ФОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК A61B5/55 A61B6/00 G06T7/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Нижеследующее, в общем, относится к формированию функциональных изображений и находит применение, в частности, в формировании магнитно-резонансных (MR) изображений и изображений позитронно-эмиссионной томографии (PET), а также пригодно для других областей применения, в том числе, но не только, компьютерной томографии (CT), ультразвуковых (US) исследований и/или других областей формирования медицинских и немедицинских изображений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Формирование функциональных изображений с использованием позитронно-эмиссионной томографии (PET) применяется для получения информации о клеточном метаболизме и процессах переноса в клетках. Например, PET с фтордеоксиглюкозой (FDG) используется для формирования изображений динамики накопления метаболических маркеров (FDG, аналога глюкозы) в ткани с высоким метаболизмом глюкозы, такой как опухолевые клетки, и обеспечивает получение количественной информации о ткани. Одним из таких количественных показателей является стандартизированный уровень накопления (SUV), используемый для мониторинга развития опухоли в процессе (химо/радио) терапии. Обычно накопление FDG на исходных сканах (до проведения терапии) в опухолевых клетках выше по сравнению с накоплением FDG в других клетках и/или крови. В ходе терапии опухолевые клетки погибают. Следовательно, снижение накопления FDG в процессе и вскоре после терапии обычно интерпретируется как показатель «долевой» гибели клеток и снижения опухолевого объема и обычно трактуется как ответная реакция на терапию.

Однако количественные показатели накопления FDG имеют ограничения, поскольку они отражают общую активность или накопление в области, которая может включать в себя опухолевые клетки, воспаленные клетки (макрофаги) и новообразованные кровеносные сосуды. Таким образом, количественные показатели включают в себя накопление FDG в опухолевых клетках, в воспаленных клетках и в крови. К сожалению, терапевтическое лечение (например, радиационная терапия) может приводить к воспалению в «нормальных» и/или некротических неопухолевых тканях в этой области, что может повысить накопление FDG в данной области. Таким образом, хотя терапевтическое лечение может приводить к гибели опухолевых клеток, что снижает уровень накопление FDG в этой области, воспаленная ткань и васкуляризация могут увеличить накопление FDG в данной области. В некоторых случаях увеличение накопления FDG может превысить снижение накопления FDG, так что общий уровень накопления FDG (в опухоли, макрофагах и крови) после терапии оказывается выше уровня до проведения терапии, несмотря на то, что опухолевые клетки погибли.

Следовательно, проведение различий между состояниями до и после терапии только на основе изменения величины FDG SUV-показателя может привести к ложноположительным результатам, ошибочной диагностике злокачественных образований и т.д. Помимо этого, в силу низкого пространственного разрешения, присущего РЕТ-системам детектирования, неоднородность в пределах рассматриваемой области, в общем, может не всегда легко поддаваться разрешению. Следовательно, фракционный объем крови в опухоли, который также подвергается воздействию при проведении терапии и вносит свой вклад в общий сигнал, может представлять собой дополнительный источник ошибки при оценке результатов терапии.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеупомянутые и другие вопросы рассматриваются в аспектах настоящего документа.

Технический результат, обеспечиваемый настоящей группой изобретений, заключается в улучшении эффективности диагностики злокачественных образований на основе изображений особенностей исследуемых тканей.

Согласно первому аспекту, способ включает в себя получение первого изображения накопления первого контрастного вещества в ткани пациента, не являющейся объектом исследования. Первое изображение генерируется на основе первых данных от первого средства формирования изображений. Способ дополнительно включает в себя получение второго изображения накопления второго контрастного вещества в исследуемой ткани пациента и ткани пациента, не являющейся объектом исследования. Второе изображение генерируется на основе вторых данных от другого второго средства формирования изображений. Способ дополнительно включает в себя генерирование первой маски изображения на основе первого изображения, а также генерирование первого изображения особенности на основе второго изображения и первой маски изображения. Способ дополнительно включает в себя отображение, по меньшей мере, первого изображения особенности.

В следующем аспекте устройство включает в себя генератор масок, генерирующий первую маску изображения на основе первого изображения накопления первого контрастного вещества в ткани пациента, не являющейся объектом исследования, а также блок выделения особенностей, генерирующий изображение особенности на основе второго изображения накопления второго контрастного вещества в исследуемой ткани пациента и ткани пациента, не являющейся объектом исследования, и первой маски изображения.

В следующем аспекте реализован машиночитаемый носитель информации с закодированными машиноисполняемыми инструкциями, которые при исполнении процессором компьютера побуждают компьютер выполнять различные действия. Эти действия включают в себя: получение количественного MR-изображения накопления первого контрастного вещества в ткани пациента, не являющейся объектом исследования, получение количественного РЕТ-изображения накопления FDG в исследуемой ткани пациента и ткани пациента, не являющейся объектом исследования, генерирование маски изображения на основе количественного MR-изображения, а также генерирование изображения особенности на основе количественного РЕТ-изображения и маски изображения.

