移动式胃癌淋巴结分拣分析系统的设计和应用研究

【作 者】 郭方达

宁波市医疗中心李惠利医院 设备科，宁波市，315041

0 引言

胃癌手术标本中解离获取淋巴结的充足数量和详细位置是提供全面淋巴结转移信息最重要的基础。因此，如何在实施规范化胃癌根治性手术的基础上，从胃癌手术切除标本中获取全面而准确的送检淋巴结信息不仅对患者的预后评估及辅助治疗最佳方案的选择十分重要，同时也是体现高质量胃癌根治术不可或缺的佐证，并将为以后胃癌的精准诊治提供详尽的数据基础[1-5]。淋巴结检出数目是决定病理分期准确性及预测患者预后的重要指标：清扫（检出）40枚以上淋巴结的胃癌患者可以获得理想的预后。根据《胃癌根治术标本规范淋巴结送检及操作中国专家共识（2019版）》，对于胃部肿瘤尚未分级的患者，送检淋巴结每增加10枚，患者的5年生存率可提高5.7%～10.9%。淋巴结分拣是整个胃癌根治术流程的重要组成部分。术中或术后立即从新鲜标本上进行淋巴结的分拣工作，实质上是对整个手术清扫范围的详细了解和肯定，根据胃周淋巴结各组别的分布位置进行淋巴结分拣，则可以判断术中淋巴结转移情况（即pN分期）和手术中淋巴结清扫范围是否规范。术中或术后立即由外科医师淋巴结分拣所获得的淋巴结送检数目，明显高于传统的仅由病理科医师从甲醛液浸泡标本上获取的淋巴结数目[6-10]。但手术室空间有限，一般很难为病理切片提供一间独立的房间，目前临床只能通过暂时保存胃癌组织，送去病理科进行淋巴结分拣，这是我国胃癌根治术后患者平均送检淋巴结数目明显低于日韩的原因。

为了能够满足术中胃癌淋巴结分拣工作的需要，同时避免在手术室内分拣组织的禁忌，就需要我们设计一种胃癌淋巴结分拣分析系统，在不影响手术进程的前提下，在手术室外实时快速地对刚刚切除的胃癌淋巴结进行分拣，提高淋巴结的送检数目，从而提高胃癌分期符合率。

1 整体设计

移动式胃癌淋巴结分拣分析系统的工作流程要符合胃癌标本分拣原理，即淋巴结解离获取应采用由远及近和由浅入深的步骤实施。首先平放标本使其幽门侧、贲门切缘侧、小弯侧和大弯侧均与体内位置一致。平铺小弯侧软组织、小网膜、胃左/右血管残留端和腹膜后软组织，完全平铺大弯侧软组织、胃网膜左右血管残留端和大网膜。根据胃癌标本分拣原理，在分拣时需要完整地平铺整个切除胃组织，就需要一个面积较大且平整的分拣台，并且为了能够看清和区分淋巴组织，可以在分拣台下方设计一个亮度可调的光源。分拣完成后可以将淋巴组织放在测量台上，测量淋巴组织大小，在胃癌组织上取下对应的部位放在分类台上，并使用摄像头进行影像保存。同时考虑到医院手术室狭小的手术空间，移动式胃癌淋巴结分拣分析系统在达到使用功能的同时需要尽量减少设备体积，便于日常放置，节约手术空间。淋巴结分拣系统能够实时调用手术患者的术前检查信息和历史病案资料，将从病理系统中抓取淋巴病理切片报告与淋巴结分拣分析系统采集的数据资料共同保存在患者的病案系统中。同时运用5G或医疗网络，实现在各个院区之间的实时数据共享，本系统的优势在于既可以独立存放于一个院区内部单独使用，也可以作为一个院区的淋巴信息数据平台共享到各个院区调阅使用。

2 硬件设计

移动式胃癌淋巴结分拣分析系统将硬件分为4个部分。第1部分是分拣处理部分，它由3个平台组成，分别是淋巴结分拣台、淋巴结尺寸测量台和淋巴结标本分类台。我们将分拣处理部分设计为两层，第一层将整体台面一分为二，左侧为淋巴结尺寸测量台，右侧为淋巴结标本分类台，第二层为淋巴结分拣台。当术中或术后需要用时，将第一层的淋巴结尺寸测量台和淋巴结标本分类台左右拉开，就能看到第二层的淋巴结分拣台，分拣台面为透光的热塑性工程塑料（acrylonitrile butadiene styrene,ABS）材质，台面下方有光线强度调节装置，可以根据临床需要调节背景灯光亮暗。当分拣完成后，可以将第一层的两个台面合拢，与第二层台面重合，达到了在使用时有效面积最大，收拢时占有面积最小的效果。第2部分为淋巴结分拣分析系统的输入输出部分，有摄像头、鼠标、键盘、扫描枪、条码打印机等输入输出设备，用于患者信息、分拣工作信息、影像信息的输入和输出。第3部分为淋巴结标本放置盒贮藏区域，放置用于标本存储的取样盒，内部装有3种规格不同的标本盒，当需要使用时，将患者的病理条码贴在标本盒上，放入淋巴组织便可送入病理中心进行检验。第4部分为主机控制系统，含有微机处理器、无线联网装置、图像显示系统，内装有淋巴结分拣分析系统软件，用于管理患者分拣淋巴结影像资料、后期图像对比、上传病案信息保存等功能。硬件设计方案如图1所示。

