用于延遲增強(qiáng)圖像的半自動(dòng)量化的系統(tǒng)和方法

專利名稱：用于延遲增強(qiáng)圖像的半自動(dòng)量化的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及醫(yī)學(xué)圖像處理，并更具體地說(shuō)涉及檢測(cè)醫(yī)學(xué)圖像中的解剖異常。
背景技術(shù)：
延遲增強(qiáng)磁共振(DEMR)是一種圖像獲取技術(shù)，通過(guò)這種技術(shù)無(wú)活性的(即，死的)心肌組織是以增強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度呈現(xiàn)的(即，它們比周圍的活性組織更明亮)。在心臟的左心室(LV)中的無(wú)活性組織的范圍是患者存活率的直接指標(biāo)。但是，DEMR圖像中的活性和無(wú)活性LV心臟組織的確定不是簡(jiǎn)單的任務(wù)。因此，需要一種確定DEMR圖像中的活性和無(wú)活性組織的技術(shù)。
DEMR的獲取需要大概20-30分鐘的等待周期。在這20-30分鐘的等待周期過(guò)程中，主要獲取其他MR原始記錄，特別是電影MR，心動(dòng)周期上的時(shí)間序列。與DEMR相比，在電影MR中，LV心肌是以更加均勻的紋理來(lái)呈現(xiàn)的，用這樣的紋理可以顯現(xiàn)心肌的收縮。
DEMR圖像中LV的分割是很復(fù)雜的，因?yàn)楹茈y可靠預(yù)測(cè)它的亮度特性。與可以對(duì)空氣、血液以及肌肉的亮度做出假定的電影MR圖像相比，對(duì)DEMR心肌沒有多少了解。此外，無(wú)活性組織也許具有使其難以從血池中區(qū)別的亮度。因此，在分析DEMR圖像的時(shí)候放射科醫(yī)師常常參考“相應(yīng)的”、可看到心壁的電影圖像。電影MR(磁共振)圖像被認(rèn)為具有有關(guān)心臟的最相似的切片平面和在心動(dòng)周期中最靠近的觸發(fā)時(shí)間的相應(yīng)圖像。由于病人的移動(dòng)或呼吸偽影，電影MR和DEMR圖像的切片平面可能不相同；并且，DEMR的ECG時(shí)間也許不完全匹配有關(guān)該ECG的電影的瞬時(shí)取樣。
至于無(wú)活性心肌的分類，在Thomas O’Donnell等人的題為“用于使用延遲增強(qiáng)磁共振成像和人工智能來(lái)識(shí)別無(wú)活性心肌組織的系統(tǒng)和方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/677190中，描述了使用支持向量機(jī)來(lái)對(duì)心肌組織進(jìn)行分類，其整個(gè)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此。這種基于SVM的分類法將某一像心壁的厚度和厚度隨時(shí)間的改變這樣的特征用作為基于SVM的分類的特征，并且分類是基于向量的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種用于確定圖像特性的圖像處理的方法和設(shè)備包括下述操作對(duì)第一圖像進(jìn)行分割以創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)于第一圖像的分割輪廓；以及將分割后的第一圖像配準(zhǔn)到第二圖像上。還進(jìn)行如下操作將分割輪廓從第一圖像轉(zhuǎn)移到第二圖像；并在第二圖像中擬合所轉(zhuǎn)移的分割輪廓。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，一種用于處理包括相應(yīng)的電影圖像的電影MR(磁共振)圖像和延遲增強(qiáng)磁共振(DEMR)活性圖像以分析候補(bǔ)物質(zhì)的方法包括下述操作對(duì)電影MR圖像進(jìn)行分割以創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)分割輪廓；以及使分割輪廓變形，以使得分割輪廓以相應(yīng)于該活性圖像的相位的相位進(jìn)行插入，來(lái)生成一個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ?。此外，進(jìn)行如下操作通過(guò)將相應(yīng)的電影圖像配準(zhǔn)到活性圖像，在活性圖像中定位候補(bǔ)物質(zhì)；以及創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)能量場(chǎng)圖像以將先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到活性圖像。還進(jìn)行如下操作使用一個(gè)或多個(gè)變換將先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到能量場(chǎng)圖像；以及在包括擬合的先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊烟幚淼幕钚詧D像中，使用分類器對(duì)候補(bǔ)物質(zhì)進(jìn)行分類。


參考附圖對(duì)本發(fā)明的典型實(shí)施例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，其中
