ДВУХРЕЖИМНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ МЕТРИКИ КАЧЕСТВА Российский патент 2016 года по МПК G06T7/00 G06T11/00 

Нижеследующее описание относится к технике формирования эмиссионного изображения, технике формирования изображения в медицинских целях, технике двухрежимного формирования изображения, и родственным областям техники.

Методы формирования эмиссионного изображения, например, позитрон-эмиссионная томография (ПЭТ) или однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), предусматривают введение радиоактивного вещества (например, радиоактивного медицинского препарата) в субъект и генерацию карты распределения радиоактивного вещества в субъекте на основании измерений излучения. Такие методы, преимущественно, могут обеспечивать функциональную информацию и применяются, например, для формирования функционального изображения сердца.

Формирование эмиссионного изображения дополняет методы формирования анатомического изображения, например, трансмиссионной компьютерной томографии (КТ) или магнитно-резонансного (МР) формирования изображения, поскольку первое обеспечивает функциональную информацию, относящуюся к анатомическим структурам, отображаемым последними. Дополнительно было установлено, что анатомическая информация, обеспечиваемая изображениями КТ или МР, может обеспечивать карту ослабления (или, эквивалентно, поглощения) для учета ослабления (или, эквивалентно, поглощения) излучений из радиоактивного вещества в субъекте. КТ непосредственно измеряет ослабление и, соответственно, преобразование изображения КТ в карту ослабления осуществляется напрямую (например, с поправкой на различия в поглощении рентгеновских лучей, используемых в КТ, и фотонов с энергией 511 кэВ, используемых в ПЭТ). Для получения карты ослабления из изображения МР, воксели изображения МР надлежащим образом заменяются значениями ослабления на основании идентификации типа ткани. Этот последний подход также можно использовать для построения карты поглощения из изображения КТ. Используя такую карту ослабления, можно учитывать влияние ослабления на данные излучения для реконструкции более точного эмиссионного изображения.

Корректировка эмиссионных изображений с учетом поглощения на основании соответствующих анатомических изображений полезно в случае хорошего пространственного согласования анатомического изображения с эмиссионным изображением. Однако рассогласование между эмиссионным и анатомическим изображениями может приводить к появлению артефактов в эмиссионном изображении с поправками на поглощение. В иллюстративном случае формирования изображения сердца (или формирования других изображений области торса), существенные артефакты могут возникать, если поправка на поглощение приводит к ошибочной идентификации легочных вокселей как тканевых вокселей или наоборот. Дело в том, что поглощение легочной областью (по большей части, содержащей воздух) гораздо ниже, чем поглощение тканью. Ошибочная идентификация тканевых/костных вокселей также представляет проблему.

В типичной клинической практике, врач запрашивает изображение ПЭТ или ОФЭКТ для пациента. Запрашиваемая процедура формирования изображения планируется и затем осуществляется радиологом или другим специалистом по формированию изображения, который обычно осуществляет, как получение данных формирования изображения, так и последующую обработку реконструкции изображения (последняя осуществляется с помощью компьютера и т.п.). Обычно радиолог или другой специалист по формированию изображения осуществляет начальную реконструкцию эмиссионного изображения без поправки на поглощение и визуально сравнивает нескорректированное эмиссионное изображение с анатомическим изображением (или генерируемой из него картой ослабления) методом слияния изображений и т.п. В случае хорошего совпадения, радиолог или другой специалист по формированию изображения продолжает обработку, проводя реконструкцию с поправкой на ослабление, используя анатомическое изображение для генерации карты ослабления. При наличии существенного рассогласования, радиолог или другой специалист по формированию изображения может осуществлять какое-либо совмещение изображения вручную, например, сдвигая анатомическое изображение для лучшего выравнивания с эмиссионным изображением, и затем осуществлять реконструкцию с поправкой на ослабление с использованием совмещенной карты ослабления.

Если радиологу или другому специалисту по формированию изображения не удается вручную совместить изображение, или он вообще отказывается совмещать изображения вручную при наличии существенного рассогласования, то окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление может включать в себя существенные артефакты. С другой стороны, окончательное изображение может иметь высокое качество, даже если совмещение изображения не осуществляется, если полученные массивы данных эмиссионного и анатомического изображения уже хорошо согласуются.

В итоге, врач принимает окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление для клинического обследования. Клиническая ценность этого изображения для врача зависит от того, как врач оценивает его достоверность. Однако достоверность изображения зависит (по меньшей мере, частично) от точности поправки на ослабление, и врачу не на что опираться в оценивании этой точности.

Ниже приведено описание раскрытых здесь новых и усовершенствованных устройств и способов.

В соответствии с одним раскрытым аспектом, способ содержит этапы, на которых генерируют карту ослабления из массива данных анатомического изображения, полученного от субъекта; реконструируют массив данных эмиссионного изображения, полученный от субъекта, для генерации эмиссионного изображения, причем этап реконструкции включает в себя корректировку на ослабление эмиссионного излучения в субъекте с использованием карты ослабления; вычисляют значение метрики гарантии качества, количественно выражающей выравнивание карты ослабления с эмиссионным изображением; и отображают или печатают эмиссионное изображение совместно с вычисленной метрикой гарантии качества.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, устройство содержит электронный блок обработки данных, выполненный с возможностью осуществлять способ, включающий в себя этапы, на которых генерируют карту ослабления из массива данных анатомического изображения, полученного для субъекта; реконструируют массив данных эмиссионного изображения, полученный для субъекта, для генерации эмиссионного изображения, причем этап реконструкции включает в себя корректировку на ослабление эмиссионного излучения в субъекте с использованием карты ослабления; вычисляют значение метрики гарантии качества, количественно выражающей выравнивание карты ослабления с эмиссионным изображением; и строят блок данных, содержащий эмиссионное изображение и метаданные, представляющие вычисленную метрику гарантии качества.

