标题：DNA倍体显微图像自动分析仪
成果简介
[1] DNA 倍体分析是肿瘤早期检测中的重要一环。因为肿瘤细胞有着异常的 DNA含量，通过对异常 DNA倍体细胞的检测，就可以知道样本是否存在突变的细胞，以及突变细胞的数量。在我们把目标针对妇科癌症的早期检测时，重点研究的对象例如子宫颈的分泌物，检测的要求是区分炎症细胞(宫颈炎)、还是突变癌细胞。检测方法是通过对样本染色片的观察和统计分析，通过识别和统计完成。在生物学、医学领域中使用光学显微镜的情况很多，要依靠人对染色标本进行观察，从而得到微观尺度（细胞水平）上的检测结果。传统的显微目视技术过多的依靠检测者的经验，而且靠眼睛观测，是劳动强度很大的劳动，准确性比较差，漏检的情况很多，检测结果的主观性大，难于量化。随着计算机技术的发展，将显微图像数字化，使用自动化装置对样本实现连续图像采集，并利用相应的软件进行图像分析，可快速得到图像几何学、形态学、光学等多种参数。其检测结果的可靠性、准确性和检测劳动强度都会大大降低，在肿瘤早期诊断中显示了极大的优势。 现在市场上广泛使用的生物显微镜主要是根据光学成像原理的设计的，把光学显微镜加上CCD 自动摄像即可以实现对细胞图像的全自动采集，通过对采集图像的识别和分类，即可实现上述目标。这方面的情况，国内相对还比较落后，是一个急需提升的产业领域。全自动数字化生物显微图像采集和分析系统是近十几年随着计算机、自动控制、图像获取和识别技术的发展而发展起来的新技术。它和流式细胞计（FlowCytoMeter，FCM）类似，同属光度计的范畴。现阶段 DNA倍体分析多数是通过流式细胞术来实现的，但由于 FCM测量的局限性（如测量的细胞是经酶消化后的单细胞悬液），且在实际工作中存在操作复杂、成本过高等问题，限制了它在临床上的应用。FCM无法直观地对每一个目标对象做出几何、形态学参数的测量，只能依据光学参数给出统计结果。数字化显微图像分析系统在 20 世纪 90年代逐步在发达国家研制成功，部分用于临床。本产品（DNA 倍体显微图像自动分析仪）是综合了国内外产品优点，结合现代技术的最新机制设计而成的，除了光学系统标准化等技术措施的使用外，还使用图像标准化处理技术，使得测量所得的结果具有很高的致信度。在实验中我们得到了很理想的效果。本产品属于全新的一代产品。
技术内容
本项目主要的研发内容分为二部分。硬件部分：包括标准化光源系统，三维空间自动定位、寻靶、聚焦和拍照系统； 软件部分：系统刻度和校正的标准化软件，数字图像的预处理、识别、分割和分析软件，图文数据库。  
技术特点
DNA 倍体显微图像自动分析仪的关键技术包括： 
1) 实现进样、搜索视野、聚焦，逐视野数字化图像信息采集的自动化，检测过程迅速、准确和简便； 
2) 制定图像采集的标准化，实现对图像的定量测量和横向比较； 
3) 实现计算机辅助诊断技术，对显微图像进行分析，实现自动检测； 
4) 光电和机械系统的一体化设计，满足检测结果的数字化、定量化和自动化，使用户摆脱目视技术的困扰。 
所有这些技术的结合，形成“光机电”一体化的测量和分析仪器，可将样本按要求逐视野进行分析诊断，且将得到的图像进行标准化处理，分析数据量大，速度快，减少了人为因素造成的某些误差，并给出具体的几何、形态学参数和统计参数，使诊断报告更为准确可靠。实现样品制作过程标准化和自动化之后，检测过程无须再进行人工干预。测量之后的数据可以进行自动分析，给出相应的临床或者研究参考结论。
技术优势
本项目的主要的技术优势体现在全封闭、定量化、自动化和数字化技术的应用上，从而体现高效率和高精确度的一体化设计，使用户摆脱显微目视技术。国外产品：高端（全自动），准确，价格高（150 万），英文操作系统，用户操作和使用都较难。目前占据国内小部分高端市场，用户少，未解决图像“标准化”和相互之间比对的问题。同一产品测量的结果之间也很难比较。国内产品：手动，测量结果难于横向比较，价格便宜（10 万），占据了国内绝大多数市场。本产品：全自动，准确，价格较国外便宜（40～50 万） ，大约只有国外同类产品 1/3 价格，而且具有标准化技术，可以相互之间比较，具有中文界面，用户易于接受，升级、售后服务更容易到位。提出“标准化”概念，使得分析结果更客观。我们是世界上首先提出光源标准化设计思想的单位，而且已经实现了设计思想，因此申请了专利，为了保证光学显微镜视野内光强的稳定和均匀，本项目高端产品采用激光作为光源，用经过冷却的 CCD 摄像头，不仅可以实现高分辨率成像，用精密机械系统保证自动对焦、自动搜索样品和自动切换样品的工作流程，采集的数据存入计算机内存，形成相应的数据库，借助分析软件实现对细胞的分类，尤其对病理细胞的自动识别、对细胞的定性和定量测量非常有利。能达到相当水平的同类产品世界未见报道。