圖1是在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中對(duì)DEMR圖像中的心肌進(jìn)行分割和分類的流程圖；圖2示出了用在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中的一組電影MR圖像；圖3示出了在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中的DEMR活性圖像和特定活性相位；圖4示出了在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中的活性圖像的排序；圖5示出了在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中的相應(yīng)和相鄰圖像的特寫；圖6示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中從相應(yīng)的電影圖像Ci，k的自動(dòng)分割所獲得的輪廓；圖7示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中創(chuàng)建變形場(chǎng)的電影MR相位的配準(zhǔn)；圖8示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中LV相位的范圍內(nèi)的Sprior輪廓形狀的定位；圖9示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中Vi中的LV的定位。
圖10示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中將Sprior擬合到Vi的能量場(chǎng)；圖11示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中確定對(duì)Sprior縮放的限制的過(guò)程；圖12示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中Sprior到圖10中所示的能量圖像的擬合；圖13示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中生成預(yù)測(cè)圖像的分類過(guò)程的圖示；圖14所示的反映了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中使用DEMR分割和分類技術(shù)的一個(gè)作為例證的試驗(yàn)；以及圖15示出了一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的典型實(shí)施例的典型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的典型實(shí)施例。
下面的說(shuō)明將假定以左心室(LV)為目標(biāo)的心臟掃描獲取電影MR(磁性分離)圖像和延遲增強(qiáng)磁性分離(DEMR)圖像。說(shuō)明用于量化無(wú)活性組織范圍的兩階段技術(shù)。首先，對(duì)DEMR圖像中的心肌進(jìn)行分割。然后，將心肌像素分類為對(duì)應(yīng)活性或無(wú)活性的組織。心肌的分割是很復(fù)雜的，因?yàn)椴荒芸煽康仡A(yù)測(cè)它的亮度特性。此外，可能無(wú)法從心室血池中區(qū)分出被破壞的組織。因此，MR(磁共振)電影(也被叫做“常規(guī)或普通的”MR圖像)圖像是在相同的時(shí)間段(其中心肌具有更可預(yù)測(cè)的外部特征)中獲取的，以便創(chuàng)建心肌邊緣的先驗(yàn)?zāi)Ｐ?。使用DEMR圖像中的圖像特征和這種先驗(yàn)?zāi)Ｐ?，能夠一致地?duì)心肌進(jìn)行分割。在處理的第二階段中，基于專家的訓(xùn)練，使用支持向量機(jī)(SVM)來(lái)區(qū)分活性和無(wú)活性的像素。
圖1是在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中對(duì)DEMR圖像中的心肌進(jìn)行分割和分類的流程圖。在下面的說(shuō)明中，Vi表示活性圖像；Ci，k表示剛好在活性圖像相位前面的電影MR圖像，即“相應(yīng)的電影”；Ci，k+1表示剛好在活性圖像相位之后的電影MR圖像，即“后電影”的圖像；Ci+1，k表示空間上與相應(yīng)的電影相鄰的電影圖像，“相應(yīng)的電影的相鄰切片”圖像；SCi，k表示分割輪廓，即“相應(yīng)電影的分割”；以及Sprior表示被內(nèi)插到活性圖像相位以形成活性圖像中心肌的先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南鄳?yīng)電影圖像的分割，即“先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀薄?br> 在流程圖100的步驟102中，在一組電影MR(磁共振)圖像C中相對(duì)于相位(時(shí)間)執(zhí)行活性圖像Vi的排序。在步驟104中，執(zhí)行相應(yīng)的電影圖像Ci，k的自動(dòng)分割來(lái)創(chuàng)建相應(yīng)的電影圖像的分割SCi，k。在步驟106中，配準(zhǔn)周圍的電影MR相位以創(chuàng)建一個(gè)變形場(chǎng)。該變形場(chǎng)被用來(lái)將電影輪廓SCi，k內(nèi)插到活性圖像的相位。這包括將相應(yīng)的電影圖像Ci，k配準(zhǔn)到后電影圖像Ci，k+1中以獲得它們之間的變形場(chǎng)。然后，可以內(nèi)插電影輪廓SCi，k以形成一個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ蚐prior。在步驟108中，通過(guò)將相應(yīng)的電影圖像Ci，k配準(zhǔn)到Vi將左心室(LV)定位在Vi中。在步驟110中，通過(guò)最小化能量，創(chuàng)建能量場(chǎng)圖像以將先驗(yàn)?zāi)Ｐ蚐prior擬合到Vi。在步驟112，通過(guò)將相應(yīng)的電影圖像的相鄰切片Ci+1，k配準(zhǔn)到相應(yīng)的電影圖像Ci，k，確定對(duì)Sprior的縮放的限制。在步驟114中，將先驗(yàn)?zāi)Ｐ蚐prior擬合到能量場(chǎng)圖像是用仿射變換來(lái)完成的。在步驟116中，使用SVM來(lái)執(zhí)行心肌組織的分類。
