專利名稱：用于相對灌注和/或活性的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本涉及用于診斷成像(DI)的方法和裝置，并且尤其涉及提供3D及2D相對灌注活性的方法和裝置。
背景技術(shù)：
當患者進入急救室或其它臨床環(huán)境，并評估可能的心臟病發(fā)作時，通常可能有三種關(guān)于心肌健康的結(jié)果。1.無疾病(并且醫(yī)生將不對患者進行治療)，2.確定的疾病(小病，并且醫(yī)生通常使用藥物進行治療)，以及3.確定的疾病(嚴重疾病，并且醫(yī)生通常使用諸如冠狀動脈搭橋術(shù)(CABG)或血管成形術(shù)(AP)的血管再造進行治療)。
簡單的計算機斷層攝影(CT)血管造影能夠確定是否無疾病存在。然而，如果存在疾病，則需要附加信息以確定疾病的嚴重性。
CT使用了解剖的和功能性的方法以確定灌注和心肌的活性。CT還提供了關(guān)于在注射造影劑之后心肌成像中流過微脈管系統(tǒng)的功能信息。這允許對灌注或血液流過可能染病的心肌區(qū)域的顯像。缺乏微脈管系統(tǒng)血流的區(qū)域顯示為低增強(hypo-enhancement)，這是由于缺乏流過該區(qū)域的造影劑。使用核子成像能夠測量大的或中等的灌注缺陷，但是也能夠使用簡單低劑量技術(shù)用較大分辨率評估。該技術(shù)基于心肌內(nèi)對造影劑的吸收。正常心肌顯示了對造影劑的更快的吸收，而相當快地清除。輕微損傷或較少灌注的組織將逐步達到對造影劑的最大吸收量。然而，在正常心肌和輕微受損心肌之間存在時間差。由于缺乏灌注，損傷較嚴重的心肌將不再具有對造影劑的最大吸收量，并且其將需要更長的時間來清除。
此外，可以使用稱為延遲高增強(hyper-enhancement)CT的技術(shù)，以顯示功能異常的心肌組織中受損心肌的程度，因而顯示一旦在自然地或血管再造之后恢復了輸送氧氣和基質(zhì)的血流時恢復可收縮功能的能力。在延遲高增強中，連續(xù)注射或經(jīng)靜脈推注來注入輔助藥劑，并且在注射之后10-15分鐘獲取圖像。在正常心肌中，注入的造影劑被排除在細胞膜外，然而，在受損心肌中，肌細胞的肌膜成為具有允許造影劑積累的滲透性，這導致所觀察到的高增強。因此，缺乏收縮功能(運動功能減退)和高增強的缺乏(心肌肌膜保持完整)可能指示存在休眠心肌，這可能在血管再造供應(yīng)特定區(qū)域的動脈之后得到改善。CT成像使用上述解剖性和功能性組合的方法，能可靠地從心臟病發(fā)作之后的受損(無活性)心肌中區(qū)分出休眠(活性)區(qū)域。
測量信號強度的改變，允許人們評估可能的灌注不足或高增強，由此指示異常組織。
當人們對心肌進行成像時，由定時推注測量的正常心肌吸收峰(peakuptake)，在正常心肌和受損心肌之間存在最大差別。對于具有如下將更詳細說明的交迭區(qū)域中的強度水平的那些像素，在此描述的群集算法(clusteringalgorithm)幫助區(qū)分其屬于哪個庫(bin)。換句話說，交迭區(qū)域中的獨立像素或兩個可能在統(tǒng)計上不重要。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種評估器官組織的方法。該方法包括從成像醫(yī)療設(shè)備(imaging modality)采集系統(tǒng)獲得圖像數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)包括器官中感興趣特征的三維單相數(shù)據(jù)集和三維多相數(shù)據(jù)集中的至少一個，所述器官包含從中連同顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個而采集數(shù)據(jù)的組織。該方法還包括執(zhí)行統(tǒng)計處理和群集處理中至少一個，以獲取經(jīng)處理的數(shù)據(jù)集，從而顯示顯像劑、血液、造影劑及生物藥劑中至少一個在組織中的分布；組織中的顯像劑、血液、造影劑及生物藥劑中至少一個的相對的區(qū)域吸收量；顯像劑、血液、造影劑及生物藥劑中至少一個的相對的區(qū)域流量；以及組織中的顯像劑、血液、造影劑及生物藥劑中至少一個的清除或存留。
