組織相似度圖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種方法，包括：接收對(duì)象的成像區(qū)域的時(shí)間分辨磁共振（MR）圖像序列；通過(guò)將所述MR圖像的參考區(qū)域的時(shí)間行為與所述MR圖像的至少一個(gè)其它區(qū)域的時(shí)間行為比較，處理所述圖像以生成比較數(shù)據(jù)；基于所述比較數(shù)據(jù)生成輸出。該方法可以應(yīng)用于各種場(chǎng)景中，包括灌注加權(quán)成像、T2*的確定和其它時(shí)間序列功能。
【專利說(shuō)明】組織相似度圖
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年4月29日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/481，093的權(quán)益，該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全文內(nèi)容以引用的方式并入本文。
[0003]場(chǎng)景技術(shù)
[0004]磁共振(Magnetic Resonance,MR)成像法是用于使大量的物體的內(nèi)部部件成像的有用的非侵入性方法。其對(duì)活體(尤其是人)中組織的非侵入性成像在醫(yī)療領(lǐng)域受到高度重視。
[0005]活體的時(shí)間分辨MR掃描(例如，包括一系列在不同時(shí)間上所采集的MR圖像)可以測(cè)量時(shí)間行為。例如，時(shí)間分辨MR掃描序列可以用來(lái)檢測(cè)組織在造影劑流入組織和/或從組織流出期間的時(shí)間行為。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 申請(qǐng)人:已經(jīng)理解，可以處理時(shí)間分辨MR成像數(shù)據(jù)以確定位于成像區(qū)域(例如，大腦)中的各種組織的相似度。可以處理時(shí)間分辨圖像序列以比較參考圖像區(qū)域的時(shí)間行為與一個(gè)或多個(gè)其它測(cè)試區(qū)域的時(shí)間行為，從而生成指示時(shí)間行為的相似度的比較數(shù)據(jù)?；谠撎幚?，可以通過(guò)繪制成像區(qū)域和測(cè)試區(qū)域中的組織的相似程度來(lái)生成組織相似度圖(TSM)的圖像。
[0007]上文所描述的技術(shù)有利地利用在時(shí)間分辨MR成像掃描中所含有的時(shí)間信息。例如，可以使用該類型的相似度比較，以確定與測(cè)試區(qū)域中的組織有關(guān)的信息。例如，大腦中的多發(fā)性硬化(Multiple Sclerosis,MS)病變可呈現(xiàn)特征型血管反應(yīng)。如果選擇已知的MS病變部位作為參考區(qū)域，則上文所描述的技術(shù)可以用來(lái)生成示出呈現(xiàn)類似的血管反應(yīng)行為的區(qū)域的大腦圖。隨后可將這些區(qū)域識(shí)別為可能受MS影響的附加區(qū)域，即使當(dāng)使用傳統(tǒng)的成像技術(shù)(即，未充分利用掃描中所含有的時(shí)間信息的技術(shù))未能在這些區(qū)域中識(shí)別出MS病變時(shí)。
[0008]在一個(gè)方面，公開(kāi)了一種方法，包括:接收對(duì)象的成像區(qū)域的時(shí)間分辨磁共振(MR)圖像序列；通過(guò)將MR圖像的參考區(qū)域的時(shí)間行為與MR圖像的至少一個(gè)其它區(qū)域的時(shí)間行為比較，處理圖像以生成比較數(shù)據(jù)；基于該比較數(shù)據(jù)生成輸出。
[0009]在一些實(shí)施方式中，時(shí)間分辨MR圖像序列包括在各時(shí)刻采集的時(shí)間分辨MR圖像序列。
[0010]在一些實(shí)施方式中，時(shí)間分辨圖像包括二維圖像。
[0011]在一些實(shí)施方式中，時(shí)間分辨圖像包括三維圖像。
[0012]在一些實(shí)施方式中，既在將造影劑引入對(duì)象的成像區(qū)域之前，又在將造影劑引入對(duì)象的成像區(qū)域期間，采集時(shí)間分辨MR圖像序列。
[0013]在一些實(shí)施方式中，在造影劑在對(duì)象的成像區(qū)域中已經(jīng)達(dá)到平衡的時(shí)段期間，采集一部分時(shí)間分辨MR圖像序列。
[0014]一些實(shí)施方式包括:通過(guò)下列步驟生成時(shí)間分辨MR圖像序列:在一系列時(shí)刻接收與對(duì)象的成像區(qū)域有關(guān)的MR幅值、相位、或幅值數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)；對(duì)于每個(gè)時(shí)刻，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換以生成MR圖像序列中的圖像。
[0015]在一些實(shí)施方式中，使用基于回波的成像序列生成各MR圖像，其中，以對(duì)應(yīng)于成像序列的回波時(shí)間的間隔獲取時(shí)間分辨磁共振(MR)圖像序列。
[0016]在一些實(shí)施方式中，基于回波的成像序列包括回波平面掃描和梯度回波掃描中的至少一個(gè)。
[0017]在一些實(shí)施方式中，所述比較包括:生成指示在時(shí)間分辨MR圖像序列上的參考區(qū)域處的圖像值和至少一個(gè)其它區(qū)域處的圖像值之間的差值的誤差數(shù)據(jù)；和基于至少一部分該誤差數(shù)據(jù)，生成比較數(shù)據(jù)。
[0018]在一些實(shí)施方式中，生成誤差數(shù)據(jù)包括:計(jì)算在時(shí)間分辨MR圖像序列上的參考區(qū)域處的圖像值和至 少一個(gè)其它區(qū)域處的圖像值之間的均方誤差。 [0019]在一些實(shí)施方式中，生成誤差數(shù)據(jù)包括:計(jì)算在時(shí)間分辨MR圖像序列上的參考區(qū)域處的圖像值和至少一個(gè)其它區(qū)域處的圖像值之間的絕對(duì)差值。
