级临床病理学专业定量病理学要点

南方医科大学病理学系申

量

病理学第一节

定量病理学的基本概念定义:用各种定量手段和分析方法在定性研究的基础上进一步定量地阐明疾病的病

因

、发病机制

、发生发展规律及病变的形

态

、机能和代谢特征的一

门科学

，

是传统

病理学学科的进一步发展

、完善和补充

。

其研究的核心内容是从大体

、

显微

、超微

、

免疫病理和分子病理等水平阐明病变的

定量特征。

定量病理学的最大特征就是对病理学的内容进行定量测试和分析,在

此基础上给出定量研究的结论。

第二节

建立和发展定量病理学的意义1、准确阐明各病因在发病中的作用大小;2、揭示或进一步证实发病机理;3、准确地反应病变特点及其与诊断、机能和代谢的关系

，

建立定量诊断分类系统和预后判断系统;4、从各水平上发展和完善病理学。

“我们应当从这里得出一条经验

，

就是不要

被假象所迷惑

。……一切事物

，

它的现象同它

的本质之间是有矛盾的

。人们必须通过对现象

的分析和研究

，

才能了解到事物的本质

，

因此

需要有科学

。不然

，

用直觉一看就看出本质来,还要科学干什么？还要研究干什么？所以要

研究

，

就是因为现象同本质之间有矛盾

。但假

象跟一般现象有区别

，

因为它是假象

。”（毛

泽东)病变定量的优点:客观性强重复性好准确度高平面结构测试（二维)体视学测试（三维)光密度测试色彩测试分子量

、分子片段统计分析人工智能模糊数学三维重建第三节

定量病理学的研究方法定量分析定量测试一

、定量测试方法（

一)图像分析仪：

平面几何结构

，

浓度信息（二)流式细胞仪：

荧光图像（三)激光共聚焦显微镜：

荧光图像（四)数字化仪：

平面几何结构（五)求积仪：

平面几何结构（六)手工测试：

平面几何结构

，

三维立体结构摄像机

、数码相机扫描仪显微结构宏观结构计算机图像分析系统参数选择结果输出标

定测

试1.

图像分析仪照

片图像分割图像分割测

试结果输出随机获取图像二值化计

数描绘图像轮廓数字化仪计

算

机结果输出2.数字化仪3.求积仪描绘图像轮廓计算结果读数计点数

、计交点

数粒子

、测长度平面及三维结构定量结果公式计算网格测试系统+

图象4.手工测试5.三维结构重建

1连续切片或断层摄像

、

光切片

、

磨片三维组织或器官

图像配准结构重建中文大學率先完成全

球最精密立體虛擬人數據集來自18,200片橫向薄片的數碼圖

像,每片厚0.1毫米二

、

图象定量分析参数几何参数光度学参数特化参数密度参数尺寸参数

形状参数

数量参数

分布参数

其他参数几何参数二维三维基本参数体积密度（VV)表面积密度（SV)长度密度（LV)曲度密度（KV)数密度（NV)、面数密度密度参数:单位参照量中X相的某物理量的多少

，

反映X相某一物理的相

对含量尺寸参数:定量描述X相形状结构的大小体积表面积长轴和短轴长轴相垂卡规直径等效球直径弦长

、截距feret直径

尺寸参数包括：粒子的平均直径（D)平均体积（v)器官体积（V0)平均截距（l0)屏障厚度（t)形状参数：

定量描述粒子的形状

，

包括：粒子的表面积与体积比（RSV)轴比（Rab)球度（S.g)平均曲度（K)平均表面积（S)4πA2FormPE=圆=1,不规则形

、椭圆＜1C2C2(圆度)=圆=1,不规则形

、椭圆＞11.046πA24AFormAR=圆和椭圆=1,不规则形＜1πdmax·dminA[3(d1+d2)-2√d1d2]RFF=圆和椭圆=1,不规则＜1d1d2CBx-BX┻边凹度=凸面形=0,凹面形＞0BX┻CFII=圆形=1,不规则形＞1√4πAAX┻-Ax面凹度=凸面形=0,凹面形＞0AX┻∑PX┻-∑Px体凹度=凸面体=0,凹面体＞0∑PX┻∑IX-∑Ix┻表凹度=凸面体=0,凹面体＞0∑IX┻6Vv·√πNv体球度=球粒子=1,非球粒子＜1√Sv3Vv-Vv*FF3,costar=凸面体=0,凹面体＞0Vv3√36πNv·Vv2面球度=球粒子=1,非球粒子＜1Sv如细胞中线