另一方面，提供了一種評估疾病成分的方法。該方法包括從任何成像醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)中獲得圖像數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)的三維的、單相或多相數(shù)據(jù)集。該方法還包括統(tǒng)計或群集處理以顯示和表征組織或器官的成分，用于評估疾病。
又一方面，成像系統(tǒng)包括配置為接收穿過患者的發(fā)射能量和患者發(fā)出的能量中至少一個的采集設(shè)備，和耦合到采集設(shè)備的計算機。該計算機配置以執(zhí)行a)和b)中至少一個，其中a)包括從采集設(shè)備中獲得圖像數(shù)據(jù)，其中所述圖像數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)的三維的、單相或多相數(shù)據(jù)集；以及統(tǒng)計或群集處理以顯示和表征組織或器官的成分，用于評估疾病。其中b)包括從影像采集系統(tǒng)獲得圖像數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)包括器官中感興趣特征的三維單相數(shù)據(jù)集和三維多相數(shù)據(jù)集中的至少一個，所述器官包含從中連同顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個而采集數(shù)據(jù)的組織，以及執(zhí)行統(tǒng)計處理和群集處理中至少一個以獲取經(jīng)處理的數(shù)據(jù)集，而顯示顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個在組織中的分布；組織中的顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的相對區(qū)域吸收量；顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的相對區(qū)域流量；以及組織中顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的清除或存留。


該專利或申請文件至少包括一幅上色的附圖。在需要時并且支付必須費用之后，可由專利局提供帶有彩色附圖的本專利或?qū)＠暾埞_本的副本。
圖1示出了具有相關(guān)顯示器的成像醫(yī)療設(shè)備采集系統(tǒng)。
圖2示出了嚴重受損心肌、輕微受損心肌和正常心肌中藥劑/血液的不同吸收峰。
圖3示出了如關(guān)于圖2闡述的不同組織中的CT數(shù)值(用Hounsfield(豪恩斯弗爾德)單位HU)中的交迭。
圖4在部分(a)中示出了根據(jù)在此描述的方法和裝置的右冠狀動脈(RCA)阻塞的群集圖像，而在部分(b)中示出標準軸圖像。
具體實施例方式
在此提供了有利于成像系統(tǒng)的群集及分類方法和裝置，所述成像系統(tǒng)例如，舉例來說，但不局限于計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)。參考附圖示出了該裝置和方法，其中所有附圖中的相同附圖標記指示相同的元件。這種附圖的目的為說明性的，而不是限制性的，并且包括在此以便于說明本發(fā)明中裝置和方法的典型實施例。盡管是在CT設(shè)備中描述的，但是可預期的是，本發(fā)明的益處也可以出現(xiàn)在所有DI醫(yī)療設(shè)備中，包括磁共振成像(MRI)、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)、電子束CT(EBCT)、單光子發(fā)射CT(SPECT)、超聲、光學相干斷層攝影(optical coherence tomography)等。
圖1示出了具有相關(guān)顯示器20的成像醫(yī)療設(shè)備采集系統(tǒng)10。成像系統(tǒng)10可以是任何醫(yī)療設(shè)備，但是在一個實施例中，系統(tǒng)10是CT系統(tǒng)。在另一實施例中，系統(tǒng)10是雙醫(yī)療設(shè)備成像系統(tǒng)，例如CT/PET組合的系統(tǒng)，并且下面所述的群集和統(tǒng)計方法可以在一個醫(yī)療設(shè)備(例如，CT)中完成，而經(jīng)處理的數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)搅硪会t(yī)療設(shè)備中(例如，PET)。顯示器20可以獨立于系統(tǒng)10或者與系統(tǒng)10集成。系統(tǒng)10包括采集設(shè)備，例如x-射線輻射檢測器、Gamma照相機和/或超聲探針或RF線圈。注意，在CT、EBCT和超聲中，采集設(shè)備接收穿過患者傳播的能量，而在PET和SPECT中，采集設(shè)備接收患者發(fā)出的能量。在MRI中，傳播能量并且接收來自此的無源信號(passive signal)。所有醫(yī)療設(shè)備共有的是，采集設(shè)備接收關(guān)于患者或其它受掃描對象的能量。
