用于放射成像中的前瞻性運(yùn)動(dòng)門控的神經(jīng)生理監(jiān)測(cè)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]用于斷層攝影(例如CT或MRI)的對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的采集可能在延長(zhǎng)的時(shí)間段(例如幾秒或幾分鐘)上發(fā)生。在時(shí)間段上收集數(shù)據(jù)并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建以創(chuàng)建最終的圖像體積。然而，成像時(shí)段期間的患者運(yùn)動(dòng)可能造成數(shù)據(jù)的部分被損壞，這是因?yàn)樵诨颊咛幱诓煌眢w位置時(shí)采集到的數(shù)據(jù)不能夠與剩余的數(shù)據(jù)組合。因此，成像時(shí)段期間的運(yùn)動(dòng)極大地將圖像重建復(fù)雜化。
[0002]當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)校正和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法是回顧性的。例如，運(yùn)動(dòng)損壞的數(shù)據(jù)在最終的圖像重建期間可能被拒絕。然而，難以在成像期間確定己經(jīng)采集了多少運(yùn)動(dòng)損壞的數(shù)據(jù)。因此，最終的圖像特性(例如信噪比)可能在否則會(huì)相同的掃描之間變化，這是因?yàn)榭赡茉趫D像重建中使用不同量的數(shù)據(jù)。另外，對(duì)于需要電離輻射的醫(yī)學(xué)成像過(guò)程(例如CT成像)，期望限制對(duì)患者和接近成像系統(tǒng)的任何操作者的輻射暴露。然而，采集最終將被拒絕的損壞的數(shù)據(jù)仍將患者暴露于輻射而無(wú)任何附加的益處。使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法來(lái)在采集期間檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備本身仍存在同樣的問(wèn)題，因?yàn)槿员仨毷紫炔杉瘓D像數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]—種用于監(jiān)測(cè)醫(yī)學(xué)成像期間的運(yùn)動(dòng)的方法。所述方法包括:啟動(dòng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集；測(cè)量患者的生理信號(hào)；通過(guò)整合所述生理信號(hào)來(lái)生成預(yù)測(cè)信號(hào)；基于所述預(yù)測(cè)信號(hào)來(lái)確定患者運(yùn)動(dòng)是否可能發(fā)生；并且在預(yù)測(cè)到患者運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生的情況下修改所述對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。
[0004]一種用于監(jiān)測(cè)醫(yī)學(xué)成像期間的運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及處理器，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量患者的生理信號(hào)，所述處理器啟動(dòng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集、通過(guò)整合所述生理信號(hào)來(lái)生成預(yù)測(cè)信號(hào)、基于所述預(yù)測(cè)信號(hào)來(lái)確定患者運(yùn)動(dòng)是否可能發(fā)生、并且在預(yù)測(cè)到患者運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生的情況下修改所述對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。
[0005]—種包括能由處理器運(yùn)行的指令的集合的非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。所述指令的集合能夠:啟動(dòng)對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集；測(cè)量患者的生理信號(hào)；通過(guò)整合所述生理信號(hào)來(lái)生成預(yù)測(cè)信號(hào)；基于所述預(yù)測(cè)信號(hào)來(lái)確定患者運(yùn)動(dòng)是否可能發(fā)生；并且在預(yù)測(cè)到患者運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生的情況下修改所述對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的系統(tǒng)的示意性繪圖；
[0007]圖2示出了圖1的系統(tǒng)的另一示意性繪圖；
[0008]圖3示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]參考以下說(shuō)明和附圖，將進(jìn)一步理解示范性實(shí)施例，其中，利用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指示相同的元件。示范性實(shí)施例涉及用于優(yōu)化醫(yī)學(xué)成像過(guò)程的系統(tǒng)和方法。具體而言，示范性實(shí)施例描述了用于預(yù)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)并且在預(yù)測(cè)到的運(yùn)動(dòng)時(shí)段期間停止對(duì)圖像的采集的系統(tǒng)和方法。一些患者運(yùn)動(dòng)可能是主動(dòng)的，例如在患者移動(dòng)以移位到更舒適的位置中或者處理發(fā)癢時(shí)。研究己經(jīng)示出，諸如EEG、MEG或EMG的神經(jīng)生理測(cè)量結(jié)果示出能夠被用于在運(yùn)動(dòng)發(fā)生之前預(yù)測(cè)并表征實(shí)際身體運(yùn)動(dòng)的圖樣。這些測(cè)量結(jié)果可能與思維過(guò)程相對(duì)應(yīng)，所述思維過(guò)程造成肌肉收縮或?qū)⒃撔盘?hào)傳達(dá)到執(zhí)行主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的肌肉群。還可以使用類似的方法來(lái)預(yù)期非主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因此，通過(guò)在患者被成像時(shí)監(jiān)測(cè)神經(jīng)生理信號(hào)，可能預(yù)測(cè)不利地影響成像數(shù)據(jù)的患者運(yùn)動(dòng)的一些部分，并且在該運(yùn)動(dòng)的時(shí)段期間防止對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。
[0010]如圖1和圖2所示，根據(jù)本公開(kāi)的示范性實(shí)施例的系統(tǒng)100經(jīng)由生理測(cè)量結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)在成像過(guò)程期間的患者的運(yùn)動(dòng)，以避免對(duì)運(yùn)動(dòng)損壞的數(shù)據(jù)的采集。系統(tǒng)100包括處理器102、用戶界面104、顯示器106和存儲(chǔ)器108。處理器102通過(guò)經(jīng)由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110測(cè)量來(lái)自患者的生理信號(hào)來(lái)預(yù)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110包括例如腦電圖描記器(EEG)、腦磁圖描記器(MEG)、肌電圖描記器(EMG)、心電圖描記器(ECG/EKG)、相機(jī)、范圍成像相機(jī)、熱探頭或相機(jī)、壓力傳感器、或者測(cè)量指示任何到來(lái)的運(yùn)動(dòng)的任何生理狀態(tài)的任何傳感器、或它們的任何組合。研究特性提取模塊112提取與請(qǐng)求的圖像研究有關(guān)的研究信息，例如身體部分(例如頭部、胸部)、模態(tài)(例如MR1、CT)、協(xié)議、分辨率以及視圖。處理器102的預(yù)測(cè)引擎114對(duì)由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行解釋并且在給定提取出的研究信息的情況下確定患者運(yùn)動(dòng)是否可能發(fā)生以及運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生的時(shí)間。當(dāng)預(yù)測(cè)引擎114確定將發(fā)生患者運(yùn)動(dòng)時(shí)，預(yù)測(cè)引擎114向掃描器控制模塊116發(fā)送停止信號(hào)，所述停止信號(hào)將在給定的時(shí)段期間停止由掃描器120進(jìn)行的對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。任選地，系統(tǒng)100還包括重啟模塊118，所述重啟模塊118生成并向掃描器120發(fā)送重啟信號(hào)，以重啟對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。例如，重啟信號(hào)基于由用戶進(jìn)行的人工介入和/或經(jīng)由重啟監(jiān)測(cè)器124的傳感器觀測(cè)，所述傳感器觀測(cè)指示患者己經(jīng)返回到他或她的原始位置。備選地，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110的傳感器被用于檢測(cè)患者的返回運(yùn)動(dòng)。