В соответствии с другим раскрытым аспектом, на носителе данных хранятся инструкции, выполняемые электронным блоком обработки данных для осуществления способа, включающего в себя этапы, на которых генерируют начальное эмиссионное изображение путем реконструкции массива данных эмиссионного изображения, полученного для субъекта; генерируют карту ослабления из массива данных анатомического изображения, полученного для субъекта, причем этап генерации включает в себя совмещение с начальным эмиссионным изображением одного из (i) анатомического изображения, реконструированного из массива данных анатомического изображения, и (ii) карты ослабления, причем этап совмещения включает в себя осуществление глобального строгого совмещения с последующим локальным нестрогим совмещением области, представляющей интерес; и реконструируют массив данных эмиссионного изображения для генерации эмиссионного изображения с поправкой на ослабление, причем этап реконструкции включает в себя корректировку на ослабление эмиссионного излучения в субъекте с использованием сгенерированной карты ослабления.

Одно преимущество состоит в более точном выравнивании между эмиссионным изображением и картой ослабления и последующей генерации более точного эмиссионного изображения с поправкой на ослабление.

Другое преимущество состоит в обеспечении разумных оснований, позволяющих врачу оценивать клиническую ценность эмиссионного изображения с поправкой на ослабление.

Другие преимущества станут ясны специалистам в данной области техники по прочтении и осознании нижеследующего подробного описания.

На Фиг. 1 схематично показана смешанная система формирования изображения, выполненная с возможностью осуществлять формирование эмиссионного изображения (например, ПЭТ) с поправкой на ослабление.

На Фиг. 2 схематично показан процесс реконструкции эмиссионного изображения, включающий в себя корректировку на ослабление, надлежащим образом осуществляемую системой, показанной на фиг. 1.

На Фиг. 3 схематично показан иллюстративный пример подходящего процесса совмещения для совмещения карты ослабления для эмиссионного изображения.

Фиг. 4 схематично показан иллюстративный пример подходящего нестрогого подхода искривления сетки для локального нестрогого совмещения, применяемой в процессе совмещения, показанном на фиг. 3.

Фиг. 5 схематично показан подходящий способ для локального нестрогого совмещения, применяемого в процессе совмещения, показанном на фиг. 3.

На фиг. 1 показан иллюстративный пример смешанной установки формирования изображения, выполненной с возможностью осуществлять формирование эмиссионного изображения (например, ПЭТ) с поправкой на ослабление. В иллюстративной установке применяется смешанная система 10 формирования изображения ПЭТ/КТ, которая в проиллюстрированном варианте осуществления представляет собой систему GEMINI^™ формирования изображения ПЭТ/КТ (производства Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven, The Netherlands). Смешанная система 10 формирования изображения ПЭТ/КТ включает в себя платформу 12 трансмиссионной компьютерной томографии (КТ) и платформу 14 позитрон-эмиссионной томографии (ПЭТ). Смешанная система 10 формирования изображения ПЭТ/КТ называется "смешанной" системой потому, что общая система 16 линейной транспортировки субъекта выполнена с возможностью транспортировать субъект формирования изображения в любую из платформ 12, 14 КТ или ПЭТ. Платформа 12 КТ оборудована рентгеновской трубкой 18 и компоновкой 20 детекторов излучения, которая чувствительна к рентгеновским лучам. Внутренние компоненты 18, 20 показаны частично извлеченными из платформы 12 КТ. Платформа 14 ПЭТ заключает в себе компоновку 22 детекторов излучения ПЭТ (схематически показанную отчасти частично извлеченной из платформы 14 ПЭТ), размещенную в виде кольцевого кольца в платформе 14 ПЭТ. Компоновка 22 детекторов излучения ПЭТ чувствительна к излучению с энергией 511 кэВ, излучаемому в процессе аннигиляции электрон-позитронных пар.

В иллюстративном варианте осуществления, эмиссионное изображение представляет собой изображение ПЭТ, полученное платформой 14 ПЭТ. Однако эмиссионное изображение может представлять собой эмиссионное изображение другого типа, полученное подходящим оборудованием для получения, например, изображение однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ), полученное с помощью гамма-камеры. Аналогично, в иллюстративном варианте осуществления, анатомическое изображение представляет собой изображение КТ, полученное платформой 12 КТ. Однако анатомическое изображение может представлять собой анатомическое изображение другого типа, полученное подходящим оборудованием для получения, например, магнитно-резонансное (МР) изображение, полученное магнитно-резонансным сканером. Использование смешанной системы формирования изображения, например, иллюстративной смешанной системы 10 формирования изображения ПЭТ/КТ имеет преимущество в том, что она повышает вероятность того, что полученные массивы данных эмиссионного и анатомического изображения будут пространственно выровнены или достаточно близки к пространственному выравниванию. Однако возможно некоторое рассогласование между эмиссионным и анатомическим изображениями. Одной причиной рассогласования является движение субъекта, величина которого может оказаться заметной, поскольку получение массива данных для формирования эмиссионного изображения обычно занимает от нескольких минут до нескольких десятков минут, и получение массива данных для формирования анатомического изображения обычно занимает от нескольких секунд до нескольких минут. Эти довольно длительные периоды времени обуславливают значительную вероятность перемещения субъекта в ходе получения одного или обоих массивов данных для формирования изображения.

Хотя смешанная система формирования изображения (например, проиллюстрированная смешанная система 10 формирования изображения ПЭТ/КТ, или смешанная система формирования изображения ПЭТ/МР, или смешанная система формирования изображения ОФЭКТ/КТ и т.д.) имеет преимущество, также можно предусмотреть возможность получения массива данных для формирования анатомического изображения и массива данных для формирования эмиссионного изображения с использованием независимых систем формирования изображения. Например, изображение МР можно получать с использованием отдельного МР сканер, и изображение ОФЭКТ можно получать с использованием отдельной гамма-камеры.

Смешанная установка формирования изображения дополнительно включает в себя проиллюстрированный компьютер 24 или другой электронный блок управления и обработки данных, который управляет смешанной системой 10 формирования изображения для получения массив данных изображения КТ и массива данных изображения ПЭТ для общего субъекта. Компьютер 24 или другой электронный блок управления и обработки данных реконструирует эти массивы данных для генерации изображения КТ и изображения ПЭТ, соответственно, причем изображение ПЭТ включает в себя поправку на ослабление, вносимую с использованием карты ослабления, генерируемой из изображения КТ. Вместо иллюстративного компьютера 24 или помимо него, электронный блок управления и обработки данных может включать в себя другое оборудование и соответствующее программное обеспечение или программно-аппаратное обеспечение, например, специализированную интегральную схему (ASIC) или другое специальное оборудование, удаленный сервер, к которому может осуществлять доступ рабочая станция, находящаяся в смешанной установке формирования изображения, и т.д. Кроме того, раскрытые способы обработки данных можно реализовать посредством носителя данных, где хранятся инструкции, выполняемые проиллюстрированным компьютером 24 или другим электронным блоком обработки данных для осуществления раскрытых способов обработки данных. Такой носитель данных, в порядке иллюстративного примера, может включать в себя жесткий диск или другой магнитный носитель данных, оптический диск или другой оптический носитель данных, оперативную память (ОЗУ), постоянную память (ПЗУ), флэш-память, или другой электронный носитель данных, и т.д.

