基于根據(jù)mDIXON調(diào)查的自動(dòng)規(guī)劃的高效心臟MR工作流的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及圖像處理。其具體與磁共振(MR)掃描工作流相結(jié)合而應(yīng)用，尤其是但不限于使用MR成像對(duì)標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖的自動(dòng)規(guī)劃。然而應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)還適用于其他使用場(chǎng)景，并且不必限于前述的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在診斷心臟磁共振(CMR)中，放射醫(yī)師期望輸出圖像，尤其是切片圖像，具有特定的取向。這些取向典型地是基于左心室的長(zhǎng)軸而被測(cè)量的。在生成診斷圖像之前，必須分析一系列圖像以確定左心室的長(zhǎng)軸的取向。如圖1所示，典型地在被稱(chēng)為短軸(SA)觀4、長(zhǎng)軸(LA) 二腔(2CH)觀6、LA三腔(3CH)和LA四腔(4CH)觀8的標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖中采集CMR圖像2。為了在這些視圖中對(duì)心臟解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，需要對(duì)采集切片的雙斜位規(guī)劃。為了獲得雙斜位掃描平面，商業(yè)可用的掃描軟件需要包括中間掃描和重新規(guī)劃的逐步流程。該逐步流程耗時(shí)(對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的操作者是五分鐘)并且常常需要額外的操作者訓(xùn)練。
[0003]為了減少CMR檢查的持續(xù)時(shí)間和操作者訓(xùn)練的成本，已經(jīng)引入了對(duì)心臟視圖的改進(jìn)規(guī)劃。例如，存在交互任務(wù)引導(dǎo)的規(guī)劃軟件，其使用對(duì)高分辨率體積調(diào)查掃描的多平面重建(MPR)。另外，已經(jīng)引入了自動(dòng)規(guī)劃方法，其依賴(lài)于對(duì)高分辨率體積調(diào)查掃描的基于模型的分割。旨在減輕規(guī)劃心臟視圖的負(fù)擔(dān)的這些解決方案依賴(lài)于對(duì)體積調(diào)查掃描的采集，這面臨各種難題。
[0004]首先，要在成像和規(guī)劃工作流中有價(jià)值，體積調(diào)查掃描必須是快速的。從臨床應(yīng)用的角度，調(diào)查中超過(guò)一分鐘的掃描時(shí)間被視為不可接受的。第二個(gè)難題是在心臟成像的背景下避免運(yùn)動(dòng)偽影。因此，需要使用心臟觸發(fā)來(lái)采集體積調(diào)查，遺憾的是心臟觸發(fā)與減慢相關(guān)聯(lián)，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)不能被連續(xù)地采集。此外，掃描持續(xù)時(shí)間需要比單次屏氣更短，以避免來(lái)自呼吸運(yùn)動(dòng)的偽影。不期望呼吸門(mén)控作為用于消除呼吸運(yùn)動(dòng)的策略，這是因?yàn)樗枰~外的掃描來(lái)規(guī)劃呼吸導(dǎo)航器，這因?qū)Ш狡魅毕荻肓诉M(jìn)一步的減慢。
[0005]另外的難題是BO和BI非均勻性。在沒(méi)有相對(duì)措施的情況下，針對(duì)體積CMR成像最常用的協(xié)議一一平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(SSFP)—一產(chǎn)生信號(hào)缺失，所述信號(hào)缺失妨礙用于規(guī)劃圖像幾何結(jié)構(gòu)的自動(dòng)后處理。對(duì)該問(wèn)題的常用解決方案是對(duì)勻場(chǎng)框(shim-box)的設(shè)置，所述勻場(chǎng)框僅能基于先前的掃描而被正確定位，這再次耗費(fèi)額外的時(shí)間。
[0006]緊接著自動(dòng)規(guī)劃的采集部分的難題，用于規(guī)劃心臟視圖的圖像處理也并不輕松。規(guī)劃心臟視圖依賴(lài)于分割心臟，這常常是使用基于模型的分割方法來(lái)執(zhí)行的。過(guò)去已經(jīng)被采用的各種技術(shù)并不滿(mǎn)足在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)硬件的當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)的性能需求。因此，在對(duì)體積調(diào)查掃描的采集和處理期間的折衷不利地影響在掃描器處的工作流。
[0007]本申請(qǐng)?zhí)峁┝丝朔陨咸峒暗碾y題和其他難題的新的經(jīng)改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]根據(jù)一方面，提供了一種用于規(guī)劃心臟視圖的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器被編程為:接收采用mDIXON協(xié)議來(lái)采集的包括感興趣目標(biāo)的一幅或多幅圖像、根據(jù)所述一幅或多幅圖像來(lái)確定所述感興趣目標(biāo)的位置和取向、將所述感興趣目標(biāo)的模型匹配到所述感興趣目標(biāo)的所述位置和取向、根據(jù)對(duì)所述感興趣目標(biāo)的所述匹配來(lái)生成所述感興趣目標(biāo)的一個(gè)或多個(gè)視圖、并且在顯示設(shè)備上顯示所述感興趣目標(biāo)的所述一個(gè)或多個(gè)視圖。