[0020]在一些實(shí)施方式中，通過(guò)將MR圖像的參考區(qū)域的時(shí)間行為與MR圖像的至少一個(gè)其它區(qū)域的時(shí)間行為比較，處理圖像以生成比較數(shù)據(jù)包括:在參考區(qū)域中選擇一個(gè)或多個(gè)圖像像素；對(duì)于所選擇的一個(gè)或多個(gè)圖像像素，存儲(chǔ)時(shí)間分辨的參考像素?cái)?shù)據(jù)；和通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)其它像素的時(shí)間行為與所存儲(chǔ)的時(shí)間分辨的參考像素?cái)?shù)據(jù)比較，生成比較數(shù)據(jù)。
[0021 ] 在一些實(shí)施方式中，使用有限的時(shí)間窗口生成比較數(shù)據(jù)。
[0022]在一些實(shí)施方式中，時(shí)間分辨MR圖像序列對(duì)應(yīng)于成像區(qū)域的MR灌注研究。
[0023]在一些實(shí)施方式中，時(shí)間分辨MR圖像序列對(duì)應(yīng)于回波平面掃描。
[0024]在一些實(shí)施方式中，成像區(qū)域包括大腦的一部分。
[0025]在一些實(shí)施方式中，時(shí)間分辨MR圖像序列包括與在采集該序列期間發(fā)生的成像區(qū)域中的組織中的變化有關(guān)的信息。
[0026]在一些實(shí)施方式中，時(shí)間分辨MR圖像序列對(duì)應(yīng)于梯度回波掃描。
[0027]在一些實(shí)施方式中，MR圖像包括與成像區(qū)域中的血管有關(guān)的信息。
[0028]一些實(shí)施方式包括:基于比較數(shù)據(jù)，生成指示相對(duì)局部血容量的信息。
[0029]一些實(shí)施方式包括:基于比較數(shù)據(jù)，生成指示絕對(duì)T2*的信息。
[0030]一些實(shí)施方式包括:基于比較數(shù)據(jù)，生成指示相對(duì)T2*的信息。
[0031]一些實(shí)施方式包括:對(duì)于在時(shí)間分辨MR圖像序列中的至少一個(gè)像素，接收指示T2*的參考T2*信息；和基于比較數(shù)據(jù)和參考T2*信息,生成指示相對(duì)T2*的信息。
[0032]在一些實(shí)施方式中，生成比較數(shù)據(jù)包括:從參考區(qū)域選擇至少一個(gè)參考像素；通過(guò)將MR圖像序列上的參考像素中的參考像素的時(shí)間行為與MR圖像序列中的基本上所有的剩余像素中的每個(gè)像素的時(shí)間行為比較，生成相似度信息。
[0033]在一些實(shí)施方式中，基于比較數(shù)據(jù)生成輸出包括:基于相似度信息，生成指示MR圖像序列上的參考像素中的參考像素的時(shí)間行為與MR圖像序列中的基本上所有的剩余像素中的每個(gè)像素的時(shí)間行為的比較的至少一個(gè)組織相似度圖的圖像。
[0034]在一些實(shí)施方式中，生成比較數(shù)據(jù)包括:確定MR圖像序列中的信噪比低于閾值水平的至少一個(gè)低信號(hào)像素；和對(duì)該低信號(hào)像素省略比較MR圖像序列上的參考像素中的參考像素的時(shí)間行為與MR圖像序列中的基本上所有的剩余像素中的每個(gè)像素的時(shí)間行為。
[0035]一些實(shí)施方式包括:基于比較數(shù)據(jù)，確定指示參考區(qū)域的時(shí)間行為和至少一個(gè)其它區(qū)域的時(shí)間行為之間的相似度的相似度信息。
[0036]一些實(shí)施方式包括:將相似度信息與閾值比較。
[0037]在一些實(shí)施方式中，參考區(qū)域?qū)?yīng)于成像區(qū)域的異常區(qū)域。
[0038]在一些實(shí)施方式中，參考區(qū)域包括腫瘤、病變、受損組織的區(qū)域和經(jīng)受出血的區(qū)域中的至少一個(gè)。
[0039]一些實(shí)施方式包括:基于比較數(shù)據(jù)，診斷疾病或不正常情況。
[0040]一些實(shí)施方式包括:基于比較數(shù)據(jù)，生成指示對(duì)象的成像區(qū)域中的組織的性能的組織性能信息。
[0041]在一些實(shí)施方式中，組織性能包括T2*、相對(duì)血容量、相對(duì)腦血容量、血管的存在、和所選擇的組織類型的存在中的至少一個(gè)。
[0042]一些實(shí)施方式包括:基于組織性能信息，至少部分地分割成像區(qū)域。
[0043]一些實(shí)施方式包括:基于序列中的至少一個(gè)參考圖像,將時(shí)間分辨MR圖像序列中的各個(gè)圖像進(jìn)行歸一化。
[0044]在一些實(shí)施方式中，以逐個(gè)像素為基礎(chǔ)執(zhí)行歸一化。
[0045]在一些實(shí)施方式中，參考圖像是序列中的第一時(shí)間圖像。
[0046]在另一方面，公開(kāi)了一種系統(tǒng)，包括:處理器，該處理器被配置成使用上文提出的任一種方法接收MR圖像數(shù)據(jù)并處理該數(shù)據(jù)。一些實(shí)施方式包括MR成像器，該MR成像器與處理器通信且被配置成生成MR圖像數(shù)據(jù)。
[0047]在另一方面，公開(kāi)了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括:永久性的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，該介質(zhì)具有體現(xiàn)在其中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，該計(jì)算機(jī)可讀程序代碼適于被執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上文提出的任一種方法。
[0048]應(yīng)該理解，下文將更詳細(xì)討論的上述構(gòu)思和附加構(gòu)思的所有組合(假定這些構(gòu)思不互相矛盾)被考慮作為本文中所公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。尤其是，出現(xiàn)在本公開(kāi)內(nèi)容的結(jié)尾的所要求保護(hù)的主題的所有組合被考慮作為本文中所公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。還應(yīng)該理解，本文中所明確采用的、也可出現(xiàn)在通過(guò)引用并入本文的任何公開(kāi)內(nèi)容中的術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)被賦予與在本文中所公開(kāi)的特定構(gòu)思最一致的含義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]附圖不一定是按比例繪制的，而通常是將重點(diǎn)放在闡述本發(fā)明的原理上。
