痰涂片肺癌脱落细胞巴氏染色色度学定量研究

1、    作者：陶金华，申洪，周春辉，陆药丹，邓敏 【摘要】  目的 定量揭示痰涂片中肺癌脱落细胞巴氏染色的色度学特征，筛选对肺癌诊断分类有重要价值的色度学参数。 方法 取痰涂片中正常的柱状上皮细胞、鳞状上皮细胞、组织细胞和肺的鳞癌、腺癌、大细胞癌及小细胞癌细胞，用计算机图像分析技术分别测试上述7类细胞的色度学参数值，包括细胞的红、绿、蓝三基色（Rc、Gc、Bc）及其三基色系数（rc、gc、bc），核的红、绿、蓝三基色（Rn、Gn、Gn）及其三基色系数（rn、gn、bn）。 结果 正常细胞的Rc、Gc、Bc、rc、Rn、Gn、rn均高于

2、癌细胞，bc、bn则低于癌细胞，差异均有统计学意义；在正常细胞中，SqE的Rc、Gc、Rn、Gn、Bc和Bn均为最高， CE的Gc、Rn、Gn、Bc和Bn最小，Rc为HC最小，差异均有统计学意义；在癌细胞中，大细胞癌的Rc、Gc、Rn、Gn、rc、rn均为最高，bc、bn则最低，差异均有统计学意义；上述7类细胞间均有部分参数的差异有统计学意义。 结论 巴氏染色痰涂片中脱落细胞的色度学参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、Bn及rc、rn、gc、gn、bc、bn在不同类型细胞间有显著性差异，这些参数及其差异不但可用于判别鳞癌、腺癌、小细胞癌与大细胞癌细胞的研究，还可用于判别柱状上皮细胞、组织细胞与鳞

3、状上皮细胞以及正常与肺癌细胞的研究。 【关键词】  肺癌； 巴氏染色； 痰涂片； 脱落细胞； 色度学    Abstract: Objective  The aim of this study was to quantitatively reveal the chromatic characteristics of the exfoliative cells of lung cancer in sputum smears stained by Pap test, and to find highly specific paramete

4、rs applied to differentiate and classify the exfoliative cells.  Method  The exfoliative cells include the cells of columnar epithelium, squamous epithelium, histiocytes,  cells of squamous cell carcinoma, adenocarcinoma, small cell carcinoma and large cell carcinoma. T

5、echnique of computer image analysis was applied to test the chromatic parameters, including three primary colors of cell (Rc, Gc, Bc) and their coefficient (rc, gc, bc), three primary colors of nuclear (Rn, Gn, Gn) and their coefficient (rn, gn, bn).  Results  The values of Rc, G

6、c, Bc, rc, Rn, Gn, and rn of the normal groups are higher than those of the lung cancer groups, but the values of bc and bn are lower than those of the lung cancer groups. The values of Rc, Gc, Rn, Gn, Bc and Bn of SqE are the highest in normal groups, but the values of Gc, Rn, Gn, Bc and Bn of CE a

7、re the lowest. The values of Rc, Gc, Bc, Rn, Gn, rc and rn of LCC are the highest in cancer groups, but the values of bc and bn of LCC are the lowest. Statistic test showed significance among different cell groups. Conclusions  Chromatic features of exfoliative cells in sputum smears stain

8、ed by Pap test differ not only between the normal and the lung cancer groups, but also among the normal groups, and among the lung cancer groups. The differences reflect on the parameters Rc, Rn, Gc, Gn, Bc, Bn, rc, rn, gc, gn, bc, bn. These parameters and their variance could be used to classify an

9、d discriminate the exfoliative cells.    Key words: lung cancer; Pap stain; sputum smear; exfoliative cell; chromaticity    肺癌是世界上最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率一直呈上升趋势。据统计其死亡率已居发达国家各类恶性肿瘤之首1。在我国多数大城市，肺癌的发病率和死亡率也居恶性肿瘤的第一位或第二位2。从痰涂片中查找脱落的肺癌细胞是肺癌筛检及病理诊断的重要方法之一。在进行肺癌细胞病理诊断时需要对肺癌细胞进行判别。传统的判别方法是在

10、显微镜下观察和识别肺癌细胞，带有不少主观性，即使是有经验的病理医师也可能会作出假阴性和假阳性的判断，因此有必要对痰涂片中脱落的肺癌细胞进行定量分析和客观判别。    在以往的研究中，我们应用计算机图像分析技术及模式识别技术对巴氏染色痰涂片中肺的角化性鳞癌、非角化性鳞癌和腺癌细胞的胞浆进行了定量测试和分析，结果提示红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色及其红基色系数（r）、绿基色系数（g）、蓝基色系数（b）、色度及色饱和度分析对判别肺的角化性鳞癌、非角化性鳞癌和腺癌细胞有重要价值3,4。然而在对痰涂片肺癌细胞的定量分析和诊断中，不仅需要分析鉴别角化性鳞癌、非角化性鳞癌和腺癌等癌细

