用于细胞分析的机器视觉系统简介

1996年，美国盐湖域的阿鲁普实验室遇到一个问题。该实验室从事帕帕尼科拉乌涂片的筛分工作以便找出宫颈癌症兆。当涂片上有少量异常细胞存在而又未被探测出来时，他们会错误地把它诊断为阴性。

为了降低这种假阴性率，有关管理机构早就规定采用标准载被片两次筛分法。阿鲁普实验室采用临床信息把载波片分成高危和低危两类，然后对所有的高危阴性涂片和其余lo％的标本进行再筛分。活组织检查的阳性结果也导致他们再一次作有关的帕氏涂片检查。

据阿鲁普实验室的细胞病理学专家介绍，该室由探测误差引起的假阴性率为5．5％左右，总假阴性率为18％。除了探测误差之外，如果未把异常细胞涂抹在载波片上，还会产生采样误差。无论是哪种原因，这种诊断问题会严重影响健康。因此，对于细胞学实验室来说，消除假阴性是首要任务。阿鲁普实验室开始调查自动细胞分析系统。其目的是利用机器视觉来找出那些包含异常细胞概率最高的标本。最后，阿鲁普实验室选中了NeoPath公司的一台自动细胞分析系统。

生产自动细胞分析系统的其它公司包括新泽西州的神经医学系统公司和加利福尼亚州的ChromaVision医用系统公司。同Ne oPath公司的分析系统一样，神经医学公司的细胞分析系统的目标也是帕氏涂片筛分。ChromVision公司的仪器筛分的则是肺癌、乳房癌和结肠直肠癌。

据阿鲁普实验室的细胞病理学专家说，他们之所以选择NeoPath公司的产品，理由之一是该仪器是当时经过美国食品和药品管理局(FDA)认证的、用于百分之百质量控制或者两次再筛分的唯一细胞分析系统。到1998年年中，NeoPath公司的仪器首先被认证为可用于一次筛分。然而，NeoPath并不是符合美国食品和药品管理局要求的唯一一家公司。据Chroma Vision公司的市场都经理说，他们公司的先进细胞成像系统最近也得到了FDA的全面认证。

据美国食品和药品管理局临床实验室装置评估处的负责人说，所有的自动细胞分析和检查系统都属于Ⅲ类装置。因此，管理局要求评估处负责人检查这些装置的安全性和效率。然而，管理局并不确定一种装置应该用于一次筛分还是应该用于质量控制。

据评估处负贵人说，所有产品的数据都是在保证人的申请下产生的，保证人提出任何被认为是适当的申请，他都必须进行研究来支持所提出的申请。这位负费人指出，只有三、四种装置是通过这种严格的筛选来进行分析的。所有的装置都依靠机器视觉和某种图案辨认方法。

然而，这批装置并不是同机种的，采用的细胞筛分技术也不同。NeoPath公司的仪器采用的是基于形状的分类方案。Chroma Vision公司的仪器则根据细胞的自然色或者利用染色来分类和辨别细胞。

这两家公司都未试图用仪器来取代受到训练的细胞学专家。相反，这两种仪器都能让细胞学专家把注意力集中在可疑的标本上，然后作出诊断。两种仪器中既有现成的技术，也有专利技术。它们都采用标准光具，并且由数字摄像机和显微物镜构成以便拍摄图像。为了让用户在多个视场中获得同一张图像，NeoPath公司的仪器中的光具和摄像机是定制的。由于这些分析系统是用来自动检查数百个载波片的，因此两家公司都必须建立自动检查站。这些仪器都具有复杂的机电构造。据chromaViB|0n公司研究与发展部负责人说，为了对标本进行精确的定位和辨别，他们的仪器采用了13个光学传感器和1个条形码读出器。然而他又指出，目前的方法是可以改进的，而且他对改进后所用的技术已成竹在胸。他说下一代仪器可能采用定位精度非常高的激光传感器。

经过图像获取这一步之后，两家公司在采用的方法上有所分歧。ChromaVision公司的技术在很大程度上从动于软件，这意味着其主要成像技术是现成的。然而，由于采用了复式奔腾Ⅱ，其计算机功率比得上一个因特网服务器。这种方法有很大的灵活性，要把系统配置成用于任何基于颜色的细胞筛分都十分容易。ChromaVision公司提供软件，因此，如有必要，可以拟定和改变试验方法。

NeoPath公司使用的是专用的图像处理电路板。据该公司的销售部经理说，其中有15块电路板被装在系统中，它们不是一般质量的元件，它们是定制的专用甚高速集成电路。这些专用电路板使得系统能够非常迅速地处理图像和执行图案识别算法。完成对一块25mm×75mm的标准标本的检查和分析需要七八分钟。在这段时间内，系统以两种放大率观察了成千上万个视场。该公司声称，他们的系统使假阴性减少了45％，假阳性(把正常的载波片鉴定为危险的载波片)减少了16％，结果是处理能力提高了25％。

对于这样的结果，ChromaVision公司的有关人员举乳房癌染色技术的研究为例。这些染色剂指出哪个妇女将受益于新的乳房癌治疗技术。问题在于，即便是受到训练的病理学专家也只能在65％的时间内重复其鉴定，主要是因为不能精确地估计染色剂的强度。

然而，ChromaVision公司的技术却不会受人的行为的影响，因此可产生更多的可重复的结果。据该公司的有关专家说，97％的重复率是可能的。

阿鲁普实验室的一次筛分和二次筛分都使用NeoPath公司的系统。这两种筛分是一道进行的，其中25％的标本被归类为无须由人重复检查的标本。在其余的标本中，五分之一被归类为最有可能是异常的标本。如果这些标本经过人的检查之后被判为阴性，那么就要对它们进行自动和人工再筛分。由于某些标本是高危标本而且无论如何都必须再筛分，囡此处理能力只提高了18％。然而，5％至7％的载波片因标本的质量不好而不能通过机器。较好质量的标本将受益于所有的癌症自动分析系统。阿鲁普实验室的细胞病理学专家指出，对于那些更好更干净的标本，仪器筛分起来要容易得多。

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