Consiste nell'osservare al microscopio un campione di tessuto che può essere stato prelevato dalla parte del corpo in cui si sospetta si stia sviluppando un tumore o un'altra malattia tramite una biopsia, oppure da un pezzo asportato in sala operatoria, o anche nel corso di un'autopsia. L'anatomopatologo esamina il vetrino su cui è stato preparato il materiale per verificare le caratteristiche delle cellule. Verifica se sono tumorali, benigne o maligne, e in quest'ultimo caso stabilisce qual è il loro tipo istologico in base a classificazioni standard e prevede quale potrebbe essere il grado (voce da aggiungere) di aggressività della malattia, i cui criteri variano da tumore a tumore. L'aspetto più delicato di questo tipo di esame è il punto esatto in cui si decide di effettuare il prelievo: se il tumore è piccolo, per esempio, è possibile mancare il bersaglio e avere un risultato falsamente rassicurante. Le caratteristiche delle cellule al microscopio e all'immunoistichimica sono spesso determinanti nel guidare le scelte terapeutiche dei medici.
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