本發(fā)明涉及處理用于腫瘤疾病診斷的動態(tài)對比增強(dce)成像所產(chǎn)生的圖像序列。具體地，本發(fā)明涉及用于分割和配準(zhǔn)感興趣的器官組織的預(yù)dce建模。

背景技術(shù)：

與生物醫(yī)學(xué)相關(guān)的研究的重要方面是器官中腫瘤的檢測和分析。對于當(dāng)前的技術(shù)，器官的圖像往往被人工分析以檢測腫瘤的存在。然而，人工分析圖像既費時又乏味。

一種常用的常規(guī)技術(shù)是磁共振成像(mri)。mri技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于成像人體(或動物體)內(nèi)的軟組織，并且在開發(fā)以使被成像的組織例如表征為正?；虿∽兊姆绞綀?zhí)行分析的技術(shù)方面有許多工作。然而，到目前為止，常規(guī)mri只提供有關(guān)組織形態(tài)的信息，而不提供有關(guān)組織生理學(xué)的信息。

惡性組織或腫瘤有許多顯著特征。例如，為了維持它們的積極增長，它們會產(chǎn)生數(shù)以百萬計的微小“微血管”，這些“微血管”增加了腫瘤周圍的局部血液供應(yīng)以維持其異常生長?；谶@種生理學(xué)的技術(shù)是動態(tài)對比增強(dce)成像。

使用計算機斷層掃描(ct)或磁共振成像(mri)的dce成像是一種功能性成像技術(shù)，其可用于腫瘤微循環(huán)的體內(nèi)評估。近年來，dce成像作為抗血管生成藥物治療的潛在生物標(biāo)志物，吸引了越來越多的研究興趣。

dce圖像在示蹤動力學(xué)分析之前，使用標(biāo)出的感興趣區(qū)域以及圖像配準(zhǔn)，來糾正在成像過程中的任何身體運動。理想情況下，圖像配準(zhǔn)應(yīng)相對于感興趣的組織執(zhí)行，而不是相對于整個圖像域執(zhí)行，這意味著首先必須分割感興趣的組織。這通常需要用戶在多個(通常約50個或50個以上)dce圖像上手動勾勒出感興趣區(qū)域，這既費時又乏味。

因此，需要一種能非手動處理圖像以分割感興趣的器官區(qū)域的方法。此外，從隨后的詳細(xì)描述和附屬權(quán)利要求，連同附圖和揭露的背景技術(shù)，其它可取的特點和特征將變得明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于動態(tài)對比增強(dce)圖像處理和動力學(xué)建模感興趣的器官區(qū)域的方法。該方法包括：從多個圖像中的一個或多個圖像至少導(dǎo)出感興趣的器官區(qū)域的外部輪廓；響應(yīng)于從多個圖像中的一個或多個圖像導(dǎo)出的感興趣的器官區(qū)域的外部輪廓產(chǎn)生樣條函數(shù)；配準(zhǔn)其中已分割感興趣的器官區(qū)域的多個圖像；導(dǎo)出配準(zhǔn)的圖像中的感興趣的器官區(qū)域的示蹤劑曲線，該示蹤劑曲線指示在一段時間內(nèi)流經(jīng)感興趣的器官區(qū)域的造影劑的濃度的變化；和通過將動力學(xué)模型擬合到示蹤劑曲線來動力學(xué)建模以產(chǎn)生與動力學(xué)模型相關(guān)的組織生理參數(shù)的一個或多個映射。

根據(jù)另一方面，提供了一種用于配準(zhǔn)感興趣的器官區(qū)域的方法。該方法包括響應(yīng)于多個動態(tài)對比增強(dce)圖像中的每個圖像導(dǎo)出互信息；以及響應(yīng)于互信息對準(zhǔn)感興趣的器官區(qū)域中的節(jié)片。

附圖說明

在附圖中，相同的參考數(shù)字是指在整個單個視圖中相同或功能相似的元件，附圖連同下面的詳細(xì)描述一起被并入并形成了說明書的一部分，其用于示例各種實施例和解釋根據(jù)本實施例的各種原理和優(yōu)勢。

圖1示出了根據(jù)實施例的動態(tài)對比增強(dce)圖像處理和動力學(xué)建模感興趣的器官區(qū)域的方法的流程圖。

圖2a-2d示出了在初步分割過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。

圖3a-3c示出了在樣條函數(shù)生成過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。

圖4a-4d示出了在根據(jù)樣條函數(shù)的分割過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。