[0009]根據(jù)另一方面，提供了一種用于規(guī)劃心臟視圖的方法。所述方法包括:接收采用mDIXON協(xié)議來(lái)采集的包括感興趣目標(biāo)的一幅或多幅圖像、根據(jù)所述一幅或多幅圖像來(lái)確定所述感興趣目標(biāo)的位置和取向、將所述感興趣目標(biāo)的模型匹配到所述感興趣目標(biāo)的所述位置和取向、根據(jù)對(duì)所述感興趣目標(biāo)的所述匹配來(lái)生成一個(gè)或多個(gè)感興趣目標(biāo)視圖、并且在顯示設(shè)備上顯示所述一個(gè)或多個(gè)感興趣目標(biāo)視圖。
[0010]根據(jù)另一方面，提供了一種用于規(guī)劃心臟視圖的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括規(guī)劃設(shè)備，所述規(guī)劃設(shè)備包括至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器被編程為:從成像設(shè)備接收采用mDIXOM協(xié)議來(lái)采集的一幅或多幅圖像；根據(jù)所述一幅或多幅圖像來(lái)確定感興趣目標(biāo)的位置和取向；利用廣義霍夫變換來(lái)對(duì)所述感興趣目標(biāo)的模型進(jìn)行變換，以使得它與所述感興趣目標(biāo)匹配；并且根據(jù)對(duì)所述感興趣目標(biāo)的所述匹配來(lái)生成一個(gè)或多個(gè)感興趣目標(biāo)視圖。顯示器顯示所述一個(gè)或多個(gè)感興趣目標(biāo)視圖。
[0011]一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于對(duì)用于CMR成像的標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖的所述自動(dòng)規(guī)劃。
[0012]另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于對(duì)用于CMR成像的標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖的所述具有時(shí)效性的規(guī)劃。
[0013]另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于基于單次屏氣掃描的對(duì)心臟視圖的所述規(guī)劃。
[0014]另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于增加的患者通量。
[0015]本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在閱讀并理解了下面的具體說(shuō)明后，將意識(shí)到本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]本發(fā)明可以采取各種部件和各部件的布置以及各種步驟和各步驟的安排的形式。附圖僅出于圖示優(yōu)選的實(shí)施例的目的，并且不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0017]圖1圖示了根據(jù)本申請(qǐng)的標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖。
[0018]圖2圖示了根據(jù)本申請(qǐng)的用于心臟磁共振工作流的系統(tǒng)的方框圖。
[0019]圖3圖示了根據(jù)本申請(qǐng)的示范性心臟磁共振圖像。
[0020]圖4圖示了根據(jù)本申請(qǐng)的另一示范性心臟磁共振圖像。
[0021]圖5圖示了根據(jù)本申請(qǐng)的用于規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖的方法的方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]典型地，對(duì)心臟視圖的規(guī)劃是困難且耗時(shí)的流程。對(duì)該流程的自動(dòng)化需要體積掃描，已經(jīng)證明在臨床實(shí)踐的約束內(nèi)難以使用現(xiàn)有的協(xié)議來(lái)采集所述體積掃描。本申請(qǐng)通過(guò)采用mDIXON協(xié)議采集使用快速且專(zhuān)用的圖像處理來(lái)處理的體積調(diào)查掃描來(lái)減輕規(guī)劃心臟視圖的負(fù)擔(dān)。具體地，使用心臟觸發(fā)mDIXON協(xié)議來(lái)采集體積調(diào)查掃描。使用高度優(yōu)化的廣義霍夫變換(GHT)來(lái)分析該掃描，以識(shí)別心臟的全局位置和取向?；贕HT的結(jié)果來(lái)規(guī)劃心臟視圖。因此，本工作流使得能夠基于單次屏氣掃描和最小圖像處理來(lái)規(guī)劃心臟視圖。
[0023]參考圖2，治療系統(tǒng)10使用mDIXON協(xié)議掃描流程來(lái)提供對(duì)標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖的自動(dòng)規(guī)劃。在兩點(diǎn)mDIXON掃描序列中，掃描序列包括兩個(gè)回波時(shí)間；并且在三點(diǎn)mDIXON掃描序列中，掃描序列包括三個(gè)回波時(shí)間。根據(jù)這些不同回波，治療系統(tǒng)10生成包括局部灰度過(guò)渡或灰度梯度幅值的變化的圖像，所述圖像被用來(lái)識(shí)別心臟、確定心臟的全局位置和心臟的取向。治療系統(tǒng)10接著使用GHT來(lái)變換明確的心臟模型，以使得它與來(lái)自生成的圖像的心臟的邊緣體素最匹配。該模型接著被用來(lái)計(jì)算心臟的適當(dāng)邊緣和角度，并且生成標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖。
