專利名稱：在心臟電影磁共振成像中對(duì)左心室的自動(dòng)定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容涉及磁共振成像(MRI)，并且更具體而言，涉及在心 臟電影磁共振成像中對(duì)左心室的自動(dòng)定位.
背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)是一種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，其中可以三維地并以帶 有適于區(qū)分不同形式的人體軟組織的大量細(xì)節(jié)的形式對(duì)人體對(duì)象進(jìn)行 成像.因而，MRI非常適于可視化和診斷心血管疾病.在MRI中，將人 體對(duì)象暴露在強(qiáng)大的磁場(chǎng)中，該磁場(chǎng)對(duì)人體組織內(nèi)的水中的氫原子的 核磁化進(jìn)行排列，使用射頻場(chǎng)以系統(tǒng)地改變?cè)摯呕呐帕?，并且氫?隨后產(chǎn)生掃描儀可檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).
結(jié)構(gòu)圖像數(shù)據(jù)可以根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)而產(chǎn)生，以構(gòu)建人體的 圖像.例如，結(jié)構(gòu)圖像可以根據(jù)在不同方位處的多個(gè)空間頻率而產(chǎn)生. 使用頻率和相位編碼來(lái)測(cè)量正在被成像的對(duì)象內(nèi)的大量空間頻率的幅 度，可以選擇所執(zhí)行的相位編碼步驟的數(shù)量，以確定可以采集多少成 像數(shù)據(jù).
由于MRI使用磁場(chǎng)和射頻場(chǎng)來(lái)進(jìn)行可視化，因此患者并未如在進(jìn)行 CT掃描的情況下那樣暴露于有潛在危害的電離輻射.
心臟電影MRI是這樣的過(guò)程，通過(guò)該過(guò)程，在跨越一個(gè)心動(dòng)周期的 時(shí)間段內(nèi)依次采集多幅MR困像，心臟電影MRI的結(jié)果是圖像序列，該圖 像序列可以形成示出心臟如何泵送血液的電影.隨后可以檢查心臟電 影MRI以評(píng)定心室功能。例如，可以使用對(duì)左心室的分割以測(cè)量在收縮 前不久左心室中的血容量，該血容量是被稱為心臟舒張末期容量的屬 性，類似地，還可以測(cè)量在收縮末期左心室中的血容量，該血容量是被稱為心臟收縮末期容量的屬性.心臟舒張末期與心臟收縮末期容量 之差是每搏輸出量，并且代表隨著每次心搏射出的血容量.射血分?jǐn)?shù)
是隨著每次搏動(dòng)射出的心臟舒張末期容量的分?jǐn)?shù)；該分?jǐn)?shù)等于每搏輸 出量除以心臟舒張末期容量.在診斷心臟疾病時(shí)，射血分?jǐn)?shù)(EF)可 能具有相當(dāng)大的價(jià)值.
根據(jù)用于采集心臟電影MRI的標(biāo)準(zhǔn)程序，使用MR掃描儀三維地對(duì)心 臟進(jìn)行成像，并且將所得到的困像數(shù)據(jù)分成短軸切片，所述短軸切片 覆蓋從心臟的底部至頂點(diǎn)的左心室(LV).隨后，可以使用半自動(dòng)分 割工具來(lái)分析圖像切片，該半自動(dòng)分割工具使用搮作員輸入來(lái)了解心 臟的結(jié)構(gòu)特征，隨著心動(dòng)周期進(jìn)行，心臟的結(jié)構(gòu)特征具有診斷價(jià)值.
在執(zhí)行半自動(dòng)分割中所涉及到的搮作員輸入的水平導(dǎo)致該程序耗 時(shí).而且，結(jié)果的質(zhì)量可能高度取決于搮作員，并且可能易受到人為 錯(cuò)誤的影響.

發(fā)明內(nèi)容
一種用于在醫(yī)學(xué)困像數(shù)據(jù)中自動(dòng)定位左心室的方法包括采集跨越 心動(dòng)周期的三維醫(yī)學(xué)圖像序列.所述圖像中的每幅都包括多個(gè)二維圖 像切片，所述多個(gè)二維圖像切片之一被定義為模板切片.基于在整個(gè) 醫(yī)學(xué)圖像序列中模板切片的像素之間的時(shí)間變化，自動(dòng)地裁剪(crop) 該序列的每幅醫(yī)學(xué)困像的模板切片，以包括心臟和圍繞心臟的邊緣. 自動(dòng)勾畫該序列的每幅醫(yī)學(xué)困像的模板切片的輪廓，以便至少針對(duì)心 臟舒張末期和心臟收縮末期階段確定心內(nèi)膜和心外膜邊界.基于至少 針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段所確定的心內(nèi)膜和心外膜邊 界，為左心室生成定位信息，
三維醫(yī)學(xué)困像序列可以是心臟電影MRI.對(duì)于每幅三維醫(yī)學(xué)圖像， 模板切片可以被定義為在該三維醫(yī)學(xué)困像的瓣膜平面之下的笫二或第 三困像切片.自動(dòng)裁剪和自動(dòng)勾畫輪廊可以作為自動(dòng)定位步驟的一部 分被執(zhí)行.圍繞心臟的邊緣可以足夠緊密，以避免明顯地包含大動(dòng)脈， 并且足夠大以完全包圍心臟.