圖5示出了用于分割多個dce圖像中的每個圖像的方法的流程圖。

圖6示出了在配準(zhǔn)感興趣的器官區(qū)域過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。

圖7示出了在一段時間內(nèi)的感興趣的器官區(qū)域的配準(zhǔn)過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。

圖8示出了示蹤劑濃度-時間曲線。

圖9a示出了在移除組織的濃度-時間曲線中的離群數(shù)據(jù)點之前的組織的濃度-時間曲線。

圖9b示出了在移除組織的濃度-時間曲線中的離群數(shù)據(jù)點之后的組織的濃度-時間曲線。

圖10a-10d示出了傳播形狀信息如何能夠有助于解決由于鄰近的組織的欠分割問題。

圖11a示出了在一段時間內(nèi)的根據(jù)互信息方法配準(zhǔn)的過程中獲得的圖像。

圖11b示出了在一段時間內(nèi)的根據(jù)梯度相關(guān)方法配準(zhǔn)的過程中獲得的圖像。

圖12a示出了通過常規(guī)方法分割得到的圖像。

圖12b示出了通過根據(jù)本發(fā)明實施例的方法獲得的圖像。

圖13a示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的與動力學(xué)模型相關(guān)的組織生理參數(shù)的映射。

圖13b示出了與動力學(xué)模型相關(guān)的沒有配準(zhǔn)圖像的組織生理參數(shù)的映射。

圖14示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性計算設(shè)備。

具體實施方式

應(yīng)該進(jìn)一步意識到，示例性實施例僅是示例的，并且不意指以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性、操作或配置。相反，前面的詳細(xì)描述將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員實現(xiàn)本發(fā)明的示例性實施例提供方便的路線圖，應(yīng)該理解在不偏離隨附權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍的情況下，可在示例性實施例所描述的功能和元件布置和操作方法方面，做出各種變更。

在對計算機內(nèi)存中的數(shù)據(jù)的操作的算法和功能或符號表示上，下面明確或隱含提出了描述的一些部分。這些算法描述和功能或符號表示是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員將它們的工作內(nèi)容最有效地傳達(dá)給該領(lǐng)域的其它技術(shù)人員所使用的手段。一般來說，這里的算法被認(rèn)為是導(dǎo)致所需結(jié)果的步驟的自相容序列。這些步驟是物理量的那些所需物理操作，物理量例如能被存儲、傳輸、組合、比較和以其它方式操作的電、磁或光信號。

除非另有特別說明，并且從下面看是明顯的，應(yīng)該意識到，在整個說明書中，利用諸如“導(dǎo)出”、“分割”、“配準(zhǔn)”、“動力學(xué)建?！薄ⅰ皰呙琛?、“計算”、“確定”、“替代”、“產(chǎn)生”、“初始化”、“處理”、“輸出”等的術(shù)語的討論，是指計算機系統(tǒng)或類似電子設(shè)備的動作和處理，所述類似電子設(shè)備將在計算機系統(tǒng)內(nèi)表現(xiàn)為物理量的數(shù)據(jù)操作和轉(zhuǎn)換為在計算機系統(tǒng)或其它信息存儲、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)同樣表現(xiàn)為物理量的其它數(shù)據(jù)。

本說明書還公開了用于執(zhí)行該方法的操作的設(shè)備。這種設(shè)備可為需要目的而特別構(gòu)造，或者可包括通用計算機或由存儲在計算機中的計算機程序選擇性激活或重新配置的其它設(shè)備。本文提出的算法和顯示與任何特定的計算機或其它設(shè)備本質(zhì)上不相關(guān)。各種通用機器可用于根據(jù)本教導(dǎo)的程序?？蛇x擇地，可適當(dāng)?shù)貥?gòu)建更專業(yè)的設(shè)備來執(zhí)行所需的方法步驟。常規(guī)通用計算機的結(jié)構(gòu)將從下面的描述中變得明顯。

此外，本說明書還隱含公開了一種計算機程序，因為對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本文所述方法的單個步驟可通過計算機代碼付諸實施將是顯而易見的。計算機程序不意指限制于任何特定的編程語言及其實現(xiàn)。應(yīng)該意識到，可使用多種編程語言及其編碼來實現(xiàn)本文所包含的公開的教導(dǎo)。此外，計算機程序不意指限制于任何特定的控制流。有計算機程序的許多其它變體，在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，其可使用不同的控制流。