粒体的数量面数密度线参照数密度数密度相对数量参数数量参数:定量描述粒子数量的多少绝对数量参数:核浆比腺体间质比核沟深度指数核沟对称指数拓朴学参数:面积比数量比

长度比位置参数:定量描述待测结构的位置绝对偏心度相对偏心度偏心度重心{分布参数包括：粒子间的平均自由程(λ)粒子平均中心距离（z)粒子分散度（CλZ)最近邻距离(△3)粒子分布均匀度

尺寸分布其它参数总体积（VX)总表面积（SX)粒子总数（NX)总长度（LX)平面几何参数尺寸参数:面积

、周长

、长径

、短径形状参数:FormPE,FormAR,规化形状因子

数量参数:核分裂

、细胞

、核

、核仁数等密度参数:面积密度

、面数密度分布参数:二维粒子分布均匀度等其他参数:凸闭包面积

、

凸闭包周长

、

弦长、截距

、feret直径

、等效直径、长轴相垂卡规直径、灰度吸光度图像纹理色度学参数光度学参数灰度：

用于定量描述非彩色图像（灰度图像)从白色到黑色之间颜色深浅的指标

，

以2n来

表示灰度分级的大小

，

如：2n＝256，

以具

体的灰度级作为灰度值。

设定方法：(1)白=0，

黑=最大值(如256)(2)黑=0，

白=最大值(如256)（标准设定)积分灰度:为所测结构范围内各像素灰度之和IG=∑Gi综合反映所测结构的灰度与面积的变化灰度级色度学参数:色度饱和度亮度三基色:R、G、B三基色系色（r、g、b)为R、G、B所占的百分比DNA倍体阳性单位:免疫组化和分子病理学定量细胞增生指数特化参数积分光密度（积分吸光度)：IOD=∑ODpixeli=∑[log(Io/Ib)]pixel指一定范围内（如所测范围)各像素光密度值之和光密度（吸光度)：OD=log(Io/Ib)Io入射光Ib透射光溶

液DNA指数(DI)：

用于反映DNA的倍体改变受检细胞中核DNA的积分光密度DI=标准二倍体细胞中核DNA的积分光密度S期细胞分数（SPF)：

反映S期状况SSPF=×100G0，G1+S+G2+M细胞增殖指数（PIa):S+G2+MPIa=×100G0，G1+S+G2+M阳性单位（PU)u概念：

将排除了切片或涂片本底因素后的纯免疫组化反应程度按照灰度图

像分为0（

白)到100（黑)个等级,每一等级定义为一个阳性单位。u用于定量表达免疫组化阳性反应程度u阈值：0－100阳性单位（PU)计算公式│Gα-Gβ│PU=×100Gmax│GA-Gβ│PU=×100AAα·Gmax│Gα-GA│PU=×100AAβ·Gmax阳性单位测试方法阳性的判断标准u阳

性:待测PU>阴性对照PU<阳性对照PUu阴

性:待测PU≤阴性对照PU<阳性对照PUu假阴性:待测PU≤阴性对照PU≥阳性对照PUu假阳性:待测PU>阴性对照PU≥阳性对照PUu

1.不宜复染u2.在切片下直接测试u3.

阳性单位不等于阳性u4.组织化学

、细胞化学及原位分子杂交

结果同样可通过测试阳性单位来表达阳性单位测试与分析的注意事项第四节图像定量分析在病理学中的应用一

、在肿瘤病理学中的应用（

一)在肿瘤发生发展方面1.大肠癌的发生发展模式：腺瘤→腺癌。2.良性病变演变为恶性病变（Tawfik)舌角化病→恶变→恶性舌角化病Vv<VvSv<Sv3.子宫内膜增生过长与子宫内膜癌(Collan)标准差F=-7.3+1.24核长轴均值-3×

核长轴当F＜0

×癌

F＞0癌准确度:83%（二)在肿瘤病理诊断

、分类

、分型方面由测试结构参数在不同肿瘤间的差异程度发展到建立诊断和鉴别诊断公式。

1．

用于病理诊断Giangaspero：logistic回归法颅内多形性胶质母细胞瘤与转移癌的鉴别诊断Pr(GBM)=[1+e-(37.532-0.116×MNA-44.166PE)]-1MNA：

核平均面积PE：

形状因子Pr(GBM)＞50%：

转移癌Pr(GBM)＜50%：

多形性胶质母细胞瘤Tosi结核与肉样瘤病的鉴别:病

变nFormPE＞0.7FormPE＜0.7肉样瘤病15150结

核18018诊断公式和诊断标准Q=(0.0554IN+0.0159IR+0.228ID-0.0296IC+0.1243)·rQ＜1.30，

正常移行细胞1.30≤Q＜2.00，

结构不良的移行细胞Q≥2.00，

癌细胞（移行细胞癌)灵敏度：

结构不良细胞为96.14%，

癌细胞为65.43%特异度：95.36%癌细胞误诊率：0.34%癌细胞漏诊率：35.47%正常细胞预告值：96.86判别函数Y(KSCC)＝－389.0434＋898.3336×r＋1226.211×b+0.2433×H＋1.5261×SY(NKSCC)＝－344.1804＋835.0716×r＋1160.789×b+0.3234×H＋1.3218×SY(KSCC)＝－2310560＋4621699×r＋4623887×g+4618208×b＋3.2411×H－2.4638×SY(ACC)＝－2311380＋4622482×r＋4624784×g+4619015×b＋3.2927×H－2.7468×SKSSC-NKSCCAc=95.39%KSCC-ACCAc=97.1%NKSCC-ACCAc=67.6%大肠肿瘤性腺瘤