自動(dòng)裁剪可以包括執(zhí)行初始裁剪、檢測(cè)在心臟舒張末期階段時(shí)的 左心室血池、以及基于所檢測(cè)到的左心室血池來(lái)改進(jìn)初始裁剪以建立
最終裁剪.初始裁剪可以以在不同心臟階段時(shí)二維圖像切片的對(duì)應(yīng)像素之間 的時(shí)間強(qiáng)度變化為基礎(chǔ)，其中初始裁剪包括在不同心臟階段之間具有 相對(duì)大的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差的對(duì)應(yīng)困像像素.
檢測(cè)左心室血池可以包括對(duì)在心臟舒張末期階段時(shí)的每幅三維
圖像的每個(gè)模板切片進(jìn)行二值化，其中強(qiáng)度值高于預(yù)定閾值；建立一 個(gè)或多個(gè)左心室候選作為二值化圖像的連通分支；去除尺寸相對(duì)小的 候選；去除相對(duì)于初始裁剪而言相對(duì)偏心的候選；并且在應(yīng)用一個(gè)或 多個(gè)形狀特征的基礎(chǔ)上選擇剩余候選中的哪個(gè)候選表示左心室.
對(duì)每個(gè)模板切片進(jìn)行二值化可以包括執(zhí)行高斯聚類(Gaussian clustering).可以使用為左心室所生成的定位信息來(lái)計(jì)算表征心室 功能的度量(例如每搏輸出量、射血分?jǐn)?shù)等).
一種用于在醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中自動(dòng)定位左心室的方法包括采集心臟 電影磁共振(MR)圖像序列，該圖像序列包括在心動(dòng)周期的各個(gè)階段 時(shí)的MR圖像幀序列，每幅MR圖像被分成多個(gè)切片.基于在整個(gè)醫(yī)學(xué)圖 像序列中時(shí)間像素強(qiáng)度變化，自動(dòng)裁剪包括心臟舒張末期幀和心臟收 縮末期幀在內(nèi)的至少兩個(gè)幀的至少一個(gè)切片，以包括心臟和圍繞心臟
的邊緣.自動(dòng)勾畫所述至少兩個(gè)幀的至少一個(gè)切片的輪廓，以便至少 針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段確定心內(nèi)膜和心外膜邊界.基 于至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段所確定的心內(nèi)膜和心外 膜邊界，為左心室產(chǎn)生定位信息.
自動(dòng)裁剪可以包括執(zhí)行初始裁剪、檢測(cè)在心臟舒張末期階段時(shí)的 左心室血池、并且基于所檢測(cè)到的左心室血池來(lái)改進(jìn)初始裁剪以建立
最終裁剪.
初始裁剪可以以在不同心臟階段時(shí)困像切片的對(duì)應(yīng)像素之間的時(shí) 間強(qiáng)度變化為基礎(chǔ)，其中初始裁剪包括在不同心臟階段之間具有相對(duì) 大的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差的對(duì)應(yīng)圖像像素.
檢測(cè)左心室血池可以包括對(duì)在心臟舒張末期階段時(shí)的至少兩個(gè) 幀的至少一個(gè)切片進(jìn)行二值化，其中強(qiáng)度值高于預(yù)定閾值；建立一個(gè) 或多個(gè)左心室候選作為二值化圖像的連通分支；去除尺寸相對(duì)小的候 選；去除相對(duì)于初始裁剪而言相對(duì)偏心的候選；以及在應(yīng)用一個(gè)或多 個(gè)形狀特征的基礎(chǔ)上選擇剩余候選中的哪個(gè)候選表示左心室。
對(duì)所述至少一個(gè)切片中的每一個(gè)進(jìn)行二值化可以包括執(zhí)行高斯聚一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括處理器和該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可讀的程序存儲(chǔ)設(shè) 備，該程序存儲(chǔ)設(shè)備包含該處理器可執(zhí)行的指令程序，以執(zhí)行用于在 醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中自動(dòng)定位左心室的方法步驟.該方法包括采集心臟電
影磁共振(MR)困像序列，該圖像序列包括在心動(dòng)周期的各個(gè)階段時(shí) 的MR圖像幀序列，每幅MR圖像被分成多個(gè)切片，所述多個(gè)切片之一被 定義為模板切片.基于在整個(gè)醫(yī)學(xué)困像序列中模板切片的像素之間的 時(shí)間變化，自動(dòng)裁剪包括心臟舒張末期幀和心臟收縮末期幀在內(nèi)的至 少兩個(gè)楨的模板切片，以包括心臟和圍繞心臟的邊緣.自動(dòng)勾畫所述 至少兩個(gè)幀的模板切片的輪廓，以便至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收 縮末期階段確定心內(nèi)膜和心外膜邊界.基于至少針對(duì)心臟舒張末期和 心臟收縮末期階段所確定的心內(nèi)膜和心外膜邊界，為左心室產(chǎn)生定位 信息.