圖2示出了一組用在本發(fā)明的典型實(shí)施例中的電影MR圖像。假設(shè)Cn，m表示具有n個(gè)相鄰切片位置和m個(gè)在心動(dòng)周期中相隔相同時(shí)間的連續(xù)相位的電影MR圖像的n×m矩陣。電影MR圖像200被示為n個(gè)電影切片位置202和m個(gè)電影切片相位204。
接下來(lái)說(shuō)明找到最靠近DEMR圖像中的一個(gè)活性相位的一個(gè)電影相位204的過(guò)程。假設(shè)Vn表示具有n個(gè)相鄰切片位置的n個(gè)DEMR圖像的集合。由于Vi∈Vn，假設(shè)相應(yīng)的電影圖像是Ci，k∈Cn，m，這樣以致于， 其中t表示圖像的心電圖(ECG)觸發(fā)時(shí)間，k表示以毫秒為單位的相位，i表示切片位置。將心肌邊緣檢測(cè)算法應(yīng)用于Ci，k，其使用與主動(dòng)輪廓公式相結(jié)合的區(qū)域分割。可以手動(dòng)編輯的結(jié)果是輪廓SCi，k(r)，即相應(yīng)的電影圖像的分割。與相應(yīng)的電影圖像Ci，k相鄰的是Ci，k+1，使得tCi,t≤tVi≤tCi,k+1.]]>圖3示出了在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中的DEMR活性圖像和特定活性相位。示出了活性圖像206?；钚詧D像208、210和214形成DEMR活性圖像的一部分。DEMR圖像被認(rèn)為是活性圖像。
活性圖像的單個(gè)切片i被表示為Vi。接下來(lái)的目標(biāo)是找到Vi中的心肌邊緣，并將其中的組織分類為活性的(活的)或無(wú)活性的(死的)。LV邊緣將被確定在由LV邊緣指示符212所指出的區(qū)域附近。
接下來(lái)說(shuō)明DEMR圖像中的LV的定位?；钚詧D像的單個(gè)相位i(212)被表示為Vi。通過(guò)用在變形場(chǎng) 中產(chǎn)生的Vi配準(zhǔn)Ci，k來(lái)計(jì)算Vi(212)中的血池的中心，以使得 然后通過(guò)滿足Scenter(r)=D(SCi,k(r))]]>的 來(lái)使分割SCi，k(r)變形。Scenter的質(zhì)心，x→center=∫ScenterScenter(r)dr]]>是在Vi中開始搜索LV的位置。對(duì)于任何其它推論該變形場(chǎng)可能都是非常不精確的。
圖4示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中的活性圖像的排序。活性圖像206是就相位來(lái)排序的，即電影MR圖像組200之內(nèi)的時(shí)間。同時(shí)示出了相應(yīng)的電影圖像216(Ci，k)。表示電影圖像Ci+1，k和Ci，k+1的相鄰電影圖像218和220顯示為緊接于相應(yīng)的電影圖像216。
圖5示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例中相應(yīng)和相鄰圖像的特寫。DEMR活性相位210示出了被表示為Vi的活性圖像的單個(gè)切片i。示出了相應(yīng)電影圖像216(Ci，k)。表示電影圖像Ci+1，k和Ci，k+1的相鄰電影圖像218和220顯示為緊接于相應(yīng)的電影圖像216。
圖6示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中從相應(yīng)的電影圖像Ci，k的自動(dòng)分割獲得的輪廓。DEMR活性相位210的圖像示出了被表示為Vi的活性圖像的單個(gè)切片i。所示的相應(yīng)電影圖像216(Ci，k)包括通過(guò)Ci，k的自動(dòng)分割所獲得的輪廓SCi，k222。表示電影圖像Ci+1，k和Ci，k+1的相鄰電影圖像218和220顯示為緊接于相應(yīng)的電影圖像216。
圖7示出了在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中創(chuàng)建一個(gè)變形場(chǎng)的電影MR相位的配準(zhǔn)。DEMR活性相位210圖像顯示了被表示為Vi的活性圖像的單個(gè)切片i。所示的相應(yīng)的電影圖像216(Ci，k)包括通過(guò)Ci，k的自動(dòng)分割所獲得的輪廓SCi，k222。表示Ci+1，k和Ci，k+1的相鄰電影圖像218和220顯示為緊接于相應(yīng)的電影圖像216。將電影圖像Ci，k配準(zhǔn)到Ci，k+1，以便獲得它們之間的變形場(chǎng)。其后，可以內(nèi)插輪廓SCi，k222以創(chuàng)建Sprior。