[0050]圖1示出用于處理時(shí)間分辨MR數(shù)據(jù)以執(zhí)行組織相似度比較的過(guò)程；
[0051]圖2是示出對(duì)象中的造影劑流量的曲線圖；
[0052]圖3示出用于生成組織相似度圖的過(guò)程；
[0053]圖4A和圖4B示出示例性組織相似度圖；
[0054]圖5是MRI系統(tǒng)的示意圖；
[0055]圖6示出PWI切片準(zhǔn)線以及參考ROI與測(cè)量ROI的位置，針對(duì)給定組織的參考ROI來(lái)自切片5、切片6和切片7， 測(cè)量ROI來(lái)自切片5、切片6、切片7和切片8 ；
[0056]圖7示出針對(duì)對(duì)象的用于WM (a，b，c)和GM (d，e，f)的參考ROI，ROI來(lái)自圖6中的標(biāo)記為5、6和7的三個(gè)相鄰切片；
[0057]圖8 示出用于 WM (a，b，c，d)和 GM (e，f，g，h)的測(cè)量 ROI ；
[0058]圖9示出來(lái)自高分辨率PWI數(shù)據(jù)采集和來(lái)自志愿者之一的切片8的處理的rCBVPWI圖和TSM，給出的灰度圖如下:a)和e ) rCBVPffI，b )和f ) TSM-無(wú)血管，c )和g) TSM-無(wú)白質(zhì)，d)和h) TSM-無(wú)灰質(zhì)，i)和j)是造影如后的Tl圖像，k)是T2圖像,I)是造影劑注射如的原始PWI切片，m)和n)是造影前后的SWI相位圖像，以及0)和p)是造影前后的MRA ；
[0059]圖10示出來(lái)自高分辨率PWI數(shù)據(jù)采集和來(lái)自志愿者之一的切片7的處理的rCBVPffI圖和TSM，給出的灰度圖如下:a)和e)rCBVPWI，b)和f)TSM_無(wú)血管，c)和g)TSM_無(wú)白質(zhì)，d)和h) TSM-無(wú)灰質(zhì)，i)和j)是造影如后的Tl圖像，k)是T2圖像，I)是在造影劑注射前的原始PWI切片，m)和n)是造影前后的SWI相位圖像，以及0)和p)是造影前后的MRA ；
[0060]圖11示出對(duì)于十名正常的對(duì)象在不同的組織中使用不同的參考區(qū)域時(shí)的TSM變化:a)來(lái)自六個(gè)TSM-無(wú)麗的八個(gè)麗測(cè)量ROI的平均值，b)來(lái)自六個(gè)TSM-無(wú)GM的八個(gè)GM測(cè)量ROI的平均值，c)來(lái)自六個(gè)TSM-無(wú)GM的八個(gè)麗測(cè)量ROI的平均值，和d)來(lái)自六個(gè)TSM-無(wú)麗的八個(gè)GM測(cè)量ROI的平均值，對(duì)于所有的48個(gè)測(cè)量算出平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，注意，這些值在a和b中在4附近，但是在c和d中在40附近，這里，例如，4 (任意單位)表示在圖9和圖10中所示的TSM中的 噪聲級(jí)；
[0061]圖12示出來(lái)自傳統(tǒng)方法的CBVpwi圖和來(lái)自高分辨率PWI數(shù)據(jù)的rCBVTSM(或入Cr)圖)，a) rCBVPffI圖，b)無(wú)白質(zhì)的rCBVTSM圖，c)無(wú)灰質(zhì)的rCBVTSM圖,和d)無(wú)血管的rCBVTSM圖，所有的rCBVTSM圖與參考組織無(wú)關(guān)且與rCBVPWI圖匹配得相當(dāng)好；
[0062]圖13示出來(lái)自傳統(tǒng)方法的rCBVPWI和來(lái)自TSM的X圖的rCBVTSM的比較，從rCBVPW1、無(wú)麗的rCBVTSM、無(wú)GM的rCBVTSM和無(wú)血管的rCBVTSM測(cè)量來(lái)自GM的八個(gè)ROI和來(lái)自麗的八個(gè)ROI，對(duì)于所有的對(duì)象，GM的CBV顯示約為麗的2倍；
[0063]圖14示出病人的MS病變:a)液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(FLAIR)，b) TSM-無(wú)病變，c)造影后的Tl加權(quán)成像，d)來(lái)自傳統(tǒng)方法的rCBV，細(xì)箭頭指向FLAIR (a)和TSM (b)中的慢性病變，粗箭頭所指向的病變是急性的，如在造影后的Tl (c)中看到為增強(qiáng)的；以及
[0064]圖15示出對(duì)象I的正常麗和MS病變之間的rCBV比較，將該數(shù)據(jù)歸一化，使得正常表現(xiàn)的白質(zhì)具有完全相同的值，除了急性病變之外，所有的MS病變被發(fā)現(xiàn)具有比相對(duì)于WM的標(biāo)準(zhǔn)CBV小的CBV。
【具體實(shí)施方式】
[0065]參照?qǐng)D1，示出了用于處理時(shí)間分辨MR數(shù)據(jù)以執(zhí)行組織相似度比較的示例性過(guò)程100。在步驟101中，接收時(shí)間分辨MR數(shù)據(jù)?？梢灾苯訌腗R成像設(shè)備、存儲(chǔ)器或任何其它合適的來(lái)源接收數(shù)據(jù)。時(shí)間分辨MR圖像數(shù)據(jù)可包括在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)獲得的多個(gè)空間點(diǎn)r (例如，對(duì)應(yīng)于一維直線、二維切片或三維板)的MR信號(hào)幅值P (r)信息和/或相位(p (r)信息。例如，信息可以被存儲(chǔ)為表示針對(duì)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的一維數(shù)據(jù)、二維數(shù)據(jù)或三維數(shù)據(jù)的矩陣。
