用于通过癌症分级绘图增强的精确诊断和治疗的系统和方法技术方案

一种用于执行肿瘤分级绘图的超声系统包括：超声成像设备(10)，其采集超声成像数据；电子数据处理设备(30)，其被编程为根据所述超声成像数据来生成超声图像(34)，并且被编程为通过以下操作来生成肿瘤分级绘图(42)：(i)从所述超声成像数据中提取表示肿瘤分级绘图的绘图像素的局部特征的集合，并且(ii)使用肿瘤分级分类器(46)对所述局部特征的集合进行分类以生成针对所述肿瘤分级绘图的所述绘图像素的肿瘤分级；显示部件(20)，其显示所述肿瘤分级绘图，例如，作为颜色编码的肿瘤分级绘图叠加层被叠加在所述超声图像上。所述肿瘤分级分类器根据训练数据集合(64)进行学习，所述训练数据集合包括从活检位置处的超声成像数据提取的并且被标记有组织病理学肿瘤分级的局部特征的集合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过癌症分级绘图增强的精确诊断和治疗的系统和方法
下文总体上涉及肿瘤学诊断和处置领域、活检和组织样本收集领域、图像引导的医学流程领域以及相关领域。下文具体参考前列腺肿瘤诊断和处置来进行描述，但是将应用于对诸如肝癌、乳腺癌等的其他类型的癌症的诊断和处置。
技术介绍
2014年，在美国，前列腺癌是男性中最常见类型的癌症，并且是癌症相关的第二大死因。每年，超过230000位美国男人被诊断有前列腺癌，并且接近30000人死于该疾病。如果血液中的前列腺特异性抗原(PSA)的水平增加、可感知的结节、前列腺癌的家族史或者在前列腺的超声图像中见到低回波区域，则怀疑是前列腺癌。然而，血液PSA测试结果产生高的假阳性率，这会导致具有相关联的可能并发症的不必要的处置流程。更为明确的前列腺癌诊断通常是借助对使用由经直肠超声成像引导的直肠工具所采集的活检样本的组织病理学分析。遗憾的是，前列腺肿瘤往往形成为分散的恶性区域，使得由于不良的靶向而导致针对该测试的假阴性率较高。在这种意义上“假阴性”包括完全错过(错误地指示没有肿瘤)，或者比实际存在于前列腺中的最高分级的肿瘤较低的肿瘤分级。更具体地，经直肠超声引导的活检通常具有低的灵敏度，其中，阳性预测值的范围从40％至60％，阻碍了有效处置规划和靶向。除了从工作流的角度来看是不高效的，活检也是昂贵的和有创的，具有可能的并发症；因此，重复的活检是不期望的。在做出了对前列腺癌的诊断之后，开发了适当的治疗。聚焦治疗(例如，高强度聚焦超声(HIFU)、冷冻治疗、射频消融(RFA)或者光动力学治疗(PDT))通常是微创技术，其被设计为对分散的前列腺肿瘤的区域进行靶向，同时最小程度地影响前列腺器官。然而，典型的前列腺肿瘤的分散性质使得经由聚焦治疗对高分级肿瘤区域的有效靶向成为具有挑战性的任务。下文公开了解决上文提及的问题和其他问题的新的且改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，一种超声系统包括：超声成像设备，其被配置为采集超声成像数据；电子数据处理设备，其被编程为通过以下操作来生成肿瘤分级绘图：(i)从所述超声成像数据中提取表示所述肿瘤分级绘图的绘图像素的局部特征的集合、并且(ii)使用肿瘤分级分类器对所述局部特征的集合进行分类以生成针对所述肿瘤分级绘图的所述绘图像素的肿瘤分级；以及显示部件，其被配置为显示所述肿瘤分级绘图。在另一公开的方面中，一种超声方法包括：采集超声成像数据；根据所述超声成像数据生成超声图像；通过将肿瘤分级分类器应用于从所述超声成像数据中提取的局部特征的集合来根据所述超声成像数据生成肿瘤分级绘图；并且显示以下中的至少一项：(i)所述肿瘤分级绘图；以及(ii)融合图像，所述融合图像组合所述超声图像与所述肿瘤分级绘图。在另一公开的方面中，一种存储指令的非瞬态存储介质，所述指令能由电子数据处理设备读取和运行以执行肿瘤分级绘图方法，所述方法包括：从超声成像数据中提取表示肿瘤分级绘图的绘图像素的局部特征的集合；并且使用肿瘤分级分类器对局部特征的每个集合进行分类，以生成针对所述肿瘤分级绘图的对应的绘图像素的肿瘤分级。所述肿瘤分级绘图包括具有等于针对各自的绘图像素所生成的所述肿瘤分级的绘图像素值的所述绘图像素。一个优点在于提供了经由超声采集的分级绘图。