此外，計算機程序的一個或多個步驟可被并行執(zhí)行，而不是按順序執(zhí)行。這種計算機程序可存儲在任何計算機可讀介質(zhì)上。所述計算機可讀介質(zhì)可包括存儲設(shè)備，例如磁盤或光盤、存儲器芯片或其它適于與通用計算機接口的其它存儲設(shè)備。計算機可讀介質(zhì)還可包括例如因特網(wǎng)系統(tǒng)中的硬連線介質(zhì)或無線介質(zhì)。計算機程序在這種通用計算機上加載和執(zhí)行時，會有效地導(dǎo)致實現(xiàn)優(yōu)選方法的步驟的設(shè)備。

參考圖1，提供了一種根據(jù)實施例的動態(tài)對比增強(dce)圖像處理和動力學(xué)建模感興趣的器官區(qū)域的方法。該方法(通常指定為參考數(shù)字100)包括以下步驟：

步驟102：輸入dce圖像。

例如，將至少一個或多個dce圖像輸入到用于處理和動力學(xué)建模感興趣的器官區(qū)域的設(shè)備中。dce圖像通常可在腫瘤的多個時間點和多個切片位置獲得。

步驟104：種子點選擇。

在步驟102之后，下一步是選擇種子點。用戶只需要通過對組織做出選擇來指示感興趣的組織。這也被稱為至少導(dǎo)出感興趣的器官區(qū)域的外部輪廓。

步驟106：種子點。

步驟104中用戶所選擇的位置將作為用表示的種子點，其代表在位置x0處的圖像強度。種子點的例子可如圖2a所示。

步驟108：圖像分割。

在步驟106之后，下一步是分割dce圖像。該dce圖像可被分割成前景(由組織組成)和背景(主要由空氣組成)。在實施例中，這可通過使用類似otsu方法的方法來完成。otsu方法用于自動執(zhí)行基于聚類的圖像閾值，或者將灰度圖像減少成二進(jìn)制圖像。該算法假定圖像包含遵循雙模態(tài)直方圖的兩類像素(前景像素和背景像素)，然后計算分離兩類像素的最佳閾值，使得它們的組合傳播(類內(nèi)方差)是最小的。

在dce成像數(shù)據(jù)集中，存在來自相鄰片(來自三維空間域)和其它時間幀(來自時域)的附加信息，該附加信息通過空間連續(xù)性或時間運動涉及當(dāng)前圖像的組織。此信息反映在相鄰片和時間幀之間的對象形狀的相似性。因此，響應(yīng)于導(dǎo)出的感興趣的器官區(qū)域的外部輪廓產(chǎn)生樣條函數(shù)。

步驟110：圖像配準(zhǔn)。

在步驟108之后，下一步是分割dce圖像。在實施例中，配準(zhǔn)dce圖像以聚焦于感興趣的組織和修剪分割的感興趣的區(qū)域。

步驟112：dce建模。

在步驟110之后，下一步是導(dǎo)出配準(zhǔn)的圖像中的感興趣的器官區(qū)域中的每個像素的示蹤劑曲線，該示蹤劑曲線指示了在一段時間段內(nèi)流經(jīng)感興趣的器官區(qū)域的造影劑濃度的變化。該示蹤劑曲線可擬合動力學(xué)模型，以導(dǎo)出相關(guān)的生理參數(shù)的值。

步驟114：輸出參數(shù)映射。

在步驟110之后，下一步是將動力學(xué)模型擬合到示蹤劑曲線，以產(chǎn)生與動力學(xué)模型相關(guān)的組織生理參數(shù)的一個或多個映射。

該方法100包括感興趣的器官區(qū)域的分割、配準(zhǔn)和動力學(xué)建模。分割和配準(zhǔn)是重要的后處理步驟，其能夠提高動力學(xué)建模的dce圖像的后續(xù)分析。

圖2a-2d示出了在初步分割過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。如上所述，用戶只需要通過對組織做出選擇來指示感興趣的組織。如圖像220的圖2a所示，用戶在步驟104選擇的位置將作為用表示的種子點，其代表在如202所示的位置x0處的圖像強度。有利的是，用戶不必手動勾勒出指示感興趣區(qū)域的組織或病變。

