一种细胞综合检测方法
技术领域
本发明涉及细胞形态学分析和DNA定量分析方法,具体是一种结合了定性和定量分析的细胞综合检测方法。
技术背景
近一个世纪以来,随着医学的发展,病理研究的深入,对细胞的定性和定量检测已成为医学上的常用方法。
细胞形态学分析就是对细胞进行定性检测的方法,通过在显微镜下观察脱落细胞的形态学特征来对细胞进行定性分析,以供是否作进一步的病理分析作参考。为了对细胞进行观察,通常要先对整个细胞进行染色,令细胞膜、细胞质和细胞核可以容易的在显微镜下观察,常用的染色方法有:苏木精伊红染色法(同组织切片染色)、巴氏染色法、绍氏染色法、迈格吉染色等。在细胞形态学分析中仅有几种描述性的细胞特征(如很大的细胞核、很大的核浆比例或者颗粒化严重的细胞核等),但是,这些观察都是主观的,不具有很好的重复性,而且细胞学家必须经过很好的训练才能正确地检测和诊断疾病。此外,由于此种观测方法主观因素太强,医生自身及医生之间存在着很大的差异,容易导致分析不够准确。虽然细胞形态学分析的诊断准确率只有60%左右,但在近一个世纪以来仍然在医学中得到了广泛的应用。
许多国家几十年的防癌普查结果证实,用巴氏涂片作为子宫颈癌的筛查方法可以及早对子宫颈癌发现和治疗,使子宫颈癌死亡率明显下降。然而,由于受取材方法、涂片制作、染色技巧、阅片水平等因素影响,导致巴氏细胞学方法假阴性率达15%~40%。巴氏方法的另一不足是与其它常规细胞病理学诊断方法一样,对子宫颈癌前病变的发展趋向无法进行预测评估。
自从1924年Feulgen(福尔根)等人建立了DNA-Feulgen染色方法以来,至今这种方法仍是DNA定量测定的主要染色方法之一。Feulgen染色是经典显示去氧核糖核酸的方法,其具体反应原理是,标本经稀盐酸水解后,DNA分子中的嘌呤碱基被解离,从而在核糖的一端出现了醛基,醛基具有还原作用,可与无色品红结合形成紫红色化合物,从而显示出DNA的分布。近30年来,随着数码显微镜的发展,现在已经可以捕捉细胞图像到计算机内存,并对细胞进行非常精确的测量。特别有用的是利用DNA特异和化学计量的染色方法(即染色与细胞核DNA和含量成正比)对细胞核的DNA进行染色,可以测量细胞核的特征。例如福尔根染色在定量细胞学中得到了广泛的应用。利用这种方法就可以计算细胞核的DNA含量,从而计算出处于不同细胞周期的细胞数目比例,对不同的细胞类型进行检测和分类,以及对非整倍体细胞进行检测等等。DNA含量的变化可作为直接反映肿瘤增殖能力的重要生物学指标。细胞增殖取决于细胞核的DNA复制与细胞分裂。细胞癌变的本质是细胞迅速无限增殖和转移,测定细胞核DNA含量,可作为恶性肿瘤的客观指标。然而这种方法受制于DNA固定的好坏、染色的深浅及测定系统(扫描显微镜、数码相机、应用软件等)的品质,并且这种方法没有利用细胞形态学方面的信息,而这方面的信息对很多病例的诊断和预测有很大的作用。
因此,一般来说,这两种分析方法(定性和定量)有以下问题:1、细胞形态学定性分析的方法只基于细胞的形态学特征,依赖细胞学家的经验和技巧,误诊率非常高。2、DNA定量分析方法基于DNA特异的染色方法,依赖于细胞核的特征,不能提供任何关于细胞形态学方面的信息。
到目前为止,还没有一种方法可以同时进行细胞的形态学特征定性分析和DNA定量分析,然而,在许多疾病诊断过程中,为了提高准确率,需要同时进行定性和定量两方面检测,因此需要分别进行两次切片和染色,不仅十分麻烦,还增加病患的费用负担,而且,定性和定量检测的结果不能一一对应,比如说医生在观测细胞形态学特征是发现某个具有特异性的细胞,想得到该细胞的DNA定量分析数据以便进行对照确认时,却无法实现,因为无法在进行DNA定量分析的切片中找到对应的细胞以进行分析。
因此,亟需一种能同时进行细胞形态学分析与DNA定量检测的细胞检测方法,本案油然而生。
发明内容
本发明的目的是提供一种能同时进行细胞形态学分析和细胞核DNA定量检测的细胞综合检测方法,利用本方法可检测出一个细胞的大量信息,提高细胞检测及分类的准确性。