自動(dòng)裁剪可以包括執(zhí)行初始裁剪、檢測(cè)在心臟舒張末期階段時(shí)的 左心室血池、以及基于所檢測(cè)到的左心室血池來(lái)改進(jìn)初始裁剪以建立
最終裁剪.
初始裁剪可以以在不同心臟階段時(shí)的圖像切片的對(duì)應(yīng)像素之間的 時(shí)間強(qiáng)度變化為基礎(chǔ)，其中初始裁剪包括在不同心臟階段之間具有相 對(duì)大的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差的對(duì)應(yīng)圖像像素.
檢測(cè)左心室血池包括對(duì)在心臟舒張末期階段時(shí)的至少兩個(gè)楨的 模板切片進(jìn)行二值化，其中強(qiáng)度值高于預(yù)定閾值；建立一個(gè)或多個(gè)左 心室候選作為二值化困像的連通分支；去除尺寸相對(duì)小的候選；去除 相對(duì)于初始裁剪而言相對(duì)偏心的候選；以及在應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)形狀特 征的基礎(chǔ)上選擇剩余候選中的哪個(gè)候選表示左心室.
對(duì)所述模板切片進(jìn)行二值化可以包括執(zhí)行高斯聚類.
附困說(shuō)明
因?yàn)橥ㄟ^(guò)參考結(jié)合隨附附困所考慮的下列詳細(xì)說(shuō)明，本公開(kāi)內(nèi)容 以及其許多伴隨方面變得更好理解，所以將容易獲得本公開(kāi)內(nèi)容以及 其許多伴隨方面的更完整了解，其中
圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的、 一種用于在心臟電影MR 圖像中自動(dòng)定位左心室(LV)的方法的流程困；困2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的、 一種用于計(jì)算候選區(qū)域
的偏心程度的方法的圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的自動(dòng)裁剪的一組示例性
圖像；
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例在心臟電影MR圖像上的自 動(dòng)裁剪效果的一組示例性圖像；
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例自動(dòng)定位LV的結(jié)果的一組 示例性圖像；以及
圖6示出能夠?qū)嵤└鶕?jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例的方法和裝置的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)例子.
具體實(shí)施例方式
在描述附圖
中所示的本公開(kāi)內(nèi)容的示例性實(shí)施例時(shí)，為了清楚起 見(jiàn)，采用特定術(shù)語(yǔ).然而，本公開(kāi)內(nèi)容并不意圖限于這樣選擇的特定 術(shù)語(yǔ)，并且應(yīng)當(dāng)理解，每個(gè)特定元件包括以相似方式工作的所有技術(shù) 等效元件.
本發(fā)明的示例性實(shí)施例設(shè)法提供在心臟電影MR圖像中對(duì)左心室 (LV)的自動(dòng)定位，以便可以從所述心臟電影MR圖像數(shù)據(jù)中快速、精 確并且一致地獲得診斷信息.用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的 自動(dòng)定位的框架(framework)可以包括在MR圖像重建期間執(zhí)行分割以 及自動(dòng)定位來(lái)自心臟電影MR閨像的左心室.在執(zhí)行自動(dòng)定位的過(guò)程中， 可以了解左心室的位置和尺寸，以便可以適當(dāng)?shù)爻跏蓟膬?nèi)膜和心外 膜邊界的輪廓.
圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的、用于在心臟電影MR困像 中自動(dòng)定位左心室(LV)的方法的流程困.首先，可以采集心臟電影 MR圖像(步驟Sll),如上所述，心臟電影MR圖像可以包括在心動(dòng)周期 期間拍攝的圖像序列，可以采集所述心臟電影MR圖像的困像切片，使 得第一或笫二切片位于瓣膜平面中并且認(rèn)為隨后的切片是模板切片.
因而，該模板切片可以是笫二或笫三困像切片.隨后，可以將自動(dòng)定 位10應(yīng)用于心動(dòng)周期的各個(gè)階段的模板切片處的MR困像.自動(dòng)定位IO 可以包括兩個(gè)步驟，即自動(dòng)裁剪步驟(步碟S12)和自動(dòng)勾畫輪廓步驟 (步驟S17).在自動(dòng)裁剪步驟(步驟S12)中，在心動(dòng)周期的每個(gè)相位的模板切片中，在心臟周圍畫出邊界框.每個(gè)邊界框應(yīng)當(dāng)具有適當(dāng)?shù)卦O(shè)定尺寸的邊緣.該適當(dāng)?shù)卦O(shè)定尺寸的邊緣應(yīng)當(dāng)足夠緊密以避免明顯地包含大動(dòng)脈，因?yàn)槊黠@地包含大動(dòng)脈可能導(dǎo)致分割在電影圖像中通?？梢?jiàn)的大動(dòng)脈.該適當(dāng)?shù)卦O(shè)定尺寸的邊緣還應(yīng)當(dāng)足夠大以完全包圍心臟，尤其是左心室，否則診斷相關(guān)性的值的計(jì)算可能不精確.
自動(dòng)裁剪(步稞S12)可以包括下列子步驟首先可以執(zhí)行初始裁剪(步驟S13).由于在不同心臟相位的圖像采集之間心臟經(jīng)歷顯著的運(yùn)動(dòng)，因此可以基于模板切片的不同相位的圖像之間的時(shí)間強(qiáng)度變化來(lái)獲得初始裁剪.因而，由于隨著心動(dòng)周期進(jìn)行，心臟的圖像很可能經(jīng)歷強(qiáng)度變化，并且周圍組織不大可能經(jīng)歷作為心動(dòng)周期的函數(shù)的強(qiáng)度變化，所以可以畫出初始裁剪以包括那些隨著時(shí)間的過(guò)去而經(jīng)歷強(qiáng)度變化的像素.
為了定位強(qiáng)度變化，可以計(jì)算在整個(gè)圖像序列中每個(gè)像素的強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差.在此，具有相對(duì)大的標(biāo)準(zhǔn)偏差的像素可指示運(yùn)動(dòng).因此，初始裁剪可以包括具有相對(duì)高的標(biāo)準(zhǔn)偏差的像素.
在已經(jīng)執(zhí)行了初始裁剪(步驟S13)之后，可以執(zhí)行在心臟舒張末期(ED)階段時(shí)LV血池的檢測(cè)(步驟S14).為了檢測(cè)該血池，通過(guò)對(duì)表示ED階段的電影圖像數(shù)據(jù)的幀進(jìn)行閣值處理來(lái)獲得二值困像(步驟S14a).在執(zhí)行閾值處理時(shí)，可以根據(jù)像素強(qiáng)度是否超過(guò)特定閾值為每個(gè)圖像像素分配值O或l.可以假設(shè)，閾值強(qiáng)度水平之上的像素表示血液，而閣值強(qiáng)度水平之下的像素不表示血液.血液的閾值水平可以例如通過(guò)高斯聚類來(lái)設(shè)置，作為該步稞的一部分，可以從血池中排除小的孤立的連通分支(connected component)，因?yàn)榭梢约僭O(shè)LV血池包括大的連續(xù)形狀.
在已經(jīng)執(zhí)行了閣值處理(步驟S14a)之后，可以將偏心結(jié)構(gòu)從被認(rèn)為是作為L(zhǎng)V的一部分的候選中去除(步驟S14b).在此，可以使用位置信息以在檢測(cè)LV之前消除偏心的候選區(qū)域，因?yàn)榭梢约僭O(shè)心肌基本上位于心臟研究的MR困像的中心，并且尤其是在基于在圖像研究的所有幀中像素強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差而已經(jīng)確定初始裁剪框的情況下，大體上位于靠近初始裁剪框的中心的位置.
例如，可以基于關(guān)于各自表示候選區(qū)域的各個(gè)連通分支的初始裁剪的位置信息來(lái)執(zhí)行偏心結(jié)構(gòu)的去除.因而，可以將太遠(yuǎn)離圖像中心
或太靠近初始裁剪框的邊界的區(qū)域視為不對(duì)應(yīng)于LV而不予考慮.
本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供可被用于量化每個(gè)候選區(qū)域相對(duì)于圖像和初始裁剪框的偏心的比率。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例
的、用于計(jì)算候選區(qū)域的偏心程度的方法的困.在此，"C"指示圖像的中心點(diǎn)；"A"表示笫一候選區(qū)域的中心，該第一候選區(qū)域被示出為圍繞點(diǎn)"A"的圃.點(diǎn)A卜A2、 A3和A^表示初始裁剪框與正交射線之間相交的四個(gè)角點(diǎn)，所述正交射線與裁剪框?qū)?zhǔn)，并且通過(guò)第一候選區(qū)域的中心點(diǎn)"A".同樣地，在該困中，笫二候選區(qū)域"B"被表示為圍繞點(diǎn)"B"的圃，所述點(diǎn)"B"表示第二候選區(qū)域的中心.點(diǎn)B,、 B2、 B3
和B4表示初始裁剪框和正交射線之間相交的四個(gè)角點(diǎn)，所述射線與裁剪
框?qū)?zhǔn)，并且通過(guò)第二候選區(qū)域的中心點(diǎn)"B".
在此，dAc指示點(diǎn)A和C之間的距離，并且類似地，其他術(shù)語(yǔ)d表示由下標(biāo)表示的點(diǎn)的位置之間的距離.以點(diǎn)A為中心的候選區(qū)域的偏心可以
被定義為dAC與到初始裁剪框的邊界的最小距離之間的比率.該比率可
以根據(jù)下面的等式l來(lái)表達(dá)
OCA=-^-= ^ (1)
匪(dAA, , dAA2 , dAA3 ， dAA4 ) dAA,
因此，候選區(qū)域到圖像的中心的距離(dAC)越大或者候選區(qū)域到初始裁剪框的邊界的距離(dM )越小，偏心程度(0CA)越高.
可以為每個(gè)候選區(qū)域計(jì)算偏心，以便可以在識(shí)別LV之前將具有超過(guò)預(yù)定閾值的偏心程度的候選從考慮的候選中去除，因而，可以計(jì)算多個(gè)0C,針對(duì)每個(gè)候選區(qū)域計(jì)算一個(gè)OC.可以例如根據(jù)下面的等式2確
定閾值
OCmaX(2.0Cmm，l) (2)
其中C^，^是閣值，而GQ^是各個(gè)候選區(qū)域的最小OC值.通過(guò)相應(yīng)地設(shè)
置閾值，不會(huì)將否則可能在外觀上像心臟的偏心結(jié)構(gòu)誤識(shí)別為心臟.例如，由于在檢測(cè)心臟時(shí)可能使用圃形作為形狀特征，那么可能將圃形候選錯(cuò)誤地識(shí)別為心臟.通過(guò)去除偏心的候選，減小了將候選誤識(shí)別為心臟的可能性.
緊接著，作為L(zhǎng)V血池的檢測(cè)的一部分，可以使用一個(gè)或多個(gè)形狀特征來(lái)檢測(cè)LV (步驟S14c).由于二值圖像可能包括多個(gè)連通分支，其中僅僅一個(gè)可能是LV,因此可以將所述一個(gè)或多個(gè)形狀特征應(yīng)用于二值圖像的每個(gè)連通分支.連通分支被認(rèn)為是值為"1"的像素的連續(xù)群組.本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以利用形狀特征、諸如偏心率、凸度以及圃度來(lái)評(píng)定每個(gè)連通分支的形狀特性，并且最終來(lái)確定哪個(gè)連通分支對(duì)應(yīng)于LV.
在此，可以將偏心率例如作為所討論的連通分支的最小和最大半徑之間的比率來(lái)計(jì)算.可以將凸度例如作為所討論的連通分支的總面積與其凸包(convex hull)的面積之間的比率來(lái)計(jì)算?？梢詫⑵远壤?br> 如作為凸包的圃度來(lái)計(jì)算，并且可以將圃度定義為4 7T倍的所討論的連
通分支的凸包的面積除以其周長(zhǎng)的平方，假設(shè)LV將對(duì)應(yīng)于展示出下列特性中的一個(gè)或多個(gè)的連通分支偏心最小、最凸并且具有最高圃度.另外，在兩個(gè)連通分支具有相似形狀特征的情況下，可支持兩個(gè)中較大的連通分支作為L(zhǎng)V，以減小意外地選擇大動(dòng)脈作為L(zhǎng)V的可能性.
在已經(jīng)執(zhí)行了在ED階段時(shí)LV血池的檢測(cè)之后(步驟S14)，在下一步驟中，可以在ED階段時(shí)檢測(cè)右心室RV血池(步驟S15),可以假設(shè)，RV血池由來(lái)自二值困像的連通分支來(lái)表示，所述連通分支最接近在前面的步驟中被識(shí)別為L(zhǎng)V的連通分支，并具有相對(duì)于其他連通分支而言相當(dāng)大的尺寸.基于這些假設(shè)，可以自動(dòng)地識(shí)別RV.
緊接著，可以設(shè)置最終裁剪(步驟S16).最終裁剪可以被實(shí)施為初始裁剪的改進(jìn)，其中最終裁剪的邊界框可以被精確地設(shè)置在所估計(jì)的心肌邊界加上根據(jù)所估計(jì)的心肌的厚度以及LV的面積所設(shè)置的合適邊緣的周圍.可以基于在前面的步驟中已經(jīng)被建立的檢測(cè)到的LV和RV掩模(mask)來(lái)估計(jì)心肌的厚度.
