用于人體組織中的不同類型微鈣化的非侵入性分類的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種通過(guò)乳房X線照相術(shù)中的X射線成像來(lái)區(qū)分兩種類型的(微)鈣化的非侵入性方法。通過(guò)組織病理學(xué)發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)兩種主要類型的(微)鈣化并且這兩種主要類型的(微)鈣化與良性的乳腺病變和惡性的乳腺病變相關(guān)。非侵入性地區(qū)分這兩種主要類型的(微)鈣化將顯著改善早期乳腺癌診斷。本發(fā)明基于這兩種類型的(微)鈣化在X射線成像中示出相反的吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)的事實(shí)。可以同時(shí)記錄乳腺組織的這兩種信號(hào)的成像系統(tǒng)(例如，X射線光柵干涉儀)可以用于唯一地確定微鈣化類型。期望的是將本發(fā)明用于乳房X線照相術(shù)中以改善早期乳腺癌診斷，提高診斷準(zhǔn)確度并且降低活檢率。
【專利說(shuō)明】用于人體組織中的不同類型微鈣化的非侵入性分類的系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)人體組織中的不同類型的微鈣化進(jìn)行非侵入性分類的系統(tǒng)。
[0002]乳腺癌是婦女中最常見(jiàn)的癌癥并且是癌癥死亡的第二大主要原因。用于診斷和治療的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有被嚴(yán)格遵守，并且估計(jì)如果總是應(yīng)用最佳診斷和治療的步驟，則在歐洲可以避免所有乳腺癌死亡中的35%。
[0003]用于乳房X線照相術(shù)的當(dāng)前規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是基于吸收的X射線成像。在乳房X光造影檢查中微鈣化的存在是特定的診斷意義的重要特征。在乳腺組織中發(fā)現(xiàn)兩種主要類型的微鈣化，并且認(rèn)為這兩種主要類型的微鈣化與良性的乳腺病變和惡性的乳腺病變相關(guān)。I型微鈣化由二水草酸鈣(CaC2O4.2H20)組成，而II型微鈣化由磷酸鈣主要是羥磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))組成。使用光學(xué)顯微鏡術(shù)的病理學(xué)研究表明I型微鈣化是琥玻色、淺黃色、部分透明的并且具有在偏振光下呈現(xiàn)雙折射特性的晶體結(jié)構(gòu)。II型微鈣化是非晶的、通常是卵形的或紡錘形的、灰白色的并且在偏振光下為非雙折射的。
[0004]在良性膽管囊腫中最常見(jiàn)的是I型微鈣化，并且在癌的病灶中很少發(fā)現(xiàn)I型微鈣化，而II型微鈣化在包括癌的增殖性病變中最常見(jiàn)。已經(jīng)確認(rèn)I型微鈣化的存在是病變是良性的或者至多是小葉原位癌的有力指示。因此，區(qū)分微鈣化的類型對(duì)于辨別乳腺病變的特性以及進(jìn)一步改善乳腺癌早期診斷是非常有用的。如果在乳腺成像階段可以確定這個(gè)區(qū)另Ij，則活檢率會(huì)被降低。
[0005]已致力于通過(guò)各種方法來(lái)區(qū)分這兩種類型的微鈣化。這些方法可以劃分為侵入性方法和非侵入性方法。非侵入性方法試圖通過(guò)分析傳統(tǒng)的乳房X線照片來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。非侵入性方法嘗試使形態(tài)參數(shù)如用乳房X射線照相術(shù)所檢測(cè)到的微鈣化的形狀、大小、數(shù)目以及粗糙度相關(guān)聯(lián)。這些算法具有諸如暗的乳房X線拍照背景、低密度的鈣化斑點(diǎn)或者密集成簇的鈣化的問(wèn)題。此外，形態(tài)學(xué)信息不是特定的并且因此這些算法局限于某些病人和乳房X線照片并且在臨床診斷中發(fā)現(xiàn)這些算法是不可靠的。
[0006]更嚴(yán)格的方法是使用拉曼(Raman)光譜法。拉曼光譜法是基于在光與物質(zhì)之間交換能量的技術(shù)。獲得的拉曼光譜是化學(xué)特定的，因此這個(gè)技術(shù)能夠確定微鈣化類型。它們的結(jié)果表明這個(gè)方法在區(qū)分發(fā)生在良性膽管和惡性膽管中的微鈣化中產(chǎn)生88%的敏感性和93%的特異性。
[0007]基于乳房X線照片的方法是非侵入性的并且是臨床上適用的，但是可靠性低。這可以理解為是因?yàn)檫@些方法不能僅通過(guò)X射線吸收信息來(lái)確定微鈣化的化學(xué)組成或者結(jié)構(gòu)。形態(tài)學(xué)信息被各種個(gè)別的患者和傳染病灶的環(huán)境限制。拉曼光譜法具有較高的敏感性和特異性。然而，這是侵入性方法。必須制備離體樣本用于分析，這限制了拉曼光譜法在早期診斷中的應(yīng)用。