圖2b示出了在分割成主要包括感興趣的器官區(qū)域的組織的前景之后的感興趣的器官區(qū)域的圖像240。常規(guī)的用于分割圖像的方法沒有考慮像素之間的空間關(guān)系。因此，所得到的如圖2b所示的分割圖240，可能會遭受強度離群值，從而導(dǎo)致在分割的感興趣區(qū)域內(nèi)存在孔。此外，感興趣的組織可能會與另一個組織接觸和感興趣的組織的邊界可能沒有得到很好的劃定。

圖2c示出了在形態(tài)處理之后的感興趣的器官區(qū)域的圖像260。通常，形態(tài)學(xué)圖像處理是一種用小的形狀或稱為結(jié)構(gòu)元素的模板探測圖像的非線性操作的集合。形態(tài)學(xué)圖像處理的輸出依賴于像素值的相對排序。結(jié)構(gòu)元素位于圖像中的所有可能位置，并與像素的相應(yīng)鄰域進(jìn)行比較。放置結(jié)構(gòu)元素的位置稱為參考像素，其選擇是任意的。例如，a是圖像(如二進(jìn)制圖像)，s是結(jié)構(gòu)元素。s(i,j)表示放置s的操作，其參考像素位于a的像素(i,j)處。兩個基本的形態(tài)學(xué)運算，s對a的腐蝕(表示為)和s對a的膨脹(表示為)可被定義為和其中a^c＝1-a是a的補集。

從這一點可定義兩個廣泛使用的形態(tài)學(xué)操作，s對a的開操作(表示為ψs(a))和s對a的閉操作(表示為φs(a))，其定義為和其中s′是s的映射(即圍繞其參考像素旋轉(zhuǎn)180^°)。圖2c示出了在使用半徑為6體素的盤狀結(jié)構(gòu)元素執(zhí)行形態(tài)學(xué)圖像處理(例如，孔填充和對象開操作)之后的圖像260。通常，結(jié)構(gòu)元素的形狀和圖像260的尺寸將取決于圖像組織特性。

此后，分割包含種子組織點的組織，如圖2d中的圖像280所示。例如，該種子組織點通過應(yīng)用8-鄰域連通分量分析來分割。下面將提供鄰域連通分量分析的更多細(xì)節(jié)。圖像280示出了在分割之后的種子組織點280。

在初步分割感興趣的器官區(qū)域的圖像之后，產(chǎn)生樣條函數(shù)。在實施例中，產(chǎn)生b-樣條函數(shù)。ab-樣條是在范圍u0≤u≤um中所定義的度k的分段多項式函數(shù)。點u＝uj是多項式段的會合位置，其被稱為結(jié)。度k的第i個b-樣條基函數(shù)，bi,k(u)，可通過cox-deboor遞推公式來遞推獲得：

對于[ui,ui+k+1)，基函數(shù)bi,k(u)是非零的。對于任何不同節(jié)點區(qū)間[ui,ui+1)，度k的至少k+1個基函數(shù)是非零的。指定n+1個控制點p0,p1,…,pn和m+1個節(jié)點u0,u1,…,um，由這些控制點和節(jié)點定義的度k的b-樣條曲線是：

b-樣條曲線的形狀可通過修改控制點的位置、節(jié)點的位置或曲線的度來改變。注意，n,m和k滿足m＝n+k+1。通過重復(fù)某些節(jié)點和控制點，生成的曲線的起點和終點可被連接在一起，形成封閉的循環(huán)，其能夠方便地用于編碼分割對象的形狀信息。

在初步分割之后，分割的roi的形狀的特點在于其輪廓，該輪廓使用均勻分布的n+1個控制點。然后，b-樣條曲線可通過等式(2)至(3)來重建，這將是對象輪廓的近似。

圖3a-3c示出了在樣條函數(shù)生成過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。圖3a示出了由初步分割得到的圖像320。在實施例中，圖像320與圖像280相同。圖3b示出了圖像340，該圖像340具有來自導(dǎo)出的感興趣的器官區(qū)域的輪廓的采樣控制點302。圖3c示出了具有種子點304的分割圖像360，基于b-樣條函數(shù)構(gòu)造了該種子點。

連續(xù)相鄰幀和切片中的組織可共享相似的形狀信息，其可用于進(jìn)一步細(xì)化分割區(qū)域。表示在最后一幀/切片中的n+1個控制點，指的是第i個控制點。可用于表示在當(dāng)前幀或切片中的控制點?？蓪嵤└鞣N方法來施加形狀相似性約束。例如，可使的控制點的位置多樣化，以使和的預(yù)定目標(biāo)函數(shù)成為最優(yōu)的。

