具有自動(dòng)化病變檢測和骨疾病負(fù)荷變化的量化評定的計(jì)算機(jī)輔助骨掃描評定的制作方法
【專利摘要】一種計(jì)算機(jī)輔助的骨掃描評定系統(tǒng)和方法提供了自動(dòng)化病變檢測和骨疾病負(fù)荷變化的量化評定。
【專利說明】具有自動(dòng)化病變檢測和骨疾病負(fù)荷變化的量化評定的計(jì)算機(jī)輔助骨掃描評定
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請要求于2011年10月18日遞交的美國臨時(shí)專利申請N0.61/548，498且名稱為 COMPUTER-AIDED BONE SCAN ASSESSMENT WITH AUTOMATED LESION DETECTION ANDQUANTITATIVE ASSESSMENT OF BONE DISEASE BURDEN CHANGES (具有自動(dòng)化病變檢測和骨疾病負(fù)荷變化的量化評定的計(jì)算機(jī)輔助骨掃描評定)的權(quán)益。本申請要求于2012年10月16日遞交的美國臨時(shí)專利申請N0.61/714，318且名稱為COMPUTER-AIDED BONE SCANASSESSMENT (計(jì)算機(jī)輔助骨掃描評定)的權(quán)益。
[0003]通過引用合并
[0004]為了所有目的而通過引用將于2011年10月18日遞交的美國臨時(shí)專利申請N0.61/548，498和于2012年10月16日遞交的美國臨時(shí)專利申請N0.61/714，318整體合并入本申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明涉 及醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地涉及骨掃描、骨病變和骨疾病評定?！颈尘凹夹g(shù)】
[0006]骨腫瘤可能起源于骨中，或者它們可能起源于其它位點(diǎn)而蔓延(轉(zhuǎn)移)至骨架中。例如，骨中的繼發(fā)性腫瘤時(shí)常產(chǎn)生于轉(zhuǎn)移的前列腺癌。來自骨掃描的影像顯示出與原發(fā)性骨癌或轉(zhuǎn)移性癌相關(guān)的病變，且對來自骨掃描的影像的解釋廣泛地應(yīng)用于疾病的診斷和治療中。
[0007]已經(jīng)報(bào)道了少數(shù)幾種用于骨掃描的計(jì)算機(jī)輔助病變檢測系統(tǒng)。這些技術(shù)包含半自動(dòng)影像分割程序，該半自動(dòng)影像分割程序在臨床環(huán)境中使用時(shí)時(shí)?；ㄙM(fèi)太長時(shí)間(例如Erdi等人和Yin等人的那些半自動(dòng)影像分割程序)。Erdi等人描述的半自動(dòng)方法需要使用者將種子點(diǎn)插入到影像上的每一轉(zhuǎn)移區(qū)域中，考慮到患有骨轉(zhuǎn)移的病人經(jīng)常具有多個(gè)疾病位點(diǎn)，因此這是非平凡的程序。參見Erdi YE, Humm JL, Imbriaco M, Yeung H, Larson SM在J Nucl Med 的 1997 年 38 期 1401 - 1406 頁上發(fā)表的文章 Quantitative bone metastasesanalysis based on image segmentation (基于影像分割的量化骨轉(zhuǎn)移分析)。還參見Yin TK, Chiu NT 在 IEEE Trans Med Imaging 的 2004 年 23 期 639 - 654 上發(fā)表的文章 Acomputer-aided diagnosis for locating abnormalities in bone scintigraphy by afuzzy system with a three-step minimization approach (在骨閃爍法中利用三步最小化法通過模糊系統(tǒng)用于定位異常的計(jì)算機(jī)輔助診斷)。
[0008]最近，由Sadik等人開發(fā)的全自動(dòng)方法使通過影像分割進(jìn)行的骨病變檢測與通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的掃描評價(jià)相結(jié)合，以根據(jù)病人發(fā)生骨轉(zhuǎn)移的可能性對他們進(jìn)行分類，從而得到有可能“骨轉(zhuǎn)移”或可能“無骨轉(zhuǎn)移”的二元掃描評級。參見Sadik M, JakobssonD, Olofsson F，Ohlsson M, Suurkula M, Edenbrandt L.在 Nucl Med Commun 的 2006 年 27期 417 - 423 頁上發(fā)表的文章 A new computer-based decision-support system for theinterpretation of bone scans (一種新的用于解釋骨掃描的基于計(jì)算機(jī)的決策支持系統(tǒng))。
[0009]雖然該系統(tǒng)呈現(xiàn)出與由醫(yī)生確定的骨轉(zhuǎn)移可能性的評估的良好相關(guān)性，但該系統(tǒng)沒有提供對連續(xù)掃描進(jìn)行對比的量化度量(metric)，也沒有提供評定治療結(jié)果的工具。
[0010]重要的是，還沒有對報(bào)道的結(jié)果進(jìn)行涉及病人獲益(例如骨架相關(guān)事件的減少或生命的延長)的真實(shí)測量、構(gòu)成監(jiān)管部門許可的基礎(chǔ)的測量方面的研究。
