數字切片掃描儀產品主要性能指標的檢驗方法初探

李佳戈，郝燁，侯曉旭，張艷麗

中國食品藥品檢定研究院

醫療器械檢定所，北京 100050

數字切片掃描儀產品主要性能指標的檢驗方法初探

李佳戈，郝燁，侯曉旭，張艷麗

中國食品藥品檢定研究院

醫療器械檢定所，北京 100050

數字切片掃描儀產品按照醫療器械進行管理，管理類別為Ⅱ類。本文依據日常檢驗工作要求，歸納總結出一套現實可行的，針對數字切片掃描儀產品主要性能指標的檢驗方法，以期規范和指導該類產品的檢驗。

數字切片；病理切片；掃描儀；顯微鏡

0 前言

數字切片又稱虛擬切片，是將物質的病理切片標本數字化，即將病理切片快速掃描成包含所有組織信息的高分辨率數字圖片，實現病理數字閱片。其本質是實現全信息、高清晰、標準化的圖像采集。所以又被稱為全切片圖像（Whole Slide Image，WSI），即全信息數字切片。

傳統病理切片容易褪色、損壞，不易保存，在存儲和檢索方面也有其局限性。數字病理技術的出現使病理閱片擺脫了顯微鏡的限制，使病理專家可以在辦公環境下輕松閱片，并可通過網絡瀏覽遠程的全信息數字切片，實現及時、快捷的遠程會診。

在數字切片技術應用方面，目前最為流行的第二代技術是采用類似于辦公用掃描儀的方式，將在高倍物鏡下采集到的光學圖像傳送到光電轉換器中變為模擬電信號，再將模擬電信號變換成為數字信號，最后將數字信號傳送到計算機并合成為完整的圖像[1-2]。此種方式掃描圖像質量高，無任何拼接痕跡，圖像分辨率可達0.23μm/pixel；掃描速度快，1～3 min內即可完成整張切片的掃描。國際主流的數字切片掃描儀產品有匈牙利的3DHistech、美國的Aperio、日本的Hammamatsu等。

在我國依據相關法規要求，數字切片掃描儀產品按照醫療器械進行管理，管理類別為Ⅱ類。眾所周知，為了確保醫療器械產品的安全有效，我國實行以檢驗為基礎的醫療器械市場準入制度。對于數字切片掃描儀產品的安全性檢驗可以依照GB 4793.1-2207[3]、YY 0648-2008[4]標準。而對于其有效性的檢驗于目前還沒有相應的國家/行業標準要求，都是依據企業所提供的方法進行檢驗，存在著方法不夠統一，可溯源性較差的問題。本文依據日常檢驗工作要求，歸納總結出一套現實可行的數字切片掃描儀產品主要性能指標的檢驗方法，以期規范和指導該類產品的檢驗。

1 主要性能指標的確認及檢驗

根據數字切片掃描儀產品的構成原理及臨床使用，其主要性能指標包括：數字圖像放大倍數的準確性、最大掃描區域、掃描速度、掃描分辨率。

1.1 數字圖像放大倍數準確性的檢驗方法

由于臨床觀察診斷的需要，數字切片掃描儀產品一般均具備對原始切片信息的放大掃描功能。常見的放大倍率為20×和40×。

由于數字切片掃描儀產品是對通用的病理切片進行掃描后對所得的數字圖像進行存儲并通過圖像工作站進行調閱的。其掃描對象是粘附有病變組織或臟器薄片的玻璃載玻片。因此，其數字圖像放大倍數的準確性可采用下述步驟進行檢驗：