圖2示出了嚴重受損心肌、輕微受損心肌和正常心肌中藥劑/血液的不同吸收峰。圖3示出了如關(guān)于圖2所闡述的不同組織中的CT數(shù)值(用Hounsfield單位HU)中的交迭。圖4在部分(a)中示出了根據(jù)在此描述的方法和裝置的右冠狀動脈(RCA)阻塞的群集圖像，而在部分(b)中示出標準軸圖像。
在此所述的方法和裝置基于這樣的前提，即必須區(qū)分出心肌或其它組織的區(qū)域之間的信號強度的微小差別。與正常心肌相比，受損心肌顯示為低增強或高增強。在圖3中可見一些像素交迭區(qū)域。這是難于區(qū)分特定像素所屬于的組織區(qū)域之處。有多種方法用于區(qū)分像素強度。在此公開的是后處理圖像的協(xié)議和方法，其將有助于確定相對區(qū)域的血流。
可以在比色刻度尺(a color scale)上顯示圖像，并且可計算出平均像素強度和標準偏差，并且能夠使用z-得分或T-檢驗來確定在考慮中的組織和心肌的之間存在差別的概率。可以賦予像素值，其中它落入高斯或正態(tài)分布中。
Z=X‾-μσ/N]]>或者T=X‾1-X‾2σ1N1+1N2]]>等式1此外，z-得分/T-檢驗可利用或不利用群集算法運行，以確定受損心肌明顯不同于正常心肌的概率。該概率或Z-得分自身能夠被映射在圖像上。在心肌或其他類型組織的范圍中的映射的概率允許改進感興趣區(qū)域的顯像。
群集分析將數(shù)據(jù)分組(群集)，從而相似的數(shù)據(jù)對象(具有相似信號強度的那些數(shù)據(jù)對象)屬于相同的群集，而不同的數(shù)據(jù)對象屬于不同的群集。由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)劃分提高了數(shù)據(jù)理解力并且顯示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。劃分群集算法將數(shù)據(jù)集分割成群集或類，其中將相似數(shù)據(jù)對象指定給相同群集，而不同的數(shù)據(jù)對象應(yīng)當屬于不同的群集。
使用如K-平均分析的簡單化方法的問題是，選擇群集的初始質(zhì)心(centroid)將決定結(jié)果。
在醫(yī)療應(yīng)用中，通常在群集之間不存在明顯的分界線，從而模糊群集通常更適于圖像數(shù)據(jù)。將0和1之間的隸屬度用于模糊群集，而不是將數(shù)據(jù)明確指派到群集。模糊群集允許計算每個象素可屬于的隸屬函數(shù)。將每個象素賦值到每個群集，大約0和1之間。這種類型的群集的目的是最小化每個點和群集的質(zhì)心之間的距離。這通過下面等式所述的迭代方法實現(xiàn)。
Jm=Σi=1NΣj=1cuijm||xi-cj||2]]>等式2uij=1Σk=1c(||xi-cj||||xi-ck||)2(m-1)]]>其中cj=Σi=1NuijmxiΣi=1Nuijm]]>等式3一旦達到最小距離，每個象素的最大系數(shù)可以顯示為圖像。
max{|uijk-uijk|}<ϵ]]>0＜ε＜1其中k＝迭代步驟 等式4這僅是一種類型的群集分析，其可以用于計劃(map out)Hounsfield單位。為此目的，還可以使用群集算法的其他方法。
群集和記分的圖像可顯示為2D或3D數(shù)據(jù)集，其可以被重定格式?？蓪⒃?D集平行于另一標準灰階數(shù)據(jù)集進行讀出用于比較。同樣，該3D數(shù)據(jù)集可以作為透明3D數(shù)據(jù)集頂部的彩色群集而被布置。這給出了梗塞的相對布置，其可能與血管疾病有關(guān)。除此之外，應(yīng)當可以對象素數(shù)量進行計數(shù)，從而可以確定梗塞的尺寸、透壁生(transmurality)和體積。這允許計算心肌的缺血性負荷，并且完善標尺(scale)，其將允許醫(yī)生更好地確定疾病的嚴重性。
