專利名稱：心臟輪廓繁殖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于分析多維心臟圖像集的方法。本發(fā)明還涉及包括用于處理這樣的方法的處理器的計(jì)算機(jī)服務(wù)器。 本發(fā)明還涉及一種計(jì)算機(jī)客戶端，其包括使用戶能夠調(diào)用這樣的方法 的輸入機(jī)構(gòu)；用于接收這樣的方法的調(diào)用結(jié)果的接收^l構(gòu)；用于顯示所述 結(jié)果的顯示器；以及用于處理所述調(diào)用、所接收到的結(jié)果和所述顯示的處 理器。本發(fā)明還涉及用于分析多維心臟圖像集的系統(tǒng)。 本發(fā)明還涉及包括這樣的系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像工作站。本發(fā)明還涉及由計(jì)算機(jī)裝置加載的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于分析 多維心臟圖像集的指令，其中，所述計(jì)算機(jī)裝置包括處理單元和存儲(chǔ)器?？梢圆捎酶鞣N模態(tài)，例如，磁共振(MR)、計(jì)算機(jī)層析成像(CT)和 超聲(US)執(zhí)行功能心臟成像。功能心臟圖像由多個(gè)相態(tài)和多個(gè)片層構(gòu)成。 此外，通常在所謂的應(yīng)力檢查中執(zhí)行功能心臟成像，在所述應(yīng)力檢查中， 獲取安靜狀態(tài)和幾個(gè)心應(yīng)力水平上的功能圖像。因而，這樣的應(yīng)力檢査將 得到5維(5D)數(shù)據(jù)集，必須對所述數(shù)據(jù)集分割，從而實(shí)現(xiàn)定量分析。
背景技術(shù)：
US 7079674B2公開了采用集成了視覺信息和解剖學(xué)約束的輪廓繁殖 (propagation)模型對心臟圖像分割的系統(tǒng)和方法。所述繁殖模型包括邊界 分割模型、區(qū)域模型和耦合函數(shù)的加權(quán)積分。US 5239591公開了一種響應(yīng)于用戶輸入的種子輪廓在多相態(tài)多片層的 心臟磁共振成像研究中提取輪廓的方法，其中，所述種子輪廓標(biāo)識出了將 要在初始圖像中提取的輪廓特征，其中，所述初始圖像處于中間片層位置 和預(yù)定的相態(tài)位置，即心舒期末。由這一作為用戶輸入的唯一輪廓的輪廓， 通過由圖像的最終輪廓為在片層或相態(tài)位置上緊密相連的尚未受到處理的圖像形成種子輪廓而借助所提取的或最終輪廓的確定結(jié)果的自動(dòng)繁殖序列 從每一圖像提取輪廓。
在Hautvast等人的 "Automatic cardiac contour propagation in short axis cardiac MR images" ， In proc. CARS 2005, Elsevier ICS 1281:351-356, 2005
中描述了另一種半自動(dòng)心臟輪廓繁殖方法。這里，基于活動(dòng)輪廓描述了一 種自動(dòng)心臟輪廓繁殖方法。可以采用所述方法利用相鄰圖像中的信息繁殖 與初始人工分割相符的心臟輪廓。可以采用其描繪左心室心內(nèi)膜、左心室 心外膜和右心室心內(nèi)膜輪廓。
此外，在G.L.T,F. Hautvast， S. Lobregt， M. Breeuwer禾卩RA. Gerritsen的 "Automatic Contour Propagation in Cine Cardiac Magnetic Resonance Images" ， IEEE TMI 25(11): In press, 2006當(dāng)中，描述了一種針對攝影心臟 磁共振圖像方面的自動(dòng)輪廓傳輸?shù)姆椒?。所述方法由活?dòng)輪廓模型構(gòu)成， 所述模型試圖通過匹配垂直于所述輪廓的縱剖面(profile)內(nèi)的灰度值而保 持恒定的輪廓環(huán)境。因此，所述輪廓相對于鄰近的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)保持恒定的 位置，從而使所得到的輪廓反映用戶的優(yōu)先選擇。這一點(diǎn)在攝影心臟磁共 振圖像中尤其重要，因?yàn)榫植繄D像特征無法描繪所期望得到的乳頭肌附近 的輪廓。繁殖結(jié)果的準(zhǔn)確度受到幾個(gè)參數(shù)的影響。由于這些參數(shù)的最佳設(shè) 置是與應(yīng)用相關(guān)的，因而描述了如何采用完整的析因?qū)嶒?yàn)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置。 這樣的半自動(dòng)分割工具能夠繁殖在處于轉(zhuǎn)向心臟周期的其他相態(tài)的舒張期 末(ED)相態(tài)的功能圖像中人工定義的心臟輪廓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供根據(jù)開篇段落的方法，所述方法能夠?qū)崿F(xiàn)通過 更為有效的方式繁殖功能圖像中的心臟輪廓。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，所述多 維心臟圖像集包括心臟的第一圖像集；心臟的第二圖像集，其中，對所 述第一圖像集進(jìn)行分割，得到針對第一圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第一 心臟輪廓；并且