[0011]相反，已經(jīng)開發(fā)了用于影像增強(qiáng)的系統(tǒng)，以使來自連續(xù)掃描的影像標(biāo)準(zhǔn)化，以便于醫(yī)生進(jìn)行解釋，但是該系統(tǒng)還沒有試圖識(shí)別病變。參見Jeong CB, Kim KG, Kim TS, Kim SK在 J Digit Imaging 的 2011 年 24 期 424 - 436 頁上發(fā)表的文章 Comparison of imageenhancement methods for the effective diagnosis in successive whoIe-body bonescans (針對全身骨掃描中的有效診斷的影像增強(qiáng)方法的對比)。[0012]之前，已經(jīng)通過對前列腺癌中負(fù)荷的轉(zhuǎn)移骨疾病的骨閃爍進(jìn)行了量化評定，其中包含度量的開發(fā)，例如骨掃描指數(shù)(BSI)和骨掃描上的陽性面積的百分比(％PABS)。參見 Imbriaco M, Larson SM, Yeung HW, Mawlawi OR, Erdi Y, Venkatraman ES 等人在 ClinCancer Res 的 1998 年 4 期 1765 - 1772 頁上發(fā)表的文章 A new parameter for measuringmetastatic bone involvement by prostate cancer: the Bone Scan Index (用于測量由前列腺癌累及的轉(zhuǎn)移骨的新參數(shù):骨掃描指標(biāo))。還參見Noguchi M, Kikuchi H, IshibashiM, Noda S.在 Br J Cancer 的 2003 年 88 期 195 - 201 頁上發(fā)表的文章 Percentage of thepositive area of bone metastasis is an independent predictor of disease deathin advanced prostate cancer (骨轉(zhuǎn)移的陽性面積的百分比是對晚期前列腺癌疾病死亡的獨(dú)立預(yù)測因子)。
[0013]BSI和％PABS作為患前列腺癌的病人的預(yù)后因素均已經(jīng)經(jīng)歷了初始評價(jià)，但是用于計(jì)算這些度量的方法花費(fèi)太長的時(shí)間，因?yàn)樾枰獙菕呙柽M(jìn)行大量的人工注釋。作為評定治療反應(yīng)的可行度量，對％PABS和BSI的評價(jià)正在不斷發(fā)展中。參見Yahara J, NoguchiM, Noda S.在BJU Int 的 2003年92 期 379 - 384頁上發(fā)表的文章Quantitative evaluationof bone metastases in patients with advanced prostate cancer during systemictreatment (對患有晚期前列腺癌的病人在系統(tǒng)治療期間的骨轉(zhuǎn)移的量化評價(jià))。還參見 Morris MJ, Jia X, Larson SM, Kelly A, Mezheritzky I, Stephenson RD 等人在 2008年的 Genitourinary Cancers Symposium 上發(fā)表的 Post-treatment serial bone scanindex(BSI)as an outcome measure predicting survival (治療后系列骨掃描指標(biāo)(BSI)作為預(yù)測存活的測定結(jié)果)。
[0014]盡管之前計(jì)算機(jī)輔助檢測(CAD)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于骨掃描分析中，但它們?nèi)鄙俦景l(fā)明實(shí)施方式中的特征。例如，這些已知的系統(tǒng)典型地僅對病人的單次掃描進(jìn)行病變檢測，而不對連續(xù)掃描進(jìn)行對比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]一種提供具有自動(dòng)化病變檢測的骨掃描評定和骨疾病負(fù)荷變化的量化評定的系統(tǒng)和方法。[0016]在各種實(shí)施方式中，使用骨掃描來監(jiān)控治療效果利用了在單次掃描內(nèi)對病變進(jìn)行的準(zhǔn)確切割和量化，以及在連續(xù)掃描之間的病變測量值的對比。實(shí)施方式提供了一種準(zhǔn)確且可再現(xiàn)地切割和量化骨病變以輔助醫(yī)生在病人本身和病人之間進(jìn)行對比的自動(dòng)化系統(tǒng)。
[0017]本發(fā)明人對結(jié)合了自動(dòng)化病變切割(包含影像標(biāo)準(zhǔn)化)和疾病負(fù)荷的量化評定的骨掃描計(jì)算機(jī)輔助治療評定系統(tǒng)進(jìn)行了分析驗(yàn)證。對未治療的病人和治療的病人的成功分組，被用來評價(jià)系統(tǒng)評定治療效果的能力。
[0018]驗(yàn)證顯示，該系統(tǒng)能夠降低手動(dòng)注釋的骨掃描分析的差異性，以便前后一致地獲得客觀、可再現(xiàn)且量化的測量值，從而為個(gè)體測量與其它臨床和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果數(shù)據(jù)之間的預(yù)期關(guān)聯(lián)給出了基礎(chǔ)。