（1）在空白玻璃載玻片上用普通彩色熒光筆（均可被數字切片掃描儀識別并掃描）及直尺畫一條任意長度（以1～3 mm為宜）的直線或間隔為任意寬度的2條直線；

（2）開啟被測數字切片掃描儀，裝載上述玻片，設置放大倍率（包含1×及設備標稱放大倍數）并進行掃描成像；

（3）使用游標卡尺等通用測量工具分別對1×及設備標稱放大倍數下的標記直線或2條直線間隔的數字圖像長度進行測量并記錄結果；

（4）設備放大倍率的實測值=設備標稱放大倍數下標記直線或直線間隔的數字圖像長度測量值/1×下標記直線或直線間隔的數字圖像長度測量值。計算結果與設備標稱放大倍率值進行比較即可知數字圖像放大倍數的準確性。

1.2 最大掃描區域的檢驗方法

通用玻璃載玻片的有效尺寸一般為26 mm×56 mm。而常見數字切片掃描儀產品的標稱可掃描最大區域一般也在該尺寸附近。可利用的方法如下：

（1）使用極細的彩色熒光筆或利用激光蝕刻后染色的方法，在空白載玻片有效區域的長、寬兩邊，沿著玻片邊緣向內每隔1 mm（彩色熒光筆直接標記）或0.1 mm（激光蝕刻后染色）的距離，連續劃5條長度約為1 cm的直線；

（2）開啟被測數字切片掃描儀，裝載上述玻片設置最大掃描范圍并掃描成像；

（3）對所成數字圖像進行觀察，依據掃描圖像邊緣所對應的劃線刻度讀取實際最大掃描區域尺寸。

1.3 掃描速度的檢驗方法

由于不同品牌產品掃描原理不同，設備的標稱掃描速度也不盡相同。常見的要求有：15 mm×15 mm/60 s、3 min/cm2、4.6 mm/s等。為了實現對不同要求的統一規范測量，可利用下述簡單物理圖形的方法：

（1）使用彩色熒光筆及標準量具，在空白載玻片有效區域畫出2個正方形，邊長分別為1 cm和1.5 cm；

（2）開啟被測數字切片掃描儀，裝載上述玻片，根據被測設備的掃描速度要求不同，選擇不同的標記圖形進行掃描。對于掃描速度要求類似為15 mm×15 mm/60 s的設備可選擇邊長為1.5 cm的正方形圖形進行掃描；對于掃描速度要求類似為3 min/cm2或4.6 mm/s的設備可選擇邊長為1 cm的正方形圖形進行掃描；

（3）開始掃描，使用秒表對設備的掃描過程進行計時并記錄完成整個掃描過程的時間，即得到相應的掃描速度的測量值。

1.4 掃描分辨率的檢驗方法

目前主流的數字切片掃描儀產品的的掃描分辨率一般在0.5μm/pixel以內。可用的檢驗方法為：

（1）取一標準分辨率板（線對間隔1 mm以內）或使用彩色熒光筆及標準量具在空白載玻片有效區域畫出固定間隔（1 mm）的2條直線；

（2）開啟被測數字切片掃描儀，裝載上述玻片并掃描成像；

（3）通過圖形工作站分析得到分辨率板相鄰刻線或固定間隔（1 mm）的2條直線間的像素點數N（取最小整數)；

（4）用公式：L/N計算出被測設備的掃描分辨率，其中L為分辨率板相鄰刻線之間的距離或固定間隔（1 mm）。

2 主要性能指標檢驗用標準片的設計與制作

2.1 標準片的設計

綜上所述，對于數字切片掃描儀產品的4項主要性能指標檢測方法歸納總結，設計“數字切片掃描儀產品主要性能指標檢驗用標準片”見圖1。

由圖1可知，對于數字圖像放大倍數的準確性、最大掃描區域及掃描分辨率3項性能指標的測量可以利用標準片有效區域中4個邊沿的標準間隔（0.1 mm）刻線來完成；而掃描速度則可以通過對標準片有效區域中的2個標準（邊長：15 mm及10 mm）正方形的掃描并計時來完成檢驗。

