РЕКОНСТРУКЦИЯ РАДИОНУКЛИДНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G06T5/50 A61B5/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к системе получения радионуклидного изображения объекта, причем система включает в себя входное устройство для приема радионуклидного изображения и морфологического изображения объекта, блок обработки, сконфигурированный для обработки изображения и генерирования скорректированного радионуклидного изображения с использованием морфологического изображения, и выходного устройства для предоставления скорректированного радионуклидного изображения.

Кроме того, данное изобретение относится к способу получения радионуклидного изображения движущегося объекта.

Изобретение также относится к компьютерному программному продукту.

Уровень техники изобретения

Однофотонный эмиссионный компьютерный томограф (SPECT) и позитронно-эмиссионный томограф (PET) являются самыми распространенными устройствами для визуализации в медицинской радиологии, которые используются для предоставления важной информации, например, о функционировании сердца или росте и положении опухоли. Фактором, осложняющим процедуры SPECT и PET, является то, что дыхание пациентов приводит к движению изображаемых объектов.

В отличие от CT (компьютерного томографа), в котором через тело посылается луч, а датчик измеряет линейный интеграл на противоположной стороне, сигнал в SPECT и PET исходит из радиоактивной метки, находящейся внутри тела. Таким образом, точное положение источника сигнала предварительно не известно, вследствие того, что также не известно, какое количество сигнала было поглощено посредством других образований на пути к датчику. Однако, если дополнительно обеспечивается морфологическая и физическая информация о полученной области, то может быть выполнена коррекция поглощения на изображении SPECT или PET. Необходимая информация, как правило, обеспечивается посредством дополнительного получения изображений MRI (магнитного резонансного томографа) или CT, где MRI является эффективным вследствие того, что он не подвергает объект ионизирующему излучению, в то время как CT имеет преимущество в том, что показатели ослабления могут выводиться непосредственно из данных. Соответствующие шкалы, которые содержат информацию о поглощении в морфологическом изображении, называются шкалами ослабления.

Поскольку во время получения изображения пациент дышит свободно, полученные изображения SPECT и PET содержат серьезные артефакты, связанные с движением. Во время дыхательного движения, положения многих органов в значительной степени отклоняются, причем большинство из них также значительно деформируются. Вследствие этого дыхательного движения, очень трудно обеспечить точную шкалу ослабления для предоставления правильной морфологической информации для радионуклидного изображения. В этом контексте следует отметить, что задержка дыхания не является выходом, вследствие долгого времени получения сканограмм SPECT и PET.

В прошлом было предложено несколько решений для борьбы с проблемами, вызванными движениями объекта при радионуклидной визуализации. Международная заявка на патент, опубликованная как WO 03/107275, описывает использование модели движения в сочетании с полученными изображениями CT для генерирования определенной для объекта физиологической модели. Определенная для объекта модель используется для регистрации изображений CT и изображений PET. Использование модели движения упрощает регистрацию выровненных в пространственном отношении изображений. Несмотря на то, что данная опубликованная заявка на патент действительно обеспечивает способ точного пространственного выравнивания изображений из различных устройств визуализации, на качество регистрируемых радионуклидных изображений все еще в значительной степени влияют дыхательные движения пациента.

Сущность изобретения

Целью изобретения является обеспечение способа получения высококачественного радионуклидного изображения движущегося объекта.

Изобретение определено посредством независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом изобретения, данная цель достигнута посредством обеспечения системы получения радионуклидного изображения движущегося объекта, причем система содержит входное устройство для получения радионуклидного изображения и морфологических изображений объекта, блок обработки, сконфигурированный для генерирования радионуклидного изображения с коррекцией на движение на основе информации о расчетном движении и полученного радионуклидного изображения, и выходное устройство для предоставления скорректированного радионуклидного изображения. Кроме того, блок обработки сконфигурирован для обработки морфологического изображения для получения информации о редких движениях объекта и использования информации о редких движениях и модели движения для получения информации о расчетном движении объекта.

Например, при получении радионуклидных изображений грудной клетки или верхнего отдела брюшной полости пациента, необходима варьирующаяся в зависимости от времени морфологическая информация для точного предоставления правильной морфологической информации для соответствующего радионуклидного изображения, а не информация в другой момент времени дыхательного цикла, в котором положения многих органов в значительной степени отклоняются, причем большинство из них также значительно деформируются. Несмотря на то, что доступны устройства, которые сочетают SPECT/PET с MRI/CT в одном приспособлении сканера, такие устройства не способны предоставить точную морфологическую информацию, подходящую для корректирования радионуклидных изображений в режиме реального времени. Например, сканеры MRI и CT не способны получать изображения большой области проекции в реальном времени. Кроме того, необходимая обработка сканограмм MRI/CT в режиме реального времени потребует огромного количества вычислительной мощности.