例如，在當(dāng)前的圖像上，初步分割程序確定的區(qū)域用ωcurr表示，并且表示其邊界。由可確定最接近于中的第i個控制點的點：

其中d(·)代表距離函數(shù)(例如，歐氏距離)。點的集合可作為僅基于當(dāng)前圖像的信息將最后一幀或切片的形狀信息添加到分割結(jié)果的新組織區(qū)域的控制點。

圖4a-4d示出了在根據(jù)樣條函數(shù)的分割過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。圖4a示出了由初步分割得到的圖像420。在實施例中，圖像420與圖像280相同。圖4b示出了具有前一幀的控制點404的圖像440，其圍繞選擇點402根據(jù)樣條函數(shù)獲得。圖4c示出了在當(dāng)前幀中具有精細(xì)控制點406的感興趣的器官區(qū)域的圖像460。圖4d示出了在根據(jù)樣條函數(shù)的分割之后的感興趣的器官區(qū)域的圖像480。在實施例中，圖像480與圖像280相同。

圖5示出了用于分割多個dce圖像中的每個圖像的方法的流程圖500。在步驟502中，將至少一個或多個dce圖像輸入到用于處理和動力學(xué)建模感興趣的器官區(qū)域的設(shè)備中。在步驟504中，將一個或多個dce圖像分割成前景(由組織組成)和背景(主要由空氣組成)。然后在步驟506中，對分割的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理。在步驟508中，進(jìn)行連通分量分析。對于連通分量分析，為了使兩個像素(比方說p,q)相連，它們的值都必須為二進(jìn)制圖像的1且像素應(yīng)該相鄰。在圖像處理中，通常有兩種類型的鄰域。對于具有坐標(biāo)(i,j)的像素p，通過以下等式得到一組像素：

n4(p)＝t(i+1，j)，(i-1，j)，(i，j+1)，(i，j-1))(5)

這也被稱為4-鄰域連通分量分析。

為了確定8-鄰域連通分量，使用下面的等式：

n8(p)＝n4(p)∪{(i+1，j+1)，(i+1，j-1)，(i-1，j+1)，(i-1，j-1)}(6)

如果兩個像素值為1且在彼此的8-鄰域內(nèi)，則這兩個像素被認(rèn)為是8-鄰域連通。

步驟508中的連通分量分析和步驟509中的種子點選擇的結(jié)果用于在步驟510中產(chǎn)生組織掩碼。在組織掩碼產(chǎn)生510過程中，進(jìn)行確定步驟512以確定組織掩碼是否為第一幀。如果是第一幀，則在步驟514中產(chǎn)生控制點。該控制點在步驟516中獲得。如果不是第一幀，則在步驟518中演化控制點。在步驟518中，如果前一幀的在位置(i,j)的像素p是控制點，則當(dāng)前幀的在位置(i,j)的像素將被標(biāo)記為控制點。將控制點的信息由前一幀演化成當(dāng)前幀的過程稱為控制點演化。步驟514和步驟518中所得到的控制點用于在步驟520中改善分割。在步驟521中，更新控制點和種子點。此信息有助于在下一幀或切片中分割感興趣的組織。這些過程重復(fù)到最后一幀或切片，并在步驟522中產(chǎn)生輸出結(jié)果。

圖6示出了在配準(zhǔn)感興趣的器官區(qū)域過程中感興趣的器官區(qū)域的圖像。圖6示出了從感興趣的器官區(qū)域中選擇的位置x(或202)處的圖像220。圖6還示出了由初步分割得到的圖像280。圖6(c)示出了如何在圖像280中修剪選定的位置x、配準(zhǔn)以及以更高的分辨率放大選定的位置，如圖600所示。有利的是，通過修剪和放大選定的區(qū)域，配準(zhǔn)的dce圖像會聚焦于感興趣的器官區(qū)域。

圖像配準(zhǔn)過程中是要找到將一個圖像f映射到另一個圖像g上的變換τ，使得衡量兩幅圖像的相似度的預(yù)定義標(biāo)準(zhǔn)被優(yōu)化。剛性和非剛性變換都可被應(yīng)用于配準(zhǔn)。而剛性變換只允許平移和旋轉(zhuǎn)兩幅圖像之間的位移，非剛性方法允許可變形地改變組織形狀和尺寸，通過某種形式的插值或逼近方法刪除現(xiàn)有體素(或信息)并產(chǎn)生新體素。有利的是，剛性方法往往保持對齊區(qū)域中的原始信息，通常比非剛性方法更強大和有效。