此外，直方圖分析和/或均值漂移算法可以添加到后處理中以提高其速度并增加附加信息。通過開始使質(zhì)心接近它們的最終位置并且因此減少確定其中聚合達到最小值的最優(yōu)點所需的交迭量，而完成的質(zhì)心位置的快速確定可以提高模糊群集算法的速度。
此外，與使用2D數(shù)據(jù)集相比，使用3D數(shù)據(jù)集的顯像方法將允許更好的顯像。來自群集和z-記分方法的數(shù)據(jù)可以顯示為3D繪制圖以及重定格式的2D顯示圖像。這可包括群集圖像，作用為標準圖像數(shù)據(jù)的遮蔽(mask)，并且顯示具有與下面灰階圖像相關(guān)的彩色色標。這允許更精確地評定缺損處的透壁性。然后，該3D數(shù)據(jù)集可以映射到“靶心(bulls-eye)”圖上，以允許熟悉核醫(yī)療學的醫(yī)生易于理解疾病的位置和程度。
對于群集，一個實施例使用模糊C-均值群集，并且可以使用下列等式J=Σi=1cJt=Σi=1c(Σk,ukCt||uk-Ct||2)]]>等式5其中c＝群集數(shù)量，u＝象素與群集質(zhì)心之間的距離象素在群集中的隸屬關(guān)系描述為 等式6如在此所用，以單數(shù)形式敘述或者用詞“一”繼續(xù)描述的元件或步驟，應(yīng)當理解為并不排除復數(shù)個所述元件或步驟，除非明確陳述這種排除。此外，參考本發(fā)明的“一個實施例”的意圖并非解釋為排除同樣包括所述特征的附加實施例的存在。
同樣如在此所用，措詞“重建圖像”的意圖并非排除那些在其中產(chǎn)生了表示圖像的數(shù)據(jù)而不產(chǎn)生可見圖像的本發(fā)明實施例。因此，如在此所用的術(shù)語，“圖像”，廣義地涉及可見圖像和表示可見圖像的數(shù)據(jù)。然而，許多實施例產(chǎn)生(或者配置以產(chǎn)生)至少一副可見圖像。
在一個實施例中，系統(tǒng)10包括用于數(shù)據(jù)存儲的設(shè)備，例如，軟盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器、DVD驅(qū)動器、磁光盤(MOD)設(shè)備或者包括諸如以太網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的任何其它數(shù)字設(shè)備，用于從計算機可讀媒體中讀取指令和/或數(shù)據(jù)，所述計算機可讀媒體例如軟盤、CD-ROM、DVD或諸如網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)的其他數(shù)字源，以及有待發(fā)展的數(shù)字手段。在另一實施例中，該計算執(zhí)行存儲在固件(未示出)中的指令。一般地，處理器被編程以執(zhí)行在此描述的處理。當然，該方法不局限于在CT中實踐，并且系統(tǒng)10可以與許多其他類型的成像系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的變化方案一起使用。在一個實施例中，計算機被編程以執(zhí)行在此描述的功能，因此，如在此所用，術(shù)語計算機不局限于在本領(lǐng)域中稱作計算機的那些集成電路，而是廣義地指代計算機、處理器、微控制器、微計算機、可編程邏輯控制器、特定用途集成電路以及其他可編程電路。另外，計算機可操作地耦合到采集設(shè)備。雖然在此描述的方法描述在人類患者裝置中，所預期的是，本發(fā)明的益處可以產(chǎn)生在非人類成像系統(tǒng)中，諸如通常在小動物研究中使用的那些系統(tǒng)。
技術(shù)效果包括獲取相對灌注信息，而不需要來自掃描的額外劑量。使用來自額外掃描的附加劑量獲取流動信息的能力。在提供功能信息的同時提供血管信息的能力。并且，為更精確地評估心肌狀態(tài)而在2&3維中的顯像和檢查能力。
上面詳細描述了典型實施例。組件和方法不局限于在此描述的特定實施例，而是，每個組件的部件和/或方法可以獨立并與在此描述的其他部件分離使用。
雖然已經(jīng)根據(jù)各種特定實施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到本發(fā)明可以用權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改方案而實施。
權(quán)利要求
