数字切片扫描仪产品主要性能指标的检验方法初探

李佳戈，郝烨，侯晓旭，张艳丽

中国食品药品检定研究院

医疗器械检定所，北京 100050

数字切片扫描仪产品主要性能指标的检验方法初探

李佳戈，郝烨，侯晓旭，张艳丽

中国食品药品检定研究院

医疗器械检定所，北京 100050

数字切片扫描仪产品按照医疗器械进行管理，管理类别为Ⅱ类。本文依据日常检验工作要求，归纳总结出一套现实可行的，针对数字切片扫描仪产品主要性能指标的检验方法，以期规范和指导该类产品的检验。

数字切片；病理切片；扫描仪；显微镜

0 前言

数字切片又称虚拟切片，是将物质的病理切片标本数字化，即将病理切片快速扫描成包含所有组织信息的高分辨率数字图片，实现病理数字阅片。其本质是实现全信息、高清晰、标准化的图像采集。所以又被称为全切片图像（Whole Slide Image，WSI），即全信息数字切片。

传统病理切片容易褪色、损坏，不易保存，在存储和检索方面也有其局限性。数字病理技术的出现使病理阅片摆脱了显微镜的限制，使病理专家可以在办公环境下轻松阅片，并可通过网络浏览远程的全信息数字切片，实现及时、快捷的远程会诊。

在数字切片技术应用方面，目前最为流行的第二代技术是采用类似于办公用扫描仪的方式，将在高倍物镜下采集到的光学图像传送到光电转换器中变为模拟电信号，再将模拟电信号变换成为数字信号，最后将数字信号传送到计算机并合成为完整的图像[1-2]。此种方式扫描图像质量高，无任何拼接痕迹，图像分辨率可达0.23μm/pixel；扫描速度快，1～3 min内即可完成整张切片的扫描。国际主流的数字切片扫描仪产品有匈牙利的3DHistech、美国的Aperio、日本的Hammamatsu等。

在我国依据相关法规要求，数字切片扫描仪产品按照医疗器械进行管理，管理类别为Ⅱ类。众所周知，为了确保医疗器械产品的安全有效，我国实行以检验为基础的医疗器械市场准入制度。对于数字切片扫描仪产品的安全性检验可以依照GB 4793.1-2207[3]、YY 0648-2008[4]标准。而对于其有效性的检验于目前还没有相应的国家/行业标准要求，都是依据企业所提供的方法进行检验，存在着方法不够统一，可溯源性较差的问题。本文依据日常检验工作要求，归纳总结出一套现实可行的数字切片扫描仪产品主要性能指标的检验方法，以期规范和指导该类产品的检验。

1 主要性能指标的确认及检验

根据数字切片扫描仪产品的构成原理及临床使用，其主要性能指标包括：数字图像放大倍数的准确性、最大扫描区域、扫描速度、扫描分辨率。

1.1 数字图像放大倍数准确性的检验方法

由于临床观察诊断的需要，数字切片扫描仪产品一般均具备对原始切片信息的放大扫描功能。常见的放大倍率为20×和40×。

由于数字切片扫描仪产品是对通用的病理切片进行扫描后对所得的数字图像进行存储并通过图像工作站进行调阅的。其扫描对象是粘附有病变组织或脏器薄片的玻璃载玻片。因此，其数字图像放大倍数的准确性可采用下述步骤进行检验：

（1）在空白玻璃载玻片上用普通彩色荧光笔（均可被数字切片扫描仪识别并扫描）及直尺画一条任意长度（以1～3 mm为宜）的直线或间隔为任意宽度的2条直线；

（2）开启被测数字切片扫描仪，装载上述玻片，设置放大倍率（包含1×及设备标称放大倍数）并进行扫描成像；

（3）使用游标卡尺等通用测量工具分别对1×及设备标称放大倍数下的标记直线或2条直线间隔的数字图像长度进行测量并记录结果；

（4）设备放大倍率的实测值=设备标称放大倍数下标记直线或直线间隔的数字图像长度测量值/1×下标记直线或直线间隔的数字图像长度测量值。计算结果与设备标称放大倍率值进行比较即可知数字图像放大倍数的准确性。

1.2 最大扫描区域的检验方法

通用玻璃载玻片的有效尺寸一般为26 mm×56 mm。而常见数字切片扫描仪产品的标称可扫描最大区域一般也在该尺寸附近。可利用的方法如下：

（1）使用极细的彩色荧光笔或利用激光蚀刻后染色的方法，在空白载玻片有效区域的长、宽两边，沿着玻片边缘向内每隔1 mm（彩色荧光笔直接标记）或0.1 mm（激光蚀刻后染色）的距离，连续划5条长度约为1 cm的直线；

（2）开启被测数字切片扫描仪，装载上述玻片设置最大扫描范围并扫描成像；

（3）对所成数字图像进行观察，依据扫描图像边缘所对应的划线刻度读取实际最大扫描区域尺寸。

1.3 扫描速度的检验方法

由于不同品牌产品扫描原理不同，设备的标称扫描速度也不尽相同。常见的要求有：15 mm×15 mm/60 s、3 min/cm2、4.6 mm/s等。为了实现对不同要求的统一规范测量，可利用下述简单物理图形的方法：