[0066]在步驟103中，處理MR信息(例如，進(jìn)行傅里葉變換)以生成時(shí)間分辨圖像序列(例如，幅值圖像和/或相位圖像)。時(shí)間分辨圖像序列可包括以序列形式的針對(duì)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)一維圖像、二維圖像或三維圖像。時(shí)間點(diǎn)之間的間隔可以是任何合適的值(例如但不限于小于500ms、小于100ms、小于50ms等，例如，在50ms至5s的范圍內(nèi))。在一些實(shí)施方式中，可以使用基于回波的脈沖方法(例如，梯度回波脈沖序列)獲得MR數(shù)據(jù)。
[0067]在一些實(shí)施方式中，可以在將造影劑引入成像區(qū)域期間獲得時(shí)間分辨MR圖像序列。例如，圖2示出在灌注加權(quán)成像實(shí)驗(yàn)中信號(hào)和造影劑濃度的依賴關(guān)系。在注射之前開(kāi)始實(shí)驗(yàn)(濃度曲線200)。在注射之后(在時(shí)刻201處)，造影劑團(tuán)注進(jìn)入組織，信號(hào)隨著造影劑濃度的增大而降低(在202中所示的信號(hào)行為)。造影劑緩慢地洗掉，信號(hào)緩慢地回到正常(在203中的信號(hào)水平)。在各種實(shí)施方式中，時(shí)間分辨MR圖像序列可包括在注射之前、在流入時(shí)段期間、在平衡時(shí)段期間、在流出時(shí)段期間、在流出時(shí)段之后或者其任何合適的組合獲得的圖像。例如，在一些實(shí)施方式中，在開(kāi)始于注射之前且持續(xù)到注射之后的時(shí)段上采集圖像。在一些實(shí)施方式中，在足夠長(zhǎng)的時(shí)段上采集圖像，該時(shí)段滿足至少一些圖像對(duì)應(yīng)于平衡時(shí)段(即，使得這些圖像不會(huì)由于造影劑流量而呈現(xiàn)時(shí)間變化)。
[0068]應(yīng)該理解，在其它實(shí)施方式中，本文中所描述的技術(shù)可以與非造影成像過(guò)程一起使用。
[0069]通常，時(shí)間分辨MR圖像序列可包括使用任何合適的成像技術(shù)所產(chǎn)生的任何合適的圖像。例如，在一些實(shí)施方式中，使用監(jiān)測(cè)信號(hào)的時(shí)間變化的回波平面掃描產(chǎn)生MR圖像序列。例如，回波平面掃描可以用來(lái)執(zhí)行灌注研究(例如，大腦的研究)。MR圖像可以是灌注加權(quán)圖像，例如，動(dòng)態(tài)磁敏感造影灌注加權(quán)圖像。在一些實(shí)施方式中，MR圖像序列可以是常規(guī)的梯度回波掃描，例如，用來(lái)收集關(guān)于對(duì)象的頭部、頸部、身體或其它區(qū)域中的血管的數(shù)據(jù)。
[0070]在步驟105中， 將圖像中的空間區(qū)域識(shí)別為參考區(qū)域。參考區(qū)域可以是單個(gè)圖像像素(或?qū)τ谌S圖像是立體像素)、或大量的像素。所選擇的區(qū)域可對(duì)應(yīng)于已知的組織類型(例如，在大腦中的白質(zhì)或灰質(zhì)、腫瘤、病變、血管等)。
[0071]在步驟107中，將參考區(qū)域的時(shí)間行為與至少一個(gè)其它測(cè)試區(qū)域的時(shí)間行為比較。該比較可以用來(lái)生成指示參考區(qū)域的時(shí)間行為和測(cè)試區(qū)域的時(shí)間行為之間的相似度的比較數(shù)據(jù)。在已知參考區(qū)域的組織類型(或其它信息)的情況下，該比較數(shù)據(jù)可以用來(lái)識(shí)別在與參考區(qū)域相同或不同的測(cè)試區(qū)域中的組織。在步驟109中，生成輸出，例如，組織相似度圖(如下文詳細(xì)描述)可以被顯示或被保存為數(shù)據(jù)文件。
[0072]在一些實(shí)施方式中，可將參考區(qū)域與多個(gè)測(cè)試區(qū)域比較，例如，可將參考像素的時(shí)間行為與覆蓋某部分成像區(qū)域或整個(gè)成像區(qū)域的多個(gè)測(cè)試像素比較。這些比較可以用來(lái)生成區(qū)域的組織相似度圖，如下文更詳細(xì)地討論。
[0073]可以使用任一合適的度量標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)執(zhí)行參考區(qū)域與測(cè)試區(qū)域的時(shí)間行為的比較。例如，在一些實(shí)施方式中，可以在序列中的一些時(shí)間點(diǎn)或所有時(shí)間點(diǎn)上計(jì)算在參考區(qū)域處的MR信號(hào)Sref (t)和在測(cè)試區(qū)域處的MR信號(hào)S (t)之間的均方誤差(MSE)。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，MSE可以如下式計(jì)算:

n
[0074]MSE = [— At) —.V,.v; (/,)):

1 = 1
[0075]其中，i是在序列中的一些時(shí)間點(diǎn)或所有時(shí)間點(diǎn)上變化的下標(biāo)，At是可選的時(shí)間偏移，例如，用以導(dǎo)致不同區(qū)域處的不同的造影峰值時(shí)刻。在其它實(shí)施方式中，可以使用其它度量標(biāo)準(zhǔn)，例如包括信號(hào)之間的差的絕對(duì)值、均方根差、對(duì)數(shù)差等。在多個(gè)實(shí)施方式中，可以使用任何其它已知類型的比較。在一些實(shí)施方式中，任何其它合適類型的最佳方案可以用來(lái)提取與成像組織有關(guān)的信息。
[0076]圖3示出用于使用上文所述的技術(shù)生成組織相似度圖(TSM)的示例性過(guò)程300。在步驟301中，確定參考區(qū)域和測(cè)試區(qū)域之間的相似度。在步驟303中，比較相似度水平與閾值水平。在步驟305中，基于該比較，在TSM圖像中標(biāo)記測(cè)試區(qū)域。例如，如果相似度水平低于閾值，則可將該區(qū)域留為空白，有效地消除低于相似度閾值的所有組織。對(duì)于高于閾值的相似度，可用一些表示相似度水平的標(biāo)記(例如，彩色或灰度)來(lái)標(biāo)記該區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，相似度圖可以相反地產(chǎn)生，例如，利用參考區(qū)域消除高于閾值相似度的所有組織，并且允許識(shí)別不相似的組織。在一些實(shí)施方式中，可以省略閾值處理步驟，不管水平如何，都呈現(xiàn)相似度信息(例如，表示為彩色或灰度)。