市场需求分析分析大量细胞的细胞周期和 DNA倍体已经成为一种日益重要的方法， 广泛地用于临床，为肿瘤的诊断、疗效评价和预后预测提供了重要的依据，在科研中也越来越多地用于细胞动力学，细胞调亡观察等方面。DNA 倍体分析结合临床病理的形态学诊断，对一些恶性肿瘤进行早期诊断，跟踪随访和早期治疗，可大大提高一些肿瘤的治愈率和生存率。尤其对一些细胞抽提物、体液、腺体分泌物、组织的脱落细胞的分析，意义尤为重要。DNA 倍体分析技术在膀胱癌、前列腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌、皮肤黑色素瘤的早期诊断和预后方面具有重要价值，S期比率与肿瘤组织学分级密切相关：肺癌、乳腺癌、Hodgkin、卵巢癌、直肠癌、甲状腺癌、睾丸癌、脑星形胶质细胞瘤，而随着时间变化的增殖状态测量和分析反映了肿瘤的生长速度和侵袭性。从医学需求分析，如果全自动显微图像分析系统可在地（市）以上医院推广应用，我国县地（市）级以上医院大约 7000 家左右，另外大专院校和研究单位的相关实验室，有约 10000家潜在用户。在这些用户中，我们能占领 1/3的市场份额，就是 5000～6000 台左右。而根据不同应用，开发出不同诊断内容的全自动显微图像分析系统（如精子检测、性病检测、免疫组化、DNA 倍体分析等），势必会进一步充实和完善这一市场，世界范围内的市场就更大。以平均每台 40万元计，则买方市场就有 12亿元人民币之巨。 客户的盈利分析：门诊收费：70～200 元，患者数量：20～100 人/日，成本：消耗5 元+人工10 元/人，机器购入价：50万，客户成本回收：1 年。 123效益和应用前景分析正式生产后，初期售价预计每台40万元左右，形成规模后每台制造成本可以控制在15万元以内。年生产能力预计可达 200台，则年销售额可达 1亿元。而且还有向国外（尤其是发展中国家）推广应用的前景。与此项目相关，可配套推出制片试剂、自动制片机等项目。该项目为我国从事生物学的学生教学提供了世界上最先进的教学和实践的工具，为医院提供了全自动分析工具，减轻了医生的工作量，且测得的参数准确，具有横向可比性，社会效益非常明显。 
目前国内显微图像分析系统只能达到显微图像的摄取与显示，停留在图像报告形式，虽然较以往单纯文字病理报告有了进步，使临床医生能形象看到个别肿瘤细胞的癌变形态，但这种图像处理技术缺乏分析和诊断的功能，其实质上还是依赖于操作者的经验。病理医生对图像报告的识别诊断水平及方法、样本的不一致，必然导致诊断结果的差异，甚至误诊、漏诊等。而国外一些大公司的产品价格过高、不适于本土的操作，而且多数处于未成熟状态，跟他们相比我们更有优势。我们的产品设计使用寿命可达 20 年，维护、更新都相当方便。安装调试、对用户的培训等都容易实施。目前对全自动显微图像分析系统来说，在中国这一市场尚是空白。销售上没有过多的压力。产业化实施方案本项目是北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心开发的，该中心由北京大学医学物理和工程实验室与北京海思威科技有限公司共同设立和经营。两者有长期战略合作关系，公司有固定人员参与实验室阶段的研发。达到批量生产水平时，吸引资金投入，形成扩大生产规模的能力。海思威大约半年周期之后，率先进行工业样机的设计和开发为吸引资金打好基础。第一代产品，主要集中在软件的开发和系统的整合方面。可以利用传统光学技术，暂时对光源部分不进行改造，只使用特殊滤光片来达到效果。这一阶段产品开发周期约为8 个月。同时开发出相关的标准操作试剂盒，供用户使用。第二代产品，主要集中在光源改造和系统封装方面。光源问题需要花一定的功夫去解决。其间需要对第一代产品的用户反馈来做系统改进。这一阶段产品开发周期约为18个月。第三代产品。主要在机身的改造上。将制作出特定的产品，利于机箱的小型化，和高度集成的一体封装。整个系统将得到改造。这一阶段的开发周期约为24个月。