В системе в соответствии с изобретением, расчет движения и деформации органов пациента поддерживается через оптимизированные протоколы получения в устройствах морфологической визуализации посредством включения в их состав предварительной информации о дыхании в виде модели дыхания в процессе расчета. Следовательно, варьирующаяся в зависимости от времени морфологическая информация для корректирования радионуклидных изображений, которая значительно улучшает качество соответствующих изображений, может быть получена намного более эффективным способом. При использовании информации о редких движениях, вышеупомянутая модель движения (предпочтительно, получаемая из репрезентативной обследуемой группы пациентов) может быть приспособлена или параметризирована для того, чтобы могло быть рассчитано конкретное движение пациента, например, в виде поля векторов движения по всему телу. Следовательно, главное преимущество состоит в том, что нет необходимости в получении сканером подробного движения во всей представляющей интерес области, а только в нескольких важных положениях. При использовании информации о расчетных частых движениях, для реконструкции радионуклидного изображения может быть сгенерирована и использована информация о расчетных движениях.

Следует отметить, что в патенте WO 03/107275 A1 раскрывается использование основанных на CT шкал ослабления для корректирования радионуклидных (PET) изображений. Однако ослабление выполняется обычным способом. Модель движения используется исключительно для улучшения регистрации изображений из различных устройств визуализации, а не для улучшения коррекции радионуклидных изображений.

В предпочтительных вариантах осуществления, система содержит устройство радионуклидной визуализации и/или устройство морфологической визуализации.

Блок обработки может быть сконфигурирован для формирования варьирующейся в зависимости от времени шкалы ослабления, на основе информации о расчетном движении и для корректирования полученного радионуклидного изображения с использованием варьирующейся в зависимости от времени шкалы ослабления. При использовании варьирующейся в зависимости от времени шкалы ослабления, радионуклидные изображения могут быть скорректированы в режиме реального времени для наиболее эффективного предоставления высококачественных радионуклидных изображений.

В соответствии со вторым аспектом изобретения, обеспечен способ получения радионуклидного изображения движущегося объекта, причем способ содержит этапы использования устройства радионуклидной визуализации для получения радионуклидного изображения объекта с использованием устройства морфологической визуализации для получения морфологических изображений объекта, обработки морфологического изображения для получения информации о редких движениях объекта с использованием информации о редких движениях и модели движения для получения информации о расчетных движениях объекта, и формирования радионуклидного изображения с коррекцией движения на основе информации о расчетном движении и полученного радионуклидного изображения.

В соответствии с другим аспектом изобретения, система содержится в автоматизированном рабочем месте.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, обеспечен компьютерный программный продукт, обуславливающий выполнение процессором описанного выше способа.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что может быть объединено два или более вышеупомянутых вариантов осуществления, вариантов реализации и/или аспектов изобретения любым способом, который может быть сочтен целесообразным.

На основе настоящего описания специалистами в данной области техники могут быть выполнены модификации и изменения способа, автоматизированного рабочего места, системы и/или компьютерного программного продукта, которые соответствуют описанным модификациям и изменениям способа или системы.

Эти и другие аспекты изобретения очевидны из описанных ниже вариантов осуществления и будут объяснены со ссылкой на них.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

Фиг.1 схематично изображает вариант осуществления системы в соответствии с изобретением, и

Фиг.2 изображает схему последовательности операций иллюстративного способа в соответствии с изобретением.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 схематично изображен вариант осуществления системы обработки изображения в соответствии с изобретением. Система содержит входное устройство 14 для приема изображений из устройства 11 радионуклидной визуализации и из устройства 12 морфологической визуализации. Устройство 11 радионуклидной визуализации может, например, являться сканером PET или SPECT. Устройство 12 морфологической визуализации может, например, являться сканером CT или MRI. В дальнейшем, для изображения изобретения используется иллюстративный вариант осуществления с использованием сканера PET и сканера MRI. Как сканер 11 PET, так и сканер 12 MRI используются для формирования изображения выбранной области пациента.