[0077]在步驟307中，對(duì)于附加的測(cè)試區(qū)域重復(fù)前面的步驟以建立TSM。圖4A和圖4B示出使用方法300生成的TSM的示例。圖4A和圖4B均示出大腦的切片的TSM400。TSM400包括參考區(qū)域401。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)測(cè)試區(qū)域403高于閾值相似度水平。每個(gè)測(cè)試區(qū)域403的灰度指示相似度水平，較暗的陰影指示較高的相似度水平。
[0078]再次參照?qǐng)D3，在步驟309中，例如，可以處理所生成的TSM以分割圖。通常，可以使用本領(lǐng)域中已知的任何圖像分割技術(shù)(手動(dòng)、自動(dòng)或混合)(例如，閾值處理、聚類方法、基于直方圖的方法、邊緣檢測(cè)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等)。例如，分割步驟可以識(shí)別圖4A和圖4B中的測(cè)試區(qū)域403的邊緣，或者可以識(shí)別如圖4B中所示的一組感興趣的區(qū)域(用虛線表示)。
[0079]多個(gè)實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)附加的處理步驟。例如，在一些實(shí)施方式中，例如使用序列中的一個(gè)圖像(例如，第一圖像或者序列中的任何其它圖像)，可以將時(shí)間分辨MR圖像序列進(jìn)行歸一化?？梢?以逐個(gè)像素為基礎(chǔ)實(shí)施歸一化。
[0080]在一些實(shí)施方式中，可以通過(guò)識(shí)別信噪比低于所選擇的的閾值的像素并且省略處理這些像素，來(lái)提高處理效率。
[0081]參照?qǐng)D5，示例性MRI系統(tǒng)500包括產(chǎn)生MR圖像數(shù)據(jù)的MRI成像器501 (例如，1.5T Sonata MRI系統(tǒng)，可以從德國(guó)埃朗根城市的西門(mén)子購(gòu)買(mǎi))。成像器501通信地聯(lián)接到處理器503，該處理器503從成像器501接收數(shù)據(jù)并且使用本文中所描述的技術(shù)處理數(shù)據(jù)(例如，用以生成TSM)。在一些實(shí)施方式中，可省略成像器501，處理器503可以接收來(lái)自一些其它來(lái)源(例如，存儲(chǔ)器)的數(shù)據(jù)。處理器503通信地聯(lián)接至顯示器505，該顯示器505顯不從處理器輸出的信息(例如，TSM)o
[0082]通常，本文中所描述的技術(shù)可以用來(lái)基于組織相似度分析識(shí)別組織性能。例如，組織性能可包括相對(duì)的或絕對(duì)的T2*、相對(duì)的或絕對(duì)的血容量(例如,腦血容量)、大腦中灰質(zhì)或白質(zhì)的存在、組織或血管的其它特征。如上所述，該信息隨后可以用來(lái)分割成像區(qū)域(例如，將血管與其它組織分開(kāi)、區(qū)別灰質(zhì)與白質(zhì)等)。
[0083]在多個(gè)實(shí)施方式中，所識(shí)別的組織性能可以用來(lái)診斷疾病，生成對(duì)于某種情況的治療計(jì)劃，或者用于任何其它合適的目的。例如，如下面示例中詳述的，TSM技術(shù)可以用于多發(fā)性硬化癥的診斷與治療。如下文詳述的，當(dāng)對(duì)象的大腦中的已知的MS病變被用作TSM的參考區(qū)域時(shí)，可以很容易地在TSM中檢測(cè)到所有其它的MS病變。因此，TSM可以用來(lái)(手動(dòng)或自動(dòng)地)診斷和直接治療所檢測(cè)的MS病變。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很容易理解到，該類型的技術(shù)可以被應(yīng)用到多種其它情況，例如包括腫瘤的檢測(cè)、出血的檢測(cè)、血管疾病的檢測(cè)等。
[0084]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，本文中所描述的技術(shù)可以被延伸到其它情況。例如，類似的方法可以用于估計(jì)相對(duì)的T2*和絕對(duì)的T2*。例如，可以利用兩次以上的回波來(lái)收集自旋回波數(shù)據(jù)或梯度回波數(shù)據(jù)。這給出作為時(shí)間函數(shù)的信號(hào)和分別通過(guò)自旋密度P和公式exp (-TE/T2)或exp (-TE/T2*)加權(quán)的各像素?？梢砸灾饌€(gè)像素為基礎(chǔ)處理該數(shù)據(jù)以估計(jì)T2或T2*。該處理可以給出相對(duì)的T2或T2*或者絕對(duì)的T2或T2*。在下文的補(bǔ)充信息部分中給出了示例性計(jì)算。通常，該方法將適用于任何如下變型，對(duì)于給定的參數(shù)收集多個(gè)時(shí)間點(diǎn)以評(píng)估相對(duì)值或絕對(duì)值(正如此處或利用本文中所描述的CBV圖)。
[0085]示例
[0086]在本示例中，上述類型的處理技術(shù)使用來(lái)自動(dòng)態(tài)磁敏感造影灌注加權(quán)成像(PWI)的原始信號(hào)(而不是造影劑濃度)來(lái)計(jì)算相對(duì)的腦血容量圖和組織相似度圖(TSM)。
[0087]使用高分辨率PWI研究了十名健康的志愿者和八名多發(fā)性硬化(MS)患者。通過(guò)在一個(gè)切片中選擇參考區(qū)域且以均方誤差比較其信號(hào)和來(lái)自整個(gè)大腦的所有圖像中的每個(gè)立體像素的信號(hào)，來(lái)獲得TSM。
[0088]如下文詳細(xì)描述，發(fā)現(xiàn)TSM具有很高的對(duì)比度和信噪比。利用該方法測(cè)量的有效血容量幾乎等于來(lái)自常規(guī)腦血容量(CBV)圖的有效血容量。如下文詳細(xì)描述，有利地，識(shí)別MS病變?cè)试S識(shí)別整個(gè)大腦中幾乎所有的病變。也就是說(shuō)，從血管角度看，幾乎所有的MS病變具有相同的行為。