Процессы получения и реконструкции изображения конфигурируются, инициируются и осуществляются радиологом или другим специалистом по формированию изображения, эксплуатирующем смешанную систему 10 формирования изображения и компьютер 24 или другой электронный блок управления и обработки данных. Радиолог или другой специалист по формированию изображения наблюдает дисплей 26 компьютера 24 или другого электронного блока управления и обработки данных, на котором могут отображаться окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление или различные промежуточные изображения, генерируемые в операциях реконструкции.

Вновь согласно фиг. 1, компьютер 24 или другой электронный блок управления и обработки данных реализуют набор 30 модулей реконструкции, которые совместно осуществляют реконструкцию эмиссионного изображения с поправкой на ослабление с использованием карты ослабления, генерируемой из анатомического изображения. Для этого, модуль 32 реконструкции анатомического изображения реконструирует массив данных анатомического изображения (например, КТ) для генерации анатомического изображения (например, КТ). Модуль 32 реконструкции может применять любой подходящий метод реконструкции, например, фильтрованной обратной проекции, итерационной обратной проекции и т.д. Модуль 34 преобразования карты ослабления преобразует анатомическое изображение (например, КТ) в карту ослабления. В иллюстративном случае, изображение КТ представляет ослабление для рентгеновских лучей, и, таким образом, преобразование в карту ослабления для реконструкции изображения ПЭТ предусматривает регулировку значений вокселей изображения КТ для отражения ослабления при энергии 511 кэВ излучений из радиоактивного вещества (например, радиоактивного медицинского препарата), используемого при формировании изображения ПЭТ. В порядке другого примера, для получения карты ослабления из изображения МР, воксели изображения МР надлежащим образом заменяются значениями ослабления для эмиссионного излучения, измеренными при формировании эмиссионного изображения (например, ПЭТ) на основании идентификации типа ткани. Этот последний подход также можно использовать для построения карты поглощения из изображения КТ.

Модуль 42 реконструкции эмиссионного изображения также предусмотрен для реконструкции массива данных эмиссионного изображения (например, ПЭТ) для генерации эмиссионного изображения (например, ПЭТ). Модуль 42 реконструкции также может применять любой подходящий метод реконструкции, например, итерационную обратную проекцию. Подмодуль 44 корректировки на ослабление предусмотрен для регулировки проекций (или обратных проекций) для учета ослабления излучений субъектом в процессе реконструкции. Однако такая корректировка на ослабление может приводить не к улучшению, а к ухудшению изображения, если карта ослабления недостаточно хорошо выровнена с массивом данных эмиссионного изображения. Соответственно, модуль 42 реконструкции эмиссионного изображения сначала вызывается без использования подмодуля 44 корректировки на ослабление, для генерации начального эмиссионного изображения без поправки на ослабление.

Начальное эмиссионное изображение и карта ослабления вводятся в модуль 50 выравнивания и совмещения карты ослабления, который осуществляет сегментирование изображения в отношении эмиссионного изображения и карты ослабления для облегчения выравнивания. Сегментированные изображения анализируются модулем 52 вычисления метрик(и) гарантии качества (QA) который генерирует количественную(ые) оценку или оценки, именуемую(ые) здесь метрикой(ами) QA, указывающей(ими), насколько хорошо карта ослабления выровнена с эмиссионным изображением. Если определено, что выравнивание слишком плохое, чтобы подмодуль 44 корректировки на ослабление мог использовать карту ослабления, то модуль 50 выравнивания и совмещения карты ослабления осуществляет алгоритм совмещения для совмещения карты ослабления с эмиссионным изображением. В ходе этого совмещения, метрика(и) QA используется(ются) как показатель качества для оценивания совмещения.

После получения удовлетворительно выровненной карты ослабления, модуль 42 реконструкции эмиссионного изображения осуществляет вторую реконструкцию эмиссионного изображения, на этот раз, вызывая подмодуль 44 корректировки на ослабление для внесения поправки на ослабление. Окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление, предпочтительно, наблюдается радиологом или другим специалистом по формированию изображения для визуального просмотра и одобрения. После одобрения, модуль 56 форматирования DICOM форматирует окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление в подходящем формате, в иллюстративном варианте осуществления, в формате DICOM (где "DICOM" расшифровывается как стандарт "Digital Imaging and Communication in Medicine", установленный Medical Imaging & Technology Alliance, Rosslyn, VA, USA). Хотя DICOM является предпочтительным стандартом, можно также использовать другой формат формирования изображения. Модуль 56 форматирования DICOM форматирует окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление в формате DICOM, который включает в себя заголовок DICOM, где обеспечены избранные метаданные, касающиеся изображения. Модуль 56 форматирования DICOM включает в себя метрику(и) QA для карты ослабления, используемой в реконструкции эмиссионного изображения с поправкой на ослабление, в результате которой было сгенерировано изображение. Форматированное окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление, тегированное метрикой(ами) QA, надлежащим образом сохраняется в системе архивации и передачи изображений (PACS) 60. В необязательном порядке, тегированное окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление, тегированное метрикой(ами) QA, дополнительно или альтернативно сохраняется на локальной рабочей станции или в другом подходящем хранилище.

Некоторое время спустя, врач, запросивший формирование изображения ПЭТ, получает информацию о завершении формирования изображения и обеспечивается изображением. В иллюстративном варианте осуществления, врач, находясь в своем кабинете 62, извлекает изображение из PACS 60 и отображает его на своем служебном компьютере 64, а также отображает метрику(и) QA, сохраненную(ые) совместно с изображением. Альтернативно, радиолог или другой специалист по формированию изображения может распечатывать печатную копию окончательного эмиссионного изображения с поправкой на ослабление, при этом метрика(и) QA также печатаются на листе печатной копии, и эта печатная копия может передаваться врачу (в каковом случае, модуль 56 форматирования и PACS 60, в необязательном порядке, могут быть упразднены). В любом из вариантов осуществления, врач имеет возможность просматривать изображение, а также метрику(и) QA. Таким образом, врач может присваивать изображению соответствующий клинический вес, с учетом качества поправки на ослабление, которое количественно выражается метрикой(ами) QA.

Вновь согласно фиг. 1, а также фиг. 2, описан процесс реконструкции эмиссионного изображения, включающий в себя корректировку на ослабление. В операции 100 модуль 32 реконструкции анатомического изображения вызывается для реконструкции анатомического изображения (например, КТ) из массива данных анатомического изображения, полученного для субъекта. В аналогичной операции 102 модуль 42 реконструкции эмиссионного изображения вызывается для реконструкции начального эмиссионного изображения (например, ПЭТ) из массива данных эмиссионного изображения, полученного для субъекта. Операция 102 реконструкции осуществляется без поправки на ослабление и, следовательно, может осуществляться в отсутствие карты ослабления. Поскольку в операции 102 не осуществляется корректировка на ослабление, результирующе начальное эмиссионное изображение также именуется здесь нескорректированным эмиссионным изображением (например, ПЭТ). В операции 104 модуль 34 генерации карты ослабления вызывается для преобразования анатомического изображения в карту ослабления, например, путем замены значений изображения КТ, которые представляют значения ослабления рентгеновского излучения, соответствующими значениями, представляющими значения ослабления 511 кэВ (в случае ПЭТ). Альтернативно, операция 104 может присваивать значения ослабления вокселям на основании типа ткани, где тип ткани идентифицируется на основании значений вокселей КТ и/или результатов операции 110 сегментирования.

В операциях 110, 112 соответствующие анатомические и нескорректированные эмиссионные изображения сегментируются для идентификации признаков, представляющих интерес. В иллюстративном примере, предполагается, что формирование изображения является формированием изображения сердца, и признаки, представляющие интерес, включают в себя миокард, легочные поля (в общем случае, содержащие, по большей части, воздух), и внешний контур тела. По существу, можно применять любой подходящий процесс сегментирования, например, алгоритм выращивания областей, сегментирование на основе порогов, сегментирование на основе модели, сегментирование вручную с использованием графического пользовательского интерфейса, различные их комбинации и т.д. Сегментирование, в случае автоматизации, может быть полностью автоматическим или полуавтоматическим (когда радиолог или другой специалист по формированию изображения рассматривает и, в необязательном порядке, корректирует результаты автоматического сегментирования, и, в необязательном порядке, может также задавать затравки для выращивания областей или обеспечивать другие "начальные значения" для алгоритма сегментирования). Операции 110, 112 сегментирования надлежащим образом осуществляются модулем 50 выравнивания и совмещения карты ослабления.

В операции 120 модуль 52 вычисления метрики QA вызывается для вычисления значений для одной или более метрик гарантии качества (QA). Можно использовать различные метрики QA. В одном иллюстративном примере, вычисляется значение метрики QA максимального смещения, которая количественно выражает максимальное расстояние, на которое признак эмиссионного изображения выходит за пределы соответствующего признака карты ослабления. В иллюстративном случае формирования изображения сердца, можно также предусмотреть альтернативную метрику QA максимального смещения, в которой значение метрики QA максимального смещения количественно выражает максимальное расстояние, на которое признак миокарда эмиссионного изображения проникает внутрь признака легочного поля карты ослабления. Эта альтернативная метрика QA максимального смещения позволяет выявить тенденцию к образованию существенных артефактов в эмиссионном изображении с поправкой на ослабление, если карта ослабления ошибочно идентифицирует ткань миокарда как часть легочного поля, или наоборот.

Еще одной возможной метрикой QA является неконкордантная метрика QA. Значение неконкордантной метрики QA количественно выражает часть (например, процент или долю) признака эмиссионного изображения, выходящую за пределы соответствующего признака карты ослабления. Для иллюстративного случая формирования изображения сердца, значение неконкордантной метрики QA надлежащим образом количественно выражает процент или долю признака миокарда эмиссионного изображения, выходящую за пределы соответствующего признака миокарда карты ослабления.

Метрика(и) QA, например, метрика QA максимального смещения и неконкордантная метрика QA, обеспечивает количественную оценку выравнивания карты ослабления с нескорректированным эмиссионным изображением. В ряде случаев, метрика(и) QA может/могут указывать, что выравнивание является удовлетворительным. Это может иметь место, например, когда массивы данных эмиссионного и анатомического изображения были получены с использованием смешанной системы формирования изображения, имеющей одинаковые или коррелирующие системы координат субъекта, и субъект остается, по существу, неподвижным в ходе получения массива данных. В таком случае операция 122 совмещения карты не вызывается, и окончательная карта 124 ослабления идентична карте ослабления, полученной в результате операции 104 преобразования.

В ряде случаев, однако, метрика(и) QA может/могут указывать, что выравнивание между картой ослабления и нескорректированным эмиссионным изображением является неудовлетворительным. Это может быть результатом движения субъекта или использования разных и некоррелированных систем формирования изображения для получения массивов данных эмиссионного и анатомического изображения, и т.д. В таких случаях, операция 122 совмещения карты осуществляется для пространственного совмещения карты ослабления с нескорректированным эмиссионным изображением для генерации окончательной карты 124 ослабления. Для осуществления операции 122 совмещения можно использовать, по существу любой тип строгого совмещения или любой тип нестрогого совмещения. Совмещение может осуществлять автоматически, вручную или полуавтоматически. В некоторых раскрытых здесь вариантах осуществления, совмещение является двухэтапным совмещением, в котором применяется первое глобальное строгое совмещение, сопровождаемое вторым локальным нестрогим совмещением. На втором этапе совмещения можно применять, например, искривление сетки, при котором искривленная сетка локализуется на признаке миокарда (в иллюстративном случае формирования изображения сердца). После совмещения посредством операции 122, последовательность операций возвращается к операции 120 вычисления метрик(и) QA для повторного вычисления метрик(и) QA с использованием обновленной (т.е. совмещенной) карты ослабления.

Действительно, в некоторых вариантах осуществления итерационного совмещения метрика(и) QA, вычисленная(ые) в операции 120, используются как показатель качества, оптимизируемый путем совмещения, в каковом случае процесс возвращается к операции 120 для обновления метрик(и) QA после каждой итерации итерационного процесса совмещения. Например, согласно подходу итерационного совмещения вручную, пользователь вручную регулирует (например, сдвигает и/или поворачивает) карту ослабления и затем кликает по кнопке пользовательского интерфейса (или обеспечивает какой-либо другой пользовательский ввод), чтобы компьютер 24 повторно выполнил операцию 120 для обновления значения(й) метрик(и) QA, чтобы оценить улучшение (при наличии) выравнивания в результате ручной регулировки. Этот процесс можно итерационно повторять, чтобы вручную уменьшать значение(я) метрик(и) QA и, таким образом, улучшать выравнивание карты ослабления.

Окончательная карта 124 ослабления (полученная с помощью или без помощи операции 122 совмещения) передается для последнего (и, возможно, единственного) выполнения операции 120 вычисления метрик(и) QA для генерации значения(й) 126 метрик(и) QA, количественно выражающего(их) выравнивание (окончательной) карты 124 ослабления с нескорректированным эмиссионным изображением. В операции 130, модуль 42 реконструкции эмиссионного изображения снова вызывается для реконструкции массива данных эмиссионного изображения, но, на этот раз, включающего в себя поправку на ослабление, обеспеченную вызовом подмодуля 44 корректировки на ослабление совместно с (окончательной) картой 124 ослабления для коррекции проекций (или обратных проекций) для ослабления излучений. Выходом операции 130 реконструкции является окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление.

Окончательное эмиссионное изображение с поправкой на ослабление отличается (в целом) от начального нескорректированного эмиссионного изображения, генерируемого операцией 102, тем, что окончательное эмиссионное изображение включает в себя поправку на ослабление. Однако не предполагается, что эта поправка на ослабление будет существенно влиять на выравнивание между картой ослабления и эмиссионным изображением. Соответственно, также предполагается, что значение(я) 126 метрик(и) QA, количественно выражающее(ие) выравнивание окончательной карты 124 ослабления с нескорректированным эмиссионным изображением, количественно выражает(ют) выравнивание окончательной карты 124 ослабления с окончательным эмиссионным изображением с поправкой на ослабление. Соответственно, в операции 132 окончательное эмиссионное изображение форматируется в формате DICOM, где заголовок DICOM содержит метаданные, касающиеся окончательного эмиссионного изображения, включающие в себя значение(я) 126 метрик(и) QA. (В более общем случае, операция 132 генерирует блок данных для форматирования окончательного эмиссионного изображения в формате, который включает в себя структуру метаданных изображения, содержащую метаданные, относящиеся к эмиссионному изображению, в котором форматирование включает в себя метаданные, представляющие вычисленное(ые) значение(я) 126 метрик(и) QA в структуре метаданных изображения).

Альтернативно, операцию 120 можно выполнять еще один раз после второй операции 130 реконструкции с использованием окончательной карты ослабления 130 и окончательного эмиссионного изображения с поправкой на ослабление в качестве входов, для генерации значения(й) метрик(и) QA, которые еще точнее представляют выравнивание между окончательной картой ослабления 130 и окончательным эмиссионным изображением. Значение(я) метрик(и) QA, вычисленное(ые) в этом последнем выполнении операции 120, затем сохраняются совместно с окончательным изображением в формате DICOM посредством операции 132.

Окончательное эмиссионное изображение в формате DICOM (или в другом формате) со значением(ями) 126 метрик(и) QA, тегированным(и) как метаданные, сохраняется в PACS 60 (или, в более общем случае, сохраняется в хранилище изображений), и затем извлекается из PACS 60 (или другого хранилища изображений) врачом, который затем осуществляет клинический анализ 136 с использованием окончательного эмиссионного изображения и обращаясь к тегированному(ым) значению(ям) метрик(и) QA для оценивания достоверности. Альтернативно, окончательное эмиссионное изображение можно печатать в виде печатной копии, причем значение(я) 126 метрик(и) QA печатаются на листе печатной копии, и печатная копия физически доставляется врачу который затем осуществляет клинический анализ 136. В любом случае, очевидно, что в большинстве вариантов осуществления клинический анализ 136 будет осуществляться в некоторое время спустя и вне радиологической лаборатории или другой установки, в которой осуществляется формирование изображения, включающее в себя операцию 120 вычисления метрик(и) QA. Именно тегирование (или печать) значения(ий) 126 метрик(и) QA с окончательным изображением позволяет врачу, осуществляющему клинический анализ 136, пользоваться этими значениями.

Для иллюстративных метрик QA максимального смещения и неконкордантных метрик QA, малые значения обеих метрик QA указывают адекватное выравнивание для точной корректировки данных излучения на ослабление. Увеличенные значения этих иллюстративных метрик QA указывают, что врач должен быть осведомлен о возможных артефактах. В некоторых вариантах осуществления, в которых массивы данных эмиссионного и анатомического изображения сохраняются в PACS 60 или в другом месте (или в которых сохраняется эквивалентная информация, например реконструированные изображения без потерь), врач может попросить повторения реконструкции, либо без поправки на ослабление, либо с поправкой на ослабление, но с лучшим совмещением карты ослабления.

В иллюстративном примере, показанном на фиг. 2, анатомическое изображение преобразуется в карту ослабления, после чего, вычисляются 120 метрика(и) QA и осуществляется совмещение 122, если применимо. Однако также можно предусмотреть вычисление метрик(и) QA и осуществление совмещения надлежащим образом с использованием анатомического изображения, с последующим преобразованием совмещенного анатомического изображения для генерации карты ослабления. В таких вариантах осуществления, анатомическое изображение (без преобразования) сегментируется и передается операции 120 вычисления метрик(и) QA, и совмещение (если осуществляется) призвано строго и/или нестрого регулировать анатомическое изображение. В этих альтернативных вариантах осуществления, по получении окончательного анатомического изображения (с регулировкой совмещения, если применимо), модуль 34 преобразования применяется для генерации карты ослабления.

На фиг. 3 представлен другой иллюстративный пример, который, в частности, иллюстрирует подходящий двухэтапный подход глобального строгого/локального нестрогого совмещения для осуществления операции 122 совмещения. В этом примере предполагается, что массив данных эмиссионного изображения является массивом данных изображения ОФЭКТ, тогда как массив данных анатомического изображения снова является массивом данных изображения КТ. Этот пример предполагает наличие (несовмещенной) сегментированной карты 150 ослабления и сегментированного начального эмиссионного изображения 152. Оценка выравнивания (или, эквивалентно, обнаружение рассогласования) начинается в этом примере с выделения области, представляющей сердце в эмиссионном изображении 152. В этом примере, сегментирование карты 150 ослабления включает в себя идентификацию "безопасной области”, которая представляет внутреннюю область, где предположительно находится сердце (согласно найденным там значениям карты ослабления).

В первой глобальной операции 160 совмещения, строгий сдвиг (в необязательном порядке, также включающий в себя строгий поворот) осуществляется для оптимизации совпадения контуров тела в карте 150 ослабления и начальном эмиссионном изображении 152. Затем следует второй этап 162 совмещения, который осуществляет локальное нестрогое совмещение, выравнивающее внутреннюю область сердца (для иллюстративного примера формирования изображения сердца), оставляя оставшуюся часть изображения вне этой локальной области сердца неизменной. В некоторых подходящих вариантах осуществления, локальное нестрогое совмещение применяет алгоритм упругой деформации или искривления, который корректирует форму карты ослабления в области сердца таким образом, чтобы область сердца достигала легкого или грудной клетки, но не перекрывалась с ними. На выходе второго этапа 162 совмещения получается пространственно совмещенная сегментированная карта 164 ослабления, которая надлежащим образом передается обратно операции 120 вычисления метрик(и) QA для оценивания (совмещенного) выравнивания и также используется в корректировке на ослабление в операции 130 реконструкции.

В некоторых вариантах осуществления, область сердца, на которую фокусируется второй этап 162 совмещения, может не использоваться для получения мер совпадения при совмещении, используемых на первом этапе 160 совмещения. В противном случае, в зависимости от применяемого способа совмещения, область сердца может оказывать существенное влияние на качество глобального совмещения 162, поскольку локальное несовпадение в области сердца может вносить большой отрицательный вклад в показатель совпадения. Однако, после вывода параметров для строгого совмещения, глобальное совмещение 160 применяется глобально, т.е. строгий сдвиг или поворот, осуществляемый в первом совмещении 160, включает в себя область сердца, которая была исключена при вычислении параметров совпадения при совмещении. Иными словами, в операции 160 область сердца, в необязательном порядке, можно исключать при вычислении величины/направления строгого сдвига и/или поворота, но фактический строгий сдвиг/поворот применяется глобально, в том числе, к области сердца.

Вновь согласно фиг. 3, некоторые варианты осуществления иллюстративного двухэтапного совмещения, а также предыдущего сегментирования, описаны более подробно. Рассматривая сначала эмиссионное изображение 152, до сегментирования левого желудочка сердца, область для обработки сегментирования, в необязательном порядке, ограничивается во избежание непреднамеренного сегментирования близлежащих "горячих" областей (т.е. областей высокой эмиссии в эмиссионном изображении), например, печени или желчного пузыря. Для этого пространственного предварительного выбора, функцию, представляющую накопленную активность эмиссии в каждом осевом срезе, можно аппроксимировать ломаной линией и анализировать (характерные) положения точек перехода между ее отрезками. Такой подход позволяет найти осевой срез, который содержит сердце как наиболее горячую область. Начиная с одного из вокселей сердца в этом срезе, сегментируется все сердце (левый желудочек), например с использованием алгоритма выращивания областей, где значение вокселя используется как индикатор необходимого порогового параметра. Альтернативно, можно использовать алгоритм сегментирования на основе модели или другой алгоритм сегментирования.

Рассматривая затем сегментирование карты ослабления, пороговое сегментирование на основании классификатора диапазона для типичных значений ослабления можно применять для получения двоичной маски для внутренней "безопасной" области, которая представляет внутреннюю область, где предположительно находится сердце. Для получения соответствующего порогового значения, самый правый пик (представляющий более высокие значения шкалы серого) гистограммы, генерируемой из всей карты ослабления, надлежащим образом аппроксимируется функцией Гаусса. Затем можно вывести классификатор диапазона для идентификации области мягкой ткани, например, непосредственно из полуширины на высоте полумаксимума (FWHM) этого гауссова пика. Для дополнительного выбора только нужной внутренней части тела и исключения ткани, находящейся вне грудной клетки, в необязательном порядке, применяется некоторая дополнительная обработка. Например, можно генерировать изображение легочного поля для более точного задания безопасной области, исходя из того, что легкое всегда окружено внешней мягкой тканью. Используя это в качестве дополнительного критерия для удаления внешней мягкой ткани и зная положение легких, можно вывести положение миокарда между ними. Дополнительно, морфологические операции, в необязательном порядке, применяются к промежуточному результату, для сохранения топологической согласованности безопасной области с одновременным удалением малых зазоров или нарушений непрерывности. По завершении вышеописанной обработки сегментирования (или другой подходящей обработки сегментирования), осуществляется этап 160 глобального строгого совмещения.

Для обеспечения более точного описания рассогласования изображений сердца, объемная область, указывающая рассогласование для второго этапа 162, количественно определяется размещением вокселей двоичного сердца, выявленных из данных излучения, которые не располагаются в безопасной области. Суммарное количество или процент этих вокселей можно количественно выразить (в соответствии с неконкордантной метрикой QA), или можно количественно выразить другие характеристики, например, метрику конкретного пространственного распределения (например, представленную метрикой QA максимального смещения). Такие метрики QA надлежащим образом используются в качестве индикатора или индикаторы степени рассогласования.