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的自動(dòng)裁剪的一組示例性困像.圖3a是表示強(qiáng)度變化的心臟區(qū)域檢測(cè)，所述強(qiáng)度變化被用于在步驟S13中計(jì)算初始裁剪，該圖像中的每個(gè)像素的強(qiáng)度通過(guò)在整個(gè)困像序列中的每個(gè)對(duì)應(yīng)像素的強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)確定.因而，該圖像的亮白區(qū)域表示表明隨著時(shí)間的運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是心臟，圖3b示出在步稞14a中為獲得連通分支而進(jìn)行的閾值處理的結(jié)果.因此，在此示出了高斯聚類和聚類去除的結(jié)果.如在步稞14b中所述的那樣，也已經(jīng)去除了偏心結(jié)構(gòu).困3c示出識(shí)別LV區(qū)域的結(jié)果，該識(shí)別如在步驟14c中所執(zhí)行的那樣使用形狀特征來(lái)執(zhí)行，
圖4 (a)和(b)是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例在心臟電影MR圖像上自動(dòng)裁剪的效果的多組示例性圖像.在圖4 (a)中示出了一組心臟電影1^幀301&- 328a.幀315a表示模板切片.在這些圖像幀中，可見(jiàn)整個(gè)胸部區(qū)域.然而，在圖4 (b)中示出了該組被自動(dòng)裁剪的心臟電影1^幀30:^- 328b.在此，幀315b表示模板切片.如同從這些幀中可見(jiàn)的那樣，困像被精確地裁剪以僅包括LV區(qū)域和適當(dāng)?shù)卦O(shè)定尺寸的邊緣.
在已經(jīng)完成自動(dòng)裁剪(步驟S12和步驟S13-S16)之后，可以執(zhí)行自動(dòng)勾畫輪廊(步驟S17).在自動(dòng)勾畫輪廊時(shí)，在從ED階段至ES階段的心臟電影MRI的每個(gè)階段中檢測(cè)LV.該步稞可以包括例如從模板圖像開(kāi)始，并且確定在每個(gè)階段時(shí)心內(nèi)膜和心外膜邊界的輪廊.這兩個(gè)輪廓應(yīng)作為同心圃顯現(xiàn)，因?yàn)樾呐K已經(jīng)從短軸被成像，在該短軸中，心臟在每個(gè)圖像切片中作為圃顯現(xiàn).在此，可以例如使用與上面關(guān)于在自動(dòng)裁剪中在ED階段時(shí)檢測(cè)LV所討論的方法相同的方法來(lái)檢測(cè)LV,然而，在該步驟中，檢查標(biāo)準(zhǔn)可能相對(duì)于使用形狀特征和尺寸限制而言更具有辨別能力，以便更可能進(jìn)行成功的檢測(cè).如果檢測(cè)不能提供LV的結(jié)果，那么可以使用替代的、而且可能更常規(guī)的方法來(lái)確定LV.例如，可以使用半自動(dòng)方法作為應(yīng)變(fall-back)方法.
圖5(a) - (c)是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例自動(dòng)定位LV的結(jié)果的示例性圖像.在這些圖中，隨著時(shí)間的過(guò)去示出了模板切片的分割結(jié)果.圖5 (a)示出心臟電影MR困像幀序列.圖5(b)示出在ED階段時(shí)的困像幀，而圖5 (c)示出在ES階段時(shí)的圖像幀.如在這些圖像中可見(jiàn)的那樣，兩個(gè)同心輪廊復(fù)蓋在被裁剪過(guò)的模板序列之上.外輪廊表示圍繞LV的心肌的外邊界，而內(nèi)輪廊表示LV的血池.通過(guò)比較在ED階段和ES階段時(shí)內(nèi)輪廊的容量，可以計(jì)算射血分?jǐn)?shù)，
圖6示出可以實(shí)施本公開(kāi)內(nèi)容的方法和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)例.本公開(kāi)內(nèi)容的系統(tǒng)和方法可以以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件應(yīng)用的形式被實(shí)施，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)例如為主機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、手持計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等.該軟件應(yīng)用可以被存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在本地可訪問(wèn)或經(jīng)由到網(wǎng)絡(luò)、例如局域網(wǎng)或因特網(wǎng)的硬接線或無(wú)線連接可訪問(wèn)的記錄介質(zhì)上，總體上被稱作系統(tǒng)1000的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括例如中央處理單元(CPU) 1001、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 1004、打印機(jī)接口IOIO、顯示單元IOII、局域網(wǎng)(LAN)數(shù)據(jù)傳輸控制器1005、 LAN接口 1006、網(wǎng)絡(luò)控制器1003、內(nèi)部總線1002以及一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備1009、例如鍵盤、鼠標(biāo)等.如所示的，系統(tǒng)1000可以經(jīng)由鏈路1007被連接至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、例如硬盤1008.
在此所述的示例性實(shí)施例是說(shuō)明性的，并且在不偏離本公開(kāi)內(nèi)容的精神和所附權(quán)利要求的范圍的情況下可以引入許多變化.例如，不同示例性實(shí)施例的要素和/或特征可以在本公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)彼此組合和/或彼此替代.
權(quán)利要求
1、一種用于在醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中自動(dòng)定位左心室的方法，包括采集跨越心動(dòng)周期的三維醫(yī)學(xué)圖像序列，每幅三維醫(yī)學(xué)圖像都包括多個(gè)二維圖像切片，所述多個(gè)二維圖像切片之一被定義為模板切片；基于在整個(gè)醫(yī)學(xué)圖像序列中模板切片的像素之間的時(shí)間變化，自動(dòng)裁剪該序列的每幅醫(yī)學(xué)圖像的模板切片，以包括心臟和圍繞心臟的邊緣；自動(dòng)勾畫該序列的每幅醫(yī)學(xué)圖像的模板切片的輪廓，以便至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段確定心內(nèi)膜和心外膜邊界；以及基于至少針對(duì)所述心臟收縮末期和心臟舒張末期階段所確定的心內(nèi)膜和心外膜邊界，為左心室產(chǎn)生定位信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中該三維醫(yī)學(xué)圖像序列是心臟電 影MRI.
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中針對(duì)每幅三維醫(yī)學(xué)圖像將模板 切片定義為在該三維醫(yī)學(xué)困像的瓣膜平面之下的特定切片.
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中將自動(dòng)裁剪和自動(dòng)勾畫輪廊的步驟作為自動(dòng)定位步驟的一部分來(lái)執(zhí)行.
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述圍繞心臟的邊緣足夠緊密 以避免明顯地包括大動(dòng)脈，并且足夠大以完全包圍心臟。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中自動(dòng)裁剪包括 執(zhí)行初始裁剪；檢測(cè)在心臟舒張末期階段時(shí)的左心室血池；以及基于所檢測(cè)到的左心室血池來(lái)改進(jìn)初始裁剪，以建立最終裁剪.
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該初始裁剪以在不同心臟階段 時(shí)所述二維困像切片的對(duì)應(yīng)像素之間的時(shí)間強(qiáng)度變化為基礎(chǔ).
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該初始裁剪包括在不同心臟階 段之間具有相對(duì)大的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差的對(duì)應(yīng)困像像素.
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中檢測(cè)左心室血池包括 對(duì)在心臟舒張末期階段時(shí)的每幅三維圖像的每個(gè)模板切片進(jìn)行二值化，其中強(qiáng)度值高于預(yù)定閾值；建立一個(gè)或多個(gè)左心室候選作為二值化閨像的連通分支；去除尺寸相對(duì)小的候選；去除相對(duì)于初始裁剪而言相對(duì)偏心的候選；以及 基于一個(gè)或多個(gè)形狀特征的應(yīng)用，選擇剩余候選中的哪個(gè)候選表示 左心室.
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中對(duì)每個(gè)模板切片進(jìn)行二值化 包括執(zhí)行高斯聚類.
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中使用為左心室所產(chǎn)生的定位 信息來(lái)表征左心室功能.
12、 一種用于在醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中自動(dòng)定位左心室的方法，包括 采集心臟電影磁共振(MR)圖像序列，該圖像序列包括在心動(dòng)周期的各個(gè)階段時(shí)的MR困像楨序列，每幅MR圖像被分成多個(gè)切片；基于在整個(gè)醫(yī)學(xué)困像序列中的時(shí)間像素強(qiáng)度變化，自動(dòng)裁剪包括心臟舒張末期幀和心臟收縮末期幀在內(nèi)的至少兩個(gè)幀的至少一個(gè)切片，以包括心臟和圍繞心臟的邊緣；自動(dòng)勾畫所述至少兩個(gè)幀的至少一個(gè)切片的輪廊，以便至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段確定心內(nèi)膜和心外膜邊界；以及基于至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段所確定的心內(nèi)膜和心外膜邊界，為左心室產(chǎn)生定位信息.
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中自動(dòng)裁剪包括 執(zhí)行初始裁剪；檢測(cè)在心臟舒張末期階段時(shí)的左心室血池；以及 基于所檢測(cè)到的左心室血池來(lái)改進(jìn)該初始裁剪，以建立最終裁剪.