11、胞，还需要分析识别各类正常细胞和癌细胞，包括正常柱状上皮细胞、组织细胞、鳞状上皮细胞及鳞癌、腺癌、小细胞癌和大细胞癌细胞。计算机色度学定量分析及模式识别技术对于痰涂片中上述各类细胞的判别是否像鉴别肺的角化性鳞癌与非角化性鳞癌，角化性鳞癌与腺癌那样具有同样的重要价值尚待研究。为此我们借助计算机图像分析技术对巴氏染色痰涂片中脱落的上述各类细胞的色度学特征进行了定量测试和分析。    1  材料与方法    收集南方医院病理科20042005年确诊肺癌患者以及正常人的痰液标本，共计160例。将病例分为正常细胞组和肺癌细胞组，正常细胞组又进一

12、步分为柱状上皮细胞（columnar epithelium cell, CE）、鳞状上皮细胞（squamous epithelium cell, SqE）和组织细胞（histiocyte, HC）三个亚组，每一亚组各20例，每例各取120个细胞；肺癌细胞组根据WHO分类进一步分为鳞状细胞癌（squamous cell carcinoma, SqCa）、腺癌（adenocarcinoma, AD）、小细胞癌（small cell Carcinoma, SCC）和大细胞癌（large cell Carcinoma, LCC）四个亚组，其中SqCa 30例共204个癌细胞、AD 30例共156个癌细

13、胞、SCC 30例共147个癌细胞、LCC 10例共85个癌细胞。    痰液常规涂片，95乙醇固定，巴氏染色后，在安装了数码摄像机（JVC，TKC1481BEC）的光学显微镜（OLYMPUS，BX51TF）40倍物镜下采集痰涂片中上述各类细胞的图像并输入计算机中，正常细胞及肺癌细胞的照片见图1图8。用ImagePro图像分析软件分别测试整个细胞及核的色度学参数。选取的色度学参数有R、G、B及其三基色系数（r、g、b），具体包括细胞与核的红基色（Rc、Rn）、绿基色（Gc、Gn）、蓝基色（Bc、Bn），以及细胞与核的红基色系数（rc、rn）、绿基色系数（gc、gn）和蓝基色

14、系数（bc、bn）。三基色系数的计算公式如下：r=RR+G+B，(1)    g=GR+G+B，(2)    b=BR+G+B.(3)    用SPSS12.0统计软件分别对上述7类细胞之间、正常细胞与肺癌细胞之间、正常细胞组内、肺癌细胞组内的测试结果进行单因素方差分析(ANOVA)和组间两两比较(LSD法)。    2  结果    巴氏染色痰涂片中正常的CE、HC、SqE及SqCa、AD、LCC和SCC的Rc、Gc、Bc、rc、gc、bc及Rn、Gn、Bn、rn、gn、b

15、n的测试及统计分析结果见表19。结果表明：    1. 参数Rc、Rn均为SqE最大，CE、LCC、HC、SCC、SqCa次之，AD最小；参数Gc为SqE最大，HC、SqCa、CE、AD、LCC次之，SCC最小；参数Gn为SqE最大，HC、SqCa、SCC、AD、LCC次之，CE最小；参数Bc为SqE最大，HC、SCC、SqCa、CE、AD次之，LCC最小；参数Bn为SqE最大，LCC、HC、AD、SqCa、SCC次之，CE最小；参数rc、rn均为LCC最大，CE、SqE、HC、SCC、SqCa次之，AD最小；参数gc、gn均为HC最大，SqCa、SqE、AD、SCC、CE

16、次之，LCC最小；参数bc为AD最大，SCC、SqCa、HC、CE、LCC次之，SqE最小；参数bn为AD最大，SCC、SqCa、CE、HC、LCC次之，SqE最小。经单因素方差分析，上述各参数在7类细胞间比较的F值分别为69.00、32.23、64.52、22.98、32.94、7.35、70.57、54.94、48.63、53.24、 29.31、21.57，P值均为0.000，差异均有统计学意义。    2. 正常细胞的Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、rc、rn均高于癌细胞，bc、bn则低于癌细胞，F值分别为169.18、 49.59、123.30、28.55、72.7