對所述第二圖像集進(jìn)行分割，得到針對所述第二圖像集中的每一圖像 的相應(yīng)的第二心臟輪廓，所述方法包括根據(jù)所述第一心臟輪廓和所述第 二心臟輪廓確定生成的針對所述第一圖像集中的每一圖像和所述第二圖像集中的每一圖像的心臟輪廓。
本發(fā)明基于這樣的領(lǐng)會(huì)，即，可以采用針對每一圖像集自動(dòng)或人工確 定的心臟輪廓自動(dòng)確定生成的心臟輪廓。尤其是在圖像集之間存在關(guān)系時(shí)， 當(dāng)每一圖像集涉及不同水平的心應(yīng)力時(shí)就是這種情況，這時(shí)，采用每一圖 像集的心臟輪廓推導(dǎo)生成的心臟輪廓將得到針對每一圖像集的更為準(zhǔn)確的 心臟輪廓。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，心臟的第一圖像集和心臟的第二圖 像集涉及不同水平的心應(yīng)力。在作為最常發(fā)生的心臟病的心臟缺血當(dāng)中， 通往心臟肌肉，即心肌層的血流受到冠狀動(dòng)脈的局部梗塞的阻擋。在早期， 這一疾病將導(dǎo)致應(yīng)力誘發(fā)的心室功能紊亂和壁運(yùn)動(dòng)異常，可以采用應(yīng)力測 試中的功能心臟成像對其進(jìn)行評估?？梢圆捎眯呐K分析來分析在應(yīng)力檢查 中獲取的圖像，這使得對應(yīng)力誘發(fā)的心室功能紊亂和壁運(yùn)動(dòng)異常的定量評 價(jià)成為了可能。
通過從各個(gè)應(yīng)力水平獲取適當(dāng)量的功能圖像，利用了圖像之間的緊密 關(guān)系。在安靜狀態(tài)下獲取的功能圖像中出現(xiàn)的(半)自動(dòng)計(jì)算分割缺陷可 能在其他應(yīng)力水平中再次出現(xiàn)。將一個(gè)應(yīng)力水平上的校正繁殖到其他應(yīng)力 水平上，這樣只需對類似的缺陷校正一次。因此，能夠更為有效地執(zhí)行整 個(gè)分析，同時(shí)顯著縮短總的分割時(shí)間，因?yàn)樗龇椒ū苊饬朔浅：臅r(shí)的獨(dú) 立分割或者對所有的應(yīng)力水平的分割校正。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，對第一圖像集進(jìn)一步分割得到進(jìn)一 步相應(yīng)的第一心臟輪廓；對第二圖像集進(jìn)一步分割得到進(jìn)一步相應(yīng)的第二 心臟輪廓，所述方法包括由所述第一心臟輪廓、第二心臟輪廓、進(jìn)一步 第一心臟輪廓和進(jìn)一步第二心臟輪廓針對所述第一圖像集內(nèi)的每一圖像和 所述第二圖像集內(nèi)的每一圖像確定生成的心臟輪廓。通過針對所述圖像集 采用不同的分割，所述生成的心臟輪廓將以通過多種方式分割的心臟輪廓 為基礎(chǔ)，并且變得更加準(zhǔn)確。所述對所述第一和第二圖像集的進(jìn)一步分割 可以包括用戶實(shí)施的對得到相應(yīng)的第一和第二圖像心臟輪廓的分割所做的 校正。但是，所述進(jìn)一步分割還可以涉及經(jīng)用戶確認(rèn)的，g卩，未經(jīng)校正的 分割。因而，所述對圖像集的進(jìn)一步分割可以包括對分割的確認(rèn)(即，無 校正)或者圖像集內(nèi)的僅一幅圖像或者一幅以上的圖像中的校正。就所述確認(rèn)和所述校正這兩種情況而言，用戶輸入確保了可以為所述進(jìn)一步分割 提供高信任度。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例中，人工指定所述進(jìn)一步相應(yīng)的第 一心臟輪廓和/或所述進(jìn)一步相應(yīng)的第二心臟輪廓。對所述進(jìn)一步相應(yīng)的第 一心臟輪廓和/或所述進(jìn)一步相應(yīng)的第二心臟輪廓的人工指定允許用戶交 互，從而(例如)執(zhí)行對自動(dòng)指定的校正。由此，處于一個(gè)心應(yīng)力水平上 的所述第一或第二圖像集中的一幅圖像中的編輯可以影響處于其他心應(yīng)力 水平上的圖像。因而，可以將在一個(gè)指定的應(yīng)力水平(例如，安靜狀態(tài)) 上獲得的圖像集中的一幅或多幅圖像中提供的校正繁殖至在不同的應(yīng)力水 平上獲得的其他的心臟圖像集中的圖像。這為其他圖像提供了 (比經(jīng)校正 的圖像)更好的分割，從而使得在一個(gè)以上的應(yīng)力水平上執(zhí)行校正變得沒 有必要。此外，可以獲得用于分析圖像集的總時(shí)間的縮短。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例中，所述方法包括通過對所述第一、 第二、進(jìn)一步第一和進(jìn)一步第二心臟輪廓采用固定權(quán)重確定所述生成的心 臟輪廓。所述固定權(quán)重是一種確定各個(gè)心臟輪廓對生成的心臟輪廓的貢獻(xiàn) 的簡單方式。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例中，所述方法包括通過對所述第一、 第二、進(jìn)一步第一和進(jìn)一步第二心臟輪廓采用取決于圖像在所述第一和第 二圖像集中的位置的可變權(quán)重確定所述生成的心臟輪廓。所述圖像在圖像 集中的位置決定獲取心臟圖像的心臟周期時(shí)刻。通過這種方式，可以使不 同數(shù)據(jù)集中包含的圖像彼此相關(guān)，因?yàn)樗鼈儗儆谛呐K周期內(nèi)的同一時(shí)刻。 因此，所述生成的心臟輪廓將變得更加準(zhǔn)確。