CellAVision DM96 自动化数字图像分析系统进行白细胞分类的临床应用

1. CellAVision DM96 自动化数字图像分析系统进行白细胞分类的临床应用

2. 目的 对 CellAVision DM96 自动化数字图像分析系统（ 简称 DM96） 的临床性能进行验证及评价。

3. 方法 1.选取 422 例外周血样本经自动涂片染色后，采用 DM96 进行白细胞分类，运用线性回归方法分析仪器结果与人工镜检结果的相关性； 2.计算基于自带参考细胞库和扩充的参考细胞库DM96 分析软件预分析识别细胞符合率； 3.计算检出率，分析采集 110、210、310、410 个细胞时仪器识别具有重要临床意义细胞的能力； 4.统计仪器分类与人工镜检所花费的时间。

4. 结果 • 1.经过线性回归分析，中性粒细胞和淋巴细胞的仪器分析结果与人工镜检结果相关系数较大（r=0.91 、r= 0.88），而单核细胞的相关系数较小（ r= 0.31）;

5. 2. DM96 分析软件预分析识别早、中、晚幼粒细胞、原始细胞和变异淋巴细胞的符合率从基于自带参考细胞库的 27.56% 、37.96%、41.85%、45.12%、29.76%提高到基于扩充参考细胞库的33.23%、56.86%、48.33%、58.08%、31.25%; 分析 110、210、310、410 个细胞中具有重要临床意义细胞检出率分别为 87.50%、92.65%、94.85%、97.59% ;

6. 3. 人工镜检花费（2.50 ± 0.41）min /例，而仪器分析花费（1.98 ± 0.20）min/例，人工审查确认预分析结果花费（0.91 ± 0.14）min/例；使用初始参考细胞库和扩充参考细胞库分析所需时间分别为（2.01 ± 0.39） 和（2.09 ± 0.54）min /例，而随着系统分析细胞数量增多分析所花费的时间显著延长。

7. 结论 • DM96 对白细胞分类的自动化和标准化具有较好的临床应用价值

8. 前言 • 1. 白细胞分类计数已经发展了 100 多年，至今仍是实验室常用的具有重要临床价值的检查方法。随着各种新的血液分析计数仪器和方法的不断产生，对于正常或仅有细胞数量异常的样本，血液分析仪已能给临床提供足够可靠的结。但对于有形态异常细胞或者原始幼稚细胞的样本，检测结果需依赖于显微镜检查。所以，显微镜检查仍是目前白细胞分类无可替代的经典方法。

9. 2. DM96 自动化数字图像分析系统（ 简称 DM96） 采用与血液分析仪的流式细胞术完全不同的技术，是一种结合传统显微镜检查和现代神经网络技术的新型细胞分析技术，用于血细胞形态分析。该仪器目前在我国临床应用较少，我们对 DM96 临床使用做了评估。

10. DM96的优势 • 1. 仪器能通过标准化的工作辅助人工镜检，筛查异常血涂片，甚至经完善后能够替代人工镜检。 • 2. 其细胞图像完整保存于数据库，有利于满足后期复查、教学等多方面的需求。

11. 一、材料和方法 • 一、材料 1． 样本： 随机选取健康体检的血常规样本 200 例、门诊或住院患者的血常规样本 222 例，共 422 例。包括急慢性炎症、细菌或病毒感染、寄生虫或过敏性疾病、再生障碍性贫血、急慢性白血病及严重贫血患者的外周血样本。 2． 仪器：DM96 3． 试剂：各仪器均使用原装配套试剂（ 日本Sysmex 公司生产） 和质控物； 瑞氏-吉姆萨染液

12. 二、方法 1． 样本准备 样本统一编号，采用 SP-1000i自动化涂片染色仪涂片及染色。整个样本收集和准备的过程应在 4 h 内完成。自动化涂片染色仪采用空气干燥和瑞氏-吉姆萨染色。

13. 2. DM96 工作原理及方法 DM96 由涂片扫描装置和装有CellAVision 血细胞分析软件的计算机组成。外周血涂片装载到该系统后，仪器开始扫描涂片，先在 10 ×物镜下以城垛跟踪方式找到白细胞的单细胞层并锁定，再于 100× 物镜下通过自动对焦进行细胞分割和提取，拍摄数码照片，用基于人工神 经网络系统（ ArtificiAl neutrAl networks，ANN） 的软件进行分析，识别各种白细胞，得到白细胞分类计数的预分析结果。预分析白细胞的数码照片通过电脑显示器展现在操作者面前，操作者可以选择接受或修改结果，通过人工审查后输出 DM96 的最终结果（ 下称“仪器最终结果”） 。 见图1