另一优点在于实时提供了这样的肿瘤分级绘图。另一优点在于提供了使用这样的肿瘤分级绘图的改进的活检样本收集。另一优点在于提供了使用这样的肿瘤分级绘图的改进的肿瘤治疗靶向。给定的实施例可以不提供、提供一个、两个、更多个或者所有前述优点，和/或可以提供如在本领域普通技术人员在阅读并理解了本公开内容之后变得明显的其他优点。附图说明本专利技术可以采用各种部件和部件的布置以及各个步骤和步骤的安排的形式。附图仅仅是出于图示优选实施例的目的，而不应当被解释为对本专利技术的限制。图1图解性地图示了如在本文中所公开的提供肿瘤分级绘图的经直肠超声系统。图2图解性地图示了适合使用图1的系统执行的超声成像方法，包括显示被重叠在b模式超声图像上的肿瘤分级绘图。图3图解性地图示了适合由计算机或其他电子数据处理设备执行的离线处理，以生成在图1的系统中采用的(一个或多个)肿瘤分级分类器。具体实施方式对前列腺肿瘤的分级通常是借助使用通过经直肠超声引导的活检所采集的样本的组织病理学检查。然而，所述超声通常(顶多)指示前列腺的疑似区域的位置，但是不能够确定这些区域的肿瘤分级(或者甚至它们是否是癌变的)。因此，不能保证活检将采集存在于前列腺中的最高分级的肿瘤的样本。另外，流程的经直肠性质往往限制能够实际收集的样本的数量。重复的经直肠活检流程也是不期望的。在本文中公开了利用通过经直肠超声成像所采集的现有原始“RF”时间系列数据，根据经直肠超声图像来生成肿瘤分级绘图。(术语“RF”通常指代“射频”。在超声的背景下，成像超声脉冲处于声音频率处，所述声音频率通常处于与射频相当的兆赫范围内；因此，在超声背景下的术语“RF”时间系列。)在典型的超声成像中，以每秒大约30-50次施加超声脉冲，由此每秒生成30-50幅亮度图像(被称为2D超声成像中的“b模式”图像)。已知这些图像可能由于诸如组织加热或声-机械效应的各种可能机制而随时间改变，使得针对所述b模式图像的每个像素，能够根据RF时间系列生成对应的时间变化的信号。这些时间变化的信号已经被示为在一些情况下与组织类型相关。如在本文中所公开的，像素水平RF时间系列信息被用于生成肿瘤分级绘图，其能够被重叠到2D图像(例如，b模式图像)或3D图像(针对3D超声系统)上。鉴于(目前)不能充分理解引起RF时间系列数据中的组织对比度的物理机制，在所公开的实施例中采用机器学习方法。为此，针对每个绘图像素提取诸如纹理或纹波的局部特征。这些绘图像素可以处于超声图像的像素分辨率处，或者可以处于粗糙绘制分辨率处。(此外，如在本文中所使用的术语“像素”指代“图片元素”，并且可以是2D像素或3D像素，这取决于RF时间数据是使用2D超声还是3D超声系统来采集的。)所述局部特征形成表示每个绘图像素的特征向量，其被输入到肿瘤分级分类器以针对绘图像素分配肿瘤分级。使用在包括已经针对其分配了组织病理学分级的实际活检位置的超声图像的经标记的训练数据上进行机器学习来训练所述肿瘤分级分类器(或多个分类器)。所述肿瘤分级绘图可以作为彩色叠加层被叠加在b模式图像上，或者以其他方式与超声图像融合。所述肿瘤分级绘图生成是快速的。经训练的分类器是计算高效的，并且能够离线地执行所述训练。所述超声肿瘤分级绘图也使用在常规(例如，b模式)超声成像期间已经生成的“原始”RF时间系列数据。因此，容易在实时超声成像期间采用所公开的肿瘤分级绘图。所述肿瘤分级绘图从而能够被实时更新，以考虑直肠探头重新定位、不经意的患者移动、超声成像设置(例如，分辨率、焦点)的改变等。除了用于经直肠超声引导的活检流程期间之外，所述方法还被设想用于短距放射治疗种子植入期间、针对反向调制辐射治疗(IMRT)的规划图像的采集期间等。尽管RF时间系列数据被公开为用于生成所述肿瘤分级绘图数据的超声成像机制，但是也可以使用通过诸如弹性成像(其中施加低频率的超声脉冲以引发组织振动)的其他对比机制生成的更一般的绘图数据。此外，尽管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声系统，包括：超声成像设备(10)，其被配置为采集超声成像数据；电子数据处理设备(30)，其被编程为通过以下操作来生成肿瘤分级绘图(42)：(i)从所述超声成像数据中提取表示所述肿瘤分级绘图的绘图像素的局部特征的集合，并且(ii)使用肿瘤分级分类器(46)对所述局部特征的集合进行分类以生成针对所述肿瘤分级绘图的所述绘图像素的肿瘤分级；以及显示部件(20)，其被配置为显示所述肿瘤分级绘图。