В дальнейшем предполагается, что эта область является грудной клеткой/легкими/верхней частью тела пациента. Однако система также успешно может быть использована для обследований сердца и области живота такой, как печень. Сигнал в сканере 11 PET исходит из радиоактивной метки, находящейся при обследовании внутри тела пациента. Сканер 11 PET обнаруживает сигнал радиоактивной метки и добавляет отметку времени для времени обнаружения. Часы 13 обеспечены для добавления отметки времени. Сканер 12 MRI также сканирует пациента в определенных важных положениях для предоставления информации о редких движениях. Также измерения, предоставленные посредством сканера 12 MRI, предоставляются с отметкой времени. Предпочтительно, изображения PET и изображения MRI получаются одновременно, и оба сканера 11,12 используют одни и те же часы 13 для добавления отметок времени. Однако при использовании отдельных часов для добавления отметок времени, также является возможным выполнение точного расчета движений пациента при выполнении сканирования PET и сканирования MRI в различные моменты времени. Сканер 11 PET и/или сканер 12 MRI могут быть объединены в системе обработки изображения, или система обработки изображения может быть соединена с одним или с обоими сканерами 11, 12 через входное устройство 14.

Блок 15 обработки обеспечен для обработки полученных изображений PET и MRI. Изображения MRI содержат морфологическую информацию об обследованной области. Вместе с моделью движения, сохраненной в блоке 16 памяти, морфологические изображения используются для определения информации о редких движениях. В данном примере, дыхательное движение является самым важным типом движения, влияющим на качество изображений PET плоскости легких. Следовательно, используемая модель движения является моделью дыхания. В других ситуациях могут быть необходимы другие модели движения или комбинации моделей движения. Например, модель движения сердца может моделировать бьющееся сердце пациента.

Поскольку модель дыхания охватывает типичные параметры дыхания, она может быть параметризирована и приспособлена для расчета конкретного дыхательного движения пациента исходя из сокращенного ряда измерений, получающих информацию о дыхании, полученную в нескольких ключевых положениях, например, предоставленных посредством MR (магнитно-резонансных) навигационных отраженных сигналов (быстрого обнаружения сигналов вдоль параллельного пучка лучей и расчета места изменения ткани, исходя из изменения сигнала вдоль этой линии), или из ключевых проекций сканограммы CT в ключевых положениях.

Вследствие дыхательного движения пациента, необходимо несколько изображений MRI для получения достаточной информации для генерирования точной информации о редких движениях. При использовании этой информации о редких движениях, вышеупомянутая модель движения (предпочтительно, полученная из репрезентативной обследуемой группы больных) может быть приспособлена /параметризирована так, что может быть рассчитано конкретное для пациента движение, например, в виде поля векторов движения. Следовательно, главное преимущество заключается в том, что имеется необходимость получения сканером 12 MRI подробного движения не во всей представляющей интерес области, а только в нескольких ключевых положениях. При использовании поля расчетных частых движений для коррекции изображений PET может быть сгенерирована и использована варьирующаяся в зависимости от времени шкала ослабления.

Для гибридных систем, состоящих из системы SPECT/PET, граничащей с системой MR/CT, это дает возможность уменьшения итогового времени обнаружения и обследования. Для систем, построенных в одной плоскости, в которых получение изображения SPECT/PET и MR/CT происходит одновременно, уменьшение времени, необходимого для получения информации о движении, становится очень важным, в связи с тем, что главная задача сканнера MR/CT заключается в получении диагностической сканограммы представляющего интерес объема, в которой не должно быть значительных искажений.

Информация о расчетном движении, такая, как полученная из информации о редких движениях и модели движения, используется для корректирования полученных изображений PET. Скорректированные изображения также могут быть сохранены в блоке 16 памяти. Коррекция изображений PET может быть выполнена с использованием шкалы ослабления. Шкала ослабления содержит информацию о поглощении анатомических структур в области, отображаемой посредством сканера MRI.

Скорректированные изображения PET предоставляются на выходное устройство 17 системы. Например, скорректированные изображения отображаются на экране устройства отображения.