15. 3．人工镜检 人工镜检由 2 位具备资格的检验人员（ 工作年限超过 15 年，中级或以上技术职称） ，按照美国临床实验室标准化协会（ CLSI）H20-2A规定的方法步骤，分别对同一血涂片在显微镜下分类 100 个白细胞，共分类 200 个细胞 。

16. 4．扩充参考细胞库 经过具备资质的 2 位检验人员讨论确认的典型形态细胞方可加入参考细胞库。

17. 5． 性能评价 （ 1） 仪器最终结果与人工镜检结果的相关性； （ 2） 基于自带参考细胞库和扩充的参考细胞库的 DM96 预分析识别细胞的能力； （ 3） 增加分析细胞数量后 DM96 识别具有临床重要意义细胞的能力； （ 4） DM96 分析所需时间的统计。

18. 三、统计学方法 统计分析采用 Excel （ Microsoft Office 2010，Microsoft Inc．.Redmond，US） 和 SPSS（ SPSS 18． 0，SPSS Inc．.IBM，Chicago，US） 软件。计量资料采用 x±s 表示。人工结果与仪器结果的相关性采用线性回归分析，预分析识别细胞能力采用符合率 （ 人工同意 DM96 预分析结果的细胞数 /预分析细胞数）.DM96 对具有重要临床意义细胞的检出能力采用检出率（ 人工镜检阳性且 DM96 结果也为阳性样本数 /人工镜检阳性样本数） 、漏检率（ 人工镜检阳性而 DM96 结果为阴性样本数 /人工镜检阳性样本数） 等指标。采用双侧检验，P＜ 0.05表示差异有统计学意义。

19. 四、结 果 一、仪器最终结果与人工镜检结果的相关性 将 422 例仪器分类最终结果与人工镜检分类结果进行相关分析和线性回归分析，结果见图 .其中中性粒细胞和淋巴细胞的相关系数较大（ r=0.91 r= 0.88，P <0.01） ，而单核细胞的相关系数较小（ r=0.31，P<0.01）. 见图2

21. 二、基于自带和扩充的参考细胞库的 DM96预分析识别细胞能力 在使用自带参考细胞库对 200 名健康体检者和 222 例患者样本进行预分析后，检验人员审查所有细胞数字图片，人工同意预分析结果的比例见表 1，总的符合率为88.38% ，其中淋巴细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和有核红细胞的预分析符合率均在 90% 以上，中性粒细胞和单核细胞的预分析符合率也较高（＞70%），原始、幼稚阶段粒细胞及变异淋巴细胞的预分析符合率较低（＜50%）。该仪器在本室运行期间，发现采用初始细胞库的预分析结果不能满足我室的工作需要，尤其是对一些具有重要临床意义的细胞。结合我室临床标本的实际情况，我们在使用的最初 3 ～ 4 个月里，不断充实参考细胞库内的参考细胞，目前的每类参考细胞数量由最初的约 10 个增加到目前的30 ～ 80 个.

22. 新加入的细胞主要为幼稚和原始细胞。之后，我们采用新的参考细胞库对 222 例患者样本进行分析，其识别具有重要临床意义细胞的能力见表 2。与使用初始参考细胞库相比，幼稚粒细胞、原始细胞和变异淋巴细胞的分析符合率均有一定程度的提高。 其中主要分类错误的细胞为： 将单核细胞分类为早幼粒细胞 81 个； 将中性中幼粒细胞分类为早幼粒细胞 53 个； 将中性分叶核细胞分类为中性晚幼粒细胞 35 个； 将单核细胞分类为中性晚幼粒细胞 35 个； 将早幼粒细胞分类为原始细胞 177 个； 将中性晚幼粒细胞分类为原始细胞 101 个； 将淋巴细胞分类为变异淋巴细胞 68 个

23. 表 1基于自带参考细胞库 DM96 预分析识别细胞能力

24. 表 2基于扩充的参考细胞库 DM96预分析识别细胞能力

25. 三、增加分析细胞数量后 DM96 识别具有临床重要意义细胞的能力 我们测试了 DM96 识别具有临床重要意义细胞的能力。具有重要临床意义细胞的阳性判断标准为： 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% 、变异淋巴细胞>5% 、浆细胞>1% 、有核红细胞>1/100 个白细胞。将人工镜检作为参 考 方 法，每个标本分析110 个白细胞时，222 例患者样本中，异常样本检出 119 例，漏检 17 例，检出率为 87.50% ，漏检率为 12.50% 。进一步查找漏检的原因，17 例样本中，11 例仅有 2.5% ～ 3.5% 的中性晚幼粒细胞，且均为感染病例；4例有核红细胞 <1个/100个白细胞； 2例将原始细胞错误的划分到变异淋巴细胞，且 比 例<1% 。而分析细胞数量为210、310、410 个时，漏检的样本数量分别为10、7、4个，检出率为 92.65% 、94.85% 、97.59% 。