在實施例中，配準(zhǔn)過程用于結(jié)直腸腫瘤。對于結(jié)直腸腫瘤，腫瘤的形成通常并不劇烈，且在修剪圖像尺寸中只涉及輕微的變化?？墒褂檬剐藜魣D像的變化最大限度減小地基于互信息(mi)的剛性配準(zhǔn)方法。對于剛性配準(zhǔn)方法的應(yīng)用，由于修剪圖像尺寸的變化而導(dǎo)致的可能的丟失或增加數(shù)據(jù)能被視為組織濃度-時間曲線的離群值，這可通過模型擬合在動力學(xué)分析之前檢測到。在下面將提供mi方法的更多細(xì)節(jié)，隨后將提供其在dce圖像上的應(yīng)用。

香農(nóng)熵

pi表示出現(xiàn)圖像中的強度i的頻率，p(f)指的是圖像f的直方圖(即，強度分布)。那么香農(nóng)熵定義為

h＝-∑ipilogpi(7)

其測量圖像直方圖中的離散度。

聯(lián)合熵

pi，j表示出現(xiàn)在一對圖像中的一對強度(i，j)的頻率，p(f，g)指的是圖像f和g的結(jié)果的2-d直方圖。如果圖像被完全配準(zhǔn)，則在2-d直方圖中強度對的出現(xiàn)將非常集中(局部化)。另一方面，對于未對準(zhǔn)的圖像，2-d直方圖中的離散度將很大。自然地，為了量化直方圖離散的程度，聯(lián)合熵可以以類似的方式定義：

h(f，g)＝-∑i，jpi，jlogpi，j(8)

圖像可通過最小化聯(lián)合熵來配準(zhǔn)。

互信息

兩幅圖像的互信息可被定義為：

其測量圖像之間的內(nèi)在依賴性。如果圖像是獨立的，那么pi，j＝pipj且互信息為0。其可被示出為

i(f，g)＝h(f)+h(g)-h(f，g)(10)

因此，最大化互信息相當(dāng)于最大限度地減少聯(lián)合熵?；バ畔▎蝹€圖像的熵，這將有利于配準(zhǔn)圖像。

圖7示出了在一段時間內(nèi)的感興趣的器官區(qū)域的配準(zhǔn)過程中的感興趣的器官區(qū)域的圖像。對于dce成像，通常在每個時間點(t)獲得感興趣組織的幾個切片(或位置)。假設(shè)在每個時間點獲得有ns個切片，并且在dce數(shù)據(jù)集中有nt個時間點。對于在一個時間點t1的特定的切片，問題是要在時間tk的所有切片中找出與t1的目標(biāo)切片最為對準(zhǔn)的切片。要實現(xiàn)這一點，時間tk的每個切片將通過互信息法與在t1的目標(biāo)切片配準(zhǔn)，獲得最佳的變換參數(shù)(平移和旋轉(zhuǎn))以及互信息的相應(yīng)值。在配準(zhǔn)時間tk的所有切片ns之后，具有最大互信息的切片將被選擇為理想的候選。此配準(zhǔn)過程在圖11a中示例。

示蹤劑曲線是指在由配準(zhǔn)的dce圖像導(dǎo)出的體素或感興趣的器官區(qū)域的造影劑濃度的變化。造影劑通常是指對引入到身體區(qū)域中的相對不透x射線的物質(zhì)，以便在x線攝影顯示中使內(nèi)部部分與其周圍組織形成對比。體素通常是指三維空間上的值。動力學(xué)建模通常通過將動力學(xué)模型擬合到在體素上導(dǎo)出或為感興趣的器官區(qū)域?qū)С龅氖聚檮┣€上來執(zhí)行。

廣義的tofts模型

廣義的tofts模型通常用于擬合dce圖像，并且其余項函數(shù)由下面等式得到：

其中δ(t)是狄拉克δ函數(shù)和k^trans是轉(zhuǎn)移常數(shù)。vp和ve分別表示血管組分和間隙體積。

組織均勻性模型的絕熱近似

組織均勻性的絕熱近似(aath)模型的余項函數(shù)由下面等式獲得：

其中是單位階躍函數(shù)，tc是毛細(xì)血管傳導(dǎo)時間，fp是血液(血漿)流量,以及e是提取成分。這些參數(shù)與血管組分體積vp和滲透面積乘積ps相關(guān)：

