使用圖像分析診斷子宮收縮水平的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】使用圖像分析診斷子宮收縮水平的方法和系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001] 檢測子宮收縮活動在多種醫(yī)學(xué)程序中是必要的，包括體外受精期間的胚胎移植， 以及懷孕期間的檢測和預(yù)防早產(chǎn)。
[0002] 進行胚胎移植（"ET"）的女性中的提高的子宮收縮活動可能影響ET成功率。與 具有升高的子宮收縮活動的患者相比，在具有"沉寂的"子宮的ET受者中，成功移植率可達 3倍高。目前猜測施用催產(chǎn)素拮抗劑可以降低子宮收縮并且可以提高懷孕率。在小鼠上進 行的移植研宄試驗中，確認催產(chǎn)素拮抗劑逆轉(zhuǎn)催產(chǎn)素的負作用。
[0003] 在人中，倫理問題不允許使用侵入式技術(shù)用于評估子宮收縮，如在將要經(jīng)歷胚胎 移植程序的患者上的子宮內(nèi)壓測量。即使不存在那些倫理問題，在胚胎移植程序之前使用 任何侵入式測量方法也是不可行的，并且因此必須使用間接的且非侵入式的方法用于評估 收縮。在多種背景中的文獻中已經(jīng)提出了評估子宮內(nèi)膜界面移動的經(jīng)陰道的聲圖描計法， 并且已經(jīng)想出若干方法以嘗試解決收縮評估的問題。聲圖描計法，通常是基于超聲的診斷 成像技術(shù)，被用于可視化皮下身體結(jié)構(gòu)。典型的診斷聲圖描計掃描儀在2至18兆赫的頻率 范圍內(nèi)運行，但是高達50-100兆赫的頻率已經(jīng)在實驗上被用于在特殊區(qū)域（如眼睛的前 房）中的被稱為活組織顯微鏡檢查（biomicroscopy)的技術(shù)。頻率的選擇是圖像的空間分 辨率和成像深度之間的平衡：較低的頻率產(chǎn)生較低的分辨率但較深入身體的圖像。較高的 頻率聲波具有較小的波長并且因此能夠自較小的結(jié)構(gòu)反射或散射。較高的頻率聲波還具有 較大的衰減系數(shù)并且因此更容易被吸收到組織中，從而限制了聲波穿透到身體中的深度。
[0004] 聲圖描計法（超聲波檢查法）被廣泛地用于醫(yī)學(xué)中。使用超聲指導(dǎo)干預(yù)程序（例 如活組織檢查或流體收集物排出），可能的是進行診斷和治療程序兩者。聲圖描計法對于對 身體的軟組織進行成像是有效的。表面結(jié)構(gòu)如肌肉，肌腱，精巢，胸部和新生的腦部以較高 的頻率（7 - 18MHz)成像，所述頻率提供更好的軸向和橫向分辨率。深層結(jié)構(gòu)如肝和腎以較 低的頻率1-6MHZ成像，并具有較低的軸向和橫向分辨率，但是具有較好的穿透。
[0005]在 1998 年，R. Fanchin 在 Human Reproduction 1998 :13 (7) :1968 上發(fā)表了一篇 文章，所述文章提出了一種方法，所述方法是基于分析線段的橫截面和使用連續(xù)幀產(chǎn)生二 維圖像的視頻序列；水平分量表示線段長度并且垂直分量表示時間。雖然簡單并且易于操 作，但是該方法具有明顯的缺點。在噪聲或整個器官的移動的量稍微增加的情況下，該方法 傾向于產(chǎn)生不正確的結(jié)果或不能提供關(guān)于收縮性的有用信息的結(jié)果。這些缺點是由于在過 程中不結(jié)合模型以及在分析中僅使用低水平圖像數(shù)據(jù)所致。已經(jīng)測試了所述方法，但是由 于出現(xiàn)多種真實輸入，所以未發(fā)現(xiàn)其對于收縮性的測量是一種準確的工具。
[0006] 無模型技術(shù)，如以上提及的，包括大量方法并且是最早用于圖像分析的。它們?nèi)w 的區(qū)別特征在于其僅使用低水平圖像數(shù)據(jù)并且因此不能得益于關(guān)于對象形狀和位置的先 驗假設(shè)。因此，其應(yīng)用受限于醫(yī)學(xué)成像所特有的許多情況。一些這樣的方法，例如閾值，甚至 忽視使用由像素的空間位置提供的信息-精確圖像處理框架中的關(guān)鍵因素-而寧愿僅使用 其數(shù)值。無模型技術(shù)包括使用幅度模式（A-模式），亮度模式（B-模式）和運動模式（M-模 式）聲圖描計法。
[0007] M-模式聲圖描計法通過陸陸續(xù)續(xù)地發(fā)射超聲脈沖產(chǎn)生器官的圖像，典型地將 A-模式或B-模式圖像與每個脈沖一起使用。隨時間，并且將多個連續(xù)的圖像連接在一起， 可以確定移動的器官的邊界和速度。M-模式方法在檢測子宮收縮中的缺點在于，其不提供 分割整個子宮的手段，僅是存在于使用者指定的相交處內(nèi)的上部和下部邊界。此提供的缺 失在可能改變之前標記的子宮邊界中的間隙的位置的加劇的腸或呼吸運動的情況中變得 顯著。另外，子宮可能相對于已被設(shè)定的相交處前后移動。此種移動可能看起來是不相關(guān) 的，但是其可能導(dǎo)致產(chǎn)生不能與收縮區(qū)分的部分圖。進一步的問題表現(xiàn)為噪聲或假邊緣。因 為所述方法不考慮整個子宮的形狀，所以僅穿過相交處的邊界是可追蹤的并且這可能使得 測量困難。即使在邊界清晰并且易于跟蹤的理想情況下，仍然難以實現(xiàn)精確測量。類似地， 同樣困難的是解釋這樣的圖像，其中雖然存在收縮性，但是邊界的移動保持靜止，僅子宮內(nèi) 膜的結(jié)構(gòu)變化被影響。所述技術(shù)還取決于適當(dāng)?shù)淖訉m的可視化，這是高度可變的并且受因 素如其后傾位置或膀胱填充的影響。
