生成用于对样本进行切片的切片方案

摘要

公开了一种用于生成对样本进行切片的切片方案的系统。参数单元（1）被布置用于基于表示至少部分所述样本的图像数据集（14），确定所述样本中的病变的至少一个参数。切片方案单元（2）被布置用于基于所述至少一个参数，确定用于所述样本的病理检查的切片方案（15）。样本制备单元（3）被布置用于基于所述图像数据集，确定切片制备协议，其中，所述切片制备协议包括涉及所述样本的制备步骤的表示。分割单元（5）被布置用于分割所述图像数据集（14）中的所述病变，其中所述参数单元（1）被布置用于基于经分割的病变，确定所述至少一个参数。

说明书

技术领域

本发明涉及生成用于对样本进行切片（slicing）的切片方案。

背景技术

尽管大多数癌症是通过临床和放射学检查来探测的，病理学是用于包 括乳腺癌的不同类型癌症的诊断的金标准。

尤其在病变较小时，病理检查的准确性取决于对样本的合适制备和切 片。在乳腺癌中，在高比例的早期探测到的癌症，例如，导管原位癌（DCIS） 的情况下，其中病变通常较小，尤其是这样。由于所述早期探测到的癌症 不提供触觉反馈，并且对病理学医师来说是不可见的，样本必须进行仔细 取样，以使漏诊癌症的数目最小化。

病理学医师一般需要大量来自组织样本的组织学制备剖面（section）。 使用显微摄影来拍摄这些剖面。能够通过外科手术或活组织检查（其中， 从身体移除组织样品），获得所述样本。

组织学切片通常表示选定提供用于（例如通过确定病理病变的类型及 其范围）诊断和处置监测的信息的公用的剖面集合。该组剖面通过以下切 片方案产生，并且例如包括沿样本的长轴的至少一个剖面、在贯穿所述长 轴的所述组织样本的每侧上的至少一到两个剖面以及来自所述病变中心的 至少三到四个剖面。切片的数目通常随着所述病变的尺寸而增加。例如在 Ackerman’s Surgical Pathology（阿克曼外科病理学）第八版（1996年）的 附录H中，给出了制备组织学剖面的描述。

WO98/36682公开了一种用于便于对组织中的病变进行病理检查的系 统，其中，使用共焦光学器件对所述病变进行光学扫描，以生成表示病变 显微剖面的共焦图像，用于提供传统上对病理学医师而言能够通过在显微 镜下观察病变的一组组织学制备剖面的玻片来获取的信息。此外，所引用 的文件公开了这种共焦图像的存储，以及它们从一个位置向在远程位置的 病理学医师的传送，以获得对所述共焦图像的解读。

发明内容

具有一种用于便于对样本进行病理检查的改进的系统，将是有利的。 为了更好地解决该问题，本发明的第一个方面提供一种用于生成对样本进 行切片的切片方案的系统，所述系统包括：

参数单元，其用于基于表示至少部分所述样本的图像数据集，确定所 述样本中的病变的至少一个参数；以及

切片方案单元，其用于基于所述至少一个参数，确定用于所述样本的 病理检查的切片方案。

该系统分析样本，并且基于所述样本中的所述病变的参数，确定用于 病理检查的切片方案。这样，使得对样本的切片更具可重复性。不再需要 猜测如何对所述样本进行切片。由于所述切片方案是基于所述病变的参数 的，可以更好地调整所述切片以适应特定的样本；因此，减小了由于次优 的切片方案而漏诊所述病变的重要方面的机会。

所述系统可以包括样本制备单元，其用于基于所述图像数据集，确定 切片制备协议，其中，所述切片制备协议包括涉及所述样本并且将在对所 述样本进行切片之前应用的制备步骤的表示。这有助于以可重复的方式自 动地确定所述切片制备协议。

所述系统可以包括分割单元，其用于分割所述图像数据集中的所述病 变，其中，所述参数单元被布置为基于经分割的病变，确定所述至少一个 参数。对所述病变的所述分割提供了用于确定所述参数的有用的预处理步 骤，尤其在所述参数包括所述病变的几何参数时。