接下來(lái)說(shuō)明分割先驗(yàn)Sprior的確定。使用非剛性變化的方法將Ci，k與Ci，k+1進(jìn)行配準(zhǔn)。作為結(jié)果的變形場(chǎng) 使得 被如下這樣線性地內(nèi)插，U′(x→)=(tVi-tCi,1)(tCi,m-tCi,1)U(x→),]]>以計(jì)算在tVi的變形場(chǎng)。上面的方程式是內(nèi)插后的變形場(chǎng)。然后將這個(gè)變形場(chǎng)應(yīng)用于SCi，k(r)，以得出分割先驗(yàn)，即被內(nèi)插到時(shí)間tVi的電影獲得物的分割如下Sprior(r)＝U′(SCi，k(r))圖8示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中在LV相位的范圍內(nèi)Sprior輪廓形狀的定位。LV邊緣指示符212表示DEMR活性相位210中的Vi的輪廓形狀。Sprior輪廓226應(yīng)該與Vi的相位的正確輪廓形狀相似。但是，它可能不在正確的位置上，并可能沒有精確的形狀。因此，可以執(zhí)行下述的LV定位過(guò)程。
圖9示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中Vi中的LV的定位。通過(guò)將Ci，k配準(zhǔn)到Vi來(lái)執(zhí)行Vi中的LV定位。該操作產(chǎn)生了從Ci，k到Vi的映射。由于心臟的中心是區(qū)別于SCi，k的中心的，于是能夠知道映射的目標(biāo)位置。DEMR活性相位210的圖像示出了被表示為Vi的活性圖像的單個(gè)切片i。所示的相應(yīng)的電影圖像216(Ci，k)包括通過(guò)Ci，k的自動(dòng)分割獲取的輪廓SCi，k222。表示Ci+1，k和Ci，k+1的相鄰電影圖像218和220顯示為緊接于相應(yīng)的電影圖像216。LV定位箭頭228用圖表示了從Ci，k到Vi的映射。
圖10示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中將Sprior擬合到Vi的能量場(chǎng)。創(chuàng)建能量場(chǎng)以將Sprior擬合到Vi。DEMR活性相位210示出了LV邊緣指示符212。將DEMR活性相位210中的Sprior移過(guò)三個(gè)能量場(chǎng)230、232和234中的每一個(gè)，以測(cè)試并最小化Sprior中的能量。能量場(chǎng)230表示內(nèi)部輪廓能量。能量場(chǎng)232表示外部輪廓能量。能量場(chǎng)234表示血池的能量(即“血池(BloodPoolNess)能量”)。
圖11示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中確定對(duì)Sprior縮放的限制的過(guò)程。DEMR活性相位210是Vi。所示的相應(yīng)的電影圖像216(Ci，k)包括通過(guò)Ci，k的自動(dòng)分割獲取的輪廓SCi，k222。表示Ci+1，k和Ci，k+1的相鄰電影圖像218和220顯示為緊接于相應(yīng)的電影圖像216。Ci+1，k到Ci，k的定位箭頭236用圖示出了從Ci+1，k到Ci，k的映射。Ci，k和Ci+1，k是相鄰切片位置?？梢约俣⊿prior不應(yīng)該縮放，以便它看來(lái)和下一個(gè)切片一樣。
圖12示出了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中Sprior到圖10中所示的能量圖像的擬合。未擬合的Sprior圖像238示出了使用仿射變換(例如，移位、縮放、剪切)來(lái)擬合的未擬合Sprior240，該仿射變換將縮放限制在之前在圖11的環(huán)境中所找到的邊界。擬合的Sprior圖像242示出了完全擬合的Sprior244。作為選擇，可以使用自由格式的變形模型來(lái)將先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到能量場(chǎng)圖像。
接下來(lái)說(shuō)明DEMR圖像中LV邊緣的確定。使先驗(yàn)?zāi)Ｐ蚐prior變形，以擬合到DEMR圖像Vi，以最大化結(jié)果的SVi是Vi的正確分割的概率。在擬合過(guò)程中，應(yīng)用具有五個(gè)參數(shù)的仿射配準(zhǔn)在x和y坐標(biāo)內(nèi)的移位 剪切參數(shù)sq和sm以及縮放參數(shù)ω。移位界定在10個(gè)像素的距離，但是容許沒有任何損失地改變。同樣地，剪切界定在±60度并且縮放界定在±％20，沒有任何損失。
縮放約束ω′是基于在從切片層i到相鄰切片層i+1或i-1的LV的尺寸上的改變的。要是i≠1，m就選擇具有最大改變的切片層?？梢约俣ㄔ诳s放上的改變是歸因于運(yùn)動(dòng)偽影、貫穿平面的運(yùn)動(dòng)等，并且不會(huì)大于ω′。
接下來(lái)說(shuō)明縮放約束ω′的計(jì)算。為簡(jiǎn)明起見，可以假定相鄰切片是i+1。在變形場(chǎng) 中產(chǎn)生的Ci+1，k配準(zhǔn)Ci，k，這樣以致于 然后，可以像下面這樣計(jì)算在SCi，k(r)的內(nèi)外輪廓之間的平均變形 于是縮放約束ω′是 的范數(shù)，ω′=||g→||2.]]>接下來(lái)說(shuō)明在縮放考慮上的性能損失。和移位 不同，在縮放的時(shí)候會(huì)發(fā)生性能損失。這種性能損失是最大化的能量公式中的一個(gè)系數(shù)。這個(gè)性能損失在1(沒有性能損失)到e-1(由等于縮放約束ω′的縮放產(chǎn)生的最大性能損失)之間變化，并是鐘形的。在至少一個(gè)典型實(shí)施例中，縮放ω是通過(guò)在每一步對(duì)總能量的公式表示求值，而從值1開始按1.5％迭代增加到ω′的(相似地減少到-ω′)。因此，在迭代γ中，縮放ω是ω＝(1.015)γ。