[0008]另一種可靠的方法是如利用光學(xué)顯微鏡術(shù)的H&E(蘇木精和伊紅)染色的組織病理學(xué)。這兩種類型的微鈣化表明在偏振光下不同的雙折射特性:發(fā)現(xiàn)I型微鈣化是雙折射的而II型微鈣化是非雙折射的。然而，這種病理學(xué)方法也是侵入性的并且因此具有與基于拉曼光譜法的方法相同的缺點(diǎn)。
[0009]因此本發(fā)明的目的在于提供一種用于對(duì)人體組織中的不同類型的微鈣化進(jìn)行非侵入性分類的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在乳腺成像階段區(qū)分這兩種類型的微鈣化，并且不僅能夠提供形態(tài)學(xué)信息而且還能夠提供反映微鈣化的內(nèi)部化學(xué)物或者結(jié)構(gòu)的信息。
[0010]根據(jù)本發(fā)明借助于用于通過(guò)結(jié)合人體組織中的不同類型的微鈣化的吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)對(duì)不同類型的微鈣化進(jìn)行非侵入性地分類的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)本目的；所述系統(tǒng)包括:
[0011]a)用于記錄吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)的設(shè)置，如根據(jù)基于光柵的干涉測(cè)量法或者根據(jù)基于晶體分析器的成像或者根據(jù)編碼孔徑成像的X射線研究設(shè)置；
[0012]b)信號(hào)處理裝置，其被啟用以分析至少一對(duì)微鈣化，所述分析基于對(duì)不同類型的微鈣化具有相反的吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)的發(fā)現(xiàn)，亦即，一種類型微鈣化給出比另一類型微鈣化更弱的吸收信號(hào)但是更強(qiáng)的小角散射信號(hào)，或者一種類型微鈣化給出比另一類型微鈣化更強(qiáng)的吸收信號(hào)但是更弱的小角散射信號(hào)。
[0013]因此本系統(tǒng)得益于下述事實(shí):這兩種類型的(微)鈣化表示在X射線成像中相反的吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)。同時(shí)記錄乳腺組織的這兩種信號(hào)的成像系統(tǒng)(例如，根據(jù)WO2012/000694 Al或者WO 2010/089319 Al的X射線光柵干涉儀)用于唯一地確定微鈣化類型。本發(fā)明用于乳房X線照相術(shù)中以改善早期乳腺癌診斷，提高診斷準(zhǔn)確度并且降低活檢率。
[0014]優(yōu)選實(shí)施方式中的系統(tǒng)包括:信號(hào)處理裝置，其被啟用以將信號(hào)對(duì)(t1;t2)分配給一對(duì)微鈣化；&, t2 C {+，并且&和〖2分別代表吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度，其中，“+”是指這個(gè)信號(hào)較強(qiáng)，“一”是指這個(gè)信號(hào)較弱；并且包括在信號(hào)處理裝置中的評(píng)估模塊識(shí)別兩個(gè)信號(hào)對(duì)是否組成(+，一)和(+，一)的組合，由此得出兩個(gè)信號(hào)對(duì)屬于不同類型的微鈣化，其中，標(biāo)記有(一，+)的微鈣化被確定為更可能是I型微鈣化，而(+，-)指示這個(gè)微鈣化被確定為更可能是II型微鈣化。
[0015]為了拓寬本系統(tǒng)的關(guān)于準(zhǔn)確度和魯棒性的性能，優(yōu)選實(shí)施方式使得數(shù)據(jù)處理裝置能夠使用微鈣化的吸收信號(hào)與小角散射信號(hào)之比r來(lái)去耦厚度參數(shù)并且識(shí)別I型微鈣化和II型微鈣化，其中
【權(quán)利要求】
1.一種用于通過(guò)結(jié)合人體組織中的不同類型的微鈣化的吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)來(lái)非侵入性地對(duì)所述不同類型的微鈣化進(jìn)行分類的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: a)用于記錄吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)的設(shè)置，諸如根據(jù)基于光柵的干涉度量法或者根據(jù)基于晶體分析器的成像或者根據(jù)編碼孔徑成像的X射線研究設(shè)置； b)信號(hào)處理裝置，其被啟用以分析至少一對(duì)微鈣化，所述分析基于對(duì)不同類型的微鈣化具有相反的吸收信號(hào)和小角散射信號(hào)的發(fā)現(xiàn)，亦即，一種類型微鈣化給出比另一類型微鈣化更弱的吸收信號(hào)但是更強(qiáng)的小角散射信號(hào)，或者一種類型微鈣化給出比另一類型微鈣化更強(qiáng)的吸收信號(hào)但是更弱的小角散射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，信號(hào)對(duì)(t1;t2)被分配給一對(duì)微鈣化；ti, t2 C {+，并且&和12分別代表所述吸收信號(hào)和所述小角散射信號(hào)的相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度，其中，“+”是指這個(gè)信號(hào)較強(qiáng)，“一”是指這個(gè)信號(hào)較弱；并且包括在所述信號(hào)處理裝置中的評(píng)估模塊識(shí)別兩個(gè)信號(hào)對(duì)是否組成(+，一)和(一，+)的組合，由此得出:所述兩個(gè)信號(hào)對(duì)屬于不同類型的微鈣化，其中，標(biāo)記有(一，+)的微鈣化被確定為更可能是I型微鈣化，而(+，-)指示這種微鈣化被確定為更可能是II型微鈣化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)處理裝置被啟用以使用所述微鈣化的所述吸收信號(hào)與所述小角散射信號(hào)之比r來(lái)去耦厚度參數(shù)并且識(shí)別I型微鈣化和II型微鈣化，其中，


l~d T = --=::=.#
SC CS ^L CS AC是所述吸收信號(hào)，AC = jQ￡M(I)dI = μ ，而SC是所述小角散射信號(hào)，sc = Og)dii'fi; L是樣本的厚度，μ是衰減系數(shù)，s是廣義散射參數(shù)，以及c是由所述設(shè)置的幾何參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)決定的常數(shù)；進(jìn)一步使用按下述進(jìn)行分類的預(yù)定閾值t，
)一種類
]/■>/,另一種類型
4.根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中——假設(shè)用(多模態(tài))計(jì)算機(jī)X射線層析術(shù)獲得信號(hào)數(shù)據(jù)——所述數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)吸收信息和散射信息的投射來(lái)重建所述吸收信息和所述散射信息的X線層析照片，并且所述衰減系數(shù)μ和所述廣義散射參數(shù)S被直接獲得，其中，這兩個(gè)信號(hào)對(duì)于兩種類型的微鈣化也是相反的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，根據(jù)X射線的布置，尤其是硬X射線的布置，來(lái)獲得所述吸收信號(hào)和所述小角散射信號(hào)，以用于從樣本獲得定量X射線圖像，所述布置包括: a.X射線源； b.命名為GO、Gl以及G2或Gl和G2的三個(gè)或至少兩個(gè)光柵； c.具有空間調(diào)制的檢測(cè)敏感性的位置敏感檢測(cè)器，所述位置敏感檢測(cè)器具有多個(gè)單獨(dú)像素；d.用于記錄所述檢測(cè)器的圖像的裝置； e.評(píng)估模塊，其被啟用以評(píng)估一系列圖像中的每個(gè)像素的強(qiáng)度，以便針對(duì)每個(gè)單獨(dú)像素將目標(biāo)的特性識(shí)別為吸收為主的像素或者微分相位反差為主的像素或者X射線散射為主的像素； f.其中，通過(guò)持續(xù)或者逐步地將所述樣本或者將所述設(shè)置和所述源相對(duì)于所述樣本從O旋轉(zhuǎn)至31或者2 31來(lái)采集所述一系列圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)以所謂的“近場(chǎng)方法”或者以“塔爾波特方法”操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，其中，Gl是作為吸收光柵或者相位光柵的線性光柵，Gl是低吸收光柵但是產(chǎn)生相當(dāng)大的X射線相移，所述相移優(yōu)選地為π或者π的奇數(shù)倍；而G2是具有其周期與Gl的自身圖像的周期相同的高X射線吸收反差的線性光柵；G2緊接著被放置在所述檢測(cè)器的前面，G2的線與Gl的線平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其中，對(duì)于近場(chǎng)方法操作，在所述方法內(nèi)自由選擇所述光柵之間的距離，并且對(duì)于所述塔爾波特方法，根據(jù)下述來(lái)選擇所述光柵之間的距離:
其中1 = 1,2,3……，Dn是使用平行的X射線束時(shí)的奇分?jǐn)?shù)塔爾波特距離，而Dn，sph是使用扇形或者圓錐形X射線束時(shí)的奇分?jǐn)?shù)塔爾波特距離，L是所述源與Gl之間的距離。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，通過(guò)一個(gè)光柵G0、G1或G2相對(duì)于其他光柵的偏移來(lái)進(jìn)行相位步進(jìn)。
【文檔編號(hào)】A61B6/00GK104137149SQ201380010632
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月24日
【發(fā)明者】馬可·斯坦帕諾尼, 王真天 申請(qǐng)人:保羅·謝勒學(xué)院