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例中，所述方法包括通過對所述第一、 第二、進(jìn)一步第一和進(jìn)一步第二心臟輪廓采用預(yù)定權(quán)重確定所述生成的心 臟輪廓。例如，可以將這樣的預(yù)定權(quán)重存儲(chǔ)在能夠快速訪問的査詢表中， 因此縮短了確定生成的心臟輪廓的計(jì)算時(shí)間。此外，可以為所述進(jìn)一步輪 廓提供更大的權(quán)重，尤其是在人工指定所述進(jìn)一步輪廓的情況下，這是因 為可以信任這樣的人工指定的進(jìn)一步輪廓，從而提供經(jīng)分割的輪廓的更好 結(jié)果。所述進(jìn)一步輪廓也可以涉及用戶實(shí)施的對將圖像集分割成第一心臟 輪廓的分割的校正或確認(rèn)。在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例中，所述方法包括通過對所述第一、 第二、進(jìn)一步第一和進(jìn)一步第二心臟輪廓采用取決于心臟的自適應(yīng)權(quán)重確 定所述生成的心臟輪廓。這樣的自適應(yīng)權(quán)重可以是與患者相關(guān)的。例如， 對于具有相當(dāng)大的重量的患者而言，不同應(yīng)力水平的圖像之間的差異要大 于具有較低體重的患者的相應(yīng)圖像差異。因此，不同應(yīng)力水平下的相關(guān)圖 像的檢測心臟輪廓可能存在更大的差異，生成的心臟輪廓必須將這一點(diǎn)考 慮在內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例中，所述方法包括采用所述第一圖 像集內(nèi)的第一圖像和所述第二圖像集中的第二圖像之間的距離確定生成的 心臟輪廓?？梢杂伤鰣D像顯示的心臟周期的相態(tài)表示這一距離。所述圖 像在不同圖像集內(nèi)的相態(tài)內(nèi)相隔越大，所述距離就會(huì)變得越長。采用這一 信息是為了使生成的心臟輪廓受益。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一實(shí)施例中，所述方法包括采用來自所述分 割和所述進(jìn)一步分割的時(shí)間信息確定所述生成的心臟輪廓。有利地，所述 時(shí)間信息涉及心臟周期的特征時(shí)段的相對長度，其在較高的應(yīng)力水平上發(fā) 生變化。其導(dǎo)致了所述圖像在不同的圖像集上存在錯(cuò)位。通過在確定生成 的心臟輪廓時(shí)將這一點(diǎn)考慮在內(nèi)，所述結(jié)果將變得更加準(zhǔn)確。
本發(fā)明的另一目的在于提供根據(jù)開篇段落的能夠以更為有效的方式實(shí) 現(xiàn)功能圖像中的心臟輪廓的繁殖的計(jì)算機(jī)服務(wù)器、計(jì)算機(jī)客戶端、系統(tǒng)、 醫(yī)學(xué)成像工作站和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這一目的
- 所述計(jì)算機(jī)服務(wù)器包括用于處理根據(jù)本發(fā)明的方法的處理器；
- 所述計(jì)算機(jī)客戶端包括用于使用戶調(diào)用根據(jù)本發(fā)明的方法的輸 入模塊；用于接收調(diào)用根據(jù)本發(fā)明的方法所得到的生成的心臟輪廓的接收 模塊；用于顯示所述第一和第二圖像集內(nèi)的生成的心臟輪廓的顯示器；以 及用于處理所述調(diào)用、所接收的結(jié)果和顯示的處理器；
- 所述系統(tǒng)包括多維心臟圖像集，其包括心臟的第一圖像集；以 及心臟的第二圖像集，其中，對所述第一圖像集分割，生成針對所述第一 圖像集內(nèi)的每一圖像的相應(yīng)的第一心臟輪廓；并且對所述第二圖像集進(jìn)行 分割，生成針對所述第二圖像集內(nèi)的每一圖像的相應(yīng)的第二心臟輪廓，所 述系統(tǒng)包括用于由所述第一心臟輪廓和第二心臟輪廓針對所述第一圖集內(nèi)的每一圖像和所述第二圖像集內(nèi)的每一圖像確定生成的心臟輪廓的確 定模塊
- 所述醫(yī)學(xué)成像工作站包括根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)；以及
- 所述將由計(jì)算機(jī)裝置加載的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于分析多維心
臟圖像集的指令，所述多維心臟圖像集包括心臟的第一圖像集；以及心臟 的第二圖像集，其中，對所述第一圖像集進(jìn)行分割，生成針對所述第一圖 像集中的每一圖像的相應(yīng)的第一心臟輪廓；并且對所述第二圖像集進(jìn)行分 割，生成針對所述第二圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第二心臟輪廓，所述 計(jì)算機(jī)裝置包括處理單元和存儲(chǔ)器，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在加載之后為所 述處理單元提供了執(zhí)行下述任務(wù)的能力，即，根據(jù)所述第一心臟輪廓和第 二心臟輪廓為所述第一圖像集中的每一圖像和所述第二圖像集中的每一圖 像確定生成的心臟輪廓。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施例，所述心臟的第一圖像集和心臟的第二圖 像集涉及不同的心應(yīng)力水平。"應(yīng)力水平" 一詞是指"心應(yīng)力水平"的同 義詞，其含義包括安靜狀態(tài)，從而"兩個(gè)不同的應(yīng)力水平"可以是"安靜 狀態(tài)"和"不同于安靜狀態(tài)的應(yīng)力水平"?；蛘?，"兩個(gè)不同的應(yīng)力水平" 可以是"不同于安靜狀態(tài)的第一應(yīng)力水平"和"不同于安靜狀態(tài)并且不同 于所述第一應(yīng)力水平的第二應(yīng)力水平"。在心臟的第一圖像集和心臟的第 二圖像集涉及不同的心應(yīng)力水平時(shí)，所述方法提供了將輪廓從處于心臟的 一個(gè)應(yīng)力水平的圖像繁殖至心臟的處于另一應(yīng)力水平的圖像的方式，這一 點(diǎn)是有利的，因?yàn)楦鱾€(gè)圖像明顯相關(guān)。由此，所述方法提供了對在不同的 應(yīng)力水平上獲得的心臟圖像集的改進(jìn)分割。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一實(shí)施例中，對第一圖像集進(jìn)一步分割得到 進(jìn)一步相應(yīng)的第一心臟輪廓；對第二圖像集進(jìn)一步分割得到進(jìn)一步相應(yīng)的 第二心臟輪廓，系統(tǒng)的確定模塊被設(shè)置為根據(jù)所述第一心臟輪廓、第二心 臟輪廓、進(jìn)一步第一心臟輪廓和進(jìn)一步第二心臟輪廓為所述第一圖像集內(nèi) 的每一圖像和所述第二圖像集內(nèi)的每一圖像確定生成的心臟輪廓。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的又一實(shí)施例，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于使用戶人 工指定所述進(jìn)一步相應(yīng)的第一心臟輪廓和/或進(jìn)一步相應(yīng)的第二心臟輪廓的 輸入模塊。在適用時(shí)，將取得與參考根據(jù)本發(fā)明的方法描述的相同的益處。應(yīng)當(dāng) 注意，將心臟的擴(kuò)張和收縮周期中的各個(gè)心臟構(gòu)造稱為相態(tài)。此外，將所 獲得的作為心臟的不同截面圖的心臟圖像稱為片層。"分割"一詞旨在表 示將數(shù)字圖象劃分成多個(gè)區(qū)域(像素集合)的過程?？梢圆捎脠D像分割對 圖像中的目標(biāo)和邊界(直線、曲線等)定位。圖像分割的結(jié)果是共同覆蓋 整個(gè)圖像的區(qū)域的集合，或者是從所述圖像提取的輪廓的集合。區(qū)域內(nèi)的 像素相對于某一特征或計(jì)算特性，例如，顏色、強(qiáng)度或紋理而言是類似的。 相鄰區(qū)域相對于(一個(gè)或多個(gè))相同特征存在顯著的不同。最后，"繁殖 心臟輪廓"旨在表示例如從一個(gè)相態(tài)到另一個(gè)相態(tài)，從一個(gè)片層到另一個(gè) 片層，或從一個(gè)應(yīng)力水平到另一個(gè)應(yīng)力水平"對心臟輪廓進(jìn)行復(fù)制和重新 整形"或者表示所述操作的組合。


通過參考下文所述在附圖中給出了圖示的實(shí)施例，本發(fā)明的上述和其 他方面將變得顯而易見并得到闡釋。附圖示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種方式， 不應(yīng)將其推斷為構(gòu)成限制，其他可能的實(shí)施例同樣落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
圖1示出了處于安靜狀態(tài)下和處于應(yīng)力下的容量一時(shí)間曲線； 圖2示出了在功能應(yīng)力檢査中獲取的圖像的相態(tài)一應(yīng)力矩陣；以及 圖3是本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
, 圖l是示出了處于安靜狀態(tài)下的容量一時(shí)間曲線ll以及處于心臟應(yīng)力 下的容量一時(shí)間曲線12的圖示。該圖的橫軸表示時(shí)間，縱軸表示左心室血 容量。實(shí)線11示意性地表示處于安靜狀態(tài)下的左心室血容量，虛線12表 示處于不同于安靜狀態(tài)的應(yīng)力水平下的左心室血容量。由于和處于應(yīng)力水 平下的心率相比處于安靜狀態(tài)下的心率較低，因而處于安靜狀態(tài)下的人的 心臟周期的持續(xù)時(shí)間比處于不同于安靜狀態(tài)的應(yīng)力水平下的人的心臟周期 的持續(xù)時(shí)間長。但是，圖l的兩個(gè)曲線ll、 12已經(jīng)得到了調(diào)整，從而使其 長度相同，這樣易于比較。從圖1可以看出，在安靜狀態(tài)下和不同于安靜 狀態(tài)的應(yīng)力水平下，心臟周期的被稱為心室收縮期、心舒期和心房收縮期的特征時(shí)段的相對長度是不同的，這引起所述曲線的時(shí)間錯(cuò)位。在心室收 縮期，心室收縮，從而使心室容積降低。心室收縮期之后是心舒期，在心 舒期中，心室松弛，從而使其體積再次增大。接著，在心舒期之后是心房 收縮期，在心房收縮期，心房將血液泵送到心室當(dāng)中，從而使得心室容積 進(jìn)一步增大。
本發(fā)明采用了最佳輪廓繁殖，即，在建立圖像的(一個(gè)或多個(gè))輪廓 時(shí)適當(dāng)?shù)乜紤]了其他圖像中的輪廓，從而利用了圖像和來自所獲取的圖像 的輪廓之間的關(guān)系?，F(xiàn)有的半自動(dòng)分割工具提供了逐相態(tài)繁殖心臟輪廓， 即，對其進(jìn)行復(fù)制和重新整形的手段。類似地，可以將來自一個(gè)壓力水平 的輪廓直接繁殖至另一水平。但是，出于兩個(gè)原因，所述繁殖的結(jié)果是次 最佳的。