縮放ω的性能損失基于迭代號(hào)γ與相應(yīng)于最大迭代號(hào)的迭代號(hào)γ′之間的比值，其中ω′＝(1.015)γ′。特別地， 可以寫成 接下來(lái)說(shuō)明能量的最大化。通過(guò)仿射配準(zhǔn)過(guò)程來(lái)最大化的能量公式表示為下式 其中 和 是通過(guò)應(yīng)用轉(zhuǎn)向?yàn)V波器并分別檢測(cè)定向的由暗至亮的邊緣和由亮至暗的邊緣而創(chuàng)建的內(nèi)部和外部邊緣的圖像。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該轉(zhuǎn)向?yàn)V波器是改進(jìn)型的Sobel濾波器，其通過(guò)使用相對(duì)于 的卷積像素的相對(duì)位置修改了它的卷積核。 是通過(guò)借助于在定位過(guò)程中計(jì)算出的中心像素的亮度而估算血池的平均亮度而創(chuàng)建的“血池”圖像。
圖13示出了在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例中生成預(yù)測(cè)圖像的分類過(guò)程的圖示。將圖像參數(shù)輸入支持向量機(jī)(SVM)252以生成預(yù)測(cè)圖像。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該圖像參數(shù)可以是圖像亮度、相對(duì)亮度和圖像均一性。這里，圖像亮度樣本246、表示心肌的相對(duì)亮度的相對(duì)亮度248樣本以及均一性250樣本都被顯示為SVM252的輸入，SVM252生成所生成的/預(yù)測(cè)圖像256。
在至少一個(gè)典型實(shí)施例中，只要已經(jīng)檢測(cè)了邊緣，就用SVM來(lái)執(zhí)行心肌像素的分類。由于心肌中的灰度級(jí)的分布并不嚴(yán)格地是無(wú)活性(亮)和活性(暗)像素的雙峰式分布，所以可以首選涉及自動(dòng)閾值捕獲的這種方法。這歸因于部分容積效果和損傷的程度。
對(duì)于給定的SVM的核函數(shù)，高斯徑向基函數(shù)具有這種形式k(φ‾(x→),φ‾(x→′))=e-||φ(x)-φ‾-(x′)||2/2σ2,]]>其中φ是特征的向量。可以看出這種接下來(lái)形成Mercer的條件的形式的內(nèi)核具有凸?fàn)畹南鄳?yīng)優(yōu)化問(wèn)題，因此缺少局部最小值。為了確定這樣的內(nèi)核中的σ以及K，使用在最大化邊緣和最小化訓(xùn)練調(diào)節(jié)誤差的數(shù)目之間的折衷，這里使用“留一策略”。
下面的三個(gè)特征組成φ第一個(gè)特征φ1，是像素IP的亮度，其與平均心肌的亮度I‾M=Σp∈MIPΣp∈M1]]>有關(guān)，因此φ1=IpIM‾.]]>這些特征中第二個(gè)是相對(duì)于其下一個(gè)鄰近的像素的相對(duì)像素亮度的標(biāo)準(zhǔn)偏差φ2＝std(Ir)。最后的特征φ3與圖像的總體有關(guān)，而不是僅涉及單個(gè)像素。這個(gè)特征叫做心肌對(duì)照，被定義為φ3=IM‾I‾,]]>即圖像的平均心肌亮度 和平均圖像亮度的I的比值。
在至少一個(gè)實(shí)施例中，使用了分類技術(shù)閾函數(shù)來(lái)代替上述SVM分類器。
圖14所示的反映了在本發(fā)明的典型實(shí)施例中使用上述DEMR分割和分類技術(shù)的一個(gè)示范試驗(yàn)。接下來(lái)說(shuō)明用于該示范試驗(yàn)的圖像獲取參數(shù)。四十五個(gè)具有已知的多脈管慢性缺血性心臟病的病人，在靜脈內(nèi)的0.2mmol/kg Gd-DTPA注射之后大約20分鐘左右，在有(n＝9)或沒有(n＝31)相位靈敏的重建情況下，接受使用IR TurboFLASH序列(FOV 300-360mm2，TE 4ms，TR 8ms，傾倒角30度，TI 190-470ms)的DEMR。也獲取TrueFISP電影圖像(FOV 260-360mm，TE 1.5毫秒，TR 25-43毫秒，49-65o)。對(duì)于兩個(gè)類型的成像，在重復(fù)的10-15秒的閉息期間，在左心室的底部、中部的心室和頂點(diǎn)獲取3個(gè)有代表性的短軸切片(厚6-10mm)。圖像258是DEMR圖像。圖260是自動(dòng)分割。圖262是無(wú)活性組織(黑像素表示無(wú)活性)的分類。圖像264示出了專家的協(xié)議(黑的像素表示同意；白的像素表示不同意)。
將示范試驗(yàn)中的45個(gè)病人拆散為訓(xùn)練(31個(gè)病人)和測(cè)試(14個(gè)病人)組。對(duì)于訓(xùn)練組，由專家人為地畫出心肌邊緣并將像素分類為活性或無(wú)活性的。得到適當(dāng)?shù)腟VM參數(shù)是σ＝0.01和K＝20。至于測(cè)試組，自動(dòng)地獲得分割和分類。對(duì)于42個(gè)(14個(gè)測(cè)試病人，每個(gè)具有3個(gè)切片層)DEMR圖像中的每一個(gè)，相應(yīng)電影MR圖像中的心肌邊緣是自動(dòng)分割的，并由專家檢查任何附加審核。為了評(píng)價(jià)分割結(jié)果，專家使用SIEMENS的ARGUS插件在DEMR圖像上描畫基礎(chǔ)實(shí)況的心肌邊緣。使用這基礎(chǔ)實(shí)況，發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中在42個(gè)圖像(未示出)中技術(shù)的輪廓像素的定位誤差平均起來(lái)是1.54像素，帶有0.39像素的標(biāo)準(zhǔn)偏差。然后使用SVM來(lái)對(duì)上述42個(gè)分割后的DEMR圖像進(jìn)行分類。該分類模塊達(dá)到了88.39％的準(zhǔn)確率，帶有6.15％的標(biāo)準(zhǔn)偏差、81.34％的靈敏度和92.28％的特異性。