17、2、62.75、33.11、67.13、49.48，P值均为0.000，差异均具统计学意义。参数gn在正常细胞与癌细胞间差异的P值为0.072。    3. 在正常细胞中，SqE的Rc、Rn、Gc、Gn、Bc和Bn均为最高， CE的Gc、Rn、Gn、Bc和Bn最小，Rc为HC最小，F值分别为42.62、11.90、292.43、52.36、127.47、27.23，P值均为0.000，差异具统计学意义。rc、rn为CE 最高，SqE 次之，HC最小；gc、gn为HC最高，SqE次之，CE最小；bc、bn为CE最高，HC次之，SqE最小。F值分别为46.428、11.04、5

18、7.34、 217.72、24.87、9.23，P值均为0.000，差异均具统计学意义。    4. 在癌细胞中，LCC的Rc、Rn、Gc、Gn、rc、rn均为最高，bc、bn则最低，F值分别为36.566、37.604、 16.214、6.563、80.657、87.375、24.710、18.907，P值均为0.000，差异均具统计学意义。参数Bn的P值为0.051，Bc在SqCa、AD、LCC与SCC四类癌细胞间的差异均无统计学意义。表1  巴氏染色痰涂片中各组细胞与核的红基色测试结果  3  讨论 

19、;   组织与细胞结构的病理学改变是以一定的形态改变表现出来的，它包括几何结构的改变和颜色特征的变化。计算机中显示的任何一种颜色都是由R、G、B三种基本颜色按照不同的比例构成，每一像素均包含R、G、B三个分量，每一分量都是该图像颜色特征的基本构成因素5，其在RGB总量中的构成比谓三基色系数6。    痰涂片经巴氏染色后，细胞结构的不同或结构发生改变都会表现出颜色的不同。因此我们系统地测试了痰涂片中7类脱落细胞的Rc、Gc、Bc、rc、gc、bc及Rn、Gn、Bn、rn、gn、bn 的12个色度学参数，通过单因素方差分析和组间两两比较，发现大部分参数在不同类型细胞之

20、间的差异都具有统计学意义，提示这些参数对于不同细胞组别间的分类与判别有着重要的价值。表9结果表明：参数Rc、Gc、Gn、Bc、Bn、rc、rn、gc、gn及bn可用于CE与HC间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、Bn、rc、gc、gn及bn可用于CE与SqE间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、rc、rn、gc、gn及bc可用于CE与SqCA间的判别，参数Rc、Rn、rc、rn、gc、gn、bc及bn可用于CE与AD间的判别，参数Rn、rn、gn及bn可用于CE与LCC间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bn、rc、rn、gn、bc及bn可用于CE与SCC间的判别，参数Rc、Rn、G

21、c、Gn、Bc、Bn、rc、rn、gc、gn及bc可用于HC与SqE间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、rc、rn、gn、bc及bn可用于HC与SqCa间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、rc、rn、gc、gn、bc及bn可用于HC与AD间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、rc、rn、gc、gn及bc可用于HC与LCC间的判别，参数Rc、Gc、Gn、Bc、gc、gn、bc及bn可用于HC与SCC间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、Bn、rc、rn、gc、bc及bn可用于SqE与SqCa间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、Bn、rc、rn、gc、bc及bn

22、可用于SqE与AD间的判别，参数Rc、Gc、Gn、Bc、Bn、rc、rn、gc及gn可用于SqE与LCC间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、Bn、rc、rn、gc、gn、bc及bn可用于SqE与SCC间的判别，参数Rc、Gc、Gn、gc、gn、bc及bn可用于SqCa与AD间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、rc、rn、gc、gn、bc及bn可用于SqCa与LCC间的判别，参数Rn、Gc、Bn、rc、rn、gc、gn、bc及bn可用于SqCa与SCC间的判别，参数Rc、Rn、Gc、Gn、Bc、Bn、rc、rn、gc、gn、bc及bn可用于AD与LCC间的判别，参数Rc、Rn、Gc、G

23、n、Bn、rc、rn及gc可用于AD与SCC间的判别，参数Rc、Rn、Bn、rc、rn、gc、gn、bc及bn可用于LCC与SCC间的判别。    根据本文测试及统计学检验结果，我们认为Rc、Gc、Bc、rc、gc、bc及Rn、Gn、Bn、rn、gn、bn不但可用于判别痰涂片中CE、HC、SqE、SqCa、AD、LCC和SCC 7类细胞的研究，可用于判别CE、HC和SqE三类正常细胞的研究，可用于判别SqCa、AD 、LCC和SCC四类肺癌细胞的研究，而且还可用于判别正常细胞与肺癌细胞的研究。如何应用这些参数对上述有关细胞进行判别，我们将在另文中探讨。【参考文献】  1Schottenfeld D. Etiology and epidemiology of lung cancer. In: Pass HI