[0024]治療系統(tǒng)10包括用于采集患者內(nèi)的感興趣目標(biāo)(OOI)(例如左心室)的圖像的一個(gè)或多個(gè)成像模態(tài)12。成像模態(tài)12適合地包括以下中的一個(gè)或多個(gè):磁共振(MR)掃描器、心臟磁共振(CMR)掃描器等。治療系統(tǒng)10使用心臟門(mén)控mDixon協(xié)議掃描序列來(lái)采集源體積數(shù)據(jù)集作為一疊圖像切片。從成像模態(tài)12采集到的圖像18被存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)圖像存儲(chǔ)器14中。
[0025]如圖3所示，在mDIXON掃描序列中，治療系統(tǒng)10生成包括水圖像24和脂肪圖像26的一系列圖像18。治療系統(tǒng)10采用來(lái)自mDIXON的圖像18來(lái)自動(dòng)規(guī)劃心臟視圖。例如，脂肪圖像26被用于確定心臟32的全局位置。具體地，脂肪圖像26和水24圖像兩者在肺34的區(qū)域中都是亮的，在肺34的區(qū)域中的是空氣而非水或脂肪組織。給定了肺34的區(qū)域，容易推測(cè)心臟32的位置。在具有或不具有來(lái)自脂肪圖像26的輔助的情況下，水圖像24被用來(lái)針對(duì)心臟圖像識(shí)別心臟32和它的取向。
[0026]心臟觸發(fā)mDIXON協(xié)議對(duì)BO和BI非均勻性較不敏感，以使得不需要定位勻場(chǎng)框。協(xié)議也被用在平行成像中，以實(shí)現(xiàn)在單次屏氣內(nèi)的采集。此外，mDIXON采集針對(duì)身體的水含量和脂肪含量生成單獨(dú)的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，mDIXON采集是在單次屏氣中覆蓋700mm視場(chǎng)的非選擇性心臟觸發(fā)采集。在一個(gè)有利的實(shí)施例中，使用沿右左方向的SENSE因子4和沿前后方向的SENSE因子2來(lái)加速掃描。掃描還包括重復(fù)時(shí)間TR = 2.1ms、第一回波時(shí)間TEl = 0.63ms、第二回波時(shí)間TE2 = 1.4ms，以及具有60次心跳每分鐘的拍攝持續(xù)時(shí)間180msο還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，還預(yù)期其他圖像采集工作流。
[0027]如圖3所示，規(guī)劃設(shè)備16接收?qǐng)D像18，例如感興趣目標(biāo)(001)(例如左心室)的水圖像24和脂肪圖像26。例如，接收到的圖像18可以是動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)的MR圖像、CMR圖像等。典型地，圖像18是從成像模態(tài)12和/或圖像存儲(chǔ)器14接收的。例如，圖像18可以是通過(guò)圖像存儲(chǔ)器14從成像模態(tài)12接收的。然而，預(yù)期圖像18的其他源。另外，圖像18典型地是從磁共振模態(tài)接收的。通過(guò)規(guī)劃設(shè)備16的規(guī)劃應(yīng)用22，規(guī)劃設(shè)備16自動(dòng)規(guī)劃接收到的圖像18的標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖。更具體地，圖像18的局部灰度過(guò)渡或灰度梯度幅值的變化被用來(lái)識(shí)別心臟的邊緣以及心腔壁與血液之間的邊緣。局部過(guò)渡提供了被利用非最大抑制來(lái)細(xì)化的分割。例如，廣義霍夫變換(GHT)被用來(lái)變換明確的心臟模型，以使得它提取出的邊緣體素最匹配。該模型接著被用來(lái)計(jì)算被顯示在規(guī)劃設(shè)備16上的標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖的適當(dāng)?shù)倪吘壓徒嵌取?br>[0028]在執(zhí)行規(guī)劃應(yīng)用22時(shí)，其用戶(hù)接口被顯示在規(guī)劃設(shè)備16的顯示設(shè)備30上。用戶(hù)接口適合地允許相關(guān)聯(lián)的用戶(hù)觀看接收到的圖像18。另外，用戶(hù)接口允許相關(guān)聯(lián)的用戶(hù)使用規(guī)劃設(shè)備16的用戶(hù)輸入設(shè)備28來(lái)在接收到的圖像18上選擇001。規(guī)劃設(shè)備16采用001的圖像來(lái)自動(dòng)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)心臟視圖并且在顯示設(shè)備30上顯示心臟視圖。在一些實(shí)施例中，用戶(hù)接口還允許相關(guān)聯(lián)的用戶(hù)使用用戶(hù)輸入設(shè)備28來(lái)指定用于規(guī)劃的參數(shù)。
[0029]為完成這一點(diǎn)，規(guī)劃設(shè)備16處理水圖像和脂肪圖像來(lái)獲得患者內(nèi)的OOI的位置。具體地，脂肪圖像被用于確定心臟的全局位置。在具有或不具有來(lái)自脂肪圖像的輔助的情況下，水圖像被用來(lái)識(shí)別心臟和它的取向。如圖3所示，規(guī)劃設(shè)備16分割水圖像36和脂肪圖像38并且為水圖像36和脂肪圖像38設(shè)定閾值。經(jīng)設(shè)定閾值的水分割和脂肪分割被融合到組合圖像40中并且被處理，以獲得肺的位置42。在確定了肺的位置之后，規(guī)劃設(shè)備16采用水圖像36