圖15示出了一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的典型實(shí)施例的典型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例，用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)301可以包括，特別是，中央處理器(CPU)302、存儲(chǔ)器303和輸入/輸出(I/O)接口304。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)301通常通過(guò)I/O接口304與顯示器305和諸如鼠標(biāo)和鍵盤此類的各種輸入設(shè)備306相連。配套電路可以包括像高速緩存、電源、時(shí)鐘電路和通信總線這樣的電路。存儲(chǔ)器303可以包括隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)等，或它們的組合。本發(fā)明的典型實(shí)施例可以由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器303中并由CPU302執(zhí)行以處理來(lái)自信號(hào)源308的信號(hào)的例行程序307來(lái)實(shí)現(xiàn)。因而，計(jì)算機(jī)301是通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在本發(fā)明的典型實(shí)施例中執(zhí)行本發(fā)明的例行程序307的時(shí)候成為專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
計(jì)算機(jī)平臺(tái)301還包括操作系統(tǒng)和微指令碼。在這里說(shuō)明的各種過(guò)程和功能即可以是微指令碼的一部分，也可以是借助操作系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行的應(yīng)用程序的一部分(或它們的組合)。另外，其它的各種外圍設(shè)備也可以連在該計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，例如，附加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和打印設(shè)備。
此外還可以理解，因?yàn)樵诟綀D中所描繪的組成系統(tǒng)的一些元件和方法步驟可以用軟件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，在系統(tǒng)元件(或過(guò)程步驟)之間的實(shí)際連接可以根據(jù)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行編程的方式而不同。根據(jù)這里所提供的本發(fā)明的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將能夠想出本發(fā)明的這些和相似的實(shí)現(xiàn)或配置。
盡管根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例具體地示出并說(shuō)明了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不偏離所附權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上做出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于處理圖像以確定圖像特性的方法，所述方法包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)第一圖像進(jìn)行分割，以創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)于第一圖像的分割輪廓；將分割后的第一圖像配準(zhǔn)到一個(gè)或多個(gè)第二圖像，其中第一和第二圖像具有基本相同的位置和相位；將所述分割輪廓從第一圖像轉(zhuǎn)移到第二圖像；以及在第二圖像中擬合所轉(zhuǎn)移的分割輪廓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一圖像包括一個(gè)或多個(gè)電影MR(磁共振)圖像，而第二圖像包括一個(gè)或多個(gè)DEMR(延遲增強(qiáng)磁共振)活性圖像。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述電影MR圖像還包括一個(gè)或多個(gè)關(guān)于所述電影MR圖像中的活性圖像預(yù)定位置的在相位時(shí)間上接近的相應(yīng)電影圖像。