可以由所述参数单元确定以下参数中的至少一个：所述病变在所述样 本中的位置、取向以及范围。例如，可以相对于所述样本的外边界确定这 些参数。备选地或额外地，可以相对于所述样本中的一个或多个标记物确 定所述参数。例如，可以在所述样本中提供在所述图像数据集中可见的线 （wires）。

所述系统可以包括标记物探测器，其用于探测所述图像数据集中的至 少一个标记物，并且其中，所述切片方案单元被布置为关于所述至少一个 标记物表达所述切片方案。不仅可以相对于所述标记物表达所述参数，而 且还可以相对于所述切片方案自身表达所述参数。由于所述标记物提供了 可靠的参考位置，这使得更容易执行所述切片。

所述系统可以包括显示单元，其用于显示所述切片方案。这样，可以 由能够参考显示的切片方案的人执行所述切片，以根据显示的切片方案执 行实际切片。

所述显示单元可以被布置为显示所述切片方案的文本表示。该文本表 示可以是表达所述切片方案的有效方式。

所述显示单元可以被布置为显示图形表示，所述图形表示示出相对于 所述样本和/或所述病变的所述切片方案。这使得有可能容易地考察所述切 片方案是否充分覆盖所述病变。

所述系统可以包括输出单元，其用于生成计算机可读指令集，所述指 令集用于对样本切片装置进行编程，以根据所述切片方案来切割所述样本。 这样，所述切片能够是自动化的，使得整个切片过程更具可重复性和/或更 有效。

所述系统可以包括样本切片装置，其用于根据所述切片方案来切割所 述样本。这允许单一单元执行切片方案的规划与实行。

所述系统可以包括报告单元，其用于将所述切片方案的表示列入病理 学报告中，以及将与病理切片相关联的发现与所述样本中的位置联系起来。 这实现了对涉及所述样本的报告的有效处理。

在另一方面，本发明提供一种图像采集装置，其包括用于扫描所述样 本以生成表示至少部分所述样本的图像数据集的成像系统。所述图像采集 装置还可以包括上文和/或在本说明书的其他地方描述的一个或多个部件。 这样，由所述成像装置确定所述切片方案，这能够是高效的。此外，所述 样本切片装置也可以被并入所述图像采集装置。这样，可以创建完整的病 理学系统，所述完整的病理学系统通过采集图像来考察所述样本、基于所 述图像来确定切片方案并且根据所述样本对所述样本进行切片。有利地， 不需要在所述图像采集与所述切片之间移动所述样本。这改善了所述切片 的空间准确性。

在另一方面，本发明提供一种包括所陈述的所述系统的工作站。这允 许人们在工作站上自动地确定切片方案。

在另一方面，本发明提供一种生成用于对样本进行切片的切片方案的 方法，包括：

基于表示至少部分所述样本的图像数据集，确定样本中的病变的至少 一个参数；以及

基于所述至少一个参数，确定用于所述样本的病理检查的切片方案。

在另一方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括用于使处理器系 统执行所陈述的所述方法的指令。

本领域技术人员将认识到，可以以被视为有用的方式组合上文提及的 实施例、实施方式和/或本发明的各方面中的两个或多个。

在本说明书的基础上，本领域技术人员可以对所述图像采集装置、所 述工作站、所述系统、所述方法和/或所述计算机程序产品进行修改和变型， 所述修改和变型对应于所描述的对所述系统的修改和变型。

附图说明

通过参考下面描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见 的并且将得到说明。

图1为用于生成对样本进行切片的切片方案的系统的方框图。

图2图示了样本的范例以及对应的切片方案。

图3为生成用于对样本进行切片的切片方案的方法的流程图。

具体实施方式

在样本已被切除并已提供具有指示其关于患者的解剖结构的取向的标 记物之后，可以由放射科医师采集3D或2D射线照片形式的样本图像。可 以在多个方向（例如，正交方向）上采集所述2D射线照片，以获得关于病 变位置的空间信息。也可以使用其他种类的图像。

