CellaVision自动化血细胞数字图像分析系统的研究现状

杨 迪, 张 俊, 韦俊杰, 李华玲

(扬州大学医学院, 江苏 扬州, 225009)

在疾病筛查与诊治的过程中，细胞形态学分析是临床实验室必不可少的检测技术，其在血液细胞分析后复检中的应用最为突出。血液细胞分析包括2个阶段，第1个阶段是人工血细胞计数与白细胞镜检分类以及血红蛋白比色测定，使用手动显微镜进行细胞分类计数是形态学诊断的“金标准”，但却是一个费时、费力的过程；第2个阶段是各级临床实验室广泛应用全自动五分类血细胞分析仪，应用全自动五分类血细胞分析仪进行血常规检验前不需要稀释血液标本，可减少检测用品的消耗，降低检测的费用。全自动血细胞五分类分析仪操作简单，能够快速得到结果，但血细胞分析仪也存在缺陷，如无法有效提供红细胞(RBC)、白细胞(WBC)、血小板形态学资料，不能有效分析出非典型性淋巴细胞以及异常细胞[1]。此外，部分工作人员对血细胞分析仪过度依赖，忽视了血细胞形态学检查的重要性。因此，专家呼吁重视细胞形态学检查，并且国际血液学标准化委员会(ISCI)[2]也制定了41条血细胞检测复检规则。

近年来，全自动推片机(以日本SYSMEX公司生产的SP-1000i为代表)和全自动血细胞数字图像系统(以瑞典CellaVision公司生产的CellaVision自动化血细胞数字图像分析系统为代表)相继问世[3]。CellaVision全自动血细胞形态分析仪器包含了2个基本系统: 一个系统是全自动的图像分析系统，可用于浏览、采集、储存和细胞图像的显示；另一个系统是CellaVision组织图像软件，该软件的人工神经网络(ANN)技术(以数学模型模拟神经元活动，是基于模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统)专用于WBC的预分类, RBC的形态学特征预分析。该软件可以同时进行包括骨髓在内的多种类型的组织样本的图像捕获、储存、分析[4]。CellaVision系统可在单个实验室单元内创建一个精简的工作流程，或者在网络中连接多个实验室，在其中可以独立处理和检查所有实验室的细胞图像。

1 CellaVision系统在红细胞检测中的应用

1.1 CellaVision系统在疟疾筛查中的应用

目前，疟疾诊断中的常用技术是疟疾快速诊断测试(RDT)和聚合酶链式反应(PCR)测试。RDT易于使用，可以缩短周转时间，并且能够区分恶性疟原虫和非恶性疟原虫物种，但是其检测方法的灵敏度有限。PCR则存在价格昂贵、被污染的产物易致假阳性、PCR扩增后期出现“平台效应”而难以准确定量[5-6]。此外，RDT和PCR测试都不能反映寄生虫密度。因此，疟疾诊断中微观审查仍然是必要的。CellaVision系统通过CellaVision Advanced RBC应用程序，可在每次外周血涂片上扫描1 500～3 000个 RBC, 对每个RBC进行拍照，识别感染了寄生虫(包括疟疾)的红细胞，并且能够计算感染的RBC的百分比。Yoon J等[7]研究发现，CellaVision系统检测到恶性疟原虫的敏感性高于间日疟原虫，正确诊断的大多数载玻片具有环形滋养体。被恶性疟原虫寄生的红细胞有粗大的紫褐色茂氏点，这有利于CellaVision系统对恶性疟原虫感染的诊断。从总体水平来看，Florin L等[8]研究发现，CellaVision自动检测疟疾的灵敏度较低，疟疾寄生虫经常错误分类为Howell-Jolly体、Pappenheimer体或嗜碱性点状体。原因为: ① 只有在滋养体阶段的红细胞才被软件判定为阳性细胞，感染配子体的红细胞不被软件识别，被误认为白细胞或巨大血小板。② CellaVision系统对血小板聚集RBC照片的分辨率低。CellaVision ARBCA对疟疾寄生虫的诊断筛查存在局限性，用于自动检测疟疾的CellaVision预分类系统需要进一步改进。