[0019]驗(yàn)證顯示，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的自動(dòng)化骨掃描病變分割(病變像素的檢測)且能夠提供病變負(fù)荷的量化測量，該病變負(fù)荷的量化測量然后可以用于評定在經(jīng)治療和未經(jīng)治療的病人中的疾病狀態(tài)的變化。
[0020]在各個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明可以用計(jì)算機(jī)程序(軟件)實(shí)現(xiàn)。該程序可以通過影像獲取裝置、讀取工作站、服務(wù)器和/或其它適當(dāng)?shù)难b置來執(zhí)行。在服務(wù)器上的處理可以有助于與集中式影像檔案系統(tǒng)的交互，且有助于將骨掃描分析報(bào)告儲(chǔ)存在集中式數(shù)據(jù)庫中。該系統(tǒng)還可以(例如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng))被遠(yuǎn)程訪問。
[0021]本發(fā)明的實(shí)施 方式可以參照等式、算法和/或方法的流程示意圖進(jìn)行描述。這些方法可以使用指令集單獨(dú)實(shí)現(xiàn)或作為系統(tǒng)的一組件來實(shí)現(xiàn)。這樣，每一等式、算法、流程的操作和/或它們的組合可以以多種方式(例如硬件、固件和/或軟件)來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)程序指令可以被加載在計(jì)算機(jī)上，以便計(jì)算機(jī)程序指令提供一種實(shí)現(xiàn)由等式、算法和/或流程指定的功能的方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]參照附圖描述本發(fā)明。并入本文中且形成說明書的一部分的這些附圖例示了本發(fā)明的實(shí)施方式，且與說明一起進(jìn)一步用于解釋本發(fā)明的原理，且使得相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┖褪褂帽景l(fā)明。
[0023]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)輔助量化骨掃描評定系統(tǒng)。
[0024]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)輔助骨掃描評定過程的概述。
[0025]圖3示出了圖2的評定過程的更詳細(xì)的概述。
[0026]圖4示出了根據(jù)圖2的方法基于參考影像計(jì)算正常骨標(biāo)準(zhǔn)化值RMEDIAN的方法。
[0027]圖5示出了包含使用專家和識(shí)別指示病變的強(qiáng)度閾值的方法。
[0028]圖6示出了根據(jù)圖2的過程的包含使用專家和識(shí)別指示病變的強(qiáng)度閾值的第二方法。
[0029]圖7示出了根據(jù)圖2的過程的識(shí)別指示病變的真陽性像素。
[0030]圖8示出了根據(jù)圖2的過程的評價(jià)解剖學(xué)特定的度量。
[0031]圖9示出了根據(jù)圖2的過程的評價(jià)所有解剖學(xué)區(qū)域的簡略度量。
[0032]圖10示出了根據(jù)圖2的過程的示例性評定系統(tǒng)的操作場景。
【具體實(shí)施方式】[0033]在下文中提供的內(nèi)容描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方式的實(shí)例。設(shè)計(jì)、附圖和描述是其所公開的實(shí)施方式的非限制性實(shí)施例。例如，公開的裝置和/或方法的其它實(shí)施方式可以包含或可以不包含本文所描述的特征。此外，公開的優(yōu)點(diǎn)和益處可以僅適用于本發(fā)明的特定實(shí)施方式，且不用于限制所公開的發(fā)明。
[0034]如在本文中所使用的，術(shù)語“耦合”包含直接連接和間接連接。此外，當(dāng)提到第一裝置和第二裝置耦合時(shí)，在該第一裝置和該第二裝置之間可具有包含有源裝置的中間裝置。
[0035]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)輔助量化骨掃描評定系統(tǒng)100。處理單元108接收來自影像獲取設(shè)備102的影像數(shù)據(jù)。來自這些影像和其它影像的、經(jīng)過處理或未經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)經(jīng)由用于存儲(chǔ)經(jīng)選擇的數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)單元104，可被處理器獲得。在各個(gè)實(shí)施方式中，處理器的輸入包含使用者的輸入和設(shè)定106，例如由專家對任何病人狀況的評價(jià)、期望的影像質(zhì)量和設(shè)備性能所得到的那些輸入和設(shè)定。在一些實(shí)施方式中，處理和/或使用者的輸入至少部分地在影像獲取設(shè)備中進(jìn)行。