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中轉(zhuǎn)移步驟包括通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)所述相應(yīng)電影圖像配準(zhǔn)到給定的一個(gè)活性圖像，來(lái)將一個(gè)或多個(gè)候補(bǔ)物質(zhì)定位在所述給定的一個(gè)活性圖像中。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中配準(zhǔn)步驟包括配準(zhǔn)所述活性圖像周圍的一個(gè)或多個(gè)電影MR圖像，以創(chuàng)建至少一個(gè)變形場(chǎng)；以及使用所述變形場(chǎng)將至少一個(gè)所述分割輪廓內(nèi)插到所述活性圖像的一個(gè)相位，來(lái)創(chuàng)建一個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br> 6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中擬合步驟還包括創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)能量場(chǎng)圖像，以將所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到給定的一個(gè)所述活性圖像；以及將所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到包括一個(gè)或多個(gè)能量場(chǎng)的所述能量場(chǎng)圖像。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述能量場(chǎng)包括內(nèi)輪廓能量、外輪廓能量和血池能量中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟襟E包括使用一個(gè)或多個(gè)仿射變換來(lái)擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br> 9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述仿射變換包括縮放、剪切和移位中的至少一種。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟襟E包括使用一個(gè)用于擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖杂筛袷阶冃巍?br> 11.一種用于處理一個(gè)或多個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)電影圖像的電影MR(磁共振)圖像和至少一個(gè)延遲增強(qiáng)磁共振(DEMR)活性圖像以分析候補(bǔ)的方法，所述方法包括對(duì)所述電影MR圖像進(jìn)行分割，以創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)分割輪廓；使所述分割輪廓變形，以使它以相應(yīng)于所述活性圖像的相位的相位被內(nèi)插，而生成一個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ停煌ㄟ^(guò)將所述相應(yīng)電影圖像配準(zhǔn)到所述活性圖像，來(lái)將所述候補(bǔ)物質(zhì)定位在所述活性圖像中；創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)能量場(chǎng)圖像，以將所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到所述活性圖像；使用一個(gè)或多個(gè)變換將所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到所述能量場(chǎng)圖像；以及在包括擬合的先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊烟幚砘钚詧D像中，使用分類器對(duì)所述候補(bǔ)物質(zhì)進(jìn)行分類。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括就電影MR圖像中的相位時(shí)間對(duì)所述活性圖像進(jìn)行排序，以確定在所述電影MR圖像內(nèi)所述活性圖像的定位。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中用于將所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到所述能量場(chǎng)圖像的變換是包括縮放、剪切和移位操作中的至少一個(gè)的仿射變換。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電影MR圖像和DEMR圖像是來(lái)自于心臟器官的圖像，而候補(bǔ)物質(zhì)是所述心臟器官的左心室。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括通過(guò)配準(zhǔn)至少一個(gè)與所述相應(yīng)電影圖像相鄰的圖像切片，來(lái)確定對(duì)所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目s放的限制。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中分類所述候補(bǔ)物質(zhì)的所述分類器包括一個(gè)支持向量機(jī)。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中分類所述候補(bǔ)物質(zhì)的所述分類器包括一個(gè)閾函數(shù)。