1.一種成像系統(tǒng)(10)，包括采集設(shè)備，被配置來接收關(guān)于患者的能量；以及耦合到所述采集設(shè)備的計算機，所述計算機被配置來執(zhí)行至少下列之一a)從采集設(shè)備獲得圖像數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)的三維的、單相或多相數(shù)據(jù)集；并且分類或群集處理以顯像并表征組織或器官的成分，用于評估疾??；以及b)來自采集設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)包括器官中感興趣特征的數(shù)據(jù)的三維的、單相或多相數(shù)據(jù)集，所述器官包含從中連同顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個而采集數(shù)據(jù)的組織；以及執(zhí)行分類處理和群集處理中至少一個，以獲取經(jīng)處理的數(shù)據(jù)集，從而顯示顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個在組織中的分布；組織中的顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的相對區(qū)域吸收量；顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的相對區(qū)域流量；以及組織中的顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的清除或存留。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算機被配置來執(zhí)行a)和b)兩者。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是CT系統(tǒng)，所述采集設(shè)備是輻射檢測器，而所述計算機還被配置來將數(shù)據(jù)發(fā)送到不同于CT的一個或多個醫(yī)療設(shè)備的成像系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述計算機還被配置來執(zhí)行至少下列之一組織的z-記分、統(tǒng)計分析、至少-個t-檢驗、多變量分析、基于分類器的分析、專有群集算法、交迭和模糊群集算法、劃分算法、概率群集、分等級群集、K-均值分析、模糊C-均值分析、最大期望值分析、基于密度的算法、基于網(wǎng)格的算法和基于模型的算法，以及它們的組合。
全文摘要
一種成像系統(tǒng)(10)，包括被配置來接收關(guān)于患者能量的采集設(shè)備；以及耦合到所述采集設(shè)備的計算機，所述計算機被配置來執(zhí)行至少下列之一a)從采集設(shè)備獲得圖像數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)的三維的、單相或多相數(shù)據(jù)集，并且分類或群集處理以顯像并表征組織或器官的成分，用于評估疾??；b)來自采集設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)，其中圖像數(shù)據(jù)包括器官中感興趣特征的數(shù)據(jù)的三維的、單相或多相數(shù)據(jù)集，所述器官包含從中連同顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個而采集數(shù)據(jù)的組織；以及執(zhí)行分類處理和群集處理中至少一個，以獲取經(jīng)處理的數(shù)據(jù)集，從而顯示顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個在組織中的分布；組織中顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的相對區(qū)域吸收量；顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的相對區(qū)域流量；以及組織中顯像劑、血液、造影劑和生物藥劑中至少一個的清除或存留。
文檔編號G06T7/00GK101091656SQ20071010358
公開日2007年12月26日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者B·E·霍佩爾, P·E·利卡托, A·L·布洛亞迪, 特雷西·奎爾·卡利斯特 申請人:通用電氣公司, 特雷西·奎爾·卡利斯特