Указанный выше способ может дополнительно содержать: получение третьего изображения накопления третьего контрастного вещества в ткани, не являющейся объектом исследования, при этом третье изображение генерируется на основе третьих данных от первого средства формирования изображений; получение четвертого изображения накопления четвертого контрастного вещества в исследуемой ткани и ткани, не являющейся объектом исследования, при этом четвертое изображение генерируется на основе четвертых данных от второго средства формирования изображений; генерирование второй маски изображения на основе третьего изображения; и генерирование второго изображения особенности на основе четвертого изображения и второй маски изображения.

Кроме того, первое и второе изображения могут являться изображениями, полученными до проведения терапии, а третье и четвертое изображения могут являться изображениями, полученными после проведения терапии. В этом случае способ может дополнительно содержать оценку терапевтического лечения для исследуемой ткани на основе, по меньшей мере, первого и второго изображений особенности.

Дополнительные аспекты настоящего изобретения станут понятны средним специалистам в данной области техники после прочтения и осмысления последующего подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может быть реализовано при использовании различных компонентов и различных схем расположения компонентов, при наличии различных этапов и схем чередования этапов. Чертежи служат лишь для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.

На Фиг.1 показан пример комбинированной системы формирования MR/PET-изображений в сочетании с генератором изображений особенностей.

На Фиг.2 показан пример генератора изображений особенностей.

На Фиг.3 показан способ применения системы формирования MR/PET-изображений, представленной на Фиг.1, и генератора изображений особенностей, представленного на Фиг.2, для исследования на основе формирования функциональных изображений.

На Фиг.4 показан способ генерирования количественного MR-изображения, используемого в способе на Фиг.3.

На Фиг.5 показан способ генерирования количественного PET-изображения, используемого в способе на Фиг.3.

На Фиг.6 показан способ оценки лечения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 показана единая система 100 формирования изображений, включающая в себя участок 102 PET-гентри и участок 104 MR-гентри, совместно охватывающие область 106 обследования. Участки 102 и 104 PET- и MR-гентри могут использоваться как для неконтрастных исследований, так и для контрастных исследований. В другом варианте осуществления участки 102 и 104 PET- и MR-гентри являются соответственно частью отдельных систем формирования PET- и MR-изображений. В таком варианте осуществления участок 102 PET-гентри может быть частью системы формирования PET-изображений или комбинированной системы формирования изображений PET/компьютерной томографии(PET/CT).

Участок 102 PET-гентри включает в себя матрицу 110 детекторов, чувствительных к гамма-излучению, расположенных вокруг области 106 обследования. Матрица 110 детекторов включает в себя один или более сцинтиллирующих кристаллов и соответствующих фотодетекторов, таких как фотоумножительные трубки, фотодиоды и т.д. Кристаллы порождают световое излучение при попадании на них гамма-луча, а фотодетекторы принимают световое излучение и генерируют указывающие на него электрические сигналы. Система 112 сбора PET-данных обрабатывает сигналы и генерирует PET-данные. Например, PET-данные включают в себя реестр событий аннигиляции, детектируемых в процессе сбора данных. Реестр обычно включает в себя для каждого поступления информацию, например, о времени детектирования события, положении и ориентации соответствующих линий ответа (LOR) и т.д. Если участок 102 PET-гентри наделен возможностью определения пролетного времени (TOF), также выполняется оценка положения точки аннигиляции вдоль LOR. Блок 114 реконструкции PET выполняет реконструкцию PET-данных и генерирует PET-изображения.

Участок 104 MR-гентри включает в себя основной магнит 116, градиентные (x, y и z) катушки 118, а также РЧ катушку 120. Основной магнит 116 (который может представлять собой сверхпроводящий, резистивный, постоянный или иной магнит) создает по существу однородное, постоянное во времени основное магнитное поле B₀ в области 106 обследования. Градиентные катушки 118 генерируют переменные во времени градиентные магнитные поля вдоль осей x, y и z области 106 обследования. Представленная РЧ катушка 120 включает в себя передающий участок, создающий радиочастотные сигналы (на ларморовой частоте исследуемых ядер (например, водорода и др.)), которые возбуждают исследуемые ядра в области 106 обследования, а также приемный участок, детектирующий MR-сигналы, эмитируемые возбужденными ядрами. В других вариантах осуществления передающий участок и принимающий участок РЧ катушки 120 расположены в отдельных РЧ катушках. Система 122 сбора MR-данных обрабатывает MR-сигналы, а MR-блок 124 реконструкции выполняет реконструкцию MR-данных и генерирует MR-изображения.

Опора 126 для объекта поддерживает объект, например человека или животное в качестве пациента, в области 106 обследования. Опора 126 может перемещаться в продольном направлении согласованно с работой PET/MR-системы 100, так чтобы объект мог быть просканирован во множестве продольных положений одним из участков 102 и 104 PET- и MR-гентри или обоими. Консоль 128 оператора, например компьютер, позволяет пользователю управлять системой 100 формирования изображений. Консоль 128 оператора включает в себя один или более процессоров для выполнения машиночитаемых инструкций, закодированных на машиночитаемом носителе информации. Консоль 128 также включает в себя устройство вывода, такое как монитор или устройство отображения, а также устройство ввода, такое как клавиатура и/или мышь.

Генератор 130 изображений особенностей генерирует изображение особенности исследуемой ткани (специфической целевой ткани) на основе MR- и PET-изображений. Как будет подробнее описано ниже, эта операция включает в себя генерирование изображения особенности на основе функционального PET-изображения накопления контрастного вещества PET в исследуемой ткани и ткани, отличной от исследуемой ткани (неспецифической целевой ткани) (далее называемой также тканью, не являющейся объектом исследования), а также контрастного (CE) MR-изображения накопления контрастного вещества MR в ткани, не являющейся объектом исследования, с использованием той же исследуемой области (ROI) и тех же исследуемых объемов (VOI) для всех изображений. В одном случае CE MR-изображение используется для создания маски, скрывающей участки функционального PET-изображения, соответствующего накоплению контрастного вещества в ткани, не являющейся объектом исследования, при этом далее могут быть выделены участки функционального PET-изображения, соответствующего накоплению контрастного вещества в исследуемой ткани. Изображение особенности может различным образом использоваться применительно к устройству 132 планирования терапии/проведения оценки, используемому для планирования терапии, изменения плана терапии и т.д.

Например, при проведении онкологического исследования изображение особенности, сгенерированное перед проведением терапевтического лечения, может быть использовано для определения стадии развития опухоли, планирования лечения (химиотерапии, радиотерапии и т.д., абляции и пр.) и т.п. Изображение особенности также позволяет осуществить визуализацию границы опухоли и тем самым способствовать определению границ опухоли и определению общего объема облучаемых тканей (GTV) при планировании радиотерапии. Изображение особенности, сгенерированное в процессе или после проведения лечения, может быть использовано для проведения различий между воспалением, вызванным терапией, (нео)васкуляризацией и жизнеспособной опухолью, позволяет выделить остаточные компоненты опухоли, а значит, помогает оценить (например, эффективность), изменить, прекратить и т.д. терапевтическое лечение, снижая побочные эффекты, снижая токсичность, уменьшая дозу и т.д. Изображение особенности, полученное в процессе или после проведения лечения, может использоваться самостоятельно или в сочетании с изображением особенности, полученным до проведения терапии, например для сравнения, для построения разностного изображения и т.д.

В кардиологических исследованиях изображение особенности может быть использовано для распознавания высокого риска или нестабильных бляшек. Например, макрофаги обеспечивают наличие чувствительного специфического маркера атеросклероза и воспаления в каротидных бляшках, поскольку дестабилизация бляшек связана с инфильтрацией макрофагами. Изображение особенности в этом случае может быть использовано для идентификации накопления контрастного вещества в зонах воспаления (присутствия макрофагов), которое в силу низкого пространственного разрешения PET-сканеров может оказаться нелегко отделить от накопления в крови. Обычно эти зоны воспаления находятся очень близко к основному кровеносному сосуду (например, сонной артерии), следовательно, полезно иметь надежную процедуру проведения различий между накоплением контрастного вещества в макрофагах и накоплением в крови. Разделение накоплений также способствует количественному определению величин SUV для проведения различий между тканью, богатой макрофагами, и тканью с низким содержанием макрофагов. В результате можно улучшить детектирование нестабильных бляшек с повышенной инфильтрацией макрофагами до хирургического вмешательства и/или при последующем врачебном наблюдении.

В настоящем описании предполагается существование и других областей применения.

Следует понимать, что представленный генератор 130 изображений особенностей является частью компьютерной системы, включающей в себя один или более процессоров, выполняющих машиночитаемые инструкции, закодированные на машиночитаемом носителе информации. В другом варианте осуществления генератор 130 изображений особенностей является частью консоли 128 или интегрирован с ней. В еще одном варианте осуществления генератор 130 изображений особенностей располагается отдельно от системы 100. В еще одном варианте осуществления генератор 130 изображений особенностей является одиночной или распределенной системой.

На Фиг.2 показан неограничивающий пример генератора 130 изображений особенностей с описанием применительно к исследованию опухолей.

Устройство 200 хранения изображений, такое как запоминающее устройство, хранит изображения, включающие в себя MR- и PET-изображения, полученные системой 100, изображения, сгенерированные генератором 130 изображений особенностей, и/или другие изображения. Изображения включают в себя, но не только, контрастные изображения, неконтрастные изображения, функциональные изображения, количественные изображения, изображения особенностей и/или другие изображения. Как показано, устройство 200 хранения изображений сообщается с системой 100. Однако в других вариантах осуществления устройство 200 хранения изображений дополнительно или по альтернативному варианту сообщается с одной или более другими системами и/или запоминающим устройством, хранящим изображения, сгенерированные из данных, полученных системами формирования изображений, такими как система 100 формирования изображений. Может использоваться идентификатор 202 исследуемой области/исследуемого объема (ROI/VOI) с целью идентификации или определения одной или более исследуемых областей (ROI) и/или одного или более исследуемых объемов (VOI), по меньшей мере, в одной исследуемой области (ROI). В неограничивающем примере ROI/VOI-идентификатор 202 может использоваться для идентификации ROI в области одной или более опухолевых клеток (имея границу или не имея ее) и для идентификации одного или более VOI для одной или более опухолевых клеток в этой ROI.

Таким образом, VOI представляет собой подпространство ROI. ROI и/или VOI могут идентифицироваться в ручном режиме, полуавтоматически или автоматически на основе различной информации, такой как пользовательский ввод, анатомическая модель, алгоритм сегментации, хранимые параметры для одной или более ранее идентифицированных ROI и/или VOI и т.д. Используя сравнительное исследование, при котором доступны ранее сохраненные параметры для ROI и/или VOI, ROI/VOI-идентификатор 202 может использовать ранее сохраненные параметры для определения ROI и/или VOI, так что, например, проводится сравнение одинаковых или по существу одинаковых ROI и/или VOI.

Может использоваться устройство 204 хранения параметров для хранения одного или более параметров, используемых для определения идентифицированных ROI и/или VOI. При использовании ранее сохраненных параметров для ROI и/или VOI могут использоваться параметры, хранимые в устройстве 204 хранения параметров. Устройство 204 хранения параметров может также использоваться для хранения других параметров, извлеченной информации, регистрационной информации, информации о средствах и способах, информации о пациенте, исследовательской информации и/или иной информации.

Блок 206 коррекции данных выполняет различную обработку данных изображения. Соответствующая обработка включает в себя, но не только, применение локальной коррекции движения, глобальной коррекции движения, частичной коррекции объема, нормализации данных и/или другие алгоритмы. Движение объекта может измеряться с использованием соответствующего монитора регистрации движений, такого как респираторный монитор, кардиологический монитор или иной монитор для регистрации физиологических параметров. Движение также может детектироваться посредством анализа данных проекционного пространства и/или пространства изображений. В другом варианте осуществления блок 206 коррекции данных отсутствует.

Регистрационный компонент 208 осуществляет регистрацию изображений. В представленном примере данная операция включает в себя регистрацию PET- и MR-изображений, полученных до проведения терапии, PET- и MR-изображений, полученных в процессе или после проведения терапии, PET-изображений, полученных до и в течение, либо после проведения терапии, MR-изображений, полученных до и в течение, либо после проведения терапии, и т.д. Регистрация основана на параметрах, используемых для идентификации ROI и/или VOI, и может включать в себя регистрацию ROI и VOI и/или другую информацию в изображениях. Если дополнительно или альтернативно доступны CT-изображения (например, если система включает в себя комбинированный PET/CT-сканер), регистрационный компонент 208 может также регистрировать PET-изображения с CT-изображениями и/или MR-изображения с CT-изображениями. Как отмечается в настоящем описании, регистрационный компонент 208 может использовать неэластичные (жесткие) и/или эластичные алгоритмы регистрации.

Следует отметить, что сначала могут быть зарегистрированы изображения, а затем ROI и VOI могут быть определены по вышеприведенному описанию на основе зарегистрированных данных.

Генератор 210 количественных изображений генерирует контрастные количественные изображения на основе изображений в устройстве 200 хранения изображений, в том числе зарегистрированных изображений. В одном примере генератор 210 количественных изображений включает в себя вычитающий блок, выполняющий вычитание неконтрастного изображения из контрастного изображения при генерировании контрастного количественного изображения. Генератор 210 количественных изображений может генерировать контрастные количественные изображения из PET-, MR-, US- и/или CT-изображений.

Блок 212 выделения особенностей выделяет заданную требуемую особенность из контрастных количественных изображений. В одном примере выделенная особенность представляет собой часть изображения, показывающую накопление контрастного вещества для конкретной исследуемой ткани, например опухолевых клеток. Как подробнее описано ниже, блок 212 выделения особенностей может выделять заданную требуемую особенность из контрастных количественных изображений на основе маски изображения. Например, блок 212 выделения особенностей может осуществлять прием функционального PET-изображения накопления контрастного вещества PET в исследуемой ткани и ткани, не являющейся объектом исследования, а также CE MR-изображения накопления контрастного вещества MR в ткани, не являющейся объектом исследования. Генератор 214 маски может создать контрастную MR-маску ткани, не являющейся объектом исследования, на основе CE MR-изображения. Блок 212 выделения особенностей может использовать эту маску для скрытия участков PET-изображения, таких как участки, показывающие накопление контрастного вещества в ткани, не являющейся объектом исследования, оставляя участки PET-изображения, показывающие накопление контрастного вещества в исследуемой ткани. Маска может храниться в устройстве 204 хранения параметров или ином блоке.

На Фиг.3, 4 и 5 описан способ применения системы 100 для исследования в онкологии. Следует понимать, что чередование действий не является ограничивающим, при этом одно или более действий могут выполняться в другом порядке. Кроме того, одно или более действий могут быть исключены и/или одно или более действий могут быть добавлены.

На этапе 300 получают количественное MR-изображение накопления первого контрастного вещества для некоторой области ROI и одного или более объемов VOI в области ROI. В данном примере первое контрастное вещество представляет собой вещество, которое обычно не накапливается в исследуемой ткани (например, опухолевых клетках), а накапливается в ткани, не являющейся объектом исследования (например, неопухолевой ткани, такой как макрофаги, в крови и т.д.), в ROI. Количественное MR-изображение может генерироваться по описанию на Фиг.4, приведенному ниже.

На этапе 302 получают количественное PET-изображение накопления второго контрастного вещества для той же области ROI и тех же одного или более объемов VOI. В данном примере второе контрастное вещество представляет собой вещество, которое обычно накапливается в исследуемой ткани (например, опухолевых клетках) и ткани, не являющейся объектом исследования (например, неопухолевой ткани), в ROI. Количественное PET-изображение может генерироваться по описанию на Фиг.5, приведенному ниже.

Действия 300-302 могут выполняться до и в процессе, либо после терапии (химо-, радиационной или таргетной).

На этапе 304 результирующие изображения регистрируются на основе той же ROI и тех же VOI.

На этапе 306 генерируется маска MR-изображения по контрастному веществу на основе количественного MR-изображения, по меньшей мере, для количественного MR-изображения, полученного в процессе или после проведения терапии, и возможно для количественного MR-изображения, полученного до проведения терапии. Маски соответствуют ткани, не являющейся объектом исследования в ROI.

На этапе 308 генерируется изображение особенности накопления контрастного вещества PET в исследуемой ткани на основе количественного PET-изображения и маски MR-изображения по контрастному веществу. В одном примере эта операция включает в себя использование маски MR-изображения по контрастному веществу для скрытия накопления контрастного вещества PET в ткани, не являющейся объектом исследования, в количественном PET-изображении и далее вычитание накопления контрастного вещества PET в исследуемой ткани в скрытом количественном PET-изображении для генерирования изображения особенности.

На этапе 310, если изображение особенности, получаемое до проведения терапии, не генерируется, количественное PET-изображение, полученное до проведения терапии, и/или количественное MR-изображение, полученное до проведения терапии, могут использоваться для определения стадии развития опухоли, планирования терапевтического лечения и т.д. На этапе 312, если изображение особенности, получаемое до проведения терапии, генерируется, изображение особенности, получаемое до проведения терапии, может использоваться дополнительно или альтернативно.

На этапе 314, если не генерируется изображение особенности, получаемое до проведения терапии, в процессе или после проведения терапии, индивидуальные количественные PET- и MR-изображения или различие между ними могут использоваться для оценки терапии, например, для мониторинга прогресса лечения, для определения того, требуется ли изменить план лечения, для содействия изменению одного или более параметров плана лечения, для определения того, продолжить или прекратить выполнение плана лечения, и т.д. На этапе 316, если изображение особенности, получаемое до проведения терапии, не генерируется, а изображение особенности, получаемое в процессе или после проведения терапии, генерируется, изображение особенности, получаемое в процессе или после проведения терапии, может использоваться дополнительно или альтернативно.

На этапе 318, если генерируются изображения особенности, получаемые как до проведения терапии, так и в процессе или после проведения терапии, количественные и изображения особенности, получаемые как до, так и в процессе или после проведения терапии, и/или соответственно разностные изображения между ними, как указывалось, могут использоваться для оценки терапии.

Следует отметить, что для вышеприведенных действий те же параметры, которые использовались для идентификации области ROI и объемов VOI, используются для всех изображений. В одном примере это достигается путем регистрации различных изображений (используя жесткие и/или эластичные алгоритмы регистрации) с использованием параметров, примененных для определения начальных ROI и VOI, а также хранящихся в устройстве 204 хранения параметров. Такая регистрация может включать в себя регистрацию MR- и PET-изображений, получаемых как до, так и в процессе или после проведения терапии. Если до и в процессе, либо после выполняется CT-сканирование, когда участок PET-гентри является частью комбинированного PET/CT-сканера, а участок MR-гентри является частью отдельного MR-сканера, PET-изображения могут регистрироваться с CT-изображениями, а CT-изображения могут регистрироваться с MR-изображениями на основе ROI/VOI. CT-сканирование может быть низкодозовым или иным CT-сканированием.

Следует отметить, что одно или более изображений, полученных от разных систем, могут быть объединены для генерирования «склеенного» изображения. Следует также отметить, что одно или более изображений, о которых говорилось выше, и/или одно или более других изображений могут отображаться, сохраняться и/или различным образом использоваться, например, для определения функционально связанной информации о пациенте.

На Фиг.4 показан способ генерирования количественного MR-изображения, рассмотренного на этапе 302 на Фиг.3.

На этапе 402 выполняется сбор стандартных (неконтрастных) MR-изображений для поля зрения (FOV), охватывающего исследуемую ткань (например, опухолевые клетки) пациента.

На этапе 404 определяется исследуемая область (ROI) вокруг исследуемой ткани в данных MR-изображения. Область ROI может включать или не включать в себя границу вокруг исследуемой ткани.

На этапе 406 определяются один или более исследуемых объемов (VOI) для исследуемой ткани (например, вокруг индивидуальных опухолевых клеток). В одном примере VOI определяется так, чтобы ткань в его пределах была по существу однородной.

На этапе 408 параметры, используемые для определения ROI и VOI в данных MR-изображения, сохраняются в устройстве 204 хранения параметров.

На этапе 410 пациенту вводится контрастная среда. Пригодная контрастная среда включает в себя контрастное вещество, которое обычно накапливается тканью, не являющейся объектом исследования (например, макрофагами и/или новообразованными кровеносными сосудами), но не исследуемой тканью (например, опухолевыми клетками).

Пригодная контрастная среда включает в себя контрастное вещество из класса суперпарамагнитных контрастных веществ MR, такое как частицы оксида железа. Диапазон размеров таких частиц может составлять от десятков нанометров (нм) в диаметре (USPIO, или ультрамалые суперпарамагнитные частицы оксида железа) или сотен нанометров в диаметре (SPIO) до более одного микрона (мкм) (MPIO). Обычно такие частицы включает в себя (магнитную) сердцевину из оксида железа, покрытую декстраном или силоксанами и инкапсулированную в полимер. Поверхность может быть дополнительно модифицирована, чтобы способствовать интернализации (проникновению через клеточные мембраны), или, путем добавления антител, способствовать опосредованному специфическими рецепторами связыванию на поверхностях специфических целевых клеток.

Обычно (U)SPIO-частицы в достаточной степени малы, чтобы мигрировать через капиллярные поры в интраваскулярное экстрацеллюлярное пространство и интернализоваться как локализованными, так и мигрирующими макрофагами по истечении периода васкулярной циркуляции. Локализованные макрофаги можно обнаружить в таких органах как костный мозг, лимфатические узлы, печень и селезенка. Мигрирующие макрофаги мобилизуются воспалительными процессами во многих других частях организма. (U)SPIO-частицы обычно в минимальном количестве проникают в неоднородные опухолевые области (в основном во фракционный объем крови в пределах опухоли в силу повышенной сосудистой проницаемости и диффузии) и не накапливаются в областях здоровой ткани.

На этапе 412 выполняется сбор контрастных (CE) MR-изображений для того же поля зрения. Сбор контрастных CE MR-изображений включает в себя сканирование со стробированием с использованием T2* или Τ₁-взвешенного детектирования.

На этапе 414 регистрируются стандартные и CE MR-изображения с использованием жесткого и/или эластичного алгоритма регистрации на основе начальных ROI и/или VOI (ROI и VOI, сохраненных в вышеописанном действии 408).

На этапе 416 стандартные и CE MR-изображения при необходимости корректируются для исключения различных артефактов в силу наличия артефакта локального и/или глобального движения, артефакта парциального объема, и/или других артефактов.

На этапе 418 генерируется количественное MR-изображение накопления контрастного вещества на основе зарегистрированных изображений. В одном примере эта операция может включать в себя вычитание одного из MR-изображений из других MR-изображений.

На этапе 420 также регистрируются MR и CE MR-изображения из последующих сборов MR-изображений с использованием тех же действий совместно с MR-изображениями на основе начальных ROI и/или VOI, сохраненных на вышеописанном этапе 408, после чего из них генерируются количественные MR-изображения. Возможно хранение MR-изображений.

На Фиг.5 показан способ генерирования количественных PET-изображений, рассмотренных на этапе 304 на Фиг.3.

На этапе 502 пациенту вводится контрастная среда. Пригодная контрастная среда включает в себя вещество, которое накапливается исследуемой тканью, в данном примере - опухолевыми клетками.

Примером такого вещества служит метаболический агент (или аналог глюкозы), такой как FDG ((¹⁸F-FDG, или фтор-18-дезоксиглюкоза), или иной агент, накапливаемый клетками с высоким потреблением глюкозы, такими как клетки головного мозга, почки, опухоли и т.д.

На этапе 504 выполняется сбор FDG PET-изображений. Пример пригодного сбора PET-изображений - выполняемое со стробированием полнотельное PET-сканирование с контрастированием и учетом пролетного времени (TOF), либо иное PET-сканирование.

На этапе 506 выполняется калибровочное сканирование с использованием калибровочного фантома. Калибровочное сканирование может использоваться для калибровки (или стандартизации) PET-изображения.

На этапе 508 PET-изображение при необходимости корректируются для исключения различных артефактов в силу наличия артефакта локального и/или глобального движения, артефакта парциального объема, и/или других артефактов.

На этапе 510 PET-изображение регистрируется вместе со стандартным MR-изображением (из этапа 402 на Фиг.4) с использованием жесткого и/или эластичного алгоритма регистрации.

На этапе 512 генерируется количественное PET-изображение контрастного вещества.

На этапе 514 для ROI в PET-изображении определяется стандартизированный уровень накопления (SUV). В одном примере SUV определяется на основе начальных ROI и/или VOI (ROI и VOI, сохраненных на этапе 408 на Фиг.4).

На этапе 516 регистрируются PET-изображения из последующих сборов PET-изображений с использованием вышеприведенных действий вместе с предыдущими PET-изображениями и последующими MR-изображениями (из этапа 420 на Фиг.4) с использованием жесткого и/или эластичного алгоритма регистрации и начальных ROI и/или VOI (из этапа 408 на Фиг.4). Количественное PET-изображение и SUV далее хранятся.

На Фиг.6 показан способ оценки лечения.

На этапе 602 получают количественные данные накопления в исследуемой области на основе сравнения данных функциональных изображений, полученных до проведения лечения и после проведения лечения, при наложении маски MR-данных.

На этапе 604 количественные данные используются для обеспечения обратной связи в отношении эффективности лечения.

На этапе 606 на основе данных обратной связи изменяется, по меньшей мере, протокол лечения или вид лечения.

На этапе 608 на основе данных обратной связи при необходимости формируется отчет об эффективности лечения.

Хотя варианты осуществления в настоящем описании представлены применительно к определенным средствам формирования изображений, следует понимать, что дополнительно или альтернативно могут быть использованы данные от других средств формирования изображений. Например, пригодные средства формирования изображений включают в себя, но не только, магнитно-резонансные (MR), на основе позитронной эмиссионной томографии (PET), компьютерной томографии (CT), однофотонной эмиссионной томографии (SPECT), радиографии, ультразвукового исследования (US) и/или другие средства формирования изображений.

Различные технологии, представленные в настоящем описании, могут быть реализованы с помощью процессора компьютера, выполняющего машиночитаемые инструкции, закодированные на машиночитаемом носителе информации. Следует отметить, что информационная среда необязательно должна быть сосредоточена в процессоре; инструкции могут быть загружены или иметь иной доступ через сеть связи, такую как Интернет. Соответствующие компьютеры могут быть также расположены удаленно от системы формирования изображений, при этом данные сканирования передаются через соответствующую сеть или иную среду. Не требуется, чтобы описанные технологии выполнялись параллельно со сбором данных.

Изобретение описано со ссылкой на различные варианты осуществления. После прочтения подробного описания могут быть предложены модификации и изменения. Предполагается, что изобретение включает в себя все подобные модификации и изменения, если они не выходят за рамки объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам формирования функциональных изображений. Способ содержит получение первого изображения накопления первого контрастного вещества в ткани пациента, не являющейся объектом исследования, при этом первое изображение генерируется на основе первых данных от первого средства формирования изображений, получение второго изображения накопления второго контрастного вещества в исследуемой ткани пациента и ткани пациента, не являющейся объектом исследования, при этом второе изображение генерируется на основе вторых данных от другого второго средства формирования изображений, генерирование первой маски изображения на основе первого изображения, генерирование первого изображения особенности на основе второго изображения и первой маски изображения и отображение первого изображения особенности, которое не включает в себя накопление контрастного вещества в исследуемой ткани, не накапливающей контрастное вещество. Устройство формирования изображений содержит генератор масок и блок выделения особенностей, генерирующий изображение особенности. Использование изобретения позволяет снизить ошибки при оценке результатов терапии. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ формирования изображений, содержащий:
получение первого изображения накопления первого контрастного вещества в ткани пациента, не являющейся объектом исследования, при этом первое изображение генерируется на основе первых данных от первого средства формирования изображений;
получение второго изображения накопления второго контрастного вещества в исследуемой ткани пациента и ткани пациента, не являющейся объектом исследования, при этом второе изображение генерируется на основе вторых данных от другого второго средства формирования изображений;
генерирование первой маски изображения на основе первого изображения;
генерирование первого изображения особенности на основе второго изображения и первой маски изображения; и
отображение, по меньшей мере, первого изображения особенности, при этом первое изображение не включает в себя накопление контрастного вещества в исследуемой ткани, не накапливающей контрастное вещество.

2. Способ по п. 1, в котором первое и второе изображения являются изображениями, полученными до проведения терапии, при этом способ дополнительно содержит планирование терапевтического лечения для исследуемой ткани на основе первого изображения особенности.

3. Способ по п. 1, в котором первое и второе изображения являются изображениями, полученными после проведения терапии, при этом способ дополнительно содержит оценку воздействия терапии на исследуемую ткань на основе первого изображения особенности.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:
получение третьего изображения накопления третьего контрастного вещества в ткани, не являющейся объектом исследования, при этом третье изображение генерируется на основе третьих данных от первого средства формирования изображений;
получение четвертого изображения накопления четвертого контрастного вещества в исследуемой ткани и ткани, не являющейся объектом исследования, при этом четвертое изображение генерируется на основе четвертых данных от второго средства формирования изображений;
генерирование второй маски изображения на основе третьего изображения; и
генерирование второго изображения особенности на основе четвертого изображения и второй маски изображения.

5. Способ по п. 4, в котором первое и второе изображения являются изображениями, полученными до проведения терапии, а третье и четвертое изображения являются изображениями, полученными после проведения терапии, при этом способ дополнительно содержит оценку терапевтического лечения для исследуемой ткани на основе, по меньшей мере, первого и второго изображений особенности.

6. Способ по п. 5, дополнительно содержащий:
генерирование разностного изображения особенности на основе первого и второго изображений особенности; и
оценку терапевтического лечения на основе, по меньшей мере, разностного изображения особенности.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором первое контрастное вещество представляет собой суперпарамагнитное контрастное вещество.

8. Способ по любому из пп. 1-6, в котором второе контрастное вещество представляет собой метаболическое контрастное вещество.

9. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:
выполнение стандартного сбора данных магнитного резонанса (MR) для поля зрения, охватывающего исследуемую ткань, и генерирование характеризующего его MR-изображения;
определение исследуемой области вокруг исследуемой ткани и одного или более исследуемых объемов для исследуемой ткани;
введение пациенту первого контрастного вещества;
выполнение сбора MR-данных с контрастированием для поля зрения и генерирование характеризующего его контрастного MR-изображения;
регистрирование стандартного MR-изображения и контрастного MR-изображения на основе исследуемой области и одного или более исследуемых объемов; и
генерирование первого изображения на основе зарегистрированных MR-изображений.

10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий коррекцию, по меньшей мере, одного стандартного MR-изображения или контрастного MR-изображения для исключения, по меньшей мере, артефакта движения или артефакта парциального объема.

11. Способ по любому из пп. 9 или 10, дополнительно содержащий:
введение пациенту второго контрастного вещества;
выполнение сбора функциональных данных позитронно-эмиссионной томографии (PET) для поля зрения;
выполнение калибровки собранных PET-данных;
стандартизацию собранных функциональных РЕТ-данных на основе калибровки собранных РЕТ-данных;
регистрирование функционального РЕТ-изображения вместе со стандартизованным MR-изображением на основе исследуемой области и одного или более исследуемых объемов; и
генерирование второго изображения на основе зарегистрированных изображений.

12. Способ по любому из пп. 9 или 10, дополнительно содержащий коррекцию стандартизованного функционального РЕТ-изображения для исключения, по меньшей мере, артефакта движения или артефакта парциального объема.

13. Способ по любому из пп. 1-6 или 9, в котором первое изображение представляет собой количественное MR-изображение накопления первого контрастного вещества, а второе изображение представляет собой количественное РЕТ-изображение накопления второго контрастного вещества.

14. Устройство (130) формирования изображений, содержащее:
генератор (214) масок, генерирующий первую маску изображения на основе первого изображения накопления первого контрастного вещества в ткани, не являющейся объектом исследования, при этом первое изображение является изображением накопления первого контрастного вещества в ткани пациента, не являющейся объектом исследования, и первое изображение сгенерировано на основе первых данных от первого средства формирования изображений; и
блок (212) выделения особенностей, генерирующий изображение особенности на основе второго изображения накопления второго контрастного вещества в исследуемой ткани и ткани, не являющейся объектом исследования, и первой маски изображения, при этом второе изображение является изображением накопления второго контрастного вещества в исследуемой ткани пациента и ткани пациента, не являющейся объектом исследования, причем второе изображение сгенерировано на основе вторых данных от второго средства формирования изображений.