为了达成上述目的,本发明的解决方案是:
一种细胞综合检测方法,包括以下步骤:
第1步,对切片进行染色处理,使细胞核染上较深的颜色,细胞膜和细胞质染上较浅的颜色,保证在捕捉到的图像中,深色的细胞核和浅色的细胞质、细胞膜都能清解晰呈现;
第2步,检测细胞核以测定DNA含量,并且测量细胞的形态学参数;
第3步,根据细胞的形态学特征参数、DNA含量及其它细胞核特征参数给出检测报告。
上述第2步中具体包括:
I.用自动显微镜对切片进行扫描,检测细胞核并测量其DNA含量(以及其它特征),那些较浅染色的细胞质的颜色与细胞核不同,所以并不会影响DNA含量(及其它特征参数)的测量,在扫描细胞核的过程中,系统在计算机中记录下每个细胞的坐标位置,以便对每个细胞进行自动复查。
II.测量细胞的形态学参数以进行定量的形态学分析。
上述步骤I之后进一步包括:
a.对于感兴趣的细胞和DNA含量异常的细胞,检测员将检查扫描过程中捕捉的细胞微环境图像;
b.对于感兴趣的细胞和DNA含量异常的细胞,系统可以自动将该细胞呈现在显微镜中心,或者检测员可以手动控制显微镜将该细胞呈现在显微镜中,令全细胞(包括细胞质和细胞膜)图像都可以被完整的捕捉到;
c.对于扫描过程中没有被处理的细胞,检测员可以控制计算机将该细胞呈现在显微镜中心,并进行细胞DNA含量和其它参数的测量;
d.检测员可以在显微镜图像中的选择一个被扫描过的细胞,系统会自动在扫描得到的细胞列表中找到其相应的图像及其DNA含量。
上述第2步中具体包括:
I.检测员对细胞进行形态学分析;
II.对于感兴趣的细胞,检测员可以控制计算机进行细胞DNA含量和其它参数的测量。
上述第1步中的染色处理具体包括以下步骤:
a.将制好的标本片自然干燥。
b.将干燥的标本片置入无水乙醇液内固定30分钟后,直接放入B.S液中固定60分钟,取出后用蒸馏水洗涤二次,再放入5mol/L的盐酸内酸化60分钟(酸化温度在22℃~25℃),取出后用蒸馏水洗涤2次。
c.将经上述处理过的标本片放入染色缸内,加满染色液染色67分钟(染色温度在22℃~25℃),倾出染液,用蒸馏水冲洗5~6次。
d.用漂洗液洗涤三次(第一次1~2分钟,第二次1~2分钟,第三次1~2分钟),再用水洗涤2至3次。
e.进入复染,放入95%乙醇液内浸泡2~3分钟。
f.在巴氏染色液III(EA50染液)中染胞浆5~8分钟。
g.放入95%乙醇内浸泡2~3分钟。
h.在无水乙醇中浸泡两次每次2~3分钟。
i.将干燥的脱水片放入二甲苯原液缸内透明30~60秒。
j.将透明过的标本片用中性树胶加盖玻片封固。
上述染色处理中使用的试剂包括B.S液、染色液、漂洗液、EA50染液,其中:
每400毫升B.S液是由甲醇320.0毫升,甲醛60.0毫升,冰乙酸20.0毫升配制而成;
每210毫升染色液包括:Thionin(硫肼)100.00毫克,叔丁醇液(分析纯)87.0毫升,5mol/L盐酸(分析纯)5.2毫升,1800毫克亚硫酸氢钠(分析纯),余量为蒸馏水;
每200毫升漂洗液包括:偏重亚硫酸钠(分析纯)1.0克,5mol/L盐酸(分析纯)2.0毫升,蒸馏水198.0毫升;
每600毫升EA50染液包括:15毫升纯净水,亮绿0.3克,水溶性曙红Y 2克,95%乙醇450毫升,纯甲醇125毫升,冰醋酸10毫升,磷钨酸1克。
上述染色处理中所用试剂的配制方法如下:
B.S液的配制:甲醇320.0毫升,甲醛60.0毫升,冰乙酸20.0毫升,混合均匀;
染色液的配制:精确称取Thionin(硫肼)100.00毫克,加入蒸馏水100.0毫升加热煮沸8~12分钟后冷却至45℃~55℃(夏季45℃~50℃),加入叔丁醇液(分析纯)87.0毫升,混匀后再加入5mol/L盐酸(分析纯)5.2毫升,加入1800毫克亚硫酸氢钠(分析纯),混合,加蒸馏水至210毫升后置磁力加热搅拌器上避光搅拌60分钟后,(搅拌环境温度在33℃~38℃)过滤后调PH至1.3~1.5(25℃)即可;5mol/L盐酸的配制:取420毫升盐酸(分析纯)原液加蒸馏水至1000.00毫升;
