用于多模態(tài)組織分類的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及對解剖組織的成像。本發(fā)明具體涉及將多種成像模態(tài)用于篩查、檢測和處置不健康(例如癌性)解剖組織。
【背景技術(shù)】
[0002]前列腺癌是美國男性當(dāng)中最常見的器官惡性腫瘤之一。歷史上，用于前列腺癌診斷的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”是對活檢組織樣本進(jìn)行組織病理學(xué)分析，其中，升高的前列腺特異性抗原(PSA)水平和數(shù)字直腸檢查(DRE)結(jié)果測試被認(rèn)為是篩查。然而，PSA測試產(chǎn)生低特異性和靈敏度，并且借助于通過DRE的觸診而進(jìn)行的檢測僅限于相對大且淺表型的病灶。
[0003]在超聲(US)成像中，從1970年代早期開始已經(jīng)對基于從射頻(RF)回波信號提取的聲學(xué)參數(shù)(例如衰減和反向散射系數(shù))的組織分類進(jìn)行了研究。更具體地，從B模式US圖像提取的紋理特征以及從RF回波信號的經(jīng)校準(zhǔn)的平均譜提取的譜特征已經(jīng)與許多分類方法一起被用于將組織分型為健康的或癌性的。然而，盡管US成像提供了對感興趣解剖組織的高時間分辨率成像，但是基于超聲的癌檢測技術(shù)的準(zhǔn)確度被證明因為差的信噪比和低空間分辨率而是有限的。
[0004]更具體地，經(jīng)直腸超聲(TRUS)有時被用作針對前列腺癌的篩查過程中的備選步驟。然而，夕卜圍區(qū)次回聲(peripheral zone hypoechoic)病灶的約40%被證明是惡性的。因此，TRUS的臨床價值限于是活檢引導(dǎo)工具。
[0005]最近，將磁共振成像(MRI)用于對前列腺癌的診斷已經(jīng)因其高解剖分辨率而引起了濃厚興趣。然而，解剖T2加權(quán)(T2W)的MRI在區(qū)分前列腺癌與良性前列腺病灶方面的診斷價值是有限的。例如，已經(jīng)示出了，針對直徑大于1.0cm的腫瘤灶，使用MRI的前列腺癌檢測的準(zhǔn)確度、靈敏度和陽性預(yù)測值分別為79.8%,85.3%和92.6%。此外，針對小于1.0cm的腫瘤灶，使用MRI的前列腺癌檢測的準(zhǔn)確度、靈敏度和陽性預(yù)測值分別降低到24.2%,26.2%和 75.9%o
[0006]然而，由多參數(shù)MRI提供的解剖學(xué)、生物學(xué)、新陳代謝以及功能動態(tài)信息已經(jīng)被示為提高前列腺癌檢測準(zhǔn)確度。已經(jīng)被用于前列腺癌檢測的常用功能MR成像技術(shù)中的一些是動態(tài)對比度增強MR成像(DCE)、質(zhì)子MR光譜成像(MRSI)以及擴散加權(quán)MR成像(DWI)。更具體地，DCE使組織血管分布可視化，MRSI提供新陳代謝信息，并且DWI示出了細(xì)胞間水分子的布朗運動。
[0007]重要的是，前列腺癌治療的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)正在從“全腺體”方法案(例如激進(jìn)的前列腺切除術(shù)、全腺輻射和近距離輻射治療)移向更集中且局部的、被設(shè)計為僅處置前列腺內(nèi)的特定癌性區(qū)域的處置范式。在該方向上的進(jìn)步是準(zhǔn)確地識別這些局部癌性區(qū)域的能力。然而，盡管有多參數(shù)MRI的經(jīng)提高的能力，但是對于觀測者而言以一致的方式準(zhǔn)確地識別癌性區(qū)域仍然是固有地困難的。此外，在超聲圖像中，B模式US圖像處理流抑制了可能幫助對癌性組織與正常組織進(jìn)行區(qū)別的潛在組織標(biāo)識。
[0008]總之，本發(fā)明認(rèn)識到，包括用來執(zhí)行對多模態(tài)圖像的圖像配準(zhǔn)、圖像分割、圖像特征提取、圖像描畫以及組織分類的不同算法的自動化決策支持系統(tǒng)或計算機輔助診斷可以提供一種用于融合來自不同類型的圖像的信息的系統(tǒng)性的且客觀的方法。具體而言，本發(fā)明的前提是將從經(jīng)空間配準(zhǔn)的MRI圖像(例如T1W、T2W、DW1、DCE和MRSI)和US圖像(例如B模式圖像和RF回波圖像)提取的組織信息進(jìn)行組合，以便形成針對經(jīng)配準(zhǔn)的圖像的每個體素的獨特圖像特征的向量。特征這樣的多模態(tài)(US-RF-MRI)向量將多模態(tài)的優(yōu)勢進(jìn)行組合，以實現(xiàn)在前列腺癌檢測中的更高的準(zhǔn)確度、靈敏度和特異性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一種形式是一種用于對解剖組織進(jìn)行多模態(tài)組織分類的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)采用一個或多個MRI系統(tǒng)、一個或多個超聲系統(tǒng)以及工作站。在操作中，所述(一個或多個)MRI系統(tǒng)生成所述解剖組織的一個或多個MRI特征，并且所述(一個或多個)超聲系統(tǒng)生成所述解剖組織的一個或多個超聲圖像特征。所述工作站生成所述解剖組織的組織分類體積，所述組織分類體積是根據(jù)對所述解剖組織的所述(一個或多個)MRI特征和所述(一個或多個)超聲圖像特征的空間配準(zhǔn)和圖像提取而導(dǎo)出的。所述工作站還將所述組織分類體積的每個體素分類為包括健康組織體素和不健康組織體素的多種組織類型中的一種。