2.2 標準片的制作

完成了設計，就進入了標準片的制作環節。為了減少誤差、增加標準片的可溯源性。同時，由于數字切片掃描儀產品對被掃描玻片上的圖形或刻線要求必須透光并與本底有明顯色差才能完成對焦并掃描。因此，經過多方論證，為了滿足上述要求，首批標準片（圖2）采用了電腦設計、光學鍍膜技術完成。但在實際使用中，發現相關圖形及刻線的顏色及透光性雖然滿足要求，但鍍膜位置即檢驗區域有明顯反光，造成了被測數字切片掃描儀難以完成對焦或對焦不準，影響了掃描及檢驗結果。

因此，又對標準片進行了修改：

（1）對其中的刻線部分改用激光蝕刻后染色的方法進行標記；

（2）對兩個邊長分別為10 mm和15 mm的正方形的標記改用了彩色熒光筆結合標準量具來描畫的方法。修改后的標準片經過不同設備的驗證，基本滿足了日常檢測的需要。

3 討論

上述數字切片掃描儀產品主要性能指標檢驗用標準片的制作和使用，雖然已經基本滿足了日常檢測的需要，但仍然存在著幾個問題需要進一步解決和完善：

（1）對刻線部分標記的激光蝕刻后染色，目前仍采用熒光筆填涂的方法。由于人為操作手法的不同，相關刻線的邊界不清，增加了檢驗結果的誤差；

（2）兩個正方形的標記，采用熒光筆結合標準量具來描畫的方法，存在一定的人為誤差；

（3）標準片中相關刻線及圖形均使用彩色熒光筆描畫的方法，容易掉色，且不易保存和流轉。

4 結論

隨著數字病理技術的不斷發展，數字切片掃描儀產品也會逐步替代傳統的顯微鏡觀察，越來越多地應用于臨床，幫助醫生快速、準確地診斷疾病，造福患者[5-7]。而為了保證其安全有效，其主要性能指標的檢驗必不可少，由于缺少可依據的通用標準和規范，本次只是對相關檢驗方法的初步探索，對存在的不足需要繼續解決完善，以期最終能夠形成該類產品檢驗的標準物質加以推廣使用。

[1] 呂福東,孔賀利.數字切片的優勢及在病理教學中的應用[J].中國醫藥科學,2013,(23):160-161.

[2] 徐瑲,蘭歡,趙宏賢,等.組織學數字切片庫的構建與探討[J].基礎醫學教育,2012,(7):550-552.

[3] GB4793.1-2007,測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求,第1部分:通用要求[S].

[4] YY0648-2008,測量、控制和試驗室用電氣設備的安全要求,第2-101部分:體外診斷（IVD）醫用設備的專用要求[S].

[5] 童躍軍,盧東生.64排螺旋CT圖像質量檢測方法的評價[J].中國醫療設備,2013,28(3):67-68.

[6] 危曉莉,姚根有,周韌,等.虛擬顯微鏡技術在病理學中的應用[J].基礎醫學與臨床,2012,(7):847-849.

[7] 陳俊英,劉再興,阮金富.便攜式儀表數字圖像采集與處理技術[J].現代科學儀器,2009,(3):29-30.

Study on Testing Methods for Main Performance Indicators of Digital Slide Scanner

LI Jia-ge, HAO Ye, HOU Xiao-xu, ZHANG Yan-li
Institute for Medical Devices Control, National Institutes for Food and Drug Control, Beijing 100050, China

The management of digital slide scanners which are managed as medical equipment belongs to class Ⅱ. According to daily testing work, this paper summarizes a set of operable testing methods for main performance indicators of digital slide scanners in order to standardize and guide the testing of digital slide scanners.

digital slide; pathological section; scanner; microscope

TP335

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.021

1674-1633(2014)11-0069-03

2014-06-09

國家高技術研究發展計劃課題（2011AA02A115）資助。

張艷麗，高級工程師。

通訊作者郵箱：guangjidian@nifdc.org.cn