
0.49±0.06
二、图像分析结果与骨肉瘤患者预后的关系
按图像分析所得Area、P/N A-R和P/N G-R三指标将肿瘤分级，如表2。对Area、P/N A-R、P/N G-R和肿瘤分级分别作Kaplan-Meier生存曲线，比较三年生存率。其中Area与患者预后无明确相关；其他三者见图1～3。
表2骨肉瘤肿瘤细胞核分级标准
, 百拇医药
Area
P/N A-R
P/N G-R
Ⅰ
<200
<0.4
>0.5
Ⅱ
200～300
0.4～0.5
0.5～0.4
Ⅲ
>300
, 百拇医药
>0.5
<0.4
图1 生存曲线(P/N A-R)
图2 生存曲线(P/N G-R)
图3 生存曲线(核分级)
, 百拇医药
讨 论
核形态是肿瘤病理诊断与评价的重要依据。因为从根本上讲，核大小、形状、染色等均反映了细胞的生物学特性和功能状态。如肿瘤恶性、生长加快等会使染色质增多和解聚、核不规则[2]。但普通病理检查主要是病理医生对显微镜下的核形态的主观观察，可能会受其知识、经验和视觉错觉等的影响，且数量概念模糊。既丧失了许多肉眼难以确认的信息又不利于观察者之间的结果比较。因此图像分析是病理医生肉眼观察的扩展和延伸，成为病理研究，尤其是临床病理诊断中的有效手段。
在普通病理检查中，骨肉瘤常表现出复杂性和多变性，本结果也表明了这一点。如肿瘤细胞核Area、P/N A-R和P/N G-R测定值均有较大的离散范围。在核DNA含量分析甚至其他作者的染色体核型分析中也有相似结果[3]。因此，核形态在一定程度上反映骨肉瘤肿瘤细胞的生物学特性。在Area、P/N A-R和P/N G-R与肿瘤细胞核DNA指数有明确的相关关系上更能证明这一点。Area与核DNA含量的关系以前曾有报告[4，5]，我们的结果则进一步证实，流式细胞分析提供的核DNA指数与P/N A-R的关系更好，与P/N G-R也有良好的正相关性。实际上，从P/N A-R和P/N G-R的本质上也能理解Area、P/N A-R、P/N G-R三者结合可能比单纯的Area更有意义。因为在常规HE染色组织切片上，核颗粒代表了染色质，而不是核仁或核浆。核颗粒的大小和染色深浅是染色质数量的直接反映。当肿瘤细胞间变、生长时，核染色质的增多会致核颗粒的增多、增大和深染，并可能进一步致整个细胞核的增大和深染。
, http://www.100md.com
以前核形态特征的诊断价值及与临床特点的关系着重于Area。Pienta等[6]的研究表明：核面积在乳腺疾病的诊断中有重要意义。正常组织、导管内肿瘤、浸润性导管癌无复发，浸润性导管癌有复发，浸润性导管癌合并淋巴结转移其Area均有明显差异。Blomjous等[7]也证实在膀胱癌Area大的肿瘤更具浸润性。本研究则表明：从骨肉瘤患者生存率的角度看，Area无明确的预后意义。而P/N A-R、P/N G-R和核分级均与患者的三年生存率有一定相关性(图1～3)。
核形态图像分析能提供丰富的关于细胞核的有用信息，有助于肿瘤的诊断、鉴别诊断和病理分级。如Dawson等[8]的研究就极有意义，他们对35例乳腺癌行核形态图像分析，据此提出了乳腺癌形态特征并建立了计算机专家系统。用该专家系统诊断出了31例原先病理诊断不明的乳腺肿瘤。随着计算机技术和生物体视学的发展，肿瘤细胞核形态的图像分析必将获得越来越多的应用。
, 百拇医药
邮政编码：210002
参考文献
[1] 应明，等.中华骨科杂志 1992；12：135.
[2] Komitowski D， et al. Cancer 1989；64：950.
[3] Fletcher JA， et al. Cancer Genet Cytogenet 1994；77：81.
[4] Hans WHF， et al. Cancer 1989；63：1378.
[5] Bauer CD. Acta Orthop Scand 1988；59(suppl288)：23.
[6] Pienta KJ， et al. Cancer 1991；68：2012.
[7] Blomjous ECM， et al. Am J Clin Pathol 1989；91：23.
[8] Dawson AE， et al. Am J Clin Pathol 1991；(95suppl)：s29.
(1997年6月1日收稿 1998年6月22日修回), 百拇医药