[0008] 發(fā)明概述
[0009] 本發(fā)明的一個目的是提供用于檢測子宮收縮的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的另一個目的 是在胚胎移植程序期間使用可變形模型網(wǎng)絡(luò)檢測子宮收縮。本發(fā)明的另一個目的是在懷孕 期間檢測在早產(chǎn)的早期階段子宮的收縮。
[0010] 在本發(fā)明的一個實施方案中，方法包括采集目標子宮（subject uterus)在一段時 間內(nèi)的超聲圖像，使用可變形模型網(wǎng)絡(luò)分析所述圖像以識別子宮收縮，并且以圖形格式顯 示子宮收縮。在本發(fā)明的另一個實施方案中，子宮收縮被確定為在以強度或頻率計的最小 或最大閾值內(nèi)。收縮的頻率可以為〇至15次收縮/分鐘。
[0011] 在本發(fā)明的另一個實施方案中，提供用于將胚胎遞送和轉(zhuǎn)移到子宮的方法，所述 方法包括：自目標患者收集一個或多個卵子；使用例如微粉化的黃體酮，給所述患者提供 黃體素支持；使所述一個或多個卵子受精以提供可存活的胚胎；通過記錄子宮收縮的圖像 并使用可變形模型網(wǎng)絡(luò)評估所述圖像來對患者中的子宮收縮進行定性；降低收縮的水平至 4次收縮/分鐘以下；將胚胎轉(zhuǎn)移至子宮；通過施用例如微粉化的黃體酮繼續(xù)黃體素支持。
[0012] 在本發(fā)明的另一個實施方案中，分析子宮圖像的方法包括：記錄在一段時間內(nèi)的 子宮圖像；設(shè)定用于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的基準軸；設(shè)定環(huán)繞目標子宮的子宮內(nèi)膜的外周線 (snake);設(shè)定在目標子宮的子宮內(nèi)膜內(nèi)的內(nèi)周線；應(yīng)用一個或多個圖像濾波器以增強一 個或多個所關(guān)心的特征；放松所述周線（所述周線通過采取各個點周圍的可能的點的最小 能量量度移動至所述點）直至兩者在子宮內(nèi)膜周界處相交；在用戶顯示器上顯示所述記錄 和周線移動。內(nèi)周線和外周線的參數(shù)（如剛性，彈性，軸的數(shù)目等）是針對平均超聲圖像預(yù) 定義的，因此所述周線最好地描繪了子宮內(nèi)膜；其也可以由使用者自定義修改。在分析期 間，觀察者在屏幕上實時監(jiān)視周線移動，如果任何噪聲（如患者的突然移動導(dǎo)致圖像參數(shù) 的意想不到的改變）在周線定位中引入偏差，則可以停止分析，并且可以重設(shè)所述軸和活 動輪廓（周線）。
[0013]在本發(fā)明的另一個實施方案中，提供在早產(chǎn)臨產(chǎn)女性中使用可變形模型網(wǎng)絡(luò)檢測 子宮收縮的方法，所述方法包括：采集目標子宮在一段時間內(nèi)的超聲圖像，使用可變形模型 網(wǎng)絡(luò)分析所述圖像以識別子宮收縮，和以圖形格式顯示子宮收縮，確定所測量的子宮收縮 是否在以強度或頻率計的最小或最大閾值內(nèi)，其中收縮的頻率可以為〇至15次收縮/分 鐘。
[0014] 在本發(fā)明的另一個實施方案中，提供檢測并終止早產(chǎn)收縮的方法，所述方法包 括：采集目標子宮在一段時間內(nèi)的超聲圖像，使用可變形模型網(wǎng)絡(luò)分析所述圖像以識別子 宮收縮，和以圖形格式顯示子宮收縮，確定所測量的子宮收縮是否在以強度或頻率計的最 小或最大閾值內(nèi)，其中收縮的頻率可以為0至15次收縮/分鐘；以及施用催產(chǎn)素拮抗劑。 催產(chǎn)素拮抗劑可以是任何催產(chǎn)素拮抗劑，如但不限于阿托西班（atosiban)或巴蘆西班 (barusiban)。阿托西班可以以一個或多個劑量施用。阿托西班可以三個劑量施用。阿托 西班可以這樣施用：第一次注入是在一分鐘內(nèi)的0. 9ml靜脈內(nèi)推注，劑量為6. 75mg;第二次 注入是在三小時內(nèi)的24ml/小時的靜脈內(nèi)加載（loading)，劑量為18mg/小時；并且，第三 次注入是經(jīng)由8ml/小時的靜脈內(nèi)輸注，劑量為6mg/小時。
[0015] 本發(fā)明的一個或多個實施方案的細節(jié)描述于附圖和以下說明中。由說明書和附圖 以及權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點將是明顯的。
[0016] 附圖描述
[0017] 圖1是記錄子宮橫斷面的M-模式。