因此，用于擬合aath模型的自由參數(shù)是{ve，vp，fp,ps}。

模型擬合

由dce圖像采樣的組織示蹤劑濃度-時間曲線ctiss(t)使用上面的示蹤動力學(xué)模型通過最小化下面的成本函數(shù)來擬合：

其中表示示蹤動力學(xué)模型的參數(shù)，是卷積算子。cp(t)是指示在供血動脈中的示蹤劑濃度-時間曲線，并且其通常被稱為動脈輸入函數(shù)。圖8示出了由采樣dce圖像800上可見的降主動脈得到的示蹤劑濃度-時間曲線810。圖810繪制了相對于時間812的濃度814。

圖9a示出了在移除組織的濃度-時間曲線中的離群數(shù)據(jù)點之前的組織的濃度-時間曲線ctiss(t)。圖9a示出了遠(yuǎn)離曲線920上的其它數(shù)據(jù)點(例如數(shù)據(jù)點910)的離群數(shù)據(jù)點902、904和906。可以使用穩(wěn)建回歸方法來檢測離群數(shù)據(jù)點902、904和906。

圖9b示出了在移除組織的濃度-時間曲線中的離群數(shù)據(jù)點之后的組織的濃度-時間曲線940。圖9a所示的離群數(shù)據(jù)點902、904和906被移除了，并用圖9b所示的插入值來代替。未遠(yuǎn)離曲線上的其它數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)點沒有被移除，例如數(shù)據(jù)點910。以這種方式，可在模型擬合之前檢測和移除離群數(shù)據(jù)點。

圖10a-10d示出了傳播形狀信息如何能夠有助于解決由于鄰近的組織的欠分割問題。圖10a示出了具有如1002所示的選定位置x0的感興趣的器官區(qū)域的圖像1020。然而，在成像過程中，鄰近組織1004和結(jié)構(gòu)可相對于彼此位移。分割的主要困難是偶爾出現(xiàn)的導(dǎo)致欠分割的毗鄰的周邊組織。

圖10b示出了初步分割之后的感興趣的器官區(qū)域的圖像1040，其中與選定位置x0接觸的鄰近組織也被分割。圖10b示出了包括選定位置1002和鄰近組織1004的位置1006。

圖10c示出了在傳播由上一幀或切片獲得的控制點1008之后的感興趣的器官區(qū)域的圖像1060。該控制點1008基于前一幀的導(dǎo)出輪廓并根據(jù)b樣條函數(shù)來產(chǎn)生。圖10d示出了根據(jù)b樣條曲線控制點移除鄰近組織之后的選定位置1010的最終結(jié)果1080。

圖11a示出了在一段時間內(nèi)的根據(jù)互信息方法在配準(zhǔn)過程中獲得的圖像1102。圖11b示出了在一段時間內(nèi)的根據(jù)梯度相關(guān)方法在配準(zhǔn)的過程中獲得的圖像1104。在圖11a和11b這兩個圖像中，t＝0時的圖像1106作為配準(zhǔn)后續(xù)圖像1108、、1110、1112、1114，1116和1118的模板?；バ畔⒈容^圖像強度，而梯度相關(guān)計算圖像梯度的相似性。通常，圖像梯度比圖像強度對噪聲更敏感。然而，如果對象特征在整個對齊圖像是一致的，則圖像梯度在對象描述中可更具辨別力。由于內(nèi)洗和外洗示蹤劑，這可能不是真的dce成像的腫瘤。對于圖11a和11b所示的結(jié)果，從圖像1112和1114可以看出，在時間點27s和32s的腫瘤，互信息法比梯度相關(guān)法能更好對齊相鄰幀。

在dce成像過程中，組織強度隨著在一段時間內(nèi)流經(jīng)感興趣的器官區(qū)域的內(nèi)洗或外洗造影劑而變化。因此，組織圖像特征在整個過程將是不一致的。例如在圖像11a中，腫瘤的中心區(qū)域在約26秒后出現(xiàn)為低信號(hypo-intense)。依賴于對象特征諸如主動輪廓的檢測的分割，將會在不同的時間點在dce圖像之中產(chǎn)生不一致的結(jié)果。

圖12a示出了通過常規(guī)方法(例如b-snake方法)分割得到的圖像1202、1204和1206。圖12b示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的方法得到的圖像1252、1254和1256。作為主動輪廓模型，b-snake方法根據(jù)對象邊界演變輪廓，其中輪廓使用b樣條來編碼。該b-snake方法會過分割這些圖像，因為輪廓被腫瘤內(nèi)的低信號區(qū)所包圍。