1.2 CellaVision系统在网织红细胞计数检测中的应用

研究[9]发现, CellaVision系统联合SP-1000i 全自动推片染色仪可排除因手工推片而造成的血涂片薄厚不均、细胞分布不均匀、煌焦油蓝染色时间长等问题。传统手工显微镜法计数网织红细胞需要在血涂片中抽检1 000个红细胞，CellaVision系统红细胞分析模块所检测分析的红细胞数量大于2 000个，与人工抽样检测相比准确性更好。与LH750全自动血液分析仪相比, CellaVision系统可以避免疟原虫、大血小板、红细胞聚集、冷凝集素或药物等直接干扰，准确性更优。

1.3 CellaVision系统在异常红细胞形态检测中的应用

在异常红细胞形态检测方面，系统扫描并拍摄对应于8个显微视野区域的图片并自动定位单个红细胞，并将每个红细胞分类到对应类别的红细胞形态中。每张血涂片分析的红细胞数量设定为约2 000个。每种红细胞形态分类的结果都是半定量的，以红细胞的百分比来定量，分为4个等级[缺少(-)、罕见(+)、中度()和多()][10]。Criel M等[11]研究发现，该系统在检测一种异常红细胞形态达到中度时就会报警显示阳性，但是结合临床实际考量来看，半定量分界线仍有待进一步精确。CellaVision DM96在检测关键红细胞形态学类别方面(如多核细胞增多、靶细胞、镰刀细胞、球形细胞、椭圆形细胞、卵圆形细胞、泪珠细胞)具有高灵敏性(约80.0%), 通过结合图像结果来手动调整阳性结果，会减少假阴性结果并使诊断标准化[12-13]。

2 CellaVision在体液细胞形态检测中的应用

迄今为止，只有少量的技术手段能够进行体液的分类分析。Sysmex XE-5000等仪器能够通过侧向散射与核酸含量对体液中的有核细胞进行分析。采用流式细胞术或免疫表型分析也可对脑脊液(CSF)等体液标本进行分析，但其具有操作复杂、费用昂贵、耗时较长等缺点，在常规体液细胞形态检查中应用受限。CellaVision体液检测软件通过细胞离心涂片进行分析，对中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞、嗜酸性细胞和嗜碱性细胞进行自动化识别与分类，所有其他细胞归为“其他”。Riedl JA等[14]对CellaVision体液检测软件的预分类准确率、批内精密度、时间效率等进行了研究，与人工镜检相比，CellaVision体液检测软件对除脑脊液以外的其他标本、脑脊液标本以及所有体液标本的总体准确率分别为83.0%、90.0%、86.0%。同时，细胞密度较低的标本会延长人工分析的时间，而细胞密度较高的标本则会延长自动化分析的时间，原因是对于细胞密度较高的标本，系统区分单个细胞以供分类的难度较大。张彦平等[15]研究表明，应用CellaVision体液检测系统检测时，浆膜腔积液中的细胞数目和蛋白含量均会对检测结果产生消极影响。当浆膜腔积液细胞数量过少或者蛋白含量过高时，都会使浆膜腔积液产生凝块，导致CellaVision体液检测系统无法正确识别分类。

总之，在缺乏专业技能的情况下，可以考虑将CellaVision体液检测预分类结果作为初步报告。需要注意的是, CellaVision体液检测系统对嗜酸性粒细胞预分类的准确率较低，考虑与该类型细胞数量在体液标本中含量较少有关。

3 CellaVision系统在白细胞检测中的应用

3.1 CellaVision系统在外周血涂片白细胞常规分析中的应用

CellaVision系统在外周血涂片白细胞样本常规分析中涉及6个常规项目，即杆状核中性粒细胞、分叶核中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞、嗜酸性细胞和嗜碱性细胞。有研究[16-17]比较CellaVision系统预分类的结果与人工显微镜分类计数结果的相关性，发现在6个常规项目的分析中，嗜碱性粒细胞相关性较差, CellaVision系统不能有效检测出嗜碱性粒细胞，其原因是正常血涂片中嗜碱性粒细胞含量少且嗜碱性粒细胞的临床意义只在很少情况下才会具有相关性。CellaVision系统还可对具有临床重要意义的细胞进行监测。国内认同的阳性判断标准为：早幼粒细胞+中性中幼粒细胞>1%，中性晚幼粒细胞>2%, 原始细胞>1%, 异型淋巴细胞>5%, 浆细胞>1%, 100个白细胞中有核红细胞>1个。我们可以采取如下方法来系统地提高阳性预测值: 在刚开始使用系统时，要不断充实参考细胞库内的参考细胞，每类参考细胞数量由最初的10个增加到约50个[18]。CellaVision系统在检测定性异常情况中的敏感性和特异性较高，尤其在儿童群体中, CellaVision系统对母细胞的鉴别具有很好的阳性预测值和敏感性。