[0018] 圖2是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0019] 圖3是記錄子宮的橫斷面的M-模式。
[0020] 圖4是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0021] 圖5是M-模式記錄。
[0022] 圖6是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0023] 圖7是IUP記錄和CPP記錄的比較。
[0024] 圖8是M-模式記錄。
[0025] 圖9是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0026] 圖10是M-模式記錄。
[0027] 圖11是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0028] 圖12是M-模式記錄。
[0029] 圖13是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0030] 圖14是子宮內(nèi)壓記錄。
[0031] 圖15是M-模式記錄。
[0032] 圖16是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0033] 圖17是M-模式記錄。
[0034] 圖18是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0035] 圖19是子宮內(nèi)壓記錄。
[0036] 圖20是M-模式記錄。
[0037] 圖21是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0038] 圖22是M-模式記錄。
[0039] 圖23是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0040] 圖24是子宮內(nèi)壓記錄。
[0041] 圖25是M-模式記錄。
[0042]圖26基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0043] 圖27是M-模式記錄。
[0044] 圖28是基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0045] 圖29是子宮內(nèi)壓記錄。
[0046] 圖30是M-模式記錄。
[0047] 圖31基于可變形模型網(wǎng)絡(luò)的記錄。
[0048] 圖32是子宮內(nèi)壓記錄。
[0049] 同樣的參考符號在不同的圖中指示同樣的元件。
[0050] 發(fā)明詳述
[0051] 子宮收縮活動，子宮感受性的一個關(guān)鍵組分，已被證明影響輔助生殖療法（ART) 患者中的懷孕率。已經(jīng)證明，催產(chǎn)素/血管加壓素VIA拮抗劑在動物模型中促進移植。在 人胚胎移植受者中，預(yù)期此種治療減少收縮并且提高懷孕率。
[0052] 胚胎移植（ET)程序是影響IVF-ET治療成功率的獨立因素。為了是有效的，理 想地，其應(yīng)當(dāng)是非侵入式的。當(dāng)考慮以下事實時這尤其重要：據(jù)信高雌激素的子宮環(huán)境 促進子宮肌層催產(chǎn)素受體的表達，并且因此潛在地增加對催產(chǎn)素和其他收縮劑的敏感性。 已經(jīng)證明，應(yīng)激源刺激物如胚胎轉(zhuǎn)移期間使用的挾鉤，使收縮增加達高達60分鐘（Lesny P, Human Reproduction 1998; 13 (6): 1540.)。還證明，子宮頸插入和擴張可能引起子宮收 縮（Handler J等，Theriogenology 2003 ;59:1381.)。因此，在胚胎移植前和期間應(yīng)當(dāng)避 免任何侵入式程序，包括子宮內(nèi)壓評估。需要有效工具用于在ET前和期間非侵入式測量子 宮收縮，其使得潛在藥物的評估成為可能。
[0053] 子宮收縮之前已經(jīng)通過如上所述的M-模式測量技術(shù)監(jiān)測。雖然是非侵入式的，但 是M-模式測量技術(shù)具有若干限制。所述限制包括：對子宮的不同尺寸和子宮內(nèi)膜厚度，圖 像噪聲，呼吸運動等的敏感性。
[0054] 本發(fā)明的實施方案在圖像分析方法中使用可變形模型網(wǎng)絡(luò)，這可以應(yīng)用于M-模 式測量中使用的相同的膠片序列，導(dǎo)致更精確的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個實施方案中，與使用 M-模式評估的那些相比，基于計算機的可變形模型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供更加強的、抗噪的和更一 致的結(jié)果。所述方法提供關(guān)于在整個徑向橫斷面中圖像結(jié)構(gòu)的整體改變的數(shù)據(jù)，