首先，如圖1所示，在不同應(yīng)力水平下心臟周期的特征時(shí)段的相對長 度不同于處于安靜狀態(tài)下的心臟周期的對應(yīng)特征時(shí)段，這實(shí)際上導(dǎo)致了時(shí) 間錯(cuò)位。其次，從一個(gè)應(yīng)力水平到另一應(yīng)力水平的直接繁殖忽視了目標(biāo)應(yīng) 力水平的相態(tài)之間的關(guān)系。
本發(fā)明分析了來自不同繁殖路徑的多個(gè)生成的輪廓，即，為一個(gè)圖像 集中的圖像確定生成的輪廓是以所述圖像本身和兩個(gè)或更多圖像集中的圖 像的分割為基礎(chǔ)的，并且指示了所述圖像本身和兩個(gè)或更多圖像集中的圖 像的分割的相對重要性或權(quán)重。
圖2示出了在功能應(yīng)力檢査中獲取的圖像的相態(tài)一應(yīng)力矩陣。圖2是
取自25個(gè)相態(tài)和5個(gè)不同的應(yīng)力水平的圖像的集合的圖示。可以通過任何 適當(dāng)?shù)哪B(tài)，例如磁共振(MR)、計(jì)算機(jī)層析成像(CT)和超聲(US)獲 得所述圖像。所述功能心臟圖像由多個(gè)相態(tài)和多個(gè)片層構(gòu)成；但是，在圖2 中，未示出涉及不同片層的圖像。因而，圖2所示的圖像的集合可以涉及 任何通過心臟的片層，而且可以有利地采用多個(gè)其他由通過心臟的其他片 層的圖像構(gòu)成的集合對所述集合加以補(bǔ)充。在圖2中示出了由虛線構(gòu)成的 網(wǎng)格。橫向和縱向虛線之間的每一交點(diǎn)對應(yīng)于一幅圖像。但是，為了簡單 起見在圖2中僅示出了所述圖像中的一些。同樣為了簡單起見，在圖2中 僅示出了 25個(gè)相態(tài)中的九個(gè)。應(yīng)當(dāng)注意，除了 25以外的其他數(shù)量或相態(tài) 也可能是適當(dāng)?shù)?，不?yīng)將該數(shù)量視為限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意，可以將圖2的相態(tài)一應(yīng)力矩陣中的圖像看作是處于不同相態(tài)的心臟的五個(gè)圖像集，其 中，所述五個(gè)圖像集對應(yīng)于心臟的不同應(yīng)力水平?；蛘?，心臟的圖像集可 以涉及取自心臟的搏動(dòng)周期中的不同片層位置和相態(tài)位置的圖像的相態(tài)一 片層矩陣，另一圖像集可能涉及取自另一應(yīng)力水平的圖像的對應(yīng)相態(tài)一片 層矩陣。
現(xiàn)有的輪廓繁殖工具提供了從圖像I()，o繁殖至圖像I,，o的手段。相應(yīng)地， 可以沿從圖像Io,o到圖像I(U的應(yīng)力方向繁殖輪廓。對于相態(tài)一應(yīng)力矩陣中 的任何圖像而言，可以通過按照不同的順序拼接繁殖而獲得多個(gè)心臟輪廓。 例如，在給定圖像Io，()的心臟輪廓的情況下，要想獲得圖像11()，4的心臟輪廓， 能夠按照其拼接繁殖的順序的數(shù)量為1001，該數(shù)量是采用二項(xiàng)式系數(shù)14C1() 計(jì)算的。
根據(jù)本發(fā)明，將圖2的相態(tài)一應(yīng)力矩陣中的圖像中的每者分割成相應(yīng)
的心臟輪廓。本發(fā)明涉及利用對一些或所有其他圖像的分割的了解優(yōu)化這 一初始分割，從而獲得最佳心臟輪廓?？梢圆捎酶鞣N方法從這樣的多個(gè)初 始心臟輪廓獲得最佳心臟輪廓。根據(jù)本發(fā)明的方法之一采用了對所述輪廓 的加權(quán)求平均。圖像之間的關(guān)系決定著用于實(shí)施成像的權(quán)重。緊密相關(guān)的 圖像將比其他圖像獲得更高的權(quán)重。因此，相鄰相態(tài)和在相鄰的應(yīng)力水平 中最為相像的圖像將對分割結(jié)果造成最大的影響。
此外，可以在工作流引導(dǎo)的應(yīng)用當(dāng)中應(yīng)用本發(fā)明的方法從而計(jì)算并繁 殖人工輪廓校正。從而為熟練的用戶提供了校正和/或確認(rèn)處于某一應(yīng)力水 平的任何相態(tài)上的圖像的心臟輪廓的機(jī)會(huì)。之后，這些校正和/或這些經(jīng)確 認(rèn)的輪廓將被繁殖至下一應(yīng)力水平，在該應(yīng)力水平上，用戶將再次獲得校 正和/或確認(rèn)心臟輪廓的機(jī)會(huì)。通過這種方式，俘獲并繁殖由用戶的校正和/ 或確認(rèn)提供的信息。還可以由進(jìn)一步相應(yīng)的心臟輪廓表示所述經(jīng)校正和/或 確認(rèn)的輪廓。
將一個(gè)應(yīng)力水平上的校正和/或確認(rèn)繁殖到其他應(yīng)力水平上，這樣只需 對類似的缺陷校正一次。因此，能夠更為有效地執(zhí)行整個(gè)分析，并顯著縮 短總分割時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的方法控制了輪廓繁殖?？梢詫⑤喞敝扯x為任何能夠 根據(jù)輪廓在其他圖像中的位置而在一幅圖像中對輪廓定位的算法?？梢圆捎酶鞣N技術(shù)實(shí)現(xiàn)輪廓繁殖，所有的這些技術(shù)都將采用本發(fā)明加以控制。已 知的輪廓繁殖算法利用了明確的活動(dòng)輪廓(也叫做蛇形線)、隱含活動(dòng)輪廓 (也叫做水平集)、圖表剪切、動(dòng)態(tài)編程方法、圖像配準(zhǔn)方法或者前述方法 的組合。本發(fā)明能夠通過類似的方式控制表面繁殖，其中，可以將所述表 面繁殖實(shí)現(xiàn)為所述方法的3D擴(kuò)展。