[0089]動(dòng)態(tài)磁敏感造影(DSC)灌注加權(quán)成像(PWI)是允許評(píng)估腦部血液動(dòng)力的技術(shù)。其涉及利用伴隨示蹤物穿過(guò)腦血管系統(tǒng)的通道的信號(hào)變化[1-5]。然而，大腦的血液動(dòng)力的精確量化受限于空間分辨率[6]、動(dòng)脈輸入函數(shù)(AIF)確定中的不確定性[7]、在估計(jì)造影劑的濃度時(shí)的非線性的AR2*效應(yīng)和增大的噪聲[8]。如上所述，應(yīng)用上述類型的組織相似度圖(TSM)處理方法，該處理方法使用所有的時(shí)間點(diǎn)(自然導(dǎo)致造影劑的多次通過(guò))，以僅根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度時(shí)間進(jìn)程s (t)而不根據(jù)濃度時(shí)間曲線c (t)或者對(duì)于動(dòng)脈輸入函數(shù)的需要，給出新的圖像對(duì)比度和相對(duì)腦血容量(rCBV)的替選估計(jì)。TSM被設(shè)計(jì)成測(cè)量在PWI數(shù)據(jù)采集中所有時(shí)間點(diǎn)上的來(lái)自參考區(qū)域的信號(hào)響應(yīng)的相似度。此外，TSM證明一個(gè)立體像素的信號(hào)與下一個(gè)立體像素的信號(hào)的關(guān)聯(lián)性，其類似于用在腦功能成像中的連通性概念[9、10]。TSM被用于研究在多發(fā)性硬化(MS)對(duì)象中的病變相比于其它組織的血管反應(yīng)。
[0090]多發(fā)性硬化被認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性炎癥性疾病，其導(dǎo)致脫髓鞘和不可逆的軸突損傷[11]。MS的特征在于脫髓鞘斑塊的區(qū)域遍布于整個(gè)CNS，其多發(fā)于視神經(jīng)、脊髓、白質(zhì)(麗)、胼胝體、皮層的和皮層下的灰質(zhì)(GM) [12]。近來(lái)，再次關(guān)注與MS相關(guān)的血管致病源或異常靜脈血管[14-17]。還有證據(jù)表明，根據(jù)MS患者的疾病的嚴(yán)重度減少灌注，也作為血管問(wèn)題的指標(biāo)[18]。在本示例中，TSM用來(lái)識(shí)別通過(guò)對(duì)造影劑的相同血管反應(yīng)所關(guān)聯(lián)的那些病變，試圖示出病變之間是否存在血管連通。
[0091]年齡在23歲和56歲之間的十名正常的志愿者參與到該項(xiàng)研究中。有6名男性和4名女性；平均年齡為40.7歲。在具有8-通道頭部線圈的1.5T Sonata MRI系統(tǒng)(可從德國(guó)埃朗根城市的西門(mén)子購(gòu)買(mǎi))上掃描志愿者。并行成像與GRAPPA (全局自動(dòng)校準(zhǔn)部分并行采集)一起使用且加速系數(shù)是2。造影劑禮-DTPA (可使用美國(guó)Berlex公司的Magnevist)以體重的0.lmmol/kg的劑量給藥并且使用動(dòng)力注射器(可使用美國(guó)賓夕法尼亞州的匹茲堡的Medrad公司、Spectris公司的MR注射系統(tǒng))以2ml/s的速度注射在外圍的手臂靜脈中。在110秒內(nèi)進(jìn)行50次測(cè)量。在第七次測(cè)量開(kāi)始時(shí)，開(kāi)始注射造影劑，隨后立即用20ml鹽水沖洗。使用具有以下成像參數(shù)的二維、單發(fā)、梯度回波的回波平面成像(GE-EPI)序列獲得高分辨率的PWI數(shù)據(jù):重復(fù)時(shí)間(TR) =2200ms、回波時(shí)間(TE) =98ms、翻轉(zhuǎn)角(FA) =60°、切片厚度(TH) =4mm、和內(nèi)部切片間隙=4mm。視野(FOV)是256mmX 256mm、以及采集矩陣是256X256，但是出于顯示目的而被插值為512X512。
[0092]出于比較目的，成像方案包括造影劑注射前的Tl、造影劑注射后的Tl、T2、磁共振血管成像(MRA)和磁敏感加權(quán)成像(SWI)。用于MRA掃描的成像參數(shù)是:TE/TR=7/37ms、FA=25°、切片厚度=0.8謹(jǐn)、？0￥=256111111\192111111以及采集矩陣=512\384。用于SWI掃描的成像參數(shù)是:TE/TR=40/49ms、FA=20°、切片厚度=2mm、F0V=256mmX256mm以及采集矩陣=512X448。在使用尺寸為64X64的中心矩陣進(jìn)行圖像采集之后，應(yīng)用高通濾波和相位處理[19]。用于Tl掃描的成像參數(shù)是:TE/TR=5.26/16ms、FA=20°、切片厚度=2_、Nz=104個(gè)切片、F0V=240mmX240mm以及采集矩陣=512X512。用于T2掃描的成像參數(shù)是:TE/TR=106/5230ms、FA=160。、切片厚度=4mm、F0V=256mmX 192mm 以及采集矩陣=512 X 384。 [0093]為了研究TSM在多發(fā)性硬化(MS)中的應(yīng)用，招收八名MS患者，包括年齡從29歲到50歲的六名女性和兩名男性。采集高分辨率的PWI數(shù)據(jù)以計(jì)算rCBV和TSM。還收集常規(guī)的Tl、T2和FLAIR。用于FLAIR的成像參數(shù)是:TE/TR=72/9970ms、反轉(zhuǎn)時(shí)間(TI)=2500ms、FA=150°、切片厚度=4mm且具有0.4mm的間隙、F0V=256_X 192mm、以及采集矩陣=256X 192。PffI, Tl和T2的參數(shù)與正常對(duì)象的參數(shù)相同。
[0094]當(dāng)使用梯度回波掃描時(shí)，順磁示蹤物(釓-DTPA)導(dǎo)致在血液中的T2*的直接變化以及在組織中的T2*的間接變化。形成的信號(hào)s (t)被用作為測(cè)量局部血液動(dòng)力學(xué)特性的工具。每個(gè)組織根據(jù)血液的存有量而響應(yīng)。為了創(chuàng)建TSM，選擇參考感興趣區(qū)域(ROI)且將其用作為參考輸入函數(shù)sMf(t)。該ROI可以是單個(gè)立體像素、一組立體像素或所有立體像素的平均。主要步驟是通過(guò)下式計(jì)算在n個(gè)時(shí)間點(diǎn)上來(lái)自所有其它立體像素的Sref (t)和s (t)之間的均方誤差(MSE):