3.2 CellaVision系统在恶性血液病细胞形态分析中的应用

准确鉴别急性恶性血液病涉及多个学科，包括免疫分型、细胞遗传学以及分子研究。形态学与细胞化学染色对于急性恶性血液病的诊断与分类是必不可少的[19]。近年来，CellaVision系统在急性髓系白血病、急性淋巴细胞性白血病、骨髓增生异常综合征和B细胞慢性淋巴细胞性白血病的诊断中广泛应用。研究[20]发现，尽管系统得到的原始细胞数量偏低，但经过人工验证后发现，系统结果与显微镜观察结果具有很好的相关性。对于急性髓系白血病，系统能够检出原始细胞，并能鉴别骨髓母细胞和成熟细胞。Eilertsen H等[21]研究表明, CellaVision系统不适用于对急性B淋巴细胞白血病患者进行分析。对于B细胞慢性淋巴细胞增生性疾病患者而言，CellaVision系统能够对异常淋巴细胞进行快捷、准确的筛选，但不能对大颗粒淋巴细胞、双核样淋巴细胞以及毛细胞进行准确分类，因此不能明确地鉴别出确切疾病。任颖佳等[22]研究结果显示, CellaVision系统未能有效识别原始淋巴细胞。CellaVision系统所采集的细胞图像与显微镜下观察到的细胞形态仍存在一定差距，尤其在对细胞核染色质细微结构与质地的显示上, CellaVision系统采集的细胞图像缺乏立体感，清晰度欠佳[23-25]。诊断恶性血液病患者样本中幼稚细胞是困难的，CellaVision系统把幼稚细胞以单个细胞图像的形式展示出来，联网共享，有利于专家、学者的讨论。针对骨髓造血功能下降导致白细胞总数严重减低的标本，需要增加系统检测白细胞的个数，避免具有临床意义的病变细胞漏检[26-27]。

4 CellaVision在血小板检测中的应用

血小板(PLT)计数在弥散性血管内凝血、出血性疾病的筛查诊断中具有重要作用。目前，利用血细胞分析仪检测血小板计数仍占主导地位。当标本中出现红细胞碎片、血液微凝块、血小板聚集、“血小板卫星”现象等异常情况时，血细胞分析仪检测PLT计数会出现假性偏高或减低的情况，而CellaVision系统则可以凭借直观的图像来有效规避这一问题。宋蓓等[24]将115例患者标本的CellaVision DM96、XE-2100血细胞分析仪PLT计数结果与人工镜检结果进行比较发现，采用CellaVision DM96检测PLT计数与人工镜检具有更好的线性相关性，当血细胞分析仪有报警信息提示时，CellaVision DM96与人工镜检PLT计数结果一致性更好。李光友[25]研究显示, CellaVision系统检测血小板聚集的灵敏度为83.3%, 特异度为75.6%，阳性预测值为59.8%, 阴性预测值为91.2%, 说明系统对血小板聚集的判断准确性较好。CellaVision系统也具有局限性，此系统易将染料沉积、破碎细胞甚至小淋巴细胞判断为血小板聚集，在审核时需要特别注意。

综上所述, CellaVision系统在日常检验工作中的意义有: ① 简化实验室人工分类的程序; ② 提高形态学检查报告结果一致性和标准化; ③ 降低特殊样本周转时间。CellaVision系统需要改进的地方: 相关检验师还可将该系统运用到本科教学中[26], 与传统的显微镜下结合图片讲义的教学模式相比, CellaVision系统把特定的细胞与同系细胞进行区别比较，也可以将细胞不同发育阶段的时期特点进行区别比较，有利于培养学生外周血整体判定的思维模式。CellaVision系统存在的不足: ① 在筛查被疟原虫感染的的红细胞时, CellaVision系统对小于0.05%的阳性细胞百分比会四舍五入后报告为0%，因此需要加强对间日疟原虫的筛查、诊断，提高分辨率。② 当白细胞计数非常低时, CellaVision系统无法产生差异计数，需要制备血沉棕黄层才能获得差异计数。