[0036]骨掃描成像設(shè)備102包含在核醫(yī)學(xué)中通常使用的任何合適的骨成像設(shè)備。例如，在各個(gè)實(shí)施方式中，成像設(shè)備利用放射性同位素和輻射敏感相機(jī)，例如在閃爍成像系統(tǒng)和裝置中使用的那些放射性同位素和輻射敏感相機(jī)。具體來說，閃爍法是一種聯(lián)合使用放射性同位素與Y相機(jī)以指示積累放射性同位素的組織的技術(shù)。這里，Y相機(jī)像素強(qiáng)度示出骨中積累的放射性同位素和高代謝活性的局部區(qū)域(指示骨病變的事件)。
[0037]基準(zhǔn)設(shè)備104包含用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和/或數(shù)據(jù)相關(guān)信息的任何適合的工具。典型的基準(zhǔn)單元包含數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包含半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、移動(dòng)介質(zhì)存儲(chǔ)器(例如硬盤驅(qū)動(dòng)器)、光存儲(chǔ)器以及在計(jì)算領(lǐng)域中已知的類似裝置和設(shè)備。
[0038]使用者輸入裝 置106包含用于將使用者的輸入輸送至處理器108的任何合適的工具。在各個(gè)實(shí)施方式中，使用鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏和相關(guān)的輸入處理工具(例如個(gè)人計(jì)算機(jī))中的任一種。
[0039]在一些實(shí)施方式中，提供了調(diào)節(jié)單元或調(diào)節(jié)站114 一用于對處理器輸出數(shù)據(jù)109進(jìn)行增強(qiáng)和質(zhì)量控制。盡管可以例如使用模式識(shí)別技術(shù)使該功能自動(dòng)化，但在各個(gè)實(shí)施方式中，由專家(例如具有核醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)的核醫(yī)學(xué)放射學(xué)家)來增強(qiáng)和/或糾正骨掃描影像/數(shù)據(jù)。如辨別出由先前存在的狀況(例如關(guān)節(jié)疾病和骨折)所引起的錯(cuò)誤的病變指示，且相應(yīng)地將其解決。
[0040]骨掃描處理108包含處理設(shè)備、方法和過程。適合的設(shè)備包含在計(jì)算領(lǐng)域中已知的任何適合的信息處理設(shè)備。具體來說，在各個(gè)實(shí)施方式中，包含微處理器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、大規(guī)模并行計(jì)算設(shè)施和超級計(jì)算機(jī)中的任何一種或多種的數(shù)字處理設(shè)備提供了適合的處理功能。
[0041]可視化設(shè)備110包含在計(jì)算領(lǐng)域中已知的任何適合的設(shè)備，包含顯示器和打印機(jī)。顯示器包含CRT、LED、等離子體顯示器、熒光顯示器和電致發(fā)光顯示裝置。打印機(jī)包含將信息固定在有形介質(zhì)中的裝置，例如激光打印機(jī)和具有相似用途的裝置。
[0042]圖形可視化輔助工具112用于使物理結(jié)構(gòu)可視化，且尤其用于使指示病變的骨掃描數(shù)據(jù)可視化?？梢暬o助工具包含復(fù)合影像的特例，該復(fù)合影像采用呈現(xiàn)出基礎(chǔ)影像或基本影像被上層影像覆蓋的影像集的形式。上層影像的半透明和/或透明的質(zhì)量使得可同時(shí)觀察基本影像的至少部分和上層影像的至少部分。[0043]如附圖中所示，處理器輸出端109將信息輸送至可視化設(shè)備110、圖形可視化輔助工具112和調(diào)節(jié)單元114中的一個(gè)或多個(gè)。在各個(gè)實(shí)施方式中，可視化設(shè)備和輔助工具使得未經(jīng)調(diào)節(jié)的處理器輸出111和經(jīng)調(diào)節(jié)的處理器輸出115之一或兩者均可視化。
[0044]下面的附圖更加詳細(xì)地描述了在計(jì)算機(jī)輔助量化骨掃描評定系統(tǒng)100中執(zhí)行的方法和程序，包括在處理單元108中執(zhí)行的方法和程序。
[0045]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)輔助骨掃描評定程序的概述200。初始化步驟202使能標(biāo)準(zhǔn)化測試影像步驟204以及對測試影像的評價(jià)，對測試影像的評價(jià)包含識(shí)別病變和生成量化度量206。如圖所示，后續(xù)的測試影像評價(jià)典型地不需要重復(fù)初始化步驟。
[0046]在初始化步驟202中，獲取一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)影像。典型地，從針對原發(fā)性骨癌或轉(zhuǎn)移性骨癌指示具有陽性指示的多個(gè)病人中獲取多個(gè)基準(zhǔn)影像。從各種各樣的病人群體中選擇一組基準(zhǔn)影像有助于提高如下的可能性:基準(zhǔn)范數(shù)(reference norm)將指示在隨后的對比測試影像中的骨病變，而不是未能指示在隨后的對比測試影像中的骨病變。