Согласно фиг. 3, а также фиг. 4, изложены некоторые подходы локального искривления или деформации для осуществления операции 162 локального нестрогого совмещения. Фиг. 4 иллюстрирует локальную область, заданную постоянной границей 170, в которой осуществляется нестрогое совмещение путем локального искривления. Проиллюстрирована прямоугольная локальная область, но локальная область также может иметь круглую, овальную, неправильную или другую форму. Для инициирования деформационной регулировки, идентифицируется оптимальный вектор 172 перетаскивания. Направление оптимального вектора 172 перетаскивания можно вывести из (внешней) поверхности, нормальной к (искривленной) области, представленной всеми вокселями сердца, выявленными вне безопасной области (OSR). В необязательном порядке, применяется морфологическая фильтрация, чтобы гарантировать, что искривленная область не содержит отверстий. Затем (автоматически) задается область R вокруг сердца, ограничивающая пространственную область, где последующая деформация или искривление карты ослабления эффективна. В этой области, значения ослабления изменяются упругим образом для создания нестрогого совмещения.

Согласно фиг. 3 и 4, а также фиг. 5, в одном подходящем варианте осуществления, в котором операция 162 осуществляет нестрогое совмещение путем искривления или деформации, далее выполняются следующие этапы. На этапе 180 вычисляется форма (или "тень") (обозначенная S) проекции сердца на плоскость, ортогональную вектору перетаскивания. На этапе 182 снова выполняется обратная проекция тени S на сердце для идентификации замкнутой, искривленной формы, задающей те воксели сердца, которые принадлежат рубежу 174 распространения сердца (HPF). Воксели, принадлежащие HPF 174, указаны серым затенением на фиг. 4. На этапе 184 определяется объем (обозначенный V), заданный всеми вокселями, пересекаемыми при осуществлении сдвига тени S через область (обозначенную R) с использованием вектора 172 перетаскивания. На этапе 186 вычисляется оптимальный (например, минимальный) диапазон для осуществления сдвига HPF в направлении вектора перетаскивания, чтобы после этого новая или адаптированная безопасная область полностью покрывала сердце в эмиссионном изображении. На этапе 188, каждый воксель внутри области R классифицируется и сдвигается в зависимости от его положения относительно HPF и объема V согласно следующему алгоритму: (A) воксели 176, находящиеся перед HPF 174, сжимаются в направлении вектора 172 перетаскивания; (B) воксели, принадлежащие HPF 174, сдвигаются в направлении вектора 172 перетаскивания согласно оптимальному диапазону, определенному на этапе (4); и (C) воксели 178, находящиеся позади HPF 174, растягиваются в направлении вектора 172 перетаскивания. Для сохранения плавного переход между соседними структурами при выполнении этапа 188, пиксели вне объема V также перетаскиваются в направлении вектора 172 перетаскивания. Однако диапазон их сдвига устанавливается индивидуально, например, в зависимости от их расстояния до поверхности объема V. Для задания этой зависимости от (радиального) расстояния можно использовать различные функции, например, линейную, сигмоидальную функцию или функцию наподобие гауссовой кривой. На этапе 190 новые значения ослабления (стандартная сетка) для области R выводятся путем подходящей интерполяции.

Согласно вариантному подходу, нестрогие локальные модификации и влияние на положения окружающих вокселей представлены в виде трехмерный модели массы на пружинах. Согласно другому вариантному подходу, вся безопасная область (и карта ослабления) сдвигается в средне-заднем направлении, пока граница сердца не начнет выходить за пределы граничной области, приводя к мягкому рассогласованию, и таким образом, расширению OSR. Затем OSR перетаскивается, как в операции 162, но в противоположном направлении, что приводит к сокращению безопасной области.

Возможны различные дополнительные или альтернативные этапы предварительной обработки для обработки совмещения. Например, коррекцию прожилочных артефактов в карте ослабления, в необязательном порядке, можно осуществлять до выделения безопасной области. Это может обеспечивать преимущество, поскольку прожилочные артефакты могут быть локально ложно интерпретированы как неправильный тип или типы ткани, что может приводить к нефизиологическим искажениям в ходе операции 162 нестрогого совмещения. Некоторые подходящие алгоритмы коррекция прожилок включают в себя топологические или медианные алгоритмы, фильтрационные алгоритмы, модификацию локальных значений ослабления на основе анализа гистограмма, подходы коррекции прожилок на основе преобразования Хафа, и т.д.

В данной заявке описаны один или более предпочтительных вариантов осуществления. На основании вышеприведенного подробного описания можно предложить различные модификации и изменения. Предполагается, что заявка включает в себя все подобные модификации и изменения при условии, что они не выходят за рамки объема нижеследующей формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к области формирования эмиссионного изображения. Техническим результатом является повышение точности формирования эмиссионного изображения. Способ содержит этапы, на которых: генерируют карту ослабления из массива данных анатомического изображения, полученного от субъекта, реконструируют массив данных эмиссионного изображения, полученный от субъекта, для генерации эмиссионного изображения, причем этап реконструкции включает в себя корректировку на ослабление эмиссионного излучения в субъекте с использованием карты ослабления, вычисляют значение метрики гарантии качества, количественно выражающей выравнивание карты ослабления с эмиссионным изображением, сохраняют эмиссионное изображение и вычисленную метрику гарантии качества в хранилище изображений; после сохранения, извлекают экземпляр эмиссионного изображения и экземпляр вычисленной метрики гарантии качества из хранилища изображений; и отображают или печатают извлеченный экземпляр эмиссионного изображения совместно с извлеченным экземпляром вычисленной метрикой гарантии качества. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ формирования эмиссионного изображения, содержащий этапы, на которых:
генерируют карту ослабления из массива данных анатомического изображения, полученного от субъекта,
реконструируют массив данных эмиссионного изображения, полученный от субъекта, для генерации эмиссионного изображения, причем этап реконструкции включает в себя корректировку на ослабление эмиссионного излучения в субъекте с использованием карты ослабления,
вычисляют значение метрики гарантии качества, количественно выражающей выравнивание карты ослабления с эмиссионным изображением,
сохраняют эмиссионное изображение и вычисленную метрику гарантии качества в хранилище изображений;
после сохранения, извлекают экземпляр эмиссионного изображения и экземпляр вычисленной метрики гарантии качества из хранилища изображений; и
отображают или печатают извлеченный экземпляр эмиссионного изображения совместно с извлеченным экземпляром вычисленной метрикой гарантии качества.