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.04 US 62/170,7101.一种超声系统，包括：超声成像设备(10)，其被配置为采集超声成像数据；电子数据处理设备(30)，其被编程为通过以下操作来生成肿瘤分级绘图(42)：(i)从所述超声成像数据中提取表示所述肿瘤分级绘图的绘图像素的局部特征的集合，并且(ii)使用肿瘤分级分类器(46)对所述局部特征的集合进行分类以生成针对所述肿瘤分级绘图的所述绘图像素的肿瘤分级；以及显示部件(20)，其被配置为显示所述肿瘤分级绘图。2.根据权利要求1所述的超声系统，其中，所述电子数据处理设备(30)被编程为从RF时间系列超声成像数据中提取表示绘图像素的所述局部特征的集合。3.根据权利要求1所述的超声系统，其中：所述超声成像设备(10)被配置为采集超声成像数据，所述超声成像数据包括弹性摄影成像数据，在所述弹性摄影成像数据中，较低频率的超声脉冲由所述超声设备来施加以引发组织振动；并且所述电子数据处理设备(30)被编程为从弹性摄影成像数据中提取表示绘图像素的所述局部特征的集合。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的超声系统，其中：所述电子数据处理设备(30)还被编程为根据所述超声成像数据来生成超声图像(34)，并且还被编程为根据所述肿瘤分级绘图(42)来生成肿瘤分级绘图叠加层，所述肿瘤分级绘图叠加层与所述超声图像被对齐；并且所述显示部件(20)被配置为显示融合图像，所述融合图像组合所述超声图像与所述肿瘤分级绘图。5.根据权利要求4所述的超声系统，其中，所述电子数据处理设备(30)被编程为根据包括RF时间系列超声成像数据的超声成像数据来生成所述超声图像，作为亮度(b模式)图像(34)。6.根据权利要求4-5中的任一项所述的超声系统，其中，所述电子数据处理设备(30)被编程为在所述超声图像(34)与颜色编码的肿瘤分级绘图叠加层叠加时生成所述融合图像，在所述颜色编码的肿瘤分级绘图叠加层中，所述肿瘤分级绘图(42)的肿瘤分级通过颜色编码来表示。7.根据权利要求4-6中的任一项所述的超声系统，其中，所述超声系统被配置为连续采集超声成像数据，并且被配置为使用连续采集的超声成像数据来实时更新所述超声图像(34)、所述肿瘤分级绘图(42)以及所述融合图像。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的超声系统，其中，所述肿瘤分级绘图(42)的每个绘图像素包括根据所采集的超声成像数据生成的超声图像的像素的邻接的n×n阵列，其中，n≥1。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的超声系统，其中，所述电子数据处理设备(30)被编程为提取表示所述肿瘤分级绘图的绘图像素的所述局部特征的集合，所述局部特征的集合包括以下中的一项或多项：(1)纹理特征、(2)基于小波的特征以及(3)谱特征。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的超声系统，其中，所述电子数据处理设备(30)包括所述超声成像设备(10)的微处理器或微控制器，所述微处理器或微控制器还被编程为控制所述超声成像设备(10)以采集所述超声成像数据。11.根据权利要求1-10中的任一项所述的超声系统，还包括：直肠超声探头(12)，其与所述超声成像设备(10)相连接，其中，所述超声成像设备被配置为使用所述直肠超声探头来采集前列腺器官的超声成像数据；所述电子数据处理设备(30)被编程为通过以下操作来生成前列腺肿瘤分级绘图(42)：...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·博罗茨基，A·M·塔赫玛塞比马拉古奥施，S·巴拉特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL