ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПЕРФУЗИИ Российский патент 2015 года по МПК G06Q50/00 A61B6/03 G06T7/00 

Настоящее изобретение в целом относится к визуализации перфузии и находит конкретное применение в компьютерной томографической перфузии (CTP). Однако оно также пригодно для других применений в медицинской визуализации и применений не в медицинской визуализации, включая применения, где конечные результаты визуализации доступны после применения одной или нескольких стадий обработки, которые можно полностью или частично автоматизировать и/или которые основаны на интерактивном пользовательском вводе.

Визуализация компьютерной томографической перфузии (CTP) предоставляет информацию, которую можно использовать для облегчения диагностики пациентов с нарушением перфузии мозга, таких как пациенты с инсультом. В целом, обычная процедура CTP включает внутривенное введение контрастного вещества пациенту. Затем сканируют орган пациента, представляющий интерес, например мозг. Контрастное вещество является причиной временного повышения рентгеноплотности в этом органе, поскольку контрастное средство протекает через сосудистую структуру органа и вымывается из нее.

Захватывают данные и генерируют изображения для различных временных интервалов, чтобы следить за прохождением контрастного вещества через сосудистую структуру мозга. Полученные данные можно использовать для того, чтобы идентифицировать ишемизированную ткань и/или проводить различия между необратимо поврежденной тканью (некротизированной тканью или ядром инфаркта) и потенциально обратимо поврежденной тканью (тканью с повышенным риском или пенумброй инфаркта), например, у пациентов с инсультами.

Пакеты перфузионных приложений предоставляют пользователю интерактивный контроль над анализом данных изображения CTP. Такие пакеты можно использовать для генерации наглядных или графических карт параметров перфузии, указывающих карты церебрального кровотока (CBF), церебрального объема крови (CBV), среднего времени прохождения (MTT) и времени до пика (TTP) и сводных карт, основанных на картах параметров перфузии, которые указывают области гипоперфузии в мозге.

Такие карты помогают идентифицировать ядро и пенумбру инфаркта и могут влиять на принятие терапевтического решения, например, когда процентное отношение ядра к общей ишемической области (ядро плюс пенумбра) используют для принятия решения о применении тромболитической или другой терапии в попытке сохранить потенциально обратимо поврежденную ткань (пенумбру).

К сожалению, такой пользовательский контроль требует значительной степени взаимодействия с пользователем, что может сделать генерацию карт перфузии длительной и/или скучной задачей, подверженной ошибкам. Например, пользователь может быть должен проработать серию индивидуальных задач, таких как регистрация данных изображения, фильтрация данных изображения, генерация карты перфузии, идентификация сосудов в данных изображения, и т.п. Несмотря на то что автоматизация одного или нескольких этих заданий может снизить степень взаимодействия с пользователем, автоматизация также подвержена ошибкам, которые могут вести к неправильному диагнозу и/или терапевтическому решению.

Аспекты настоящей заявки относятся к указанным выше и другим вопросам.

Согласно одному аспекту, способ содержит исполнение, посредством анализатора данных, исполняемых компьютером инструкций, которые выбирают, без взаимодействия с пользователем, протокол обработки из электронного хранилища протоколов на основе данных визуализации и данных не визуализации, соответствующих пациенту, обработку, посредством анализатора данных, данных функциональной визуализации для субъекта с использованием выбранного протокола обработки в первом режиме обработки, и осуществление проверки достоверности обработанных данных.

Согласно другому аспекту, анализатор данных содержит селектор протокола, который выбирает протокол обработки из множества протоколов обработки, которые хранятся в хранилище протоколов, на основе данных визуализации и данных, не относящихся к визуализации пациента, процессор, который использует выбранный протокол обработки для обработки данных пациента для пациента без взаимодействия с пользователем, и модификатор протокола, который модифицирует выбранный протокол обработки на основе пользовательского ввода, если обработанные данные не прошли проверку достоверности, причем процессор использует модифицированный протокол обработки для обработки данных пациента.

Согласно другому аспекту, машиночитаемый носитель информации содержит инструкции, которые при исполнении компьютером предписывают компьютеру выполнять этапы: загрузки данных пациента, причем данные пациента содержат ввод для последующей обработки для получения данных диагностического изображения, выбора протокола обработки из базы данных без взаимодействия с пользователем и на основе данных визуализации и не визуализации для пациента, обработки данных пациента с использованием выбранного протокола обработки без взаимодействия с пользователем и модификацию выбранного протокола обработки и обработку данных пациента с использованием модифицированного протокола обработки, если обработанные данные не прошли проверку достоверности.

Изобретение можно реализовать в виде различных компонентов и компоновок компонентов, а также в виде различных этапов и последовательностей этапов. Чертежи приведены лишь в целях иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и их не следует рассматривать в качестве ограничения изобретения.

На фиг.1 изображен анализатор данных в связи с системой визуализации.

На фиг.2 изображен образцовый анализатор данных.

На фиг.3 изображен образцовый способ.

Следующее в целом относится к обработке данных пациента, таких как данные изображения и/или другие данные, используя протокол обработки, который выбирают на основе данных визуализации, данных, не относящихся к визуализации, и/или другой информации. Протокол обработки может представлять собой предварительно утвержденный протокол или модифицированный предварительно утвержденный протокол, который модифицируют, например, на основе данных изображения, данных, не относящихся к изображению, проверки достоверности и/или другой информации.

В одном случае обработку с использованием выбранного протокола автоматизируют так, что данные обрабатывают с использованием выбранного протокола без взаимодействия с пользователем. В таком случае одну или несколько проверок достоверности (автоматизированных и/или вручную) можно осуществлять во время и/или после обработки, и проверки можно использовать для облегчения определения, если протокол нужно корректировать, подходящие корректировки протокола и/или любую одну или несколько стадий обработки нужно выполнять при взаимодействии с пользователем. Затем можно снова обработать данные с использованием скорректированного протокола и/или в полуавтоматическом или ручном режиме. В другом варианте осуществления, обработка с использованием выбранного протокола исходно является полуавтоматической или ручной в том отношении, что данные обрабатывают с использованием протокола при взаимодействии с пользователем для некоторых или всех стадий обработки. Приведенное выше позволяет настраивать обработку исследования для пациента.

Также следует принимать во внимание, что такую обработку можно автоматически или вручную переключать между интерактивной, полуавтоматической и автоматической обработкой до, во время и/или после обработки данных пациента. Например, при условии, что обработку исходно настраивают на полностью автоматизированную обработку, система и/или пользователь может оценить информацию, такую как форма кривой зависимости концентрации от времени, физиологический параметр пациента, движение пациента, информация о введении контрастного вещества, местоположение эталонного сосуда, сгенерированная карта перфузии, такие параметры, как среднее время прохождения (MTT), церебральный объем крови (CBV), церебральный кровоток (CBF) и время до пика (TTP), выбранный протокол, доступные протоколы, данные изображения CTP, регистрация данных изображения, сегментация данных изображения и т.п., и может переключить режим обработки на полуавтоматический режим или интерактивный режим. Аналогичным образом, режим можно переключить с любого начального режима на один или несколько других режимов на основе доступной информации.

В целях объяснения приведенное выше описано более подробно ниже в связи с обработкой данных изображения CTP. Также можно обрабатывать другие данные и/или другие данные функциональной визуализации из других модальностей, таких как MR (магнитный резонанс), US (ультразвук), SPECT (однофотонная эмиссионная компьютерная томография), PET (позитронно-эмиссионная томография) и т.п. На фиг.1 изображен компьютерный томографический (CT) сканер 100, который содержит стационарный гентри 102 и поворотный гентри 104, который закреплен с возможность вращения на стационарном гентри 102.

Поворотный гентри 104 вращается вокруг области 106 исследования вокруг продольной оси или оси 108 z. Источник 110 излучения, такой как рентгеновская трубка, закреплен на поворотном гентри 104 и вращается с ним вокруг области 106 исследования. Источник 110 излучения испускает излучение, которое коллимирует коллиматор 112, чтобы получить в целом веерный, клиновидный или конический пучок излучения, который пересекает область 106 исследования. Массив чувствительных к излучению детекторов 114 определяет фотоны, которые пересекают область 106 исследования и генерирует проекционные данные, указывающие их.

Реконструктор 116 реконструирует проекционные данные и генерирует данные объемного изображения, указывающие область 106 исследования, содержащую находящуюся в ней часть субъекта. Опора 118 пациента, такая как кушетка, поддерживает пациента для сканирования. Вычислительная система 120 общего назначения выполняет функцию консоли оператора. Программное обеспечение, находящееся на консоли 120, позволяет оператору контролировать работу системы 100.

Сканер 100 можно использовать для осуществления процедуры визуализации с контрастным усилением в последовательном режиме, такой как процедура CTP мозга или другой сосудистой ткани, и/или другой процедуры. Такая процедура может содержать введение болюса контрастной среды, такого как внутривенное йодированное контрастное вещество, субъекту, и затем сканирование мозга субъекта с течением времени. После введения контраста рентгеноплотность мозга временно меняется с прохождением контрастной среды через сосудистую структуру мозга. В одном случае получают изображения от начала захвата контраста до его вымывания после прохождения через мозг.

Можно следить за прохождением потока контрастного вещества через сосудистую структуру мозга посредством нескольких сканирований. Полученные данные изображения CTP можно использовать для того, чтобы идентифицировать ишемизированную ткань и/или проводить различия между необратимо поврежденной тканью и потенциально обратимо поврежденной тканью, например, у пациентов с инсультами или у пациентов с другими сосудистыми заболеваниями нервной системы. Сканер 100 можно дополнительно или альтернативно использовать для осуществления других процедур визуализации.

Анализатор 122 данных анализирует данные визуализации. В одном случае это содержит генерацию одной или нескольких карт перфузии, указывающих такие параметры, как среднее время прохождения (MTT), церебральный объем крови (CBV), церебральный кровоток (CBF), время до пика (TTP) и/или один или несколько других параметров, и/или сводной карты на основе одной или нескольких карт перфузии.

Идентификатор 124 протокола идентифицирует протокол для обработки данных CTP. Как описано более подробно ниже, протокол можно идентифицировать на основе различных входных данных, таких как данные, не относящиеся к визуализации, (например, состояние, анамнез, патология пациента и т.п.), данные визуализации (например, протокол, параметры и т.п.), пользовательский ввод и/или другие входные данные, и может представлять собой существующий протокол, вновь полученный протокол, модифицированный протокол и/или другой протокол.

Устройство 126 вывода можно использовать для представления данных, таких как данные CTP, промежуточные данные (например, предварительно обработанные данные, такие как зарегистрированные данные, сегментированные данные, фильтрованные данные и т.п.), одна или несколько карт перфузии, сводная карта и/или другая информация. Такие данные можно использовать для осуществления проверки достоверности анализа. Проверка достоверности может содержать оценку формы кривой зависимости концентрации от времени (TCC), местоположения эталонного сосуда, одной или нескольких карт перфузии, сводной карты и/или другой информации.

В одном случае, если клиницист и/или исполняемые машиночитаемые инструкции наблюдают несоответствие при проверке достоверности на любой стадии во время обработки и/или предполагают, что вероятен неудачный исход проверки достоверности, основываясь на выбранном протоколе, введении контрастного вещества, состоянии пациента, опыте клинициста и/или другой информации, то можно корректировать один или несколько параметров протокола, а анализатор 122 данных может обрабатывать данные с использованием скорректированного протокола.

Альтернативно или дополнительно, анализатор 122 данных можно запускать в интерактивном или полуинтерактивном режиме, в котором клиницист взаимодействует (например, обеспечивает ввод) с анализатором 122 данных, тогда как анализатор 122 данных используется на одной или нескольких стадиях обработки. По существу, анализатор 122 данных может уменьшить взаимодействие с пользователем и увеличить скорость обработки, при этом уменьшая обработку данных с использованием протоколов и/или карт перфузии и/или сводной карты, которые могут вести к ошибочным диагнозам и/или терапевтическим решениям.

В другом случае анализ полностью автоматизируют с использованием фиксированного, некорректируемого протокола, такого, как описан в WO 2008/034182. К сожалению, этот подход предрасположен к ошибкам, поскольку протокол не учитывает параметры конкретного пациента, проверки достоверности, информацию о конкретных процедурах и т.п., и анализ в целом не предусматривает взаимодействия с пользователем, которое иногда может требоваться для уменьшения обработки, которая может вести к ошибочным диагнозам и/или терапевтическим решениям.

На фиг.2 изображен неограничивающий образцовый анализатор 122 данных. Анализатор 122 данных содержит процессор 202, который обрабатывает данные CTP и/или другие данные. В контексте анализа данных CTP, обработка может содержать регистрацию данных изображения, сегментацию данных изображения, фильтрацию данных изображения, генерацию одной или нескольких масок перфузии, определение одного или нескольких сосудов (например, эталонной артерии и т.п.) и/или средней линии в данных изображения, генерацию одной или нескольких карт перфузии на основе данных изображения и установленных в них сосудов, генерацию сводной карты на основе карты перфузии и т.п.

В проиллюстрированном примере данные CTP генерируют посредством сканера 100. В других вариантах осуществления данные можно генерировать посредством другой модальности или устройства. Данные можно предоставить посредством генерирующего данные устройства или получить из хранилища изображений, такого как база данных или система архивирования, такая как госпитальная информационная система (HIS), радиологическая информационная система (RIS), системы архивирования и передачи изображений (PACS), система электронной регистрации пациентов (EPR) и/или другая система.

Селектор 204 режима идентифицирует режим работы для процессора 202. Подходящие режимы включают полностью автоматизированный режим, в котором процессор 202 обрабатывает данные CTP без взаимодействия с пользователем, частично автоматический или интерактивный режим, в котором одно или несколько действий обработки осуществляют при некоторой степени взаимодействия с пользователем, и ручной режим, в котором пользователь вручную продвигается по действиям. Как показано, пользователь может взаимодействовать с процессором 202 и/или селектором 204 режима для того, чтобы задать и/или изменить режим.

Пользователь может задать режим по умолчанию или определенный пользователем режим в конфигурации 206 настроек, которую может читать селектор 204 режима. Режим можно изменить в течение и/или во время обработки. Пользователь или селектор 204 режима может выбрать режим для исследования на основе данных визуализации, данных, не относящихся к визуализации, и/или другой информации. Такая информация может указывать на то, что использование одного из доступных протоколов, вероятно, приведет к неудовлетворительному результату, или к неудаче проверки достоверности и/или что информацию, которая может влиять на исход, не учитывают в выбранном протоколе.

Селектор 208 протокола идентифицирует протокол обработки. В одном случае идентифицированный протокол представляет собой протокол из хранилища 210 протоколов, который содержит несколько протоколов 212. Протоколы 212 в хранилище 210 протоколов могут представлять собой предварительно определенные и утвержденные протоколы и связанные с характеристиками пациента и/или процедуры визуализации. По существу, состояние пациента и/или параметры процедуры визуализации можно использовать для идентификации возможных протоколов.

Хранилище 210 протоколов может содержать протоколы, полученные из базы данных информации о пациентах или из системы архивирования, такой как система HIS, RIS, PACS, EPR и/или другая система. Модификатор 214 протокола и/или пользователь может модифицировать выбранный протокол и/или протокол в хранилище 210 протоколов, выводить протокол на основе протокола в хранилище 210 протоколов и/или выбирать альтернативный протокол из хранилища 210 протоколов.

Селектор 208 протокола может идентифицировать протокол на основе информации, такой как данные визуализации, данные не визуализации, проверка достоверности и/или пользовательский ввод. Примеры данных, не относящихся к визуализации, включают, но без ограничения, состояние пациента (например, сердечнососудистое заболевание), физиологический параметр (например, частота сердечных сокращений), неврологический симптом, неврологическая недостаточность, известное нарушение, такое как сосудистое нарушение, такое как стеноз, и/или другую информацию. Примеры данных визуализации включают, но без ограничения, параметры получения изображения, информацию о времени сканирования, информацию о времени введения контраста и/или другую информацию.

Устройство 126 вывода представляет данные CTP, зарегистрированные данные изображения, фильтрованные данные изображения, данные маскированного изображения, данные сегментированного изображения, один или несколько идентифицированных сосудов, одну или несколько сгенерированных карт перфузии (MTT, CBF, CBV и т.п.), кривые зависимости концентрации от времени, сводную карту и/или другую информацию в читаемом человеком формате. Как отмечено выше, на основе этой информации пользователь может обработать данные CTP снова, например, используя другой или модифицированный протокол посредством большего или меньшего взаимодействия с пользователем.

В иллюстрированном варианте осуществления, устройство 216 проверки достоверности проверяет данные. В этом случае анализатор 122 данных может генерировать данные, которые указывают на то, следует ли снова обрабатывать данные CTP, и/или рекомендуют изменить протокол обработки и/или режим обработки. В другом случае устройство 126 вывода представляет вывод устройства 216 проверки достоверности, и пользователь определяет эту информацию. В другом варианте осуществления устройство 216 проверки достоверности не используют.

На фиг.3 изображена блок-схема.

На этапе 302 идентифицируют набор данных для обработки. Как описано выше, подходящие данные включают данные визуализации перфузии сгенерированные посредством модальности визуализации, такие как данные CT, MR, US, SPECT, PET и т.п.

На этапе 304 идентифицируют протокол обработки. Как описано выше, идентифицированный протокол можно получить из хранилища протоколов, вывести из него или вновь сгенерировать. Протокол можно идентифицировать на основе информации, такой как данные визуализации, данные не визуализации и/или другой информации.

На этапе 306 выбирают режим обработки. Режим может представлять собой автоматический или полуавтоматический, или ручной режим. Режим может представлять собой режим по умолчанию или режим, выбранный на основе данных визуализации, данных не визуализации и/или другой информации.

На этапе 308 обрабатывают данные с использованием идентифицированного протокола обработки на основе выбранного режима. Такая обработка также может содержать различные предварительные обработки, такие как регистрация данных изображения, фильтрация данных изображения, генерация масок перфузии, сегментирование данных изображения, идентификация одного или нескольких эталонных сосудов, генерация одной или нескольких карт перфузии, генерация сводной карты и/или другую обработку.

На этапе 310 осуществляют проверку достоверности обработанных данных, включая одно или несколько из зарегистрированных данных изображения, фильтрованных данных, масок, сегментированных данных, идентифицированных эталонных сосудов, одну или несколько карт перфузии и сводную карту.

На этапе 312 на основе проверки достоверности протокол обработки можно изменить или модифицировать и/или одну или несколько стадий обработки можно осуществить с использованием другого режима с другой степенью взаимодействия с пользователем.

В другом случае пользователь может определить для осуществления одной или нескольких стадий обработки при взаимодействии с пользователем перед обработкой данных на этапе 308. Например, если пользователь предполагает, что проверка достоверности, вероятно, не будет удачной, пользователь может изменить режим анализатора 122 данных на полуинтерактивный режим.

Указанное выше можно реализовать посредством машиночитаемых инструкций, которые при исполнении процессором(ами) компьютера предписывают процессору(ам) осуществлять действия, описанные в настоящем документе. В таком случае инструкции хранят в машиночитаемом носителе информации, таком как память, связанная с и/или иным образом доступная соответствующим компьютером.

Изобретение описано в настоящем документе со ссылкой на различные варианты осуществления. Модификации и изменения могут прийти на ум другим при прочтении описания в настоящем документе. Подразумевают, что изобретение можно толковать, как включающее все такие модификации и изменения в такой мере, в какой они входят в объем приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к визуализации перфузии. Техническим результатом является уменьшение взаимодействия с пользователем, а также увеличение скорости обработки данных визуализации перфузии. Способ содержит этапы, на которых: исполняют, посредством анализатора данных, исполняемые компьютером инструкции, которые выбирают, без взаимодействия с пользователем, протокол обработки из электронного хранилища протоколов на основе данных визуализации, соответствующих пациенту; обрабатывают, посредством анализатора данных, данные функциональной визуализации для субъекта с использованием выбранного протокола обработки в первом режиме обработки, причем выбранный протокол обработки данных изображения включает в себя по меньшей мере два этапа обработки; и осуществляют, с помощью процессора компьютера, проверку достоверности обработанных данных во время исполнения выбранного протокола обработки; изменяют, с помощью процессора компьютера, режим обработки с первого режима обработки на второй режим обработки на основе проверки достоверности, причем анализатор данных выполнен с возможностью обработки данных функциональной визуализации во втором режиме обработки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ анализа данных визуализации перфузии, содержащий этапы, на которых:
исполняют, посредством анализатора (122) данных, исполняемые компьютером инструкции, которые выбирают, без взаимодействия с пользователем, протокол обработки из электронного хранилища протоколов на основе данных визуализации, соответствующих пациенту;
обрабатывают, посредством анализатора (122) данных, данные функциональной визуализации для субъекта с использованием выбранного протокола обработки в первом режиме обработки, причем выбранный протокол обработки данных изображения включает в себя по меньшей мере два этапа обработки; и
осуществляют, с помощью процессора компьютера, проверку достоверности обработанных данных во время исполнения выбранного протокола обработки;
изменяют, с помощью процессора компьютера, режим обработки с первого режима обработки на второй режим обработки на основе проверки достоверности, причем анализатор (122) данных выполнен с возможностью обработки данных функциональной визуализации во втором режиме обработки.

2. Способ по п.1, в котором первый и второй режимы обработки соответственно содержат различные степени взаимодействия с пользователем.

3. Способ по любому из пп.1-2, в котором в первом режиме данные обрабатывают без взаимодействия с пользователем и во втором режиме обработки данные обрабатывают при взаимодействии с пользователем.

4. Способ по п.1, в котором протокол обработки содержит множество исполняемых компьютером действий, и анализатор (122) данных выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одного из множества действий при взаимодействии с пользователем, если проверка достоверности не пройдена, причем по меньшей мере одно из множества действий автоматически выполняют перед проверкой достоверности.

5. Способ по п.3, в котором несколько действий содержат:
регистрацию данных изображения из данных пациента;
идентификацию эталонных сосудов в данных изображения;
генерацию по меньшей мере одной карты перфузии на основе зарегистрированных данных изображения и идентифицированных эталонных сосудов; и
генерацию сводной карты на основе по меньшей мере одной карты перфузии.

6. Способ по п.5, в котором проверка достоверности содержит оценку по меньшей мере одной карты перфузии.

7. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором изменяют режим обработки, если физиологическое состояние субъекта не указано в выбранном протоколе обработки.

8. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором выбирают полуинтерактивный режим обработки, если определено, что выбранный протокол вероятно даст результат, который не пройдет проверку достоверности.

9. Способ по п.1, в котором этап проверки достоверности содержит оценку по меньшей мере одного из: формы кривой зависимости концентрации от времени или местоположения эталонных сосудов или другого(их) признака(ов), полученного(ых) из данных изображения или обработанных данных изображения, посредством анализатора (122) данных.

10. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором выбирают протокол обработки на основе данных, не относящихся к визуализации, соответствующих пациенту, причем данные, не относящиеся к визуализации, содержат информацию, указывающую на одно или несколько из: частоты сердечных сокращений, неврологического симптома, неврологической недостаточности или сосудистого нарушения субъекта.

11. Анализатор (122) данных для анализа данных визуализации перфузии, содержащий:
селектор (208) протокола, выполненный с возможностью выбора протокола (212) обработки из множества протоколов (212) обработки, сохраненных в хранилище (210) протоколов, на основе данных визуализации для пациента;
процессор (202), выполненный с возможностью использования выбранного протокола (212) обработки для обработки данных пациента для пациента без взаимодействия с пользователем; и
модификатор (214) протокола, реализованный посредством процессора компьютера, выполненный с возможностью модификации выбранного протокола (212) обработки на основе пользовательского ввода, если обработанные данные не прошли проверку достоверности, причем процессор (202) использует модифицированный протокол обработки для обработки данных пациента.

12. Анализатор (122) данных по п.11, в котором данные пациента содержат данные компьютерной томографической перфузии.

13. Анализатор (122) данных по любому из пп.11-12, дополнительно содержащий:
селектор (204) режима, выполненный с возможностью переключения анализатора (122) данных между автоматическим, пользовательским полуинтерактивным и пользовательским интерактивным режимом на основе проверки достоверности.

14. Анализатор (122) данных по п.13, в котором переключение режима с автоматического на один из: пользовательского полуинтерактивного или пользовательского интерактивного режима, если обработанные данные не прошли проверку достоверности.