所述系统可以包括算法的实施方式，用于在2D或3D图像中分割所述 样本中的所述病变。可以提供定位计算器，在2D样本图像的情况下，所述 定位计算器根据所述病变在两个2D样本图像中的位置来确定所述病变在 所述3D样本内的位置。可以由包围整个病变的最小边界框来指示所述位 置。可以确定图像坐标及其解剖相关性。所述系统可以包括用户界面，其 例如通过将病变轮廓叠加到所述样本图像上，或者通过将所述边界框叠加 到所述样本图像上，来显示分割结果。所述系统可以包括范围计算器，其 确定所述病变的尺寸和范围。所述系统可以包括临床决策支持（CDS）部 件，其取决于所述病变的位置和范围，建议合适的切片方案。能够使用不 同的决策制定策略，诸如，基于病例的推理、病理学指导或试探法。所述 系统可以包括用户界面，其显示所述合适的切片方案。可以使得所述用户 能够选择最合适的切片方案或定义额外的切片方案。新定义的切片方案可 以被添加到所述CDS部件并且被得到考虑。选定的切片方案能够用作对自 动切片过程的输入，例如，类似于工业中使用的计算机辅助设计工具的设 备，以及对例如根据预定的制造计划来自动地切割材料的设计。所述系统 可以包括报告工具，其将选定的切片方案集成到病理学报告中，以便记录 所述病理发现的位置。

体层融合系统能够用于采集具有不同方向的多个2D样本图像，无需对 所述样本进行任何重新定位。这可以避免所述样本的例如因旋转造成的变 形。备选地，可以在X-射线机架保持固定的同时，旋转所述样本。在后一 种情况中，可以应用变形补偿算法，以补偿所述变形，以便更准确地计算 所述病变的位置和/或范围。

所述样本的3D模型（例如，从光学扫描得出的3D表面模型）能够用 于建议3D切片方案。这可以代替或补充来自其他模态（诸如，X-射线、 MR或CT）的图像。

至少部分所述系统能够被实现为医学成像工作站、CDS系统以及多学 科通信工具的软件选项。可以通过提供用于报告与病理检查的制备与解读 相关的基于图像的发现的模块，支持放射学-病理学界面。此外，所述放射 学-病理学界面能够辅助病理学医师报告所述病理学发现的定位。

图1图示了用于生成针对样本的切片方案的系统的范例。所述系统也 可以被称作切片方案生成器。可以在软件中部分或整体地实现所述系统， 并且可以在硬件中部分或整体地实现所述系统。这也取决于被并入所述系 统的功能。可以使用具有处理器、显示器、用户界面以及用于与例如PACS 系统、图像采集装置、切片设备或其他器械进行通信的数据连接的计算机 系统实现所述系统。如将在后文描述的，这些提及的设备也可以被集成在 所述系统中。所述系统可以访问使用成像系统12采集的图像数据集14。成 像系统12可以与所述切片方案生成器集成，或者可以被实现为单独的装置。 图像数据集14也可以被存储在独立于成像采集装置12的档案中。所述切 片方案生成器也可以访问涉及所述样本所属的患者的一般临床数据13。该 临床数据能够用于利用合适的标识来标注生成的切片方案15。此外，临床 数据13可以用于借助于报告单元11来生成有关被切片样本的报告。所述 图像数据集可以包括表示所述样本的一个或多个MR图像、CT图像、体层 融合图像、X-射线图像、超声图像、摄影图像、光学相干图像，或任意其 他种类的图像。

所述系统可以包括参数单元1，其被布置为基于表示至少部分所述样本 的图像数据集14，确定所述样本中的病变的至少一个参数。为此，所述参 数单元可以包括图像分析器4，以分析图像数据集14。所述图像分析器可 以分析所述图像数据集，以确定所述病变的特定性质，并且这些性质可以 被表达为参数值，例如，几何参数值。所述图像分析器可以使用本领域本 身已知的模式识别技术，以得出所述参数。所述参数单元可以包括参数生 成器7，其被操作性地耦合到所述图像分析器，其中，参数生成器7将所述 图像分析器的结果转化为所述参数。然而，这并非限制。图像分析器4也 可以被布置为直接产生一个或多个参数。