漂洗液的配制:称取偏重亚硫酸钠(分析纯)1.0克,加入5mol/L盐酸(分析纯)2.0毫升,加蒸馏水至200.0毫升,混合均匀,漂洗液应在使用前现配现用;
EA50染液的配制:i.用吸管吸取10毫升纯净水置于一只干净标本管中,用记号笔标记伊红,吸取5毫升纯净水置于另一只干净标本管中,用记号笔标记亮绿;ii.称取亮绿0.3克倒入标记亮绿的标本管中,盖上盖子,用手摇晃直到亮绿完全溶解;iii.称取水溶性曙红Y 2克倒入标记伊红的标本管中,盖上盖子,用手摇晃直到伊红完全溶解;iv.量取95%乙醇450毫升倒入洗净的染色缸中,再量取纯甲醇125毫升倒入缸中;v.将溶解完全的亮绿液倒入缸中,将溶解完全的伊红液倒入缸中,吸取冰醋酸10毫升加入缸中,称取磷钨酸1克加入缸中,用搅棒搅动至混合均匀即可使用。
以上描述的细胞染色试剂各组分的体积和质量只是提供一种比例关系,并不表示本细胞染色试剂的发明其各组分只能使用上述的体积和质量。
采用上述方案后,本发明由于采用了特殊的染色方法,在捕捉到的图像中,深色的细胞核清晰呈现的同时让细胞质和细胞膜染上较浅的颜色,通过显微镜观察,定量测定细胞核DNA的同时还能检测细胞的形态学特征用以定性分析。并且通过切片扫描,计算机记录细胞在切片中的XYZ坐标位置,使得检测数据可以与细胞一一对应,从而可以根据异常数据找到对应细胞,并对其进行定性分析及观测其所在微环境,也可以指定某一特定细胞,并得到其DNA定量检测的数据。由此,能同时进行细胞形态学分析和细胞核DNA定量检测,提供关于一个细胞的大量信息,可以提高细胞检测及分类的准确性。
附图说明
图1是本发明细胞综合检测方法的流程图;
图2是经染色处理后的细胞在显微镜下观测到的图像;
图3是经切片扫描后计算机捕捉的细胞核图像及DNA含量列表;
图4是计算机捕捉的细胞微环境图像;
图5是计算机生成的细胞综合检测报告;
图6是条形码为145731的甩片在显微镜下观察的图像;
图7是条形码为145732的甩片在显微镜下观察的图像;
图8是条形码为145733的甩片在显微镜下观察的图像。
具体实施方式
以下提供两个具体实施例以详细说明本发明提供的细胞综合检测方法的操作步骤,但并不用于限定本发明的权利范围。
如图1所示,本发明提供的一种细胞综合检测方法包括以下四个步骤:第1步,对切片进行染色处理;第2步,检测细胞核以测定的DNA含量,并且测量细胞的形态学参数;第3步,根据细胞的形态学特征参数、DNA含量及其它细胞核特征参数给出检测报告。
每个步骤的过程具体如下:
第1步,对切片进行染色处理:
首先配制染色处理过程中使用的试剂:
B.S液的配制:甲醇320.0毫升,甲醛60.0毫升,冰乙酸20.0毫升,混合均匀;
染色液的配制:精确称取Thionin(硫肼)100.00毫克,加蒸馏水100.0毫升加热煮沸10分钟后冷却至45℃~55℃(夏季45℃~50℃),加入叔丁醇液(分析纯)87.0毫升,混匀后再加入5mol/L盐酸(分析纯)5.2毫升,加入1800毫克亚硫酸氢钠(分析纯),混合,加蒸馏水至210毫升后置磁力加热搅拌器上避光搅拌60分钟后,(搅拌环境温度在33℃~38℃)过滤后调PH至1.3~1.5(25℃)即可;5mol/L盐酸的配制:取420毫升盐酸(分析纯)原液加蒸馏水至1000.00毫升;
漂洗液的配制:称取偏重亚硫酸钠(分析纯)1.0克,加入5mol/L盐酸(分析纯)2.0毫升,加蒸馏水至200.0毫升,混合均匀,漂洗液应在使用前现配现用;
EA50染液的配制:i.用吸管吸取10毫升纯净水置于一只干净标本管中,用记号笔标记伊红,吸取5毫升纯净水置于另一只干净标本管中,用记号笔标记亮绿;ii.称取亮绿0.3克倒入标记亮绿的标本管中,盖上盖子,用手摇晃直到亮绿完全溶解;iii.称取水溶性曙红Y 2克倒入标记伊红的标本管中,盖上盖子,用手摇晃直到伊红完全溶解;iv.量取95%乙醇450毫升倒入洗净的染色缸中,再量取纯甲醇125毫升倒入缸中;v.将溶解完全的亮绿液倒入缸中,将溶解完全的伊红液倒入缸中,吸取冰醋酸10毫升加入缸中,称取磷钨酸1克加入缸中,用搅棒搅动至混合均匀即可使用。