— n —
[0095]
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 接收對(duì)象的成像區(qū)域的時(shí)間分辨磁共振MR圖像序列； 通過(guò)將所述MR圖像的參考區(qū)域的時(shí)間行為與所述MR圖像的至少一個(gè)其它區(qū)域的時(shí)間行為比較，處理所述圖像以生成比較數(shù)據(jù)；以及 基于所述比較數(shù)據(jù)生成輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述時(shí)間分辨MR圖像序列包括在各時(shí)刻采集的時(shí)間分辨MR圖像序列。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述時(shí)間分辨圖像包括二維圖像。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述時(shí)間分辨圖像包括三維圖像。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，既在將造影劑引入所述對(duì)象的所述成像區(qū)域之前，又在將造影劑引入所述對(duì)象的所述成像區(qū)域期間，采集所述時(shí)間分辨MR圖像序列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述造影劑在對(duì)象的所述成像區(qū)域中已經(jīng)達(dá)到平衡的時(shí)段期間，采集一部分所述時(shí)間分辨MR圖像序列。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 通過(guò)下列步驟生成所述時(shí)間分辨MR圖像序列: 在一系列時(shí)刻接收與所述對(duì)象的所述成像區(qū)域有關(guān)的MR幅值、相位、或幅值數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)；和 對(duì)于每個(gè)時(shí)刻，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換以生成所述MR圖像序列中的圖像。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用基于梯度回波的成像序列生成所述MR圖像中的每個(gè)MR圖像，且其中，以對(duì)應(yīng)于所述成像序列的回波時(shí)間的間隔獲取所述時(shí)間分辨MR圖像序列。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述基于梯度回波的成像序列包括回波平面掃描和梯度回波掃描中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述比較包括: 生成指示在所述時(shí)間分辨MR圖像序列上的所述參考區(qū)域處的圖像值和所述至少一個(gè)其它區(qū)域處的圖像值之間的差值的誤差數(shù)據(jù)；和 基于至少一部分所述誤差數(shù)據(jù)，生成所述比較數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述生成誤差數(shù)據(jù)包括: 計(jì)算在所述時(shí)間分辨MR圖像序列上的所述參考區(qū)域處的圖像值和所述至少一個(gè)其它區(qū)域處的圖像值之間的均方誤差。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述生成誤差數(shù)據(jù)包括: 計(jì)算在所述時(shí)間分辨MR圖像序列上的所述參考區(qū)域處的圖像值和所述至少一個(gè)其它區(qū)域處的圖像值之間的絕對(duì)差值。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過(guò)將所述MR圖像的參考區(qū)域的時(shí)間行為與所述MR圖像的至少一個(gè)其它區(qū)域的時(shí)間行為比較，處理所述圖像以生成比較數(shù)據(jù)包括: 在所述參考區(qū)域中選擇一個(gè)或多個(gè)圖像像素； 對(duì)于所選擇的一個(gè)或多個(gè)圖像像素，存儲(chǔ)時(shí)間分辨的參考像素?cái)?shù)據(jù)；和通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)其它像素的時(shí)間行為與所存儲(chǔ)的時(shí)間分辨的參考像素?cái)?shù)據(jù)比較，生成所述比較數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用有限的時(shí)間窗口生成所述比較數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述時(shí)間分辨MR圖像序列對(duì)應(yīng)于所述成像區(qū)域的MR灌注研究。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述時(shí)間分辨MR圖像序列對(duì)應(yīng)于回波平面掃描。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述成像區(qū)域包括大腦的一部分。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述時(shí)間分辨MR圖像序列包括與在采集所述序列期間發(fā)生的所述成像區(qū)域中的組織中的變化有關(guān)的信息。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述時(shí)間分辨MR圖像序列對(duì)應(yīng)于梯度回波掃描。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述MR圖像包括與所述成像區(qū)域中的血管有關(guān)的信息。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:基于所述比較數(shù)據(jù)，生成指示相對(duì)局部血容量的信息。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:基于所述比較數(shù)據(jù)，生成指示絕對(duì)T2*容量的信息。`