参数单元1的输入可以包括图像数据集14和/或临床数据13。这种临 床数据13可以包括潜在的肿瘤类型，诸如，导管原位癌（DCIS）。基于这 些信息类型，所述图像分析器可以分析所述样本图像。参数生成器7可以 提取用于选择所述合适的切片方案的相关参数。从所述临床数据和/或通过 图像分析器4的所述图像分析的结果中提取所述参数。这种基于图像的参 数包括，例如，所述病变的范围、最大病变的尺寸、所述病变距边缘的最 小距离（其中，所述边缘为所述样本的边沿）、（一个或多个）所述病变的 连通性以及所述病变（例如，相对于被放置在所述样本上的标记物）的位 置。

所述系统还可以包括切片方案单元2，其用于确定切片方案15。切片 方案15可以定义穿过所述样本的切割的序列，其允许对包括在所述样本中 的所述病变的恰当考察。为了执行所述考察，所述切片可以接受病理检查。

切片方案单元2可以使得用户能够从一组潜在的切片方案中选择合适 的切片方案。例如，所述用户可以使用包括在切片方案单元2中的切片方 案选择器16，选择切片方案的类型，并且切片方案单元2可以使选定的切 片方案的类型适应于所研究的特定样本。备选地，切片方案单元2可以被 布置为计算针对所研究的所述样本的大量备选的切片方案，并且向所述用 户提出那些切片方案作为备选方案，使所述用户能够借助于切片方案选择 器16来选择所提出的切片方案中的一个。可以借助于用户界面实现该选择 器16。备选地，切片方案选择器16可以被布置为完全自动地确定所述切片 方案。为此，切片方案选择器16可以包括优化过程的实施方式，所述优化 过程将由所述参数单元给出的所提取的信息与由所述切片方案单元定义的 可用的切片方案18和切片标准17进行匹配。通过提供标准编辑器19和/ 或切片方案编辑器20，可以使得所述用户能够编辑所述选择标准和/或切片 方案，以及增加或去除选择标准或切片方案。切片方案编辑器20和标准编 辑器19均可以提供图形和/或文本用户界面部件，用于编辑。切片方案单元 2可以基于所述参数、临床数据13、选择标准17、切片方案18和/或用户 输入来生成切片方案15。

所述系统还可以包括样本制备单元3，用于基于所述图像数据集来确定 切片制备协议。所述切片制备协议可以包括涉及所述样本的制备步骤的表 示。例如，所述切片制备协议可以规定向所述样本应用特定的流体，或者 在拍摄所述切片之前使用特定试剂对所述切片进行染色。该制备协议可以 取决于所述病变的参数，例如，所述协议可以取决于所述病变的分布，诸 如形状、范围，并且其可以取决于所述病变是包括实体肿块还是作为小的 单元分散在所述组织中。样本制备单元3可以包括决策规则的表示，以基 于可用参数来选择适当的制备协议。此外，可以将临床数据13考虑在内。

图像分析器4可以包括分割单元5，其用于分割图像数据集14中的所 述病变。参数生成器7可以被布置为基于经分割的病变来确定所述至少一 个参数。使用经分割的病变作为输入，更容易地确定诸如所述病变的大小 和位置的参数。

所述至少一个参数可以包括以下中的至少一个：所述样本中的所述病 变的位置、取向和范围。可以使用经分割的病变来确定这些参数。然而， 也可以使用例如模式识别技术直接从所述图像数据中确定这些参数。

图像分析器4可以包括标记物探测器6，其用于探测图像数据集14中 的至少一个标记物。可以以下列两种方式中的任一种使用该标记物：确定 所述病变相对于所述标记物的位置的位置和/或取向和/或其他参数；和/或确 定所述切片相对于所述标记物的位置和/或取向。切片方案单元2可以被布 置为确定关于所述至少一个标记物的切片方案15。所述系统可以包括输入 单元，其用于使得用户能够指定所述病变的位置的详情，例如，相对于所 述样本所属的患者的解剖结构。