[0010]本發(fā)明的第二形式是一種用于對解剖組織進(jìn)行多模態(tài)組織分類的工作站，所述工作站采用圖像配準(zhǔn)器、特征提取器以及組織分類器。在操作中，所述圖像配準(zhǔn)器和所述特征提取生成所述解剖組織的組織分類體積，所述組織分類體積是根據(jù)對所述解剖組織的一個或多個MRI特征和所述解剖組織的一個或多個超聲圖像特征的空間配準(zhǔn)和圖像提取而導(dǎo)出的。所述組織分類器將所述組織分類體積的每個體素分類為包括健康組織體素和不健康組織體素的多種組織類型中的一種。
[0011]本發(fā)明的第三形式是一種用于對解剖組織進(jìn)行多模態(tài)組織分類的方法，所述方法涉及生成所述解剖組織的組織分類體積，所述組織分類體積是根據(jù)對所述解剖組織的一個或多個MRI特征和所述解剖組織的一個或多個超聲圖像特征的空間配準(zhǔn)和圖像提取而導(dǎo)出的。所述方法還涉及將所述組織分類體積的每個體素分類為包括健康組織體素和不健康組織體素的多種組織類型中的一種。
【附圖說明】
[0012]通過結(jié)合附圖閱讀對本發(fā)明的各實施例的以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的前述形式以及其他形式以及本發(fā)明的各特征和優(yōu)勢將變得更加顯而易見。該詳細(xì)說明和附圖僅對本發(fā)明進(jìn)行說明，而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等價方案進(jìn)行限定。
[0013]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的多模態(tài)組織分類。
[0014]圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的多模態(tài)組織分類工作站的示范性實施例。
[0015]圖3圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的多模態(tài)組織分類方法的示范性實施例的流程圖。
[0016]圖4圖示了通過圖2所示的系統(tǒng)對圖3所示的流程圖的第一示范性實現(xiàn)方式。
[0017]圖5圖示了通過圖2所示的系統(tǒng)對圖3所示的流程圖的第二示范性實現(xiàn)方式。
【具體實施方式】
[0018]參考圖1，MRI系統(tǒng)20采用掃描器21和工作站22來生成患者的解剖組織的MRI圖像，例如，如圖所示的患者10的前列腺11的解剖組織的MRI圖像23。在實踐中，本發(fā)明采用各種類型的一個或多個MRI系統(tǒng)20來采集解剖組織的MRI特征。MRI系統(tǒng)的類型和相關(guān)聯(lián)的解剖組織的MRI特征的范例包括但不限于:圖示解剖組織的基于歸一化強度值和/或紋理的特征的T2w MRI系統(tǒng)、圖示解剖組織中水的表觀擴散系數(shù)(ADC)的DW1-MRI系統(tǒng)、圖示解剖組織的藥物代謝動力學(xué)參數(shù)的DCE-MRI系統(tǒng)以及圖示解剖組織的新陳代謝信息的MRSI系統(tǒng)。
[0019]超聲系統(tǒng)30采用探頭31和工作站32來生成患者的解剖組織的超聲圖像，例如，如圖所示的患者10的前列腺11的解剖組織的US圖像33。在實踐中，本發(fā)明采用各種類型的一個或多個超聲系統(tǒng)30來采集解剖組織的US圖像特征。超聲成像系統(tǒng)30的類型和相關(guān)聯(lián)的解剖組織的US圖像特征的范例包括但不限于:圖示解剖組織的基于紋理的特征的B模式US成像系統(tǒng)以及圖示解剖組織的譜特征的US RF回波成像系統(tǒng)。
[0020]本發(fā)明對解剖組織的MRI圖像和超聲圖像執(zhí)行各種已知技術(shù)，包括但不限于:圖像分割、圖像配準(zhǔn)、圖像特征提取、圖像描畫以及組織分類，從而提供用于融合來自MRI圖像和超聲圖像的特征信息的系統(tǒng)性的且客觀的方法。具體而言，本發(fā)明的前提是將從經(jīng)空間配準(zhǔn)的MRI圖像(例如T2W-MR1、DW1-MR1、DCE-MRI和MRSI)和超聲圖像(例如B模式圖像和RF回波圖像)提取的圖像特征進(jìn)行組合，以便形成針對組織分類體積(例如如圖1所示的組織分類體積40a和組織分類體積40b)的每個體素的圖像特征的向量。
[0021]在實踐中，基于根據(jù)經(jīng)空間配準(zhǔn)的MRI圖像和超聲圖像的提取出的圖像特征而導(dǎo)出的體素的圖像特征向量來將組織分類體積的每個體素在健康組織體素與不健康組織體素(例如癌性的)之間進(jìn)行分類。本發(fā)明不對分類的量和線性度做出限制。
[0022]例如，基于根據(jù)經(jīng)空間配準(zhǔn)的MRI圖像和超聲圖像的提取出的圖像特征而導(dǎo)出的體素的圖像特征向量來將組織分類體積40a的每個體素分類為健康組織體素或不健康組織體素(例如癌性的)。如圖1所示，健康組織體素是白色體素，而不健康組織體素是黑