图1 移动式胃癌淋巴结分拣分析系统硬件设计Fig.1 Hardware design of mobile gastric cancer lymph nodes sorting and analysis system

3 软件系统设计

软件系统选择使用B/S（Browser/Server）架构体系，B/S架构也称为浏览器/服务器体系结构，由于网络的快速发展，B/S架构的功能越来越强大。这种架构可以进行信息分布式处理，有效降低资源成本，提高设计的系统性能，在处理模式上大大简化了客户端，用户只需安装浏览器即可，而将应用逻辑集中在服务器和中间件上，可以提高数据处理性能，还可以针对多终端使用，如手机、移动平板、笔记本、安卓电视等，访问并使用该系统。

3.1 系统整体构架

（1）系统运行环境，分为3部分：①独立服务器，系统应用在医院内部运行；②阿里云等公卫网服务器，用于大数据收集，完善算法使用；③第三方虚拟主机，鉴于部分医院是租用的第三方运营商服务器，包含①和②的组合使用。

（2）系统数据库：由于数据大部分是多媒体文件，所以使用Mongodb和Es类型数据库，更有利于存储和检索。

（3）系统数据层：结合功能模块，主要分为“患者管理”“科室管理”“标本管理”“系统管理”“算法引擎”以及其他数据接口，如医院内部的医院信息系统（hospital information system,HIS）、医学影像存档与通信系统（picture archiving &communication system,PACS）、实验室信息管理系统（laboratory information management system,LIS）数据等。

（4）系统前端UI：用户使用操作的界面，使用Html和CSS传统的架构，用户操作学习成本低，更利于快速开发。

移动式胃癌淋巴结分拣分析系统构架如图2所示。

图2 移动式胃癌淋巴结分拣分析系统构架Fig.2 Structure of mobile gastric cancer lymph nodes sorting and analysis system

3.2 系统网络构架

移动式胃癌淋巴结分拣分析系统的网络架构如图3所示，淋巴结分拣系统在各个医院收集的数据信息可以通过5G或医疗网络在各个院区之间传输共享，利用大数据的算法引擎，反馈给医院分析结果，这个系统网络的优势在于，前期可以独立存放于医院内部，后期可以拓展到区域化方案。

图3 移动式胃癌淋巴结分拣分析系统网络构架Fig.3 Network architecture of mobile gastric cancer lymph node sorting and analysis system

3.3 系统运行流程

移动式胃癌淋巴结分拣分析系统软件的工作流程如下：当外科手术术中切下胃癌组织后，将含有淋巴的胃癌组织放置于分拣台上，使用分拣分析系统的红外扫描枪扫描患者腕带，分拣软件系统与医院HIS无线连接，在分拣软件系统中自动生成患者基础信息，自动打开对应的基础文件，便可开始分拣工作。调节系统软件控制分拣台下方光源亮度，摄像头拍照或者摄像实时记录测量淋巴大小和形态，存入系统存储单元中，分拣系统自带显示器，可以实时观察淋巴结分拣分析系统记录的图片影像资料，并放大缩小确认图片完整性。确认无误后保存淋巴影像资料，然后从系统软件管理点击病理条码打印，将条码贴在从淋巴标本放置盒贮藏区域取出的标本放置盒上，便可直接送病理检验。相关淋巴影像资料存储在分拣系统中，将淋巴图形分类储存，后期与HIS连接，将抓取病理报告与淋巴资料统一存放，将阳性病理报告的淋巴原始影像资料纳入数据库管理。同时软件系统支持数据统计分析，便于日后患者回访查验和科研教学使用。移动式胃癌淋巴结分拣分析系统软件功能构架如图4所示。

图4 移动式胃癌淋巴结分拣分析系统软件功能构架Fig.4 Software functional structure of mobile gastric cancer lymph nodes sorting and analysis system

为了能够更好地服务临床工作，将胃癌淋巴结分拣系统软件功能构架分为4个模块，分别是患者管理模块、样本管理模块、设备台管理模块以及分析统计模块。

（1）患者管理模块。患者管理模块可以查询胃癌手术患者的各种病历资料，如患者电子病历、CT影像检查图像及结果报告、术前各种检验数据、胃镜检查结果等。

（2）样本管理模块。样本管理模块主要用于查询有关淋巴结样本的相关资料。分拣测量功能主要用于查询淋巴结分拣中实时影像记录胃癌切除组织和分拣下来的淋巴结测量尺寸形态，并放在分类台上影像记录淋巴结位置分类，属于第几站淋巴结等影像图片信息并保存，上传至患者病案记录里；样本分析功能主要用于查看历史保存的胃癌淋巴样本数据，并将后期病理切片后证实为阳性的病理存入分拣分析系统内，方便临床日常查看对比和科研教学使用。