18.一種機(jī)器可讀的程序存儲(chǔ)設(shè)備，確實(shí)地包含由所述機(jī)器執(zhí)行的指令程序以執(zhí)行用于確定圖像特性的圖像處理的方法步驟，所述方法步驟包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)第一圖像進(jìn)行分割，以創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)于第一圖像的分割輪廓；將分割后的第一圖像配準(zhǔn)到一個(gè)或多個(gè)第二圖像，其中第一和第二圖像具有基本相同的位置和相位；將所述分割輪廓從第一圖像轉(zhuǎn)移到第二圖像；以及在第二圖像中擬合所轉(zhuǎn)移的分割輪廓。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中第一圖像包括一個(gè)或多個(gè)電影MR(磁共振)圖像，而第二圖像包括一個(gè)或多個(gè)DEMR(延遲增強(qiáng)磁共振)活性圖像。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)在相位時(shí)間上關(guān)于所述電影MR圖像中的所述活性圖像的預(yù)定位置之前的相應(yīng)電影圖像。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中轉(zhuǎn)移步驟包括這樣的指令，用于通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)所述相應(yīng)電影圖像配準(zhǔn)到給定的一個(gè)活性圖像，來(lái)將一個(gè)或多個(gè)候補(bǔ)物質(zhì)定位在所述給定的一個(gè)活性圖像中。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中配準(zhǔn)步驟包括這樣的指令，用于配準(zhǔn)所述活性圖像周圍的一個(gè)或多個(gè)電影MR圖像，以創(chuàng)建至少一個(gè)變形場(chǎng)，其中所述活性圖像具有相應(yīng)于所述電影MR圖像內(nèi)定位的預(yù)定位置；以及使用所述變形場(chǎng)將至少一個(gè)所述分割輪廓內(nèi)插到所述活性圖像，來(lái)創(chuàng)建一個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br> 23.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中擬合步驟還包括這樣的指令，用于創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)能量場(chǎng)圖像，以將所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到給定的一個(gè)活性圖像；以及將所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合到包括一個(gè)或多個(gè)能量場(chǎng)的能量場(chǎng)圖像。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述能量場(chǎng)包括內(nèi)輪廓能量、外輪廓能量和血池能量中的至少一個(gè)。
25.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟襟E包括這樣的指令，用于使用一個(gè)或多個(gè)仿射變換來(lái)擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br> 26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述仿射變換包括縮放、剪切和移位中的至少一個(gè)。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟襟E包括使用用于擬合所述先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖杂筛袷阶冃巍?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及用于延遲增強(qiáng)圖像的半自動(dòng)量化的系統(tǒng)和方法。用于確定圖像特性的圖像處理的方法和設(shè)備包括這些操作對(duì)第一圖像進(jìn)行分割(104)以創(chuàng)建相應(yīng)于第一圖像的分割輪廓；以及將分割后的第一圖像配準(zhǔn)(106)到第二圖像上。此外，還進(jìn)行如下操作將分割輪廓從第一圖像轉(zhuǎn)移到第二圖像；并在第二圖像中擬合所轉(zhuǎn)移的分割輪廓。
文檔編號(hào)A61B5/05GK1682657SQ20051006772
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2005年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者T·奧東內(nèi)爾, R·M·塞特賽爾, E·迪基茨, R·D·懷特 申請(qǐng)人:西門子共同研究公司, 克里夫蘭診所基金會(huì)