圖13a示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的與動力學(xué)模型(例如aath模型)相關(guān)的組織生理參數(shù)的映射1302、1304、1306和1308。圖13b示出了與動力學(xué)模型相關(guān)的沒有配準(zhǔn)圖像的組織生理參數(shù)的映射1310、1312、1314和1316。圖13a示出的圖像配準(zhǔn)時產(chǎn)生的映射1302、1304、1306和1308，明確勾畫了在組織中心附近的區(qū)域，其具有在等式(11)、(12)和(14)中提到的較低的ps，較低的vp和較高的ve。相比之下，圖13(b)示出的沒有配準(zhǔn)的映射1310、1312、1314和1316，揭示了一種類似區(qū)域，但一般是嘈雜的。

如圖14所示，計算設(shè)備1400進(jìn)一步包括用于執(zhí)行將圖像呈現(xiàn)到相關(guān)顯示器1430的操作的顯示接口1402，和用于經(jīng)由相關(guān)揚聲器1434執(zhí)行播放音頻內(nèi)容的操作的音頻接口1432。

本文所使用的術(shù)語“計算機程序產(chǎn)品”可能是指，部分可移動的存儲裝置1418、可移動存儲裝置1422、安裝在硬盤驅(qū)動器1412中的硬盤，或經(jīng)由接口1450將通信路徑1426(無線鏈路或電纜)上的軟件運載到通信接口1424的載波。計算機可讀介質(zhì)可包括磁性介質(zhì)、光學(xué)介質(zhì)或其它可記錄介質(zhì)，或傳輸載波或其它信號的介質(zhì)。這些計算機程序產(chǎn)品是將軟件提供給計算設(shè)備1400的設(shè)備。計算機可讀存儲介質(zhì)是指任何非暫時性有形存儲介質(zhì)，其將記錄指令和/或數(shù)據(jù)提供給計算設(shè)備1400執(zhí)行和/或處理。這種存儲介質(zhì)的例子包括軟盤、磁帶、cd-rom、dvd、藍(lán)光光盤、硬盤驅(qū)動器、rom或集成電路、usb存儲器、磁光盤或計算機可讀卡(如pcmcia卡)等，無論這種設(shè)備是在計算設(shè)備1400內(nèi)部還是在其外部。暫時性或非有形計算機可讀的傳輸介質(zhì)的例子(其也可參與給計算裝置1400提供軟件、應(yīng)用程序、指令和/或數(shù)據(jù))包括無線電或紅外線傳輸通道以及到另一臺計算機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，和包括電子郵件傳輸和網(wǎng)站上的信息記錄等的互聯(lián)網(wǎng)或內(nèi)部網(wǎng)。

計算機程序(也稱為計算機程序代碼)存儲在主存儲器1408和/或次級存儲器1410中。計算機程序也可經(jīng)由通信接口1424來接收。這種計算機程序，在執(zhí)行時，能使計算設(shè)備1400執(zhí)行本文所討論的實施例的一個或多個功能。在不同實施例中，該計算機程序，在執(zhí)行時，能使處理器1404經(jīng)由上述實施例的通信基礎(chǔ)設(shè)施1406執(zhí)行功能。因此，這種計算機程序代表計算機系統(tǒng)1400的控制器。

軟件可使用可移動的存儲驅(qū)動器1414、硬盤驅(qū)動器1412或接口1420存儲在計算機程序產(chǎn)品中并可加載到計算設(shè)備1400中?？蛇x擇地，計算機程序產(chǎn)品可在通信路徑1426上下載到計算機系統(tǒng)1400。該軟件，在由處理器1404執(zhí)行時，能使計算設(shè)備1400執(zhí)行本文所述實施例的功能。

要理解圖14的實施例僅是通過實例的方式來呈現(xiàn)。因此，在一些實施例中，可省略計算設(shè)備1400的一個或多個功能。此外，在一些實施例中，可集成計算設(shè)備1400的一個或多個功能。此外，在一些實施例中，可將計算設(shè)備1400的一個或多個功能分割成一個或多個部件部分。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該意識到，在不偏離大致描述的本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可對本發(fā)明進(jìn)行如具體實施例所示的許多變化和/或修改。因此，本實施例在各個方面都被認(rèn)為是說明性的和非限制性的。