（1）使用彩色荧光笔及标准量具，在空白载玻片有效区域画出2个正方形，边长分别为1 cm和1.5 cm；

（2）开启被测数字切片扫描仪，装载上述玻片，根据被测设备的扫描速度要求不同，选择不同的标记图形进行扫描。对于扫描速度要求类似为15 mm×15 mm/60 s的设备可选择边长为1.5 cm的正方形图形进行扫描；对于扫描速度要求类似为3 min/cm2或4.6 mm/s的设备可选择边长为1 cm的正方形图形进行扫描；

（3）开始扫描，使用秒表对设备的扫描过程进行计时并记录完成整个扫描过程的时间，即得到相应的扫描速度的测量值。

1.4 扫描分辨率的检验方法

目前主流的数字切片扫描仪产品的的扫描分辨率一般在0.5μm/pixel以内。可用的检验方法为：

（1）取一标准分辨率板（线对间隔1 mm以内）或使用彩色荧光笔及标准量具在空白载玻片有效区域画出固定间隔（1 mm）的2条直线；

（2）开启被测数字切片扫描仪，装载上述玻片并扫描成像；

（3）通过图形工作站分析得到分辨率板相邻刻线或固定间隔（1 mm）的2条直线间的像素点数N（取最小整数)；

（4）用公式：L/N计算出被测设备的扫描分辨率，其中L为分辨率板相邻刻线之间的距离或固定间隔（1 mm）。

2 主要性能指标检验用标准片的设计与制作

2.1 标准片的设计

综上所述，对于数字切片扫描仪产品的4项主要性能指标检测方法归纳总结，设计“数字切片扫描仪产品主要性能指标检验用标准片”见图1。

由图1可知，对于数字图像放大倍数的准确性、最大扫描区域及扫描分辨率3项性能指标的测量可以利用标准片有效区域中4个边沿的标准间隔（0.1 mm）刻线来完成；而扫描速度则可以通过对标准片有效区域中的2个标准（边长：15 mm及10 mm）正方形的扫描并计时来完成检验。

2.2 标准片的制作

完成了设计，就进入了标准片的制作环节。为了减少误差、增加标准片的可溯源性。同时，由于数字切片扫描仪产品对被扫描玻片上的图形或刻线要求必须透光并与本底有明显色差才能完成对焦并扫描。因此，经过多方论证，为了满足上述要求，首批标准片（图2）采用了电脑设计、光学镀膜技术完成。但在实际使用中，发现相关图形及刻线的颜色及透光性虽然满足要求，但镀膜位置即检验区域有明显反光，造成了被测数字切片扫描仪难以完成对焦或对焦不准，影响了扫描及检验结果。

因此，又对标准片进行了修改：

（1）对其中的刻线部分改用激光蚀刻后染色的方法进行标记；

（2）对两个边长分别为10 mm和15 mm的正方形的标记改用了彩色荧光笔结合标准量具来描画的方法。修改后的标准片经过不同设备的验证，基本满足了日常检测的需要。

3 讨论

上述数字切片扫描仪产品主要性能指标检验用标准片的制作和使用，虽然已经基本满足了日常检测的需要，但仍然存在着几个问题需要进一步解决和完善：

（1）对刻线部分标记的激光蚀刻后染色，目前仍采用荧光笔填涂的方法。由于人为操作手法的不同，相关刻线的边界不清，增加了检验结果的误差；

（2）两个正方形的标记，采用荧光笔结合标准量具来描画的方法，存在一定的人为误差；

（3）标准片中相关刻线及图形均使用彩色荧光笔描画的方法，容易掉色，且不易保存和流转。

4 结论

随着数字病理技术的不断发展，数字切片扫描仪产品也会逐步替代传统的显微镜观察，越来越多地应用于临床，帮助医生快速、准确地诊断疾病，造福患者[5-7]。而为了保证其安全有效，其主要性能指标的检验必不可少，由于缺少可依据的通用标准和规范，本次只是对相关检验方法的初步探索，对存在的不足需要继续解决完善，以期最终能够形成该类产品检验的标准物质加以推广使用。

[1] 吕福东,孔贺利.数字切片的优势及在病理教学中的应用[J].中国医药科学,2013,(23):160-161.

[2] 徐瑲,兰欢,赵宏贤,等.组织学数字切片库的构建与探讨[J].基础医学教育,2012,(7):550-552.

[3] GB4793.1-2007,测量、控制和实验室用电气设备的安全要求,第1部分:通用要求[S].

[4] YY0648-2008,测量、控制和试验室用电气设备的安全要求,第2-101部分:体外诊断（IVD）医用设备的专用要求[S].

[5] 童跃军,卢东生.64排螺旋CT图像质量检测方法的评价[J].中国医疗设备,2013,28(3):67-68.

[6] 危晓莉,姚根有,周韧,等.虚拟显微镜技术在病理学中的应用[J].基础医学与临床,2012,(7):847-849.

[7] 陈俊英,刘再兴,阮金富.便携式仪表数字图像采集与处理技术[J].现代科学仪器,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

国家高技术研究发展计划课题（2011AA02A115）资助。

张艳丽，高级工程师。

通讯作者邮箱：guangjidian@nifdc.org.cn