数字细胞学DS图像的Z堆栈扫描

为了解决上述细胞学载玻片中细胞分布不均匀和细胞团块的清晰度问题，业内一直在努力，试图通过数字化过程中不同的焦平面分别聚焦扫描，然后将不同焦平面的DS图像叠加形成Z堆栈图像以显示细胞团块的立体结构。Z堆栈扫描是一种高倍放大的Z轴图像叠加扫描技术，由于增加了DS图像的景深，可在一定范围内解决DS图像的上下聚焦问题，从而弥补组织厚度变化和细胞学涂片中的细胞团块所致的图像离焦模糊不清的缺陷。

一般来说，标准扫描模式下产生的DS图像的厚度大约2μm，那么，叠加扫描的次数及每层焦平面的距离就决定了最终Z堆栈叠加所产生的DS图像的总体厚度或者说景深。为了得到细胞团块的最佳立体显示效果，人们对叠加扫描的次数及每层焦平面的距离进行比较研究。Bongaerts等［184］发现，在宫颈液基细胞学制片中，发现Z堆栈叠加7层扫描，每层之间的距离为2μm比相同扫描层次之间相隔1μm的距离更容易被观察者接受。另一项关于宫颈液基细胞学制片的扫描参数研究显示，其结果支持3个平面叠加扫描，每个平面之间的距离为1μm［185］。此前，Mori等［186］在一项基于非妇科液基细胞学的综合研究中发现：每层厚度1.5μm，总共10～15层扫描所产生的15～20μm厚度的DS图像适用于大多数细胞学切片。而且尿路上皮癌的乳头状细胞团块、乳腺或甲状腺抽吸细胞学标本及子宫颈涂片显示不同的最佳厚度。而一项在甲状腺细针穿刺活检（fine needle aspiration，FNA）细胞学涂片扫描的最佳参数研究中发现，总共3层扫描，每层间隔1μm的DS图像具有最高观察者间（inter-observer）的可靠性［187］。

如前所述，与组织学切片所使用的单平面扫描相比，细胞学所必需的多层扫描会创建更大的数字文件。一张TCT（约314 mm2）扫描一个Z堆栈平面所生成的DS图像文件大约为800 MB～1 GB。那么，要扫描7个Z堆栈平面，将得到一个6～8 GB的图像文件。这将会大大增加文件存储的成本和难度。此外，如果DS图像托管在需要在线检查的服务器上，则服务器和诊断端计算机之间的通信负荷也会相应增加，可能导致DS图像在查看时出现延迟或卡顿冻结。(https://www.daowen.com)

为了达到既能显示细胞学中的细胞团块的立体结构，又能尽量减小DS图像的文件大小，人们想出了很多图像处理办法，即所谓的“深度”或“精准”聚焦。一种方法是将多层扫描中可见的微观细节与更小尺寸的数字文件结合起来形成所谓的“深度聚焦”的可能解决方案。在之前引用的研究中，Mori等［186］阐述了他们的“焦点融合”方法即从每一层中提取“最受关注的区域”进行扫描，然后将扫描得到所有的“最受关注的区域”拼接融合构建一个新的单一平面DS图像，其中所有“最受关注的区域”都将处于焦点平面上。欧洲细胞学网站（www.eurocytology.eu）的DS图像数据库也使用了类似的技术。关于这种方法的应用软件的描述可以在www.cytology.cloud找到。而Larhmann等［188］使用了一种不同的方法来达到Z轴多层聚焦的相同目的。这个方法作者称之为“语义焦点分析法”，在对细胞学制备的载玻片进行综合分析后，利用特定的软件识别细胞，并根据每个被检测目标的大小、清晰度和颜色等指标来应用过滤器释放非细胞材料。这个过程为DS图像中的细胞团块创建了一个三维的“主焦点平面”。根据这个“主焦点平面”映射图，扫描仪只选择聚焦细胞的图像，排除模糊的细胞和非细胞成分，从而避免产生大量不必要的数据。最后一种方法是在图像拼接压缩过程中想办法减小DS图像的大小［189］。即采用新的压缩方法，过滤掉在Z堆栈扫描平面之间复制的重复冗余信息，只保存它们之间的不同部分。如同普通视频压缩中所采用的类似原理和方法，即只保存关键帧和它们之间的差异，而不是形成视频的整个图像集合。基于图像的实时聚焦的多平面扫描（双Led照明或倾角传感器等）在细胞学制片扫描中可能发挥更大的作用。

总之，尽管人们在努力使细胞学制片的DS图像不断进行优化，但由于细胞学本身的特殊性，其DS图像无论是在景深和细胞团块的清晰度上，目前基于WSI的DS图像扫描方法仍难以完全满足细胞学标本的大批量临床诊断应用。对于非妇科细胞学的DS图像应用还仅限于小批量的远程会诊和实时动态的ROSE，而妇科液基细胞制片虽然相对平整，DS图像也可以在屏幕上阅读，但是由于细胞量巨大，又缺乏容易辨认的特征性组织学排列方式（或兴趣区），屏幕读片过程费时费力，这种漫长的时间耗费在实际诊断的时效性上难以令人接受。将来基于CPATH的CAPDS在妇科液基细胞学的筛查中可能发挥更大的作用。