Page 206 - 《软件学报》2021年第5期

1430 Journal of Software 软件学报 Vol.32, No.5, May 2021

1.2 肿瘤的组织学分级
肿瘤分级 [33] 反映了在组织结构和细胞形态上肿瘤组织与正常组织细胞不同程度的形态差异,可用来判断
组织是否癌变.目前,许多类型肿瘤的组织学分级与患者预后的关系已经引起病理学家的重视,包括:
(1) 乳腺癌组织学分级:乳腺癌病理组织形态较为复杂,类型众多,且在同一块癌组织甚至同一张切片中,往
往存在两种以上类型.因此,临床实践需要结合病理类型进行组织学分级.一般而言,乳腺癌组织学分级主要从 3
个方面进行评估:腺管形成的程度、细胞核的多形性以及细胞核分裂计数.
(2) 前列腺癌组织学分级:在前列腺癌的组织学分级中,Gleason 评分系统根据前列腺组织的细胞、腺体等
结构的形态特征,将前列腺癌分为 5 个等级,等级越高,恶性程度越高,预后也就越不理想.
(3) 结肠直肠癌组织学分级:大多数的结肠直肠癌是腺癌,其组织学分级建议采用 4 级分类法,与组织学分
型高、中、低和未分化相对应.
(4) 胃腺癌组织学分级:消化道是腺癌主要的发生部位,根据形态特征及参照 WHO 标准,通常把胃腺癌分
为高、中、低分化这 3 个等级.
(5) 肝细胞癌组织学分级:肿瘤细胞具有肝细胞的基本形态特征,呈索状或团块状排列.按肿瘤细胞的异型
性及其组织结构,肝细胞癌分为 I 级(高分化)、II 级(中分化)、III 级(低分化)和 IV 级(未分化)这 4 个级别.
(6) 肾细胞癌组织学分级:肾细胞癌的组织学分级采用适合临床实际应用的 Fuhrman 细胞核分级标准.核
分级对于透明细胞性肾细胞癌而言,是除临床分期外最重要的预后指标,该标准根据细胞核的大小、轮廓和核
仁的特点,将肾细胞癌分为 4 级.
(7) 膀胱癌组织学分级:膀胱癌的复发、浸润与组织学分级密切相关.尿路上皮癌的形态学分级方案有多种,
基本原则建立在细胞形态上,并兼顾结构和浸润状态,但在浸润性癌中较为强调分期和组织学变型,缺乏组织学
分级标准;而在非浸润性癌组织学分级标准,则采用 WHO 分类的分级标准.

2 病理图像特点与分割挑战

迄今为止,研究者主要针对计算机断层扫描(computer tomography,简称 CT)、核磁共振(magnetic resonance
image,简称 MRI)、正电子发射断层扫描(positron emission tomography,简称 PET)、X 射线、超声、各种显微镜
等不同成像原理的医学图像分析任务开展了一系列的深度学习研究工作.CT 图像不能提供清晰的软组织和病
灶影像,精确分割软组织器官和肿瘤 CT 图像十分困难.MRI 能够更好地可视化肿瘤和正常软组织器官,但不能
提供骨性组织解剖结构影像,组织器官之间的空隙容易导致伪影,且难以校正.PET 图像通常缺乏组织器官的解
剖结构影像,且其空间分辨率远低于 CT 和 MRI.X 射线图像中各组织器官和病灶信息重叠,自动识别比较困难.
而超声图像常用来鉴别胎儿发育是否正常,判断内脏器官的形态是否有异常,确定病灶范围和物理性质.
相比之下,数字病理图像具有独特的微观结构特征,包括组织基元部分成像、高密度分布、重叠粘连和噪
声等.其中,组织基元部分成像受着色、切割均匀度、切片厚度和重叠程度的影响,而缺失部分不仅出现在边缘
附近,也可能发生在目标中心附近;组织基元高密度分布和噪声也会导致分割性能受到限制,从而出现过检测、
漏检测和误检测等突出问题;另外,由于染剂的不均匀吸收,组织基元内外会有灰度(或颜色)和纹理差异,从而降
低了目标前景和图像背景间的对比度,使其边缘模糊,导致过分割;与体外培养的正常基元不同,恶性肿瘤基元
的接触抑制特性降低或丧失,导致其重叠生长和异质性.基元间的重叠度越高,对比度就越低,遮挡边缘就越难
察觉,从而导致欠分割.病理图像特征提取通常需要显微学专家认真的分析和严格的理论推导,面对如今表观多
样性、染质不均匀、背景结构复杂的数字病理图像,相应的图像分析工作难度陡增,有限的专家资源远不能满
足对其进行有效特征提取的需求.
不同类型的病理图像呈现出在特定环境下不同形态的颗粒状、管状结构.正常情况下,腺通常由形成内部
管状结构的管腔区域和细胞质周围的上皮细胞核构成,如图 1 所示.相比之下,由腺上皮引起的恶性肿瘤,即腺
癌,会使腺的形态呈现出不规则的退化表现,例如乳腺癌、前列腺癌、结肠癌等.个体细胞分割具有如下挑战:一
方面,对于病理状态(例如增生或某种癌症亚型)图像而言,由于细胞核增大,并呈现染质浓集贴边,即核內染质较