感兴趣心肌区域的半自动界定

摘要

公开了一种在心脏医学图像数据中标识感兴趣心肌区域的方法。该方法包括在医学成像数据的第一(204)和第二(206)视图中标识心肌组织(200)以及构建心肌表面(502)。在一个实施例中，将心肌表面建模为多个椭圆弧段(502)和半个椭圆球体。

说明书

本申请涉及医学成像中的感兴趣区域(ROI)的界定，更具体而言涉及 在心脏核医学数据中标识心肌ROI的技术。

核医学中的ROI界定可能是一项困难的工作。核医学图像数据通常会 表现出相当高水平的噪声。此外，图像数据通常包括(即使有的话)有限 的解剖学信息。

ROI界定技术的一项重要应用是在心脏应用中标识心肌层。在心脏核 医学中，通常一次性(即在静态研究中)或在多个时间点(即在动态研究 中)测量在心脏附近的一个体积内显像剂的活动性分布。接下来可以将该 数据用于估计心肌血流(MBF)、局部心肌血流(rMBF)、血流储备、射血 分数或其他与诊断或治疗相关的参数。定量评估这些和其他参数已成为分 析核医学数据广泛接受的技术。

然而，参数估计技术通常要求将在图像数据中标识心肌ROI作为进一 步处理的起点。实际上，准确而定量的参数评估部分取决于准确而可重复 的ROI界定。因此，已经提出了各种标识心肌ROI的技术。

在一项技术中，由人类用户例如通过描迹ROI的轮廓或以其他方式标 识ROI中包含的体元，来手工勾画出心肌ROI的范围和边界。令人遗憾的 是，手工勾画ROI可能是一项繁重而耗时的任务。在对应的紧张和静息研 究中需要勾画心肌ROI时尤其是这种情况。此外，手工勾画ROI往往取决 于用户且往往没有可重复性。

另一个趋势是采用多模态系统，其中将诸如CT或MR的提供解剖学信 息的模态与核扫描仪配对使用。接着可以用解剖学信息标识心肌层。然而， 可能得不到解剖学信息或者质量可能较差。解剖学ROI界定技术也可能存 在其自身的一些问题。

对核医学数据进行处理的其他技术见于：Nekolla等，Reproducibility of polar map generation and assessment of defect severity and extend assessment in myocardial perfusion imaging using positron emission tomography，Eur J Nucl Med，卷25，no.9，页1313-1321，1998年9月；Katoh等，Improvement of algorithm for quantification of regional myocardial blood flow using ¹⁵O-water with PET，J Nucl Med，卷45，no.11，页1908-1916，2004年11月；以及Itti 等，Assessment of myocardial reperfusion after myocardial infarction using automatic 3-dimensional quantification and template matching，J Nocl Med，卷 45，no.12，页1981-1988，2004年12月。

虽然如此，仍然有改进的空间。例如，从界定不良的开始条件开始的 ROI界定技术有时可能会产生显然不理想的结果，校正这种问题可能需要 相当多的操作员干预。于是，仍然需要很适用于核医学数据的较为用户友 好、准确、可再现和高效的心肌ROI界定。

本申请的各个方面解决了这些问题和其他问题。

根据一个方面，一种方法包括：在核医学图像数据的第一心脏长轴视 图中标识心肌组织的第一位置；确定所述第一位置和所述图像数据的第二 视图的交点；以及利用所确定的所述第一位置和所述第二视图的交点在所 述第二视图中产生感兴趣心肌区域。

根据本发明的另一方面，一种设备包括：用于在核医学图像数据的第 一视图中的第一位置处标识心肌组织的装置；用于确定所述第一位置和所 述图像数据的第二视图的交点的装置；以及用于利用所确定的所述第一位 置和所述第二视图的交点在所述第二视图中产生感兴趣心肌区域的装置。

根据另一方面，一种计算机可读存储介质包含如下指令，所述指令在 被计算机执行时令计算机执行如下方法，该方法包括以人类可读的形式显 示医学图像数据的第一视图。该第一视图包括心肌层的一个区域。该方法 还包括：接收第一人类输入，所述第一人类输入在所述第一视图中的多个 位置处标识心肌组织；利用所接收的第一输入在所述图像数据的多个第二 视图中的每个中确定所述心肌组织的至少第一位置；以及利用所确定的位 置生成感兴趣心肌区域。

根据本发明的另一方面，一种方法包括：在心脏图像数据的短轴视图 中的多个间隔开位置标识心肌组织；自动生成与所述多个间隔开位置相交 的心肌表面(502)；以及对多个短轴视图重复所述标识和生成步骤。

在阅读并理解以下详细说明的基础上，本领域的普通技术人员将会理 解本发明的其他方面。

本发明可以具体化成各种组件和组件布置以及各种步骤和步骤的布 置。附图仅用于例示优选实施例，不应视为限制本发明。

图1示出了标识心肌ROI的方法；

图2A、2B和2C为心肌层的视图；

图3A、3B和3C为界定心肌ROI期间各阶段的心肌视图；

图5为示出了利用第一局部模型构造的表面的心肌层的视图；

图6示出了根据本发明的系统；

图7为示出了心肌ROI的心肌层的视图。

参考图1，一种心肌ROI界定方法包括如下步骤：获得核图像数据100， 对数据102定向，标识第一心肌组织104，标识第二心肌组织106，定位心 脏底平面和顶点108，构建心肌表面110，扩展表面112，以及进行定量评 估114。

在步骤100获得表示对象的核成像数据。可以从利用单光子发射计算 机断层成像(SPECT)扫描仪、正电子发射断层成像(PET)扫描仪或其他 适当装置采集的数据产生该数据。出于本范例的目的，将假定核成像数据 包括表示ROI的体积数据，该ROI包括心脏的一个区域。注意，可以从扫 描仪自身、图片归档或通信(PACS)系统、独立计算机或其他适当来源获 得图像数据。

在步骤102，另外参考图2，相对于左心室的长轴对来自核成像检查的 体积数据进行定向，以提供标准的相互正交的短轴(SA)202、水平长轴 (HLA)204和垂直长轴(VLA)206的心脏视图，这些视图包括心肌层200 的一个区域。短轴视图202基本与左心室的长轴正交，而水平长轴视图204 和垂直长轴视图206基本平行于长轴。可以利用市场上买得到的适当心脏 成像软件包进行定向操作。出于以下范例的目的，将假定短轴视图202界 定x-y平面且z从心尖到底平面而增大。尽管标准的短轴202、水平长轴204 和垂直长轴206视图的优点在于用户熟悉且与心脏的几何形状一致，但也 可以使用其他定向。

在步骤104，并参考图1和3，利用长轴视图204、206之一执行第一 心肌组织的标识步骤。当标识步骤包括人类输入时，就以人类可读的形式， 例如在具有图形用户界面(GUI)的计算机的监视器或显示器上显示描绘了 定向后的视图202、204、206中的一个或多个的切片。尽管所显示的切片 不必是中央切片，但越靠近心肌层中间的切片一般产生越好的结果。

出于本范例的目的，将假定首先在垂直长轴视图206上进行标识。在 一种实现方式中，提示用户在心肌组织上标识期望的多个点302₁、302₂、 302₃、302₄...302_n。例如，通过在相继点302之间进行线性内插来通过多个 线段304连接这些点302。也可以用更高阶的内插来产生弯曲的线段304。 如图所示，这些点界定了大致为马蹄形的路径，其对应于视图206中的心 肌层200的形状。

当将这些点的数量和位置选择为使得线段304靠近心肌组织的中央时， 精确性得到增强。在极限情况下，这些点充分地靠在一起，使得用户能够 有效地沿着所显示的视图中的心脏组织画出曲线。

可以交互显示点302和线段304，使用户能够根据需要查看和调节这些 点和/或线段中的一个或多个。作为对心肌层标识的进一步辅助，可以在短 轴视图202上交互地显示相应线段304与短轴视图202相交的点306₁、306₂。

在步骤106，在第二长轴视图上标识心肌组织，为了本范例的目的，假 设第二长轴视图为水平长轴视图204。再次提示用户在心肌组织上标识多个 点308₁、308₂、308₃、308₄、308₅...308_n，通过多个线段310连接这些点308， 并在短轴视图202上交互显示线段与短轴视图相交的点312₁、312₂。

理想情况下，点306、312大致居中，且在短轴视图202中关于心肌组 织相对等角度地分隔开。为此，可以为用户提供选项以观察和确认这些点 306、312与一个或多个额外切片相交的位置并(可能利用不同的切片组) 重复组织标识步骤之一或两者。

注意，可以省略组织标识步骤104、106之一。也可以通过(例如)提 供三个或更多长轴视图来提供额外的组织标识步骤。作为另一选项，可以 自动或半自动地执行组织标识步骤之一或多个。

在步骤108，使用心肌组织标识步骤的结果自动确定心脏底平面314和 心尖316的大致位置。也可以显示这些位置，并为用户提供根据需要确认 或调节它们位置的机会。在另一实现方式中，由用户手工标识这些位置。

在110自动构建心肌组织表面。现在参考图4和5，在步骤402选择短 轴视图202中的切片。为了以下讨论的目的，假设最开始的切片位于底部 或在其附近。在步骤404，标识线段304、310与当前切片的交点306₁、306₂、 312₁、312₂。如果通过选择交点306和模型从而在心肌层中央或附近构建该 表面，则会获得更精确的结果。

在步骤406，连接相邻的交点。在一种实现方式中，利用随z轴位置而 变化的第一局部模型执行该连接。例如，可以通过一系列四分之一椭圆 502₁、502₂、502₃、502₄对表面502建模。由于在距心尖较近的位置(例如 整个心肌高度的大约底部百分之十(10％))交点312₁、312₂的位置变得较 不可靠，因此在心尖区域使用不同的局部模型。中止逐个切片的过程，将 表面502建模为半个椭圆球体。从至此所构建的表面的重心获得椭圆球体 的(x，y)中心。选择半径r_x和r_y以适当地连接到表面的其余部分。

建模技术的一个优点是表面的构造一般对低活动性区域不太敏感。可 以单独地或与局部模型结合使用其他技术来构建该表面。例如，可以利用 解剖数据等通过标识位于各交点之间的较高活动性的区域来构建该表面。

如步骤408所示，针对预期的多个切片，例如从底部移动到心尖，重 复步骤402、404和406。也可想到其他次序。

可以无需操作员干预自动进行心肌表面的构建。在构建过程中也可以 在一个或多个点显示该表面，为用户提供查看、修改和/或接受结果的机会。 在一种实现方式中，在三维(3D)呈现的视图中单独或与解剖学数据共同 对准显示完成的表面。

现在回到图1并再参考图6，在步骤112扩展该表面502以产生心肌 ROI702。在一种实现方式中，以确定的方式与中央表面相邻地加上一个区 域。所加的区域的厚度为心脏几何形状和体积数据分辨率的函数，但与测 到的活动性无关；大约5毫米(mm)的厚度是一个适当值。还可以进一步 扩展该表面以包括该表面附近(例如在另一5mm的中央表面之内)的值超 过期望值的额外体元，例如，该期望值最多为数据的大约百分之六十(60％)。 也可以采用其他区域生长技术。

也可以与表面构建步骤110同时执行一些或全部的表面扩展112；也可 以在无需显见的表面扩展步骤的情况下构建期望厚度的表面502。在这样的 实现方式中，可以将在表面构建步骤110中构建的表面502视为具有期望 的厚度或者包含心肌ROI 702的一些或全部。

在114执行对心肌ROI的定量评估或其他评估。可以用该数据生成灌 注图、极坐标图(polar map)或以期望格式显示的其他研究信息。示范性 的定量评估包括心肌血流、局部心肌血流、流量储备和射血分数。

现在参考图6，用于进行ROI界定的系统包括成像系统602、处理器 604和用户界面606。尽管以上论述重点放在了SPECT和PET系统，但要 理解的是也可以使用其他适当的成像系统。有利地，将处理器604实现为 计算机或计算机工作站。关于这一点，应当指出，处理器604也可以提供 与成像系统602关联的操作控制台或工作站的一些或全部功能。有利地， 利用适当的人类输入/输出装置(例如监视器或显示器、键盘和/或鼠标)将 用户界面606实现为图形用户界面(GUI)。

可以在存储于适当计算机可读存储介质中的计算机程序中具体实现上 述技术。该计算机程序包括在由处理器读取和执行时会使处理器执行实现 本发明步骤或要素所需的步骤的指令。示范性机器可读存储介质包括，但 不限于固定的硬盘驱动器、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM)、随机存 取存储器(RAM)和可编程(PROM)的半导体存储器。通过直接从存储 器执行代码，或将代码从一个存储装置拷贝到另一个存储装置，或在网络 上传输代码进行远程执行来使用包含计算机可读代码的存储器。

已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解前述详细说明的前 提下，其他人可以想到各种修改和变化。只要修改和变化落入所附权利要 求或其等价要件的范围内，本发明意在被解释为包括所有这种修改和变化。