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該初始裁剪以在不同心臟階 段時(shí)圖像切片的對(duì)應(yīng)像素之間的時(shí)間強(qiáng)度變化為基礎(chǔ).
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中檢測(cè)左心室血池包括 對(duì)在心臟舒張末期階段時(shí)的所述至少兩個(gè)幀的至少一個(gè)切片進(jìn)行二值化，其中強(qiáng)度值高于預(yù)定閾值；建立一個(gè)或多個(gè)左心室候選作為二值化圖像的連通分支； 去除尺寸相對(duì)小的候選；去除相對(duì)于初始裁剪而言相對(duì)偏心的候選；以及 基于一個(gè)或多個(gè)形狀特征的應(yīng)用，選擇剩余候選中的哪個(gè)候選表示 左心室.
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中對(duì)所述至少一個(gè)切片中的每 一個(gè)進(jìn)行二值化包括執(zhí)行高斯聚類.
17、 一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括 處理器；以及該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可讀的程序存儲(chǔ)設(shè)備，該程序存儲(chǔ)設(shè)備包含由該處理 器可執(zhí)行的指令程序，以執(zhí)行用于在醫(yī)學(xué)困像數(shù)據(jù)中自動(dòng)定位左心室 的方法步驟，該方法包括采集心臟電影磁共振(MR)圖像序列，所述圖像序列包括在心動(dòng)周 期的各個(gè)階段時(shí)的MR圖像幀序列，每幅MR圖像被分成多個(gè)切片，所述 多個(gè)切片之一被定義為模板切片；基于在整個(gè)醫(yī)學(xué)困像序列中模板切片的像素之間的時(shí)間變化，自動(dòng) 裁剪包括心臟舒張末期幀和心臟收縮末期幀在內(nèi)的至少兩個(gè)幀的模板 切片，以包括心臟和圍繞心臟的邊緣；自動(dòng)勾畫所述至少兩個(gè)楨的模板切片的輪廊，以便至少針對(duì)心臟舒 張末期和心臟收縮末期階段確定心內(nèi)膜和心外膜邊界；以及基于至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段所確定的心內(nèi)膜 和心外膜邊界，為左心室產(chǎn)生定位信息.
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中自動(dòng)裁剪包括 執(zhí)行初始裁剪；檢測(cè)在心臟舒張末期階段時(shí)的左心室血池；以及 基于所檢測(cè)到的左心室血池來(lái)改進(jìn)初始裁剪，以建立最終裁剪.
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中該初始裁剪以在不同 心臟階段時(shí)困像切片的對(duì)應(yīng)像素之間的時(shí)間強(qiáng)度變化為基礎(chǔ)，其中該 初始裁剪包括在不同心臟階段之間具有相對(duì)大的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差的對(duì)應(yīng) 圖像像素.
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中檢測(cè)左心室血池包括 對(duì)在心臟舒張末期階段時(shí)的所述至少兩個(gè)楨的模板切片進(jìn)行二值化，其中強(qiáng)度值高于預(yù)定閾值；建立一個(gè)或多個(gè)左心室候選作為二值化圖像的連通分支； 去除尺寸相對(duì)小的候選；去除相對(duì)于初始裁剪而言相對(duì)偏心的候選；以及基于一個(gè)或多個(gè)形狀特征的應(yīng)用，選擇剩余候選中的哪個(gè)候選表示左心室.
21、根據(jù)權(quán)利要求20所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中對(duì)所述模板切片進(jìn)行 二值化包括執(zhí)行高斯聚類.
全文摘要
本發(fā)明涉及在心臟電影磁共振成像中對(duì)左心室的自動(dòng)定位。一種用于在醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中自動(dòng)定位左心室的方法包括采集跨越心動(dòng)周期的三維醫(yī)學(xué)圖像序列(S11)。所述圖像中的每幅都包括多個(gè)二維圖像切片，所述多個(gè)二維圖像切片之一被定義為模板切片?；谠谡麄€(gè)醫(yī)學(xué)圖像序列中模板切片的像素之間的時(shí)間變化，自動(dòng)裁剪該序列的每幅醫(yī)學(xué)圖像的模板切片，以包括心臟和圍繞心臟的邊緣(S12)。自動(dòng)勾畫該序列的每幅醫(yī)學(xué)圖像的模板切片的輪廓，以便至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段確定心內(nèi)膜和心外膜邊界(S17)。基于至少針對(duì)心臟舒張末期和心臟收縮末期階段所確定的心內(nèi)膜和心外膜邊界，為左心室產(chǎn)生定位信息。
文檔編號(hào)A61B5/055GK101596111SQ200910203890
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者C·哈耶斯, J·格林, M·-P·喬利, Y·孫 申請(qǐng)人:西門子公司