本發(fā)明由針對相態(tài)一應(yīng)力矩陣中的圖像的多個(gè)繁殖結(jié)果獲得了最佳輪 廓繁殖結(jié)果，這一點(diǎn)也可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)。
可以采用第一加權(quán)求均值從所述多個(gè)分割結(jié)果獲得單個(gè)分割。對于這 樣的實(shí)現(xiàn)而言，可以通過多種方式分配權(quán)重?？梢葬槍ρ貞?yīng)力方向的繁殖 和沿相態(tài)方向的繁殖采用固定權(quán)重。此外，可以根據(jù)在所述相態(tài)一應(yīng)力矩 陣中涵蓋的距離設(shè)置所述權(quán)重。稍加完善的方法可以在采用査詢表中定義 的針對所有繁殖的最佳權(quán)重，其中，所述查詢表是在訓(xùn)練階段得到的。還 可以通過以自適應(yīng)的方式確定權(quán)重，例如，通過根據(jù)輪廓繁殖的質(zhì)量設(shè)置 權(quán)重而使得所述實(shí)現(xiàn)更具有患者針對性。
作為采用由不同繁殖提供的多個(gè)輪廓的加權(quán)求均值的替代方案，可以 采用選擇技術(shù)獲得單個(gè)最佳分割?？梢酝ㄟ^所述相態(tài)一應(yīng)力矩陣計(jì)算最低 成本路徑。這些路徑可以以通過所述矩陣行進(jìn)的距離為基礎(chǔ)，或者再次由 輪廓繁殖的質(zhì)量決定?？梢葬槍γ總€(gè)患者計(jì)算這些最低成本路徑，但是也 可以在訓(xùn)練階段先驗(yàn)確定這些最低成本路徑。
最后，可以利用由所述分割導(dǎo)出的信息通過迭代方法獲得更為準(zhǔn)確的 結(jié)果。例如，可以采用由所述分割導(dǎo)出的容量一時(shí)間曲線(參考圖1)改善 各個(gè)應(yīng)力水平之間的時(shí)間匹配，其有助于對分割等加以改進(jìn)。
利用若干初始心臟輪廓確定由每一圖像集的每幅圖像中的初始心臟輪 廓獲得的結(jié)果或最佳心臟輪廓。如上所述，存在若干種對不同初始心臟輪 廓的影響加權(quán)的方式。應(yīng)當(dāng)注意，這一加權(quán)可以涉及圖像集合中的所有圖 像的所有心臟輪廓，或者可以僅采用所述圖像中的一些為圖像集中的圖像 確定生成的心臟輪廓。此外，可以為作為進(jìn)一步分割的例子的經(jīng)校正的輪 廓提供額外的權(quán)重，因?yàn)槠浔茸詣?dòng)獲得的分割更加可靠。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法100的流程圖。所述方法被設(shè)置為分析多維 心臟圖像集。所述心臟圖像集包括心臟的第一圖像集、心臟的第二圖像集，所述心臟優(yōu)選為同一心臟。所述方法100開始于步驟110，繼續(xù)至步驟120，
其中，針對第一圖像集中的每一圖像將心臟的第一圖像集分割成相應(yīng)的第
一心臟輪廓。在步驟130中，針對第二圖像集中的每一圖像將心臟的第二 圖像集分割成相應(yīng)的第二心臟輪廓。應(yīng)當(dāng)注意，盡管將步驟130示為跟在 步驟120之后，但是步驟120可以跟在步驟130之后，或者可以同時(shí)執(zhí)行 步驟120和步驟130。
在任選的步驟140中，對第一圖像集進(jìn)一步分割，從而得到進(jìn)一步相 應(yīng)第一心臟輪廓，對第二圖像集進(jìn)一步分割，從而獲得進(jìn)一步相應(yīng)第二心 臟輪廓。可以當(dāng)作對所述第一圖像集和/或所述第二圖像集中的一幅或多幅 圖像中的分割的校正來獲得這一進(jìn)一步分割；所述校正可以由用戶通過迭 代的方式完成。此外，所述經(jīng)過進(jìn)一步分割的輪廓可以包括用戶確認(rèn)的未 經(jīng)校正的輪廓。在用戶人工確認(rèn)或校正輪廓時(shí)，可以為這樣的經(jīng)確認(rèn)或校 正的輪廓賦予高信任度。
基于在步驟120、 130中獲得的分割和在步驟140中獲得的進(jìn)一步分割 或校正，所述方法進(jìn)行至步驟150，在所述步驟中，由所述第一心臟輪廓、 第二心臟輪廓、進(jìn)一步相應(yīng)第一心臟輪廓和進(jìn)一步相應(yīng)第二心臟輪廓獲得 針對所述第一圖像集內(nèi)的每一圖像和所述第二圖像集中的每一圖像的結(jié)果 或最佳心臟輪廓。如上所述，可以利用針對同一圖像集中的其他圖像以及 針對其他圖像集中的圖像的適當(dāng)權(quán)重獲得針對每一圖像的結(jié)果或最佳心臟 輪廓。所述權(quán)重中的一些可以是零，這樣就不會(huì)通過將所有的圖像考慮在 內(nèi)來獲得圖像的最佳輪廓?；蛘撸梢圆捎脙蓤D像集中的所有圖像來獲得 圖像的最佳輪廓。所述方法結(jié)束于步驟160。
例如，可以將本發(fā)明應(yīng)用于在不同水平的藥理學(xué)誘發(fā)應(yīng)力上實(shí)施的多 巴酚丁胺應(yīng)力磁共振(DSMR)、短軸(SA)攝影心臟MR (CMR)掃描。 當(dāng)前以可見的方式完成了對這些掃描的綜合分析，但是對這些掃描的綜合 分析優(yōu)選由所有應(yīng)力水平上的心室功能和壁運(yùn)動(dòng)的量化構(gòu)成，這要求描繪 所有獲取圖像中的心肌層。首先，在給定安靜狀態(tài)下的心臟輪廓的情況下 獲得所有應(yīng)力掃描的心臟輪廓。可以采用在G丄，T.F. Hautvast等人的 "Automatic Contour Propagation in Cine Cardiac Magnetic Resonance Images" , IEEE TMI 25(11):1472-1482， 2006中描述并證實(shí)的輪廓繁殖算法快速、準(zhǔn)確地獲得處于靜止?fàn)顟B(tài)下的心臟輪廓，這樣只需人工描繪處于靜