2. Способ по п. 1, в котором на этапе генерации карты ослабления:
реконструируют массив данных эмиссионного изображения для генерации начального эмиссионного изображения, и
совмещают с начальным эмиссионным изображением одно из (i) анатомического изображения, реконструированного из массива данных анатомического изображения, и (ii) карты ослабления.

3. Способ по п. 2, в котором на этапе совмещения:
осуществляют глобальное строгое совмещение, и
после глобального строгого совмещения, осуществляют локальное нестрогое совмещение области, представляющей интерес.

4. Способ по п. 3, в котором на этапе осуществления локального нестрогого совмещения осуществляют совмещение методом искривления сетки.

5. Способ по п. 2, в котором на этапе совмещения применяют метрику гарантии качества в качестве показателя качества при совмещении.

6. Способ по п. 1, в котором на этапе вычисления вычисляют значение метрики гарантии качества максимального смещения, количественно выражающей максимальное расстояние, на которое признак эмиссионного изображения выходит за пределы соответствующего признака карты ослабления.

7. Способ по п. 1, в котором на этапе вычисления вычисляют значение метрики гарантии качества максимального смещения, количественно выражающей максимальное расстояние, на которое признак миокарда эмиссионного изображения проникает внутрь признака легочного поля карты ослабления.

8. Способ по п. 1, в котором на этапе вычисления вычисляют значение неконкордантной метрики гарантии качества, количественно выражающей часть признака эмиссионного изображения, выходящую за пределы соответствующего признака карты ослабления.

9. Способ по п. 1, в котором на этапе вычисления вычисляют значение неконкордантной метрики гарантии качества, количественно выражающей часть признака миокарда эмиссионного изображения, выходящую за пределы соответствующего признака миокарда карты ослабления.

10. Способ по п. 1, в котором на этапе вычисления принимают:
первый ввод, состоящий из одного из эмиссионного изображения и нескорректированного эмиссионного изображения, генерируемого путем реконструкции массива данных эмиссионного изображения без поправки на ослабление, и
второй ввод, состоящий из одного из анатомического изображения, реконструированного из массива данных анатомического изображения, карты ослабления, анатомического изображения, реконструированного из массива данных анатомического изображения и совмещенного с массивом данных эмиссионного изображения, и карты ослабления после совмещения с массивом данных эмиссионного изображения.

11. Способ по любому из пп. 1-10, дополнительно содержащий этапы, на которых:
форматируют эмиссионное изображение в формате хранилища, который включает в себя структуру метаданных изображения, содержащую метаданные, относящиеся к эмиссионному изображению,
в ходе форматирования включают метаданные, представляющие вычисленную метрику гарантии качества, в структуру метаданных изображения, и
сохраняют в хранилище изображений эмиссионное изображение в формате хранилища, включающем в себя структуру метаданных изображения, содержащую метаданные, представляющие вычисленную метрику гарантии качества.

12. Способ по любому из пп. 1-10, дополнительно содержащий этап, на котором получают массив данных анатомического изображения субъекта с использованием одного из формирования изображения методом трансмиссионной компьютерной томографии (СТ) и формирования изображения магнитно-резонансным (MR) методом.

13. Способ по любому из пп. 1-10, дополнительно содержащий этап, на котором получают массив данных эмиссионного изображения субъекта с использованием одного из формирования изображения методом позитрон-эмиссионной томографии (PET) и формирования изображения методом однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT).

14. Устройство для формирования эмиссионного изображения, содержащее:
электронный блок (24) обработки данных, выполненный с возможностью осуществлять способ, включающий в себя:
генерацию карты ослабления из массива данных анатомического изображения, полученного для субъекта,
реконструкцию массива данных эмиссионного изображения, полученного для субъекта, для генерации эмиссионного изображения, причем реконструкция включает в себя корректировку на ослабление эмиссионного излучения в субъекте с использованием карты ослабления,
вычисление значения метрики гарантии качества, количественно выражающей выравнивание карты ослабления с эмиссионным изображением, и формирование блока данных, содержащего эмиссионное изображение и метаданные, представляющие вычисленную метрику гарантии качества.

15. Устройство по п. 14, в котором генерация карты ослабления содержит:
реконструкцию массива данных эмиссионного изображения без поправки на ослабление для генерации нескорректированного эмиссионного изображения, и
совмещение с нескорректированным эмиссионным изображением одного из (i) анатомического изображения, реконструированного из массива данных анатомического изображения, и (ii) карты ослабления, причем совмещение включает в себя осуществление глобального строгого совмещения и, после глобального строгого совмещения, осуществление локального нестрогого совмещения области, представляющей интерес.

16. Устройство по любому из пп. 14 и 15, в котором вычисление содержит по меньшей мере одно из:
вычисления значения метрики гарантии качества максимального смещения, количественно выражающей максимальное расстояние, на которое выбранный признак эмиссионного изображения либо выходит за пределы, либо входит внутрь выбранного признака карты ослабления, и
вычисления значения неконкордантной метрики гарантии качества, количественно выражающей часть признака эмиссионного изображения, выходящую за пределы соответствующего признака карты ослабления.

17. Носитель данных, хранящий инструкции, выполняемые электронным блоком (24) обработки данных для осуществления способа, включающего в себя:
генерацию начального эмиссионного изображения путем реконструкции массива данных эмиссионного изображения, полученного для субъекта,
генерацию карты ослабления из массива данных анатомического изображения, полученного для субъекта, причем генерация включает в себя совмещение с начальным эмиссионным изображением одного из (i) анатомического изображения, реконструированного из массива данных анатомического изображения, и (ii) карты ослабления, причем совмещение включает в себя осуществление глобального строгого совмещения с последующим локальным нестрогим совмещением области, представляющей интерес, и
реконструкцию массива данных эмиссионного изображения для генерации эмиссионного изображения с поправкой на ослабление, причем реконструкция включает в себя корректировку на ослабление эмиссионного излучения в субъекте с использованием сгенерированной карты ослабления.

18. Носитель данных по п. 17, причем генерация начального эмиссионного изображения содержит генерацию начального эмиссионного изображения путем реконструкции массива данных эмиссионного изображения, полученного для субъекта без поправки на ослабление эмиссионного излучения в субъекте.

19. Носитель данных по п. 17, причем осуществление локального нестрогого совмещения содержит осуществление совмещения методом искривления сетки.