[0047]初始化步驟202包含確定指示正常骨強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)化因子。這里的強(qiáng)度指可視化的光強(qiáng)度，例如在通過Y相機(jī)獲取的影像中像素的強(qiáng)度。初始化還包含:使用基準(zhǔn)影像來確定指示骨病變的強(qiáng)度閾值。在各個(gè)實(shí)施方式中，存儲(chǔ)由初始化步驟確定的標(biāo)準(zhǔn)化因子和強(qiáng)度閾值，以備將來使用。在一些實(shí)施方式中，這些值被存儲(chǔ)在基準(zhǔn)單元104中。
[0048]已經(jīng)完成初 始化步驟之后，接著進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化步驟204和評價(jià)步驟206。在標(biāo)準(zhǔn)化步驟中，通過影像獲取設(shè)備102或其它設(shè)備獲取測試影像(如代表影像的數(shù)據(jù))，且按照以下進(jìn)一步描述的方法標(biāo)準(zhǔn)化該影像。
[0049]標(biāo)準(zhǔn)化204準(zhǔn)備了用于評價(jià)的測試影像，該評價(jià)包含病變識(shí)別和度量生成206。在各個(gè)實(shí)施方式中，為了改善病變分割和量化的再現(xiàn)性，標(biāo)準(zhǔn)化降低了由于在體型、放射性示蹤劑的劑量水平和/或在示蹤劑給藥和掃描獲取之間的時(shí)間上的差異而產(chǎn)生的強(qiáng)度變動(dòng)的影響。在強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化之后，正常骨的像素強(qiáng)度在時(shí)間點(diǎn)之間是一致的，從而能夠在系列病人影像中得到可重現(xiàn)的病變分割和量化評定。
[0050]來自評價(jià)步驟206的度量提供了對病變負(fù)荷的量化測量。如在決定步驟208中所示，可以對額外的測試影像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和評價(jià)，而不需要重復(fù)初始化步驟202。在處理完所有的測試影像之后，到達(dá)結(jié)束步驟210。
[0051]在一個(gè)實(shí)施方式中，為一位具體的病人做出多個(gè)測試影像并對這些測試影像進(jìn)行處理。每一個(gè)測試影像均提供了對該病人的病變負(fù)荷的量化測量，這樣在不同時(shí)間做出的測試影像提供了病人健康監(jiān)控，其中包含疾病是否對治療有反應(yīng)、是否穩(wěn)定或是否在發(fā)展。
[0052]圖3示出了本發(fā)明的計(jì)算機(jī)輔助骨掃描評定的實(shí)施方式的更詳細(xì)的概述300。如前所述，初始化步驟202之后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化步驟204和評價(jià)步驟206。
[0053]初始化步驟202包含:獲取基準(zhǔn)影像，使用基準(zhǔn)影像確定正常骨的標(biāo)準(zhǔn)化值(“1^^^^”)400，以及使用基準(zhǔn)影像確定解剖學(xué)區(qū)域特定的強(qiáng)度閾值(“11；”)500、600。如上所述，典型地從多個(gè)骨癌病人中獲取302多個(gè)基準(zhǔn)影像。
[0054]標(biāo)準(zhǔn)化步驟204包含:獲取測試影像304，確定測試影像正常骨強(qiáng)度值(“TI75”)314，以及對測試影像像素強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化324。
[0055]如等式I所示，根據(jù)測試影像正常骨強(qiáng)度TI75和基準(zhǔn)影像標(biāo)準(zhǔn)化值RMEDIAN計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化因子NF。[0056]等式I，標(biāo)準(zhǔn)化因子:NF=(RMEDIAN/TI75)
[0057]標(biāo)準(zhǔn)化因子NF用于對測試影像中的像素強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。如等式2所示，對測試影像像素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，其中TIPIi是特定像素的測試影像像素強(qiáng)度，TIPINi是該像素的標(biāo)準(zhǔn)化測試影像像素強(qiáng)度。
[0058]等式2 =TIPINi=TIPIi x NF
[0059]在該標(biāo)準(zhǔn)化之后，基準(zhǔn)影像中的正常骨強(qiáng)度與測試影像中的正常骨強(qiáng)度一致。
[0060]標(biāo)準(zhǔn)化204為評價(jià)206準(zhǔn)備了測試影像。評價(jià)步驟包含:指示病變700，評價(jià)解剖學(xué)區(qū)域特定的度量800，以及評價(jià)針對所有解剖學(xué)區(qū)域的匯總度量900，下面將對每一步驟進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0061]這些度量提供了對病變負(fù)荷的量化測量。如在決定步驟338中所示，可以對額外的測試影像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和評價(jià)，而不需要重復(fù)初始化步驟202。在處理完所有的測試影像之后，到達(dá)結(jié)束步驟348。