本实施例采用特殊的染色方法对切片进行染色,在保留较深染色的细胞核的同时,让细胞质和细胞膜呈现较浅的颜色(其效果如图2所示)。上述染色处理的具体步骤是:
a.将制好的标本片自然干燥。
b.将干燥的标本片置入无水乙醇液内固定30分钟后,直接放入B.S液中固定60分钟,取出后用蒸馏水洗涤二次,再放入5mol/L的盐酸内酸化60分钟(酸化温度在25℃左右),取出后用蒸馏水洗涤二次。
c.将经上述处理过的标本片放入染色缸内,加满染色液染色67分钟(染色温度在25℃),倾出染液,用蒸馏水冲洗6次。
d.用漂洗液洗涤三次(第一次1分钟,第二次3分钟,第三次4分钟),再用水洗涤2至3次。
e.进入复染,放入95%乙醇液内浸泡2分钟。
f.在巴氏染色液III(EA50染液)中染胞浆5分钟。
g.放入95%乙醇内浸泡2分钟。
h.在无水乙醇中浸泡两次每次2分钟。
i.将干燥的脱水片放入二甲苯原液缸内透明30秒。
j.将透明过的标本片用中性树胶加盖玻片封固。
此种特殊的染色方法对细胞进行了复染,以使细胞质、细胞膜与细胞核分别被染上不同深浅的颜色以便观测(参见附图2)。
为保证复染不会对细胞核的DNA定量测试造成干扰,还进行了以下两个实验:
1、选取3例标本,编号分别为标本1,标本2和标本3,每例标本各做2张甩片,其中一张使用本发明提供的染色试剂进行复染,将细胞核与细胞质都染上颜色,另一张不经过复染,只对细胞核进行常规染色,得出细胞数Nomal/abnomal(正常/异常)与积分光密度值(IOD)的对照。参见附表1是经过复染与没有经过复染的扫描结果对比。
附表1
参见图6至图8,采用本发明提供的染色方法对细胞切片进行染色后,在显微镜下观察,背景清楚,胞核染深蓝色,并且一个个清晰可见,胞浆多数呈红色,少量绿色。从附表1中的DNA检测数据来看,经过复染与没有经过复染的检测结果相近,说明此种染色试剂不会对细胞核的DNA定量检测产生影响。
2.选取5例标本,每例标本做1张甩片,先用常规方法对每例细胞切片进行细胞核染色,通过扫描得出DI值(DNA指数);然后对细胞切片进行退染,退染后采用本发明提供的染色方法对每例细胞切片进行染色,通过扫描得出DI值。附表2是经扫描得出的41组细胞核DI值的对照。
附表2
9 |
3.874 |
3.965 |
10 |
3.805 |
3.976 |
11 |
3.792 |
3.878 |
12 |
3.682 |
3.841 |
13 |
3.585 |
3.709 |
14 |
3.407 |
3.54 |
15 |
3.245 |
3.405 |
16 |
3.082 |
3.218 |
17 |
2.533 |
2.522 |
18 |
2.164 |
2.202 |
19 |
2.023 |
1.936 |
20 |
1.571 |
1.499 |
21 |
1.466 |
1.371 |
22 |
1.301 |
1.265 |
23 |
1.201 |
1.2 |
24 |
2.117 |
2.094 |
25 |
2.095 |
2.005 |
26 |
2.066 |
2 |
27 |
2.024 |
1.965 |
28 |
1.515 |
1.428 |
29 |
1.426 |
1.427 |
30 |
1.229 |
1.232 |
31 |
1.224 |
1.231 |
32 |
2.184 |
2.262 |
33 |
2.138 |
1.121 |
34 |
2.114 |
2.035 |
35 |
2.059 |
1.955 |
36 |
2.003 |
1.898 |
37 |
1.985 |
1.874 |
38 |
1.958 |
2.003 |
39 |
1.904 |
1.842 |
40 |
1.843 |