所述系统可以包括显示单元8，其用于显示所述切片方案。例如，显示 单元8可以被组织为切片单元22的部分，其中，切片单元22提供涉及所 述切片方案的更多功能。然而，除本文提出的一种架构组织以外的其他架 构组织也是可能的。显示单元8可以控制图形引擎、图形卡，和/或显示设 备，以显示切片方案15的表示。例如，显示单元8可以被布置为显示切片 方案15的文本表示。备选地或额外地，显示单元8可以被布置为显示图形 表示，所述图形表示示出相对于所述样本和/或所述病变的切片方案15。此 外，可以在可视化中指示一个或多个所述标记物。

切片单元22可以显示生成的切片方案15，例如，作为象形图，或在所 述样本图像的顶部上的叠加。可以使得所述用户能够使用切片方案编辑器 23来更改所述切片方案。除了由所述切片方案显示器对选定的（以及更改 的）切片方案的图形表示以外，也可以由输出单元9提供所述切片方案的 文本表示或机器可读表示。此外，计算机辅助设计（CAD）切片机或样本 切片装置10也可以被包括在切片单元22中。样本切片装置10可以被布置 为根据由输出单元9提供的切片指令来自动地将所述样本切片成剖面。

输出单元9可以被布置为生成计算机可读指令集，其用于对样本切片 装置进行编程，以根据所述切片方案切割所述样本。可以提供样本切片装 置10，用于根据切片方案15切割所述样本。该样本切片装置10可以被包 括在所述切片方案生成器中，或者可以被操作性地连接到所述切片方案生 成器的输出单元9。

所述系统可以包括报告单元11，其用于将切片方案15的表示列入病理 学报告中。此外，报告单元11可以被布置为将与病理切片相关联的发现与 所述样本的位置联系起来。报告单元11可以包括报告编辑器21，用于使得 用户能够指定报告的元素，包括文本元素，诸如，对发现的描述。报告编 辑器21可以被布置为使得用户能够将位置关联到所述报告的元素（诸如发 现）。所述位置可以是在切片上的位置或在图像中的位置。报告编辑器21 可以被布置为基于切片方案15来自动地耦合对应的所述切片的位置和图像 数据集14的位置。这样，所述用户仅需要指定所述位置中的任一个，以将 两个位置均列入所述报告中。

选定的（以及任选地更改的）切片方案可以用于报告单元11内，以便 记录所述病理发现。所述报告编辑器可以提供集成了选定的切片方案与所 述样本图像以及相关临床数据的报告方案，以便报告病理学发现，并标记 它们的定位。报告编辑器21可以包括文本编辑器和图形部件，所述图形部 件对例如所述切片方案、所述切片方案与所述样本图像或描绘所述病变的 其他图像的叠加进行可视化。所述用户可以直接注释所述切片方案的所述 图形表示，或者可以使用所述切片方案的所述文本表示，用于报告。

所述切片方案生成器可以被包括在图像采集装置中，所述图像采集装 置包括成像系统12，所述成像系统12用于扫描所述样本，以生成表示至少 部分所述样本的图像数据集14。

图2图示了使用本文描述的所述切片方案生成器进行处理的范例样本。 首先，该图示出了在支撑体上的样本的照片201。被附接到线的若干标记物 在所述样本内部。该图还示出了样本215的X-射线图像202。所述X-射线 图像还示出了标记物线210。在图片203中，示出了相同的X-射线图像202， 其中，边界框211表示病变的位置和范围。将认识到，该边界框211的位 置、大小以及取向可以对应于由参数单元1生成的参数。图片203示出了 可以如何将这些参数可视化的方式。接下来的两张图片204和205示出了 包括在切片方案18的集合中的两个切片方案。已经使用选择标准17由切 片方案单元2预选了这两个切片方案。用户能够选择期望的切片方案。在 框图中图示的是样本214、标记物线213以及建议的切片212。框图中也指 示了边界框211。在所示的情况中，所述用户选择切片方案204。与切片方 案205相比，切片方案204具有与所述病变区域交叉的切片的增加的密度。 对切片方案的最终选择也可以由切片方案选择器16自动执行。图片206示 出选定的切片方案204，借助于虚线标记一个切片。此外，示出了所述样本 的切片的照片207。标记的切片对应于在照片207中描绘的所述切片。可以 使所述用户能够在所述切片的照片中进行浏览，同时在框图206中更新当 前的玻片。备选地，所述系统可以被布置为显示具有重叠在其上的所述切 片方案的X-射线图像208。类似地，借助于虚线标记对应于显示的切片209 的切片。标记当前切片或特定切片的其他方式也是可能的，例如，通过以 不同颜色显示所述切片。这种标记可以由报告单元11用于示出切片209所 对应的位置。