[0062]圖4示出了根據(jù)基準(zhǔn)影像計(jì)算正常骨標(biāo)準(zhǔn)化值RMEDIAN的方法400。識(shí)別解剖學(xué)區(qū)域411，對基準(zhǔn)骨影像集進(jìn)行解剖學(xué)分割413，在每一影像中識(shí)別正常骨強(qiáng)度值415，以及確定代表所有基準(zhǔn)影像的基準(zhǔn)骨強(qiáng)度值417。
[0063]在步驟4 11中，識(shí)別解剖學(xué)區(qū)域。這些區(qū)域通常代表骨架區(qū)域。在實(shí)施方式中，解剖學(xué)分割通過將影像圖譜與下面的解剖標(biāo)記進(jìn)行對比來識(shí)別解剖學(xué)區(qū)域:脊柱、肋骨、頭部、四肢和骨盆。
[0064]在步驟413中，自動(dòng)分割基準(zhǔn)骨影像集。這里的分割對應(yīng)于上面識(shí)別的解剖學(xué)區(qū)域。
[0065]在步驟415中，在每一基準(zhǔn)影像中識(shí)別正常骨強(qiáng)度值。在各個(gè)實(shí)施方式中，在每一基準(zhǔn)影像的特定區(qū)域選擇有統(tǒng)計(jì)學(xué)價(jià)值的強(qiáng)度以代表正常骨強(qiáng)度。所使用的統(tǒng)計(jì)學(xué)賦值可以是基于經(jīng)驗(yàn)的，基于嘗試-錯(cuò)誤程序進(jìn)行評價(jià)的，或以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的另一方式確定的。
[0066]在基于發(fā)明人經(jīng)驗(yàn)的示例性情況中，正常骨強(qiáng)度由特定解剖學(xué)區(qū)域的強(qiáng)度柱狀圖的75%值RI75X (I Sx≤區(qū)域的數(shù)量)指示。在實(shí)施方式中，通過從骨端區(qū)強(qiáng)度柱狀圖中選擇的75%值RI75X來確定基準(zhǔn)影像中的正常骨強(qiáng)度。
[0067]在步驟417中，確定代表所有基準(zhǔn)影像的基準(zhǔn)骨強(qiáng)度值。在各個(gè)實(shí)施方式中，該代表性骨強(qiáng)度值是與上面提到的75%值RI75X的集合對應(yīng)的中值RMEDIAN。
[0068]圖5和圖6示出了用于從基準(zhǔn)影像中確定解剖學(xué)特定的強(qiáng)度閾值的方法500、600。圖5示出了包含使用專家和識(shí)別指示病變的強(qiáng)度閾值的方法500。第一步驟511提供了專家，例如在看懂核醫(yī)學(xué)影像且尤其在患有骨病變的病人的骨掃描影像的領(lǐng)域中的專家。在該步驟中，專家定位基準(zhǔn)影像上的病變。在第二步驟513中，對專家指示進(jìn)行評價(jià)。該評價(jià)確定指示病變的強(qiáng)度閾值。
[0069]圖6示出了包含使用專家和識(shí)別指示病變的強(qiáng)度閾值的第二方法600。步驟包含注釋611、分類613和確定強(qiáng)度閾值IT,。
[0070]注釋611利用了專家，例如上面所提到的專家。在這里，專家對每一基準(zhǔn)影像進(jìn)行注釋，以指示病變。分類613對專家標(biāo)示進(jìn)行分類，以使像素與病變相關(guān)聯(lián)。在實(shí)施方式中，使用二元分類器系統(tǒng)，從而將指示病變的專家標(biāo)示分類為真陽性像素，且將其它骨像素分類為真陰性像素。
[0071]對于每一個(gè)解剖學(xué)區(qū)域，強(qiáng)度閾值確定615確定單一的強(qiáng)度閾值II；，有助于重現(xiàn)用于基準(zhǔn)組中的所有病人的分類。
[0072]例如，對于每一個(gè)解剖學(xué)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度閾值對于組中的所有病人均使真陽性的數(shù)目最大化(增加的平均敏感度)，同時(shí)使假陽性的數(shù)目最小化(增加的平均特異性)。
[0073]在各個(gè)實(shí)施方式中，經(jīng)由解剖學(xué)區(qū)域特定的強(qiáng)度閾值對標(biāo)準(zhǔn)化影像進(jìn)行進(jìn)行病變分割，以通過將特定閾值應(yīng)用至標(biāo)準(zhǔn)化影像上然后進(jìn)行相連元件濾波，來檢測每一個(gè)解剖學(xué)區(qū)域中的病變。
[0074]另外，在各個(gè)實(shí)施方式中，使用接受者操作特征曲線(ROC或ROC曲線)以評價(jià)上述二元分類器系統(tǒng)的性能。通過在各個(gè)閾值設(shè)定處標(biāo)記陽性中的真陽性部分(TPR=真陽性比率)對比陰性中的假陽性部分(FPR=假陽性比率)，來創(chuàng)建曲線/準(zhǔn)則。TPR還已知為敏感度，且FPR是I減去特異性或真陰性比率。
[0075]改變鑒別閾值(這里是強(qiáng)度閾值(I!；))以確定II；值，該II；值有助于優(yōu)化平均敏感度和平均特異性。例如，將真陽性病變像素標(biāo)記為假陽性病變像素的函數(shù)的ROC曲線將典型地具有指示最佳Ι?；值的斜率的特有變化。
[0076]圖7示出了識(shí)別指示病變的真陽性像素700。如上所述，識(shí)別解剖學(xué)區(qū)域711。使每一測試影像解剖學(xué)區(qū)域中的像素強(qiáng)度與對應(yīng)的強(qiáng)度閾值I!；相匹配，進(jìn)行下面的測試713。
[0077]等式5，病變的指示:TIPINrJITr