26. 四、仪器分析花费时间分析 人工镜检花费（ 2.50 ± 0.41）min /例，而仪器分析（ 从将血涂片装载入仪器开始至预分析完成为止） 花费（ 1.98 ± 0.20）min /例，人工审查确认预分析结果花费（ 0.91 ± 0.14）min /例，大大节省检验师所花费的时间。使用初始参考细胞库和扩充的参考细胞库分析花费的时间分别为（2.01 ±0.39） 和 （2.09 ± 0.54） min /例。而 完 成 分 析110、210、310、410 个 白 细 胞 花 费 的 时 间 分 别 为1.98、3.09、4.15、4.68min /例，时间随着分析的细胞数的增加而显著延长。

27. 五、讨 论 • DM96 使用标准化分析程序，对于分析的区域和路径都预先做好了设定，降低了分析区域不同造成的误差。同时，DM96 预分析后所有细胞图像按照预分析结果排列于屏幕上，因此检验人员可以很快确认或对其中认为分析结果有误的细胞重新分类。1977 年美国病理学家协会（ CAP） 组织进行的白细胞分类研究比较, DM96 对淋巴细胞、嗜酸性分叶核细胞的分类能力比人工分类的能力高或相当，其他类型细胞则稍差。 • 将仪器分析的最终结果与检验人员直接在显微镜下的分类结果相比较，两者的回归系数在不同类细胞间差距很大（ 0.3 ～ 0.9） ，在外周血片中出现频率低的细胞（ 单核细胞） 相关性较差，在中性分叶核粒细胞、嗜碱性分叶核细胞和淋巴细胞中较高。

28. 在 DM96 临床应用中发现，参考细胞库的容量会影响细胞预分析结果的符合率。在使用扩充的参考细胞库预分析时，具有重要临床意义细胞的分析符合率较使用初始参考细胞库时有明显的提高。由此提示，在实际工作中需要不断完善参考细胞库以提高预分析结果的符合率。在实际工作中，识别样本出现具有临床重要意义的细胞，是各种分类方法可靠性的决定性因素之一,如何提高检出率、降低漏检率的发生是各种方法着力探讨的问题之一。

29. 经过试验证实，增加 DM96 分类的细胞数量可以有效地减少漏检的发生，但是并不是无限的增大细胞后漏检就能完全避免。我们发现当分类的白细胞由 110个增加到 410 个，具有重要临床意义的细胞漏检率明显降低（ 由 12.5 % 降低到 2.41% ） ，而仪器分类 的 时 间 明 显 延 长 （ 由 2.89 min /例 延 长 到 5.59 min /例） 。这 一 点 提 示 在 临 床 使 用 DM96时，应该根据患者的情况对系统的参数做出调整，如遇到高危科室，如血液科患者时，应当适当增加分类细胞的数量，以期提高检出率，避免漏检。

30. 目前 DM96 在国内应用较少，多数使用过的检验人员认为该仪器拍摄的细胞图像与显微镜下直接观察到的细胞形态有一定差别，如 DM96 拍摄的单核细胞图像较显微镜直接观察到的细胞颗粒更明显，而胞核折叠感欠显著等，这些差别使得检验人员在初次使用该仪器时判断细胞分类有一定困难。这可能是造成预分析符合率不尽如人意的原因之一。因此，检验人员在熟悉 DM96 拍摄的细胞图像形态特征后可进一步提高预分析符合率。 • 另外在实践时间上，人工镜检花费时间是使用DM96 花费人工时间的近 3 倍。使用 DM96 时，在血涂片装载好后仪器即开始自动预分析，此段时间内，检验人员可以离开进行其他工作。待其预分析完毕后，检验人员可以在荧幕上快速对仪器已初步分类的结果进行核对和纠正。对于非急诊的样本，可以集中审查复片结果，从而大大节省了检验人员花费的时间，提高了员工的工作效率。

31. 综上所述，DM96 作为一种图像分类系统，其分类原理更接近于人工直接镜检的方法。对于外周血中数量和百分比高的细胞具有良好的辨识度，其分类结果与人工分类相关性良好。虽然目前 DM96 仍然与预期有差距，但是经过参考细胞库的完善和分类细胞数的调整可以进一步提高预分析的符合率和具有重要临床意义细胞的检出率。 • 因此，我们认为 DM96 在白细胞分类自动化和标准化上具有较好的临床应用价值。由于单个实验室的样本及本次研究时间有限，尽管已经进行扩展，所应用的参考细胞库仍存在局限性，因此多中心联合共享和丰富细胞库在未来的应用中十分必要。