、腺癌分类纲目柱状细胞性管状腺瘤柱状细胞性腺瘤柱状细胞性绒毛状腺瘤柱状细胞性管状绒毛状腺瘤杯状细胞性管状腺瘤腺瘤杯状细胞性腺瘤杯状细胞性绒毛状腺瘤杯状细胞性管状绒毛状腺瘤混合细胞性管状腺瘤柱状杯状细胞混合性腺瘤混合细胞性绒毛状腺瘤混合细胞性管状绒毛状腺瘤高分化柱状细胞性腺癌柱状细胞性腺癌

中分化柱状细胞性腺癌低分化柱状细胞性腺癌粘液癌腺癌杯状细胞性腺癌印戒细胞癌混合细胞性高分化腺癌柱状杯状细胞混合性腺癌混合细胞性中分化腺癌混合细胞性低分化腺癌（三)用于肿瘤转移和复发的的分析1．

用于肿瘤转移的分析Thunnissen肺癌与淋巴结转移的数学模型F=3.86-1.03×肿瘤大小-0.07×核平均面积当F＜0.0时

，

淋巴结转移阳性

，Ac=80%F＞0.0时

，

只存在淋巴结转移的低度危险性Ac=94%2．

用于肿瘤复发的研究Ruiter动脉瘤样骨囊肿核分裂指数为0-6，

复发率为6.7%核分裂指数≥7复发率为43.3%（四)在肿瘤预后判断方面Collan乳腺癌预后指数PI=0.2604D+0.9411LNS+0.9170DNAP+0.0166MAID：

乳腺癌直径LNS：

淋巴结状态

，

阴性为1，

阳性为2DNAP：

二倍体为1，

异倍体为2MAI：

核分裂指数Ac=83%Baak等通过对217例乳腺癌的定量研究,建立了多变量(核分裂指数MAI、肿瘤大小LP、淋巴结状态TS)预后判断指数(MPI)，

即：MPI=0.3341MAI1/2+0.2342TS(cm)-0.7654LP阴性：LP=1阳性：LP=2MPI值越大,患者预后越差当MPI<0.60时,十年生存率为88%当MPI>0.60时,十年生存率为46%Srensen的研究：恶性黑色素瘤核的体积权重平均体积(MNV)与预后的关系

，

结果表明：当MNV<200mm3时

，

十年生存率为89.5%当MNV>200mm3时

，

十年生存率为37.5%二

、

图像定量分析在病理学其他方面的应用1．

在免疫组化和分子病理学中的应用申洪等阳性单位对胸水腺癌细胞的EMA染色进行了定量分析PU值随阳性反应强度增大而增大判断阳性的灵敏度为94.2%，

特异度为100%p5331%17%31%39%Rb11%30%36%14% p53与Rb的表达具有相关性（P=0.02)Rb与MIB1具有相关性（P=0.009)p53与MIB1不相关（P=0.009)Emanuel

sA外阴鳞癌p53与Rb表达的关系Score1Score2

Score3

Score42.用于细胞凋亡研究彭瑞云

、王德文等数密度

、面数密度探针60Coγ剂量与骨髓造血细胞凋亡的关系呈正相关细胞密度

形状因子

面积

周长

长径正常组↑↑↓

→↓

→↓

→原发性闭角型青光眼↓↓↑↑↑原发性开角型表光眼↓↓→→→3.在眼科病理学方面的应用角膜内皮细胞的定量分析4.在军事病理学中应用王德文等体视学参数高速高能投射物致伤量效关系阐明高速火器直接损伤与投射物质量

、速度和形状的关系第五节

定量病理学现状及展望一

、总体状况Baak的实验室:常规欧洲定量病理学诊断专业委员会(1984)国际诊断定量病理学专业委员会研究内容:肿瘤定量病理诊断和预后判断仪器的发展:图像分析仪二

、存在问题与发展处于发展初期理论研究工作薄弱应用研究内容有待拓宽肿瘤定量病理诊断解决参数分布重叠开发新的参数多因素分析第六节

病理学定量研究中应注意的问题1.设计在先

、测试在后2.仪器测试不能取代体视学的测试设计注意仪器