[0078]顯然，該等式將特定解剖學(xué)區(qū)域中的標(biāo)準(zhǔn)化測試影像像素強(qiáng)度與源自基準(zhǔn)影像的解剖學(xué)特定的強(qiáng)度閾值I!；相對比。當(dāng)測試影像像素強(qiáng)度大于對應(yīng)的強(qiáng)度閾值時(shí)，該像素是指示存在病變的真陽性像素。
[0079]圖8示出了評價(jià)解剖學(xué)特定的度量800。具體來說，對于每一個(gè)解剖學(xué)區(qū)域，對真陽性像素的數(shù)目4進(jìn)行計(jì)數(shù)813。此外，在后續(xù)步驟815中，對所有真陽性像素的強(qiáng)度求和SUMIp對于每一個(gè)解剖學(xué)區(qū)域均重復(fù)這些步驟817。
[0080]圖9示出了評價(jià)匯總度量900。匯總度量包含所有解剖學(xué)區(qū)域。
[0081]如等式6中所示，評價(jià)匯總骨病變面積911，其中Pa代表1個(gè)像素的面積。

[0082]等式6，匯總骨掃描病變面積(BSLA)
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)化方法，用于處理患者骨掃描影像和量化骨病變負(fù)荷，所述方法包括以下步驟: 提供由像素形成的患者骨掃描影像； 對所述影像進(jìn)行基于圖集的解剖學(xué)分割，以識(shí)別包含在所述影像上的解剖學(xué)區(qū)域集；對所述影像的強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使得在所述影像中的正常骨的強(qiáng)度與在一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)骨掃描影像中的正常骨的強(qiáng)度一致； 通過將所述影像的每一區(qū)域中的像素的強(qiáng)度與來源于所述一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)骨掃描影像的區(qū)域特定強(qiáng)度閾值進(jìn)行對比，來檢測在所述影像的所述每一區(qū)域中的骨病變；以及， 使用與檢測到的骨病變對應(yīng)的像素集的特征來量化骨病變負(fù)荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 對于所述患者骨掃描影像，根據(jù)組病變面積、病變強(qiáng)度和病變計(jì)數(shù)來確定至少一個(gè)量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記； 對于之前處理過的骨掃描影像，確定對應(yīng)的量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記；以及 基于所述量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記的對比來確定病人的反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)化方法，其中，所述量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記是針對所有區(qū)域累計(jì)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 對于所述患者骨掃描影像，根據(jù)組病變面積、病變強(qiáng)度和病變計(jì)數(shù)來確定至少兩個(gè)量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記； 對于之前處理過的骨掃描影像，確定對應(yīng)的至少兩個(gè)量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記；以及 基于所述量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記的對比來確定病人的反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 對于所述患者骨掃描影像，根據(jù)病變面積、病變強(qiáng)度和病變計(jì)數(shù)來確定多個(gè)量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記； 對于之前處理過的骨掃描影像，確定對應(yīng)的多個(gè)量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記；以及， 基于所述量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記的對比來確定病人的反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 選擇被標(biāo)準(zhǔn)化且被處理以顯示病變的病人基線影像作為基礎(chǔ)影像； 選擇被標(biāo)準(zhǔn)化且被處理以顯示病變的病人稍后時(shí)間的影像作為半透明覆蓋影像；以及將疊加的影像呈現(xiàn)給外行人，作為解釋特定病人的病變負(fù)荷已經(jīng)發(fā)生了怎樣的變化的手段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 選擇病人原始影像或病人標(biāo)準(zhǔn)化影像作為基礎(chǔ)影像； 選擇檢測到的病變的半透明覆蓋圖作為覆蓋影像；以及， 呈現(xiàn)疊加的影像，作為使特定病人的病變負(fù)荷的程度和分布可視化的手段。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)化方法，其中，所述覆蓋影像是與所述基礎(chǔ)影像同時(shí)期的影像。