图3图示了生成用于对样本进行切片的切片方案的方法。所述方法可 以包括步骤301，所述步骤301基于表示至少部分所述样本的图像数据集， 确定所述样本中的病变的至少一个参数。步骤301之后可以为步骤302，所 述步骤302基于所述至少一个参数，确定用于所述样本的病理检查的切片 方案。本领域技术人员可以根据该描述增强或修改所述方法。所述方法可 以被实现为计算机程序。

将认识到，本发明也应用于适于将本发明付诸实践的计算机程序，尤 其是在载体上或载体中的计算机程序。所述程序可以为源代码、目标代码、 代码中间源以及诸如为部分编译形式的目标代码的形式，或者为适于在根 据本发明的方法的实施方式中使用的任意其他形式。也将认识到，这种程 序可以具有许多不同的架构设计。例如，实现根据本发明的方法或系统的 功能的程序代码可以被细分成一个或多个子例程。在这些子例程间分布所 述功能的许多不同方式，对于本领域技术人员将是显而易见的。所述子例 程可以共同存储在一个可执行文件中，以形成自含程序。这种可执行文件 可以包括计算机可执行程序指令，例如，处理器指令和/或解读器指令（例 如，Java解读器指令）。备选地，所述子例程中的一个或多个或全部可以存 储在至少一个外部库文件中，并且在例如运行时间上与主程序进行静态或 动态链接。所述主程序包含对至少一个所述子例程的至少一个调用。所述 子例程也可以包括对彼此的调用。涉及计算机程序产品的实施例包括对应 于在本文中所陈述的至少一个方法的每个处理步骤的计算机可执行指令。 这些指令可以被细分成子例程和/或存储在可以被静态或动态链接的一个或 多个文件中。涉及计算机程序产品的另一实施例包括对应于在本文中所陈 述的至少一个系统和/或产品的每个模块的计算机可执行指令。这些指令可 以被细分成子例程和/或被存储在可以被静态或动态链接的一个或多个文件 中。

计算机程序的载体可以是能够携带所述程序的任意实体或设备。例如， 所述载体可以包括诸如ROM的存储介质，例如，CD ROM或半导体ROM， 或磁性记录介质，例如，闪盘驱动或硬盘。此外，所述载体可以为可传播 载体，诸如，电信号或光信号，其可以经由电缆或光缆，或通过无线电或 其他模块传送。当所述程序被体现在这种信号中时，所述载体可以由这种 线缆或其他设备或模块构成。备选地，所述载体可以为在其中嵌入程序的 集成电路，所述集成电路适用于执行相关方法，或用于相关方法的执行中。

应注意，上文提及的实施例说明本发明而非限制本发明，并且本领域 技术人员将能够设计多种备选的实施例，而不偏离所附权利要求的范围。 在权利要求中，放在括号内的任意附图标记不应被解释为限制权利要求。 动词“包括”及其词形变化的使用不排除存在除权利要求中记载的那些元 件或步骤以外的其他元件或步骤。元件前的冠词“一”或“一个”不排除 存在多个这种元件。可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于被适 当编程的计算机来实现本发明。在罗列了若干模块的设备权利要求中，这 些模块中的若干个可以具体实现为一个相同的硬件产品。有些手段记载在 相互不同的从属权利要求中，这一事实并不表示不能用这些手段的组合来 获益。