止?fàn)顟B(tài)下的ED片層。本發(fā)明可以采用下述三個(gè)步驟。首先，利用J.V. Hajnal 等人的 "Medical Image Registration" ， CRC Press, 2001執(zhí)行來自不同應(yīng)力 水平的圖像之間的仿射配準(zhǔn)。接下來，采用G丄.T.F. Hautvast等人的 "Automatic Contour Propagation in Cine Cardiac Magnetic Resonance Images",正EE TMI 25(11):1472-1482， 2006的活動(dòng)輪廓將輪廓從一個(gè)應(yīng)力 水平繁殖至另一應(yīng)力水平。之后，逐相態(tài)繁殖生成的心舒期末輪廓。采用 V. Chalana等人的 "A Methodology for Evaluation of Boundary Detection Algorithms on Medical Images"，正EE TMI 16(5):642陽652, 1997中的重復(fù)求 均值算法(RAA)，借助來自在各個(gè)應(yīng)力水平上的繁殖的結(jié)果對這一隨著時(shí) 間的推移實(shí)施的繁殖的結(jié)果求均值，從而獲得隨時(shí)間推移的相干心臟輪廓。 應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例旨在對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而不是對其做出 限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不背離權(quán)利要求的范圍的情況下設(shè)計(jì)出 很多備選的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)當(dāng)任何放置在括號內(nèi)的附圖標(biāo)記 推斷為限制所述權(quán)利要求。"包括" 一詞不排除權(quán)利要求中列舉的元件或 步驟以外的元件或步驟的存在。元件前的單數(shù)冠詞"一"或"一個(gè)"不排 除存在復(fù)數(shù)個(gè)這樣的元件?？梢岳冒◣讉€(gè)不同元件的硬件，也可以利 用適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在列舉了幾個(gè)機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)權(quán)利要求中， 可以在同一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀軟件或同一個(gè)硬件內(nèi)體現(xiàn)這些機(jī)構(gòu)中的幾個(gè)。在 互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些措施不表示不能有利地采用這些措施 的組合。
權(quán)利要求
1、一種用于分析多維心臟圖像集的方法，所述多維心臟圖像集包括-心臟的第一圖像集；以及-心臟的第二圖像集，其中對所述第一圖像集進(jìn)行分割，生成針對所述第一圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第一心臟輪廓；以及對所述第二圖像集進(jìn)行分割，生成針對所述第二圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第二心臟輪廓，所述方法包括-根據(jù)所述第一心臟輪廓和所述第二心臟輪廓為所述第一圖像集中的每一圖像和所述第二圖像集中的每一圖像確定生成的心臟輪廓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述心臟的第一圖像集和所述心臟的第二圖像集涉及不同的心應(yīng)力水平。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法，其中，對所述第一圖像集進(jìn)一步分割，從而生成另外的相應(yīng)的第一心臟輪廓；以及對所述第二圖像集進(jìn)一步分割，從而生成另外的相應(yīng)的第二心臟輪廓，所述方法包括根據(jù)所述第一心臟輪廓、所述第二心臟輪廓、所述另外的第一心臟輪廓和所述另外的第二心臟輪廓為所述第一圖像集中的每一圖像和所述第二圖像集中的每 一 圖像確定生成的心臟輪廓。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其中，人工指定所述另外的相應(yīng)的第一心臟輪廓和/或所述另外的相應(yīng)的第二心臟輪廓。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所述方法，所述方法包括通過對所述第一、第二、另外的第一和另外的第二心臟輪廓采用固定權(quán)重確定所述生成的心臟輪廓。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所述方法，所述方法包括通過對所述第一、第二、另外的第一和另外的第二心臟輪廓采用取決于圖像在所述第一和第二圖像集中的圖像的位置的可變權(quán)重確定所述生成的心臟輪廓。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所述方法，所述方法包括通過對所述第一、第二、另外的第一和另外的第二心臟輪廓采用預(yù)定權(quán)重確定所述生成的心臟輪廓。