（3）设备台管理模块。设备台管理模块主要控制分拣台灯光、红外扫码设备以及标本盒管理等；分拣台灯光可以直接在软件系统中调节暗亮；控制红外扫码设备扫描条形码读取打印；条码打印机打印病理送检条码；标本盒管理可以实时记录使用掉的标本盒，在系统里查看剩余数量，方便临床及时补充。

（4）分析统计模块。分析统计模块可以根据手术患者年龄、胃癌类型、手术时间、获取淋巴位置等信息分类统计查询相关病案数据，将统计结果导出便于后期查看、回顾及科研教学使用。

4 系统的应用研究

目前在我国医院医疗体系中，外科主刀医生一般只负责胃癌组织的切除，并根据病理中心的病理切片报告结果开展后续治疗，而胃癌组织中的淋巴结分拣分析工作则由病理中心医生负责。外科医生自己分拣新鲜标本上获得的胃癌分期符合率要高于经过中性甲醛液浸泡后标本上获得的，这就是术中或者术后不使用中性甲醛液浸泡标本，马上使用淋巴结分拣分析系统寻找淋巴结的意义所在[11]。

本系统的临床应用研究在我院开展，研究对象选取为2021年度宁波市医疗中心李惠利医院胃肠外科接受胃癌手术患者100例，并将其随机分为两组，每组50例。按照医院原有新鲜组织外科切除甲醛溶液浸泡标本交由病理中心进行淋巴结分拣流程的组别定义为对照组；使用胃淋巴结分拣分析系统在术中和术后进行新鲜组织分拣再移送病理中心处理的组别定义为实验组。采用SPSS 24.0 软件对本次研究数据进行统计分析。计数资料比较采用χ检验；符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，比较采用t检验。以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

临床应用数据统计分析结果，如表1所示。

表1 对照组和实验组淋巴结获取数对比（n）Tab.1 Comparison of number of lymph nodes acquisitions between control group and experimental group

对照组中男35例，女15 例；实验组中男39例，女11例；χ2=0.832，P=0.365，P＞0.05，两组比较差异无统计学意义。对照组年龄32～87岁，平均（65.54±10.68）岁；实验组年龄51～87岁，平均（67.86±8.53）岁；P=0.233，P＞0.05，两组比较差异无统计学意义。说明对照组和实验组在性别和年龄方面都无统计学意义。

对照组和实验组在淋巴结获取数上，两组有比较差异均有统计学意义（P＜0.01）；实验组获取的淋巴结数量明显多于对照组。

由表1可知，在术中和术后使用移动式胃癌淋巴结分拣分析系统，能够帮助临床医生有效地提高胃癌组织的淋巴结分拣数量，获得临床医生想要取得的淋巴结标本用于病理送检，能够更加有效地提高胃癌分期符合率，为患者下一阶段治疗提供更准确的临床数据。移动式胃癌淋巴结分拣分析系统的实际使用，如图5所示。

图5 移动式胃癌淋巴结分拣分析系统的实际使用Fig.5 Practical use of mobile gastric cancer lymphatic sorting and analysis system

5 结论

移动式胃癌淋巴结分拣分析系统的使用替代了原有需要使用手术室专门区域对淋巴结进行分拣的情况，将多种功能直接集成到移动车上，因为体积小、移动方便，可以直接在手术室内完成淋巴结分拣测量及放大显示观察、淋巴结组织影像保存、淋巴结分类放置及后期病例送检、图像对比、病理切片匹配等功能。软件系统实现了与医院HIS、LIS、PACS、电子病历（electronic medical record,EMR）系统的数据互通，开发了患者管理模块、样本管理模块、设备台管理模块、分析统计模块，集成了淋巴结分拣、存储分析、数据图像对比、病理原始资料保存和科研教学等多种功能，在实施规范化胃癌根治性手术的基础上，从胃癌手术切除标本中获取全面而准确的送检淋巴结信息，为以后胃癌的精准诊治提供详尽的数据基础。我院胃肠外科在使用分拣分析系统后，日常分拣工作时间缩短了1/2，提高了分拣效率，降低了分拣遗漏率，为患者后期制订详细精确的术后康复提供了极大的保障。未来将继续在大数据处理方面开发分拣分析系统，在临床使用中不断优化现有的流程和功能，将目前简单的图像对比功能升级到术中临床样本实时跟踪、自动分类对比，并可导入数据模块，人工智能提示临床医生在分拣过程中需要密切关注的一些可能检测阳性的淋巴结位置，提高术中淋巴结清扫的完整性，提高手术患者的术后生存率。通过运用5G或医疗网络系统，本系统可在各个院区使用，临床医生在不同院区即可调用同类患者的术中淋巴组织样本图像和病理切片结果报告，丰富了临床病理研究资料。