1.835 |
41 |
1.808 |
1.784 |
以上每组细胞核的DI值是同一细胞核经常规方法染色(染色)及采用本发明提供的染色试剂染色(复染)后的细胞核DNA含量(DI值)的对比,统计学分析结果表明,第一组与第二组之间无统计学差异。
第2步,检测细胞核以测定的DNA含量,并且测量细胞的形态学参数:
a.使用计算机自动控制的显微镜或者可以记录细胞在切片上的位置的显微镜对切片进行自动或者手动的扫描,在扫描过程中捕捉指定数量的细胞,并记录其在切片中的XYZ坐标位置。测量被检测到的细胞的DNA含量和其它细胞核参数,并捕捉其图像。扫描完成后,所有被捕捉到的细胞核显示在一个列表中,细胞核的DNA含量也显示在图像中,如下图3所示。扫描过程中,细胞的微环境图像可以根据需要被同时捕捉,以便复查。如图4所示。
b.选择感兴趣的细胞,从计算机保存的细胞列表中移除无关的细胞。
c.如果步骤a中的细胞微环境图像有被捕捉,则直接复查该图像。
d.如果细胞的微环境图像没有被捕捉,则令计算机自动捕捉感兴趣细胞的微环境图像,或者手动选择感兴趣的细胞,然后令显微镜移动到该细胞的位置,手动或者自动选择的细胞区域,捕捉其图像。
e.对于未在扫描过程中识别和处理的细胞(如未被正确分割的多核细胞),细胞学家可以操作计算机手动分割细胞,并计算细胞核特征参数和DNA含量。
f.对未被扫描的细胞,细胞学家可以操作计算机手动捕捉细胞图像,并测量细胞核DNA含量和其它特征参数,如IOD和DI等。
g.细胞学家可以操作显微镜,从显微镜图像中选择感兴趣的细胞,计算机会自动在捕捉到的细胞列表中进行匹配。如果没有找到相应匹配的细胞,则执行步骤d和e。
h.经过以上步骤,可以得到感兴趣细胞的微环境图像、其细胞核的特征参数和DNA含量。细胞学家可以操作计算机从微环境图像中得到更准确的全细胞图像,然后测量全细胞形态学特征参数,如全细胞面积、全细胞周长,核浆比例,全细胞圆度等。
以上步骤可以根据细胞学家的具体需要进行调整。
第3步,根据DNA含量,细胞核特征和形态学参数做出检测报告。
细胞学家可以操作计算机根据细胞微环境图像、全细胞图像、全细胞形态学参数、细胞核DNA含量和其它特征参数,产生如图5所示的综合检测报告。
以上为本发明的一个具体实施例,主要适用于先由助手进行切片扫描,然后才由细胞学家进行分析的情况。若是直接由细胞学家进行观测,或是应用于某些研究时,可能不需要先对切片进行扫描,而是首先进行形态学检测,其检测步骤如下:
第1步,对切片进行染色处理(其具体方法同实施例一,此处不再赘述)
第2步,检测细胞核以测定DNA含量,并且测量细胞的形态学参数:
a.细胞学家可以操作显微镜,从显微镜图像中选择感兴趣的细胞,操作计算机手动捕捉细胞图像,进行形态学分析。
b.选择感兴趣的细胞,令显微镜移动到该细胞的位置,手动或者自动选择细胞区域,令计算机捕捉感兴趣细胞的微环境图像。
c.选择感兴趣的细胞,并测量细胞核DNA含量和其它特征参数。
d.细胞学家可以操作计算机从微环境图像中得到更准确的全细胞图像,然后测量全细胞形态学特征参数,如全细胞面积、全细胞周长、核浆比例、全细胞圆度等。
第3步,根据DNA含量,细胞核特征和形态学参数做出检测报告。
以上步骤可以根据细胞学家的具体需要进行调整,如第2步中,b、c、d三个步骤的顺序可以调整。
综上所述,本发明由于采用了特殊的染色方法,对细胞进行复染,使细胞质、细胞膜与细胞核分别被染上不同深浅的颜色,在显微镜下,能同时进行细胞形态学分析和细胞核DNA定量检测。在实施例一中,通过切片扫描,计算机记录细胞在切片中的XYZ坐标位置,使得检测数据可以与细胞一一对应,从而可以根据异常数据找到对应细胞,并对其进行形态学分析及观测其所在微环境;实施例二中,细胞学家先进行形态学观测,指定某一感兴趣的细胞,并测定其DNA含量。由此,做出的检测报告能提供关于一个细胞的大量信息,以提高细胞检测及分类的准确性。本方法可应用于各类细胞学研究、病理分析及疾病诊断方面,提高各种疾病的诊断精度。