12、病理成像的三维数据分析

病理成像的三维数据分析

1. 引言

高通量数字扫描技术使病理图像数据成为一种新兴的成像方式，有助于临床医生和研究人员在细胞水平上进行基础科学研究和诊断。通过对病理成像数据的定量分析，他们能够探索生物系统的形态和功能特征，深入了解正常组织发育和不同疾病病理演变的潜在机制。

然而，目前许多对病理图像中微观解剖对象的定量分析方法，如基于细胞核分析的肿瘤分级和大规模细胞核对象的空间查询，大多局限于二维生物结构分析，在处理病理成像体积中呈现的三维微观解剖对象时存在局限性。

二维微观解剖对象只是其真实三维结构的近似表示，当三维结构投影到二维图像焦平面时，会丢失大量关于三维空间关系和形态特征的信息。这对于需要准确描述生物对象空间关系的分析来说，可能会带来严重问题。例如，在肝脏疾病诊断中，肝脏血管的三维结构变化以及细胞核与血管在三维空间中的空间关系，对于更好地理解肝脏疾病的进展至关重要。而肝脏组织显微镜图像中细胞核、血管及其空间关系的二维轮廓，很大程度上取决于组织切片制备过程中切割平面的位置和角度，因此在大多数情况下，它们与真实的三维形状有很大差异，并且代表着错误的空间关系。

虽然已经有很多关于人体功能结构（如血管）的建模和分析研究，包括血管分割、结构跟踪和血管结构的三维可视化等，但这些研究主要集中在放射学图像（如计算机断层扫描和磁共振成像）或三维增强成像方式（如计算机断层血管造影和磁共振血管造影）上。与放射学图像模态相比，数字病理图像具有更高的分辨率，并且包含更多细胞水平的信息，因此直接将放射学图像的分析方法应用于病理图像是不可行的。

为了解决这些问题，我们提出了一个完整的框架，用于对病理图像体积中的三维细胞核和血管进行空间分析。