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所述方法，所述方法包括通過對所述第一、第二、另外的第一和另外的第二心臟輪廓采用取決于所述心臟的自適應(yīng)權(quán)重確定所述生成的心臟輪廓。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所述方法，所述方法包括采用所述第一圖像集內(nèi)的第一圖像和所述第二圖像集中的第二圖像之間的距離確定所述生成的心臟輪廓。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一項(xiàng)所述方法，所述方法包括采用來自所述分割和所述進(jìn)一步分割的時(shí)間信息確定所述生成的心臟輪廓。
11、 一種計(jì)算機(jī)服務(wù)器，其包括用于處理根據(jù)權(quán)利要求1到10中的任何一項(xiàng)所述方法的處理器。
12、 一種計(jì)算機(jī)客戶端，包括- 用于使用戶調(diào)用根據(jù)權(quán)利要求1到10中的任何一項(xiàng)的方法的輸入模塊；- 用于接收調(diào)用根據(jù)權(quán)利要求1到10中的任何一項(xiàng)所述方法的生成的心臟輪廓的接收模塊；- 用于顯示所述第一和第二圖像集內(nèi)的生成的心臟輪廓的顯示器；以及- 用于處理所述調(diào)用、所接收的結(jié)果和所述顯示的處理器。
13、 一種用于分析多維心臟圖像集的系統(tǒng)，所述多維心臟圖像集包括:- 心臟的第一圖像集；以及- 心臟的第二圖像集，其中對所述第一 圖像集進(jìn)行分割，生成針對所述第一 圖像集中的每一 圖像的相應(yīng)的第一心臟輪廓；以及對所述第二圖像集進(jìn)行分割，生成針對所述第二圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第二心臟輪廓，所述系統(tǒng)包括用于根據(jù)所述第一心臟輪廓和所述第二心臟輪廓為所述第一圖像集中的每一個(gè)圖像和所述第二圖像集中的每一圖像確定生成的心臟輪廓的確定模塊。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述心臟的第一圖像集和所述心臟的第二圖像集涉及不同的心應(yīng)力水平。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述系統(tǒng)，其中，對所述第一圖像集進(jìn)一步分割，得到另外的相應(yīng)的第一心臟輪廓；以及對所述第二圖像集進(jìn)一步分割，得到另外的相應(yīng)的第二心臟輪廓，所述系統(tǒng)的所述確定模塊被設(shè)置為根據(jù)所述第一心臟輪廓、所述第二心臟輪廓、所述進(jìn)一步第一心臟輪廓和所述進(jìn)一步第二心臟輪廓為所述第一圖像集中的每一圖像，以及所述第二圖像集中的每一圖像確定所述生成的心臟輪廓。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括輸入模塊，其 使用戶人工指定所述另外的相應(yīng)的第一心臟輪廓和/或所述另外的相應(yīng)的第 二心臟輪廓。
17、 一種包括根據(jù)權(quán)利要求13所述系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像工作站。
18、 一種將由計(jì)算機(jī)裝置加載的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于分析多 維心臟圖像集的指令，所述多維心臟圖像集包括心臟的第一圖像集；以及心臟的第二圖像集，其中，對所述第一圖像集進(jìn)行分割，生成針對所述第一圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第一心臟輪廓；并且對所述第二圖像集進(jìn) 行分割，生成針對所述第二圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第二心臟輪廓， 所述計(jì)算機(jī)裝置包括處理單元和存儲(chǔ)器，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在加載之后 為所述處理單元提供了執(zhí)行下述任務(wù)的能力，即，根據(jù)所述第一心臟輪廓 和所述第二心臟輪廓為所述第一圖像集中的每一圖像以及所述第二圖像集 中的每一圖像確定生成的心臟輪廓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于分析多維心臟圖像集的方法，所述多維心臟圖像集包括心臟的第一圖像集；以及心臟的第二圖像集，其中，對所述第一圖像集進(jìn)行分割，從而得到針對所述第一圖像集內(nèi)的每一圖像的相應(yīng)的第一心臟輪廓；以及對所述第二圖像集進(jìn)行分割，從而得到針對所述第二圖像集中的每一圖像的相應(yīng)的第二心臟輪廓；所述方法包括根據(jù)所述第一心臟輪廓和所述第二心臟輪廓為所述第一圖像集中的每一圖像和所述第二圖像集中的每一圖像確定生成的心臟輪廓。
文檔編號G06T7/00GK101675456SQ200880014628
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月4日
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