На фиг.2 изображена схема последовательности операций иллюстративного способа в соответствии с изобретением. Способ начинается с получения изображений с использованием устройства радионуклидной визуализации на этапе 21 радионуклидной визуализации, и получения изображений с использованием устройства морфологической визуализации на этапе 22 морфологической визуализации. Данные этапы 21, 22 могут быть выполнены одновременно, но также могут быть разделены по времени. На этапе 23 выделения редких движений, блок 15 обработки выводит шкалу редких движений из полученных морфологических изображений. Например, это может быть выполнено посредством отслеживания нескольких четко распознаваемых ключевых положений в последовательных изображениях. На этапе 24 расчета движения, шкала редких движений объединяется с моделью движения для получения информации о расчетном движении отображенного объекта или области. Информация о расчетном движении может, например, быть в форме поля векторов движения. Модель движения, предпочтительно, получается из репрезентативной обследуемой группы пациентов. Расчетное движение, такое, как определенное на этапе 24 расчета движения, используется для обеспечения схемы коррекции для радионуклидных изображений. Данная схема коррекции рассчитывается на этапе 25 подготовки к коррекции. Например, схема коррекции может являться варьирующейся в зависимости от времени шкалой ослабления. Также, в дополнение к расчетному движению, в качестве входных данных для этапа 25 подготовки к коррекции может быть использовано одно или несколько необработанных морфологических изображений. На этапе 26 коррекции радионуклидные изображения корректируются с использованием схемы коррекции. Затем, пользователю могут быть предоставлены выходные данные, например, через устройство отображения.

Следует принимать во внимание, что изобретение также распространяется на компьютерные программы, в частности компьютерные программы на носителе, приспособленные для применения изобретения на практике. Программа может существовать в виде исходного кода, объектного кода, промежуточного представления исходного кода и объектного кода такого, как частично скомпилированная форма или в любой другой форме, которая подходит для использования в варианте реализации способа в соответствии с изобретением. Также следует принимать во внимание, что такая программа может иметь много различных вариантов проектирования на уровне архитектуры. Например, программный код, реализующий функциональные возможности способа или системы в соответствии с изобретением, может подразделяться на одну или несколько подпрограмм. Для специалиста в данной области техники будет очевидно множество различных способов распределения функциональных возможностей между этими подпрограммами. Подпрограммы могут быть сохранены вместе в одном исполняемом файле для формирования независимой программы. Такой исполняемый файл может содержать исполняемые компьютером команды, например команды процессора и/или команды преобразователя данных (например, команды преобразователя на языке Java). Альтернативно, одна, несколько или все подпрограммы могут быть сохранены, по меньшей мере, в одном внешнем библиотечном файле и связаны с главной программой либо статично, либо динамически, например, во время выполнения. Главная программа содержит, по меньшей мере, один переход, по меньшей мере, к одной подпрограмме. Кроме того, подпрограммы могут содержать функциональные переходы друг к другу. Вариант осуществления, касающийся компьютерного программного продукта, содержит исполняемые компьютером команды, соответствующие каждому из этапов обработки, по меньшей мере, одного из изложенных способов. Данные команды могут быть подразделены на подпрограммы и/или сохранены в одном или нескольких файлах, которые могут быть связаны статично или динамически. Другой вариант осуществления, касающийся компьютерного программного продукта, содержит исполняемые компьютером команды, соответствующие каждому из средств, по меньшей мере, одной из изложенных систем и/или продуктов. Данные команды могут быть подразделены на подпрограммы и/или сохранены в одном или нескольких файлах, которые могут быть связаны статично или динамически.

Носитель компьютерной программы может являться любым объектом или устройством, способным к транспортированию программы. Например, носитель может включать в себя носитель данных такой, как ROM (постоянную память), например, CD-ROM, или полупроводниковую ROM или магнитный носитель информации, например, гибкий диск или жесткий диск. Кроме того, носитель может являться передающим носителем таким, как электрический или оптический сигнал, который может быть передан через электрический или оптический кабель, или по радио, или другим способом. Если программа реализована в таком сигнале, то несущая может состоять из такого кабеля или другого устройства или средства. Альтернативно, несущая может являться интегральной схемой, в которую встроена программа, причем интегральная схема может быть приспособлена для производства математических операций или для использования для выполнения рассматриваемого способа.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его, и что специалисты в данной области техники будут иметь возможность разработки множества альтернативных вариантов осуществления, без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, помещенные в круглых скобках, не должны рассматриваться в качестве ограничения формулы изобретения. Использование глагола "содержит" и его спряжений не исключает наличия отличных от заявленных в формуле изобретения элементов или этапов. Использование элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано при помощи аппаратных средств, содержащих несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения, относящемся к устройству, в котором перечислятся несколько средств, несколько средств могут быть реализованы посредством одного и того же элемента аппаратных средств. Сам факт того, что конкретные меры излагаются в различающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что для получения преимущества не может быть использовано сочетание этих мер.