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:基于所述比較數(shù)據(jù)，生成指示相對(duì)T2*的信息。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 對(duì)于在所述時(shí)間分辨MR圖像序列中的至少一個(gè)像素，接收指示T2*的參考T2*信息；和 基于所述比較數(shù)據(jù)和所述參考T2*信息，生成指示相對(duì)T2*的信息。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，生成所述比較數(shù)據(jù)包括: 從所述參考區(qū)域選擇至少一個(gè)參考像素；和 通過(guò)將所述MR圖像序列上的所述參考像素中的所述參考像素的時(shí)間行為與所述MR圖像序列中的基本上所有的剩余像素中的每個(gè)像素的時(shí)間行為比較，生成相似度信息。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，基于所述比較數(shù)據(jù)生成所述輸出包括: 基于所述相似度信息，生成指示所述MR圖像序列上的所述參考像素中的所述參考像素的時(shí)間行為與所述MR圖像序列中的基本上所有的剩余像素中的每個(gè)像素的時(shí)間行為的比較的至少一個(gè)組織相似度圖的圖像。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，生成所述比較數(shù)據(jù)包括: 確定所述MR圖像序列中的信噪比低于閾值水平的至少一個(gè)低信號(hào)像素；和 對(duì)所述低信號(hào)像素省略比較所述MR圖像序列上的所述參考像素中的所述參考像素的時(shí)間行為與所述MR圖像序列中的基本上所有的剩余像素中的每個(gè)像素的時(shí)間行為。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:基于所述比較數(shù)據(jù)，確定指示所述參考區(qū)域的時(shí)間行為和所述至少一個(gè)其它區(qū)域的時(shí)間行為之間的相似度的相似度信息。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:將所述相似度信息與閾值比較。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述參考區(qū)域?qū)?yīng)于所述成像區(qū)域的異常區(qū)域。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述參考區(qū)域包括腫瘤、病變、受損組織的區(qū)域和經(jīng)受出血的區(qū)域中的至少一個(gè)。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括:基于所述比較數(shù)據(jù)，診斷疾病或不正常情況。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 基于所述比較數(shù)據(jù)，生成指示所述對(duì)象的所述成像區(qū)域中的組織的性能的組織性能信肩、O
34.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述組織性能包括T2*、相對(duì)血容量、相對(duì)腦血容量、血管的存在和所選擇的組織類型的存在中的至少一個(gè)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的方法，包括: 基于所述組織性能信息，至少部分地分割所述成像區(qū)域。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 基于所述序列中的至少一個(gè)參考圖像，將所述時(shí)間分辨MR圖像序列中的各個(gè)圖像進(jìn)行歸一化。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，以逐個(gè)像素為基礎(chǔ)執(zhí)行所述歸一化。
38.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的方法，其中，所述參考圖像是所述序列中的第一時(shí)間圖像。
39.一種系統(tǒng),包括: 處理器，所述處理器被配置成使用權(quán)利要求1至38中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)接收MR圖像數(shù)據(jù)并處理所述數(shù)據(jù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，還包括MR成像器，所述MR成像器與所述處理器通信且被配置成生成所述MR圖像數(shù)據(jù)。
41.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括:永久性的計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)，所述介質(zhì)具有體現(xiàn)在其中的計(jì)算機(jī)可讀程序代碼，所述計(jì)算機(jī)可讀程序代碼適于被執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至38中任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK103635136SQ201280031494
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月29日
【發(fā)明者】馬克·E·哈克 申請(qǐng)人:磁共振創(chuàng)新有限公司