9.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 從多個(gè)基準(zhǔn)掃描中確定正常骨標(biāo)準(zhǔn)化值，所述正常骨標(biāo)準(zhǔn)化值不是區(qū)域特定的；從所述患者骨掃描影像中確定正常骨強(qiáng)度值；以及 使用所述基準(zhǔn)掃描的正常骨標(biāo)準(zhǔn)化值和所述患者骨掃描影像的正常骨強(qiáng)度來實(shí)施所述標(biāo)準(zhǔn)化步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 對多個(gè)基準(zhǔn)掃描進(jìn)行注釋以指示病變； 將注釋分類為真陽性像素或真陰性像素；以及 對于每一個(gè)解剖學(xué)區(qū)域確定一有助于重現(xiàn)所述分類的強(qiáng)度閾值。
11.一種自動(dòng)化方法，用于處理患者骨掃描影像和量化骨病變負(fù)荷，所述方法包括以下步驟: 使用掃描儀掃描骨的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生由像素形成的患者骨掃描影像，所述像素具有指示骨代謝率的強(qiáng)度； 使用解剖學(xué)圖譜，將所述患者影像解剖學(xué)分割成多個(gè)區(qū)域； 使用來自基準(zhǔn)骨掃描影像集中 的正常骨標(biāo)記和來自所述患者影像中的正常骨標(biāo)記，來對患者影像像素的強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化； 使用患者影像像素的強(qiáng)度和來源于基準(zhǔn)影像的區(qū)域特定強(qiáng)度閾值，來檢測所述患者影像中的病變像素；以及 如果所述患者影像中存在病變像素的話，根據(jù)所述病變像素的特征來量化骨病變負(fù)荷。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 對于所述患者影像，按照在所有區(qū)域中的病變像素的數(shù)目乘以像素面積來確定骨掃描病變面積； 對于之前處理過的骨掃描影像，確定對應(yīng)的量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記；以及 基于所述量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記的對比來確定病人的反應(yīng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 對于所述患者影像，按照在所有區(qū)域中的病變像素的強(qiáng)度的總和來確定總計(jì)的強(qiáng)度； 對于所述患者影像，按照在所有區(qū)域中的病變像素的總和來確定總計(jì)的病變像素； 按照所述總計(jì)的強(qiáng)度除以所述總計(jì)的病變像素來確定所述骨掃描病變強(qiáng)度； 對于之前處理過的骨掃描影像，確定對應(yīng)的量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記；以及， 基于所述量化骨病變負(fù)荷標(biāo)記的對比來確定病人的反應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自動(dòng)化方法，進(jìn)一步包括以下步驟: 選擇不可能同時(shí)受到常見故障影響的連續(xù)像素的數(shù)目k，所述常見故障例如為有缺陷的掃描儀相機(jī)像素； 對于所述患者影像，考慮到所有區(qū)域，確定具有k個(gè)以上病變像素的組的數(shù)目j ;以及 將骨掃描病變計(jì)數(shù)設(shè)置為等于j。
15.一種用于處理患者骨掃描影像和量化骨病變負(fù)荷的裝置，所述裝置包括: 放射性示蹤劑型掃描儀、處理器和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的解剖學(xué)圖譜； 正常骨標(biāo)記被從基準(zhǔn)掃描中導(dǎo)出且被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中，以及指示病變的區(qū)域特定強(qiáng)度閾值集被從所述基準(zhǔn)掃描中導(dǎo)出且被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中；所述掃描儀可操作為獲取由像素形成的患者骨掃描影像； 所述處理器可操作為使用所述解剖學(xué)圖譜來對所述患者影像進(jìn)行解剖學(xué)分割； 所述處理器可操作為使用所述正常骨標(biāo)記來對在所述患者影像中的像素的強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化； 所述處理器可操作為使用所述強(qiáng)度閾值來檢測病變像素；以及， 所述處理器可操作為根據(jù)病 變像素特征來計(jì)算量化病變負(fù)荷度量。
【文檔編號(hào)】A61B6/00GK103930030SQ201280051415
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月18日
【發(fā)明者】馬修·謝爾曼·布朗 申請人:迷笛公司