Изобретение относится к области получения радионуклидного изображения. Техническим результатом является обеспечение получения высококачественного радионуклидного изображения движущегося объекта. Система содержит: входное устройство (14) для приема радионуклидного изображения и морфологических изображений объекта, блок (15) обработки, сконфигурированный для: обработки морфологических изображений для получения информации о редких движениях объекта, получения сокращенного ряда измерений от быстрого обнаружения сигналов вдоль параллельного пучка лучей, параметризации и адаптации модели движения для обеспечения расчета движения пациента из сокращенного ряда измерений, использования информации о редких движениях и модели движения для получения информации о расчетном движении объекта, генерирования варьирующейся в зависимости от времени шкалы ослабления на основе информации о расчетном движении, генерирования радионуклидного изображения с коррекцией движения на основе полученного радионуклидного изображения и варьирующейся в зависимости от времени шкалы ослабления, и выходное устройство (17) для предоставления исправленного радионуклидного изображения. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система получения радионуклидного изображения движущегося объекта, причем система содержит:
- входное устройство (14) для приема радионуклидного изображения и морфологических изображений объекта,
- блок (15) обработки, сконфигурированный для:
- обработки морфологических изображений для получения информации о редких движениях объекта,
- получения сокращенного ряда измерений от быстрого обнаружения сигналов вдоль параллельного пучка лучей,
- параметризации и адаптации модели движения для обеспечения расчета движения пациента из сокращенного ряда измерений,
- использования информации о редких движениях и модели движения для получения информации о расчетном движении объекта,
- генерирования варьирующейся в зависимости от времени шкалы ослабления на основе информации о расчетном движении,
- генерирования радионуклидного изображения с коррекцией движения на основе полученного радионуклидного изображения и варьирующейся в зависимости от времени шкалы ослабления, и
- выходное устройство (17) для предоставления исправленного радионуклидного изображения.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая устройство (11) радионуклидной визуализации для получения радионуклидного изображения объекта.

3. Система по п.2, в которой устройство (11) радионуклидной визуализации является сканером PET или SPECT.

4. Система по п.2, дополнительно содержащая устройство (12) морфологической визуализации для получения морфологического изображения объекта.

5. Система по п.4, в которой устройство (12) морфологической визуализации является сканером MRI или СТ.

6. Система по п.1, в которой блок (15) обработки сконфигурирован для получения информации о расчетном движении в виде поля векторов движения, и причем блок обработки дополнительно сконфигурирован для генерирования радионуклидного изображения с коррекцией движения на основе поля векторов движения и полученного радионуклидного изображения.

7. Способ получения радионуклидного изображения движущегося объекта, причем способ содержит этапы, на которых:
- (21) используют устройство радионуклидной визуализации для получения радионуклидного изображения объекта,
- (22) используют устройство морфологической визуализации для получения морфологических изображений объекта,
- (23) обрабатывают морфологические изображения для получения информации о редких движениях объекта,
- параметризуют и адаптируют модель движения для обеспечения расчета конкретного дыхательного движения пациента исходя из сокращенного ряда измерений, причем сокращенный ряд измерений получен из быстрого обнаружения сигналов вдоль параллельного пучка лучей посредством расчета места изменений ткани исходя из изменения сигнала вдоль параллельного пучка лучей;
- (24) используют информацию о редких движениях и модель движения для получения информации о расчетных движениях объекта,
- (25) генерируют варьирующуюся в зависимости от времени шкалу ослабления на основе информации о расчетном движении, и
- (26) используют варьирующуюся в зависимости от времени шкалу ослабления для корректирования полученного радионуклидного изображения для получения радионуклидного изображения с коррекцией движения.

8. Способ по п.7, в котором информация о расчетном движении содержит поле векторов движения, и при этом генерирование радионуклидного изображения с коррекцией движения основано на поле векторов движения и полученном радионуклидном изображении.

9. Компьютерно-читаемый носитель, содержащий компьютерный программный продукт, причем программа функционирует для того, чтобы предписывать процессору выполнять способ по п.7 или 8.

10. Автоматизированное рабочее место, содержащее систему, охарактерзованную в любом из пп.1-6.