[0011]作為額外的任選特征，系統(tǒng)100還包括精神集中設(shè)備122，所述精神集中設(shè)備122吸引患者的精神集中以防止患者移動(dòng)。例如，如果患者專注于精神集中設(shè)備，則注意力較不可能被引導(dǎo)到可能引起患者運(yùn)動(dòng)的其他事情上。精神集中設(shè)備122例如是光、屏幕上的視頻、音頻信號(hào)、或能夠吸引人類的感官注意的任何其他事物。在該實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110被用于檢測(cè)患者對(duì)精神集中設(shè)備122的注意力水平。在采集圖像數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器108中。存儲(chǔ)器108任選地也存儲(chǔ)患者數(shù)據(jù)，例如患者信息(例如識(shí)別信息、癥狀、診斷)、針對(duì)圖像掃描的先前掃描或檢查醫(yī)囑(exam order)。一旦己經(jīng)按需要采集了所有圖像數(shù)據(jù)，處理器102將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯以生成最終的圖像，所述最終的圖像可以被顯示在顯示器106上和/或被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器108。用戶可以經(jīng)由用戶界面104來(lái)指示任何期望的偏好和/或設(shè)定，所述用戶界面104包括諸如鍵盤、鼠標(biāo)和/或顯示器106上的觸摸顯示器的輸入設(shè)備。
[0012]圖3示出了方法200，系統(tǒng)100通過(guò)所述方法200來(lái)預(yù)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)并且防止在該時(shí)段期間的對(duì)圖像數(shù)據(jù)的采集。在步驟210中，研究特性提取模塊112提取針對(duì)所請(qǐng)求的掃描的研究信息，例如身體部分、模態(tài)、協(xié)議、分辨率以及視圖。例如，研究特性提取模塊112分析檢查醫(yī)囑以提取研究信息。在步驟220中，研究信息接著被用于確定運(yùn)動(dòng)容忍度指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)容忍度指標(biāo)例如是指示對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)的容忍范圍的閾值或者值的范圍。例如，運(yùn)動(dòng)容忍度指標(biāo)是按檢查的類型(例如MR1、CT)經(jīng)由查找表來(lái)確定的，以確定能夠被容忍而不會(huì)負(fù)面地影響圖像重建的運(yùn)動(dòng)的范圍。例如，MRI可能具有較短的容忍度，而CT掃描可能具有較長(zhǎng)的容忍度。
[0013]在步驟230中，掃描器120開(kāi)始采集圖像數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)還包括精神集中設(shè)備122(例如光、屏幕上的視頻、音頻信號(hào)等)的情況下，精神集中設(shè)備122也被激活，使得當(dāng)掃描器120采集數(shù)據(jù)時(shí)用戶專注于設(shè)備122上。諸如有趣的新聞的視頻信號(hào)能夠被用于吸引精神集中，使得可以防止患者移動(dòng)。在開(kāi)始成像檢查之前，患者可以從視頻或音頻主題的選集中進(jìn)行選擇，使得患者能夠在成像檢查期間盡可能地保持專注。
[0014]在步驟240中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110測(cè)量患者的生理信號(hào)。生理信號(hào)例如包括電磁信號(hào)(例如從其他神經(jīng)系統(tǒng)元發(fā)射的腦波或信號(hào))、皮膚外觀(例如顏色、紋理)、溫度、呼吸率、心率、汗液、導(dǎo)電性或機(jī)械壓力、或者指示不安的基于相機(jī)的面部表情識(shí)別。在也采用精神集中設(shè)備122的情況下，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110可以測(cè)量并檢測(cè)患者正在專注于精神集中設(shè)備122的注意力水平。精神集中的水平越高，患者專注于其他事情(例如癢的區(qū)域)的可能性就越低，從而降低身體運(yùn)動(dòng)的可能性。該技術(shù)也可以被用于檢測(cè)對(duì)象有多么專注于由成像裝備操作者給出的指令。例如，對(duì)于心臟MR采集，在執(zhí)行若干屏氣采集的情況下，精神集中的水平指示患者對(duì)執(zhí)行屏住他/她的呼吸的命令的精神合作性。
[0015]在步驟250中，生理信號(hào)被發(fā)送到預(yù)測(cè)引擎114，使得預(yù)測(cè)引擎114能夠隨時(shí)間和/或跨信號(hào)類型地來(lái)將這些信號(hào)整合為預(yù)測(cè)信號(hào)，所述預(yù)測(cè)信號(hào)預(yù)測(cè)患者運(yùn)動(dòng)是否可能發(fā)生以及其將發(fā)生的時(shí)間。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，通過(guò)在預(yù)測(cè)的時(shí)刻之前的時(shí)段上求平均來(lái)隨時(shí)間整合生理信號(hào)。備選地，可以使用最小值、最大值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差或任何其他統(tǒng)計(jì)學(xué)量度。
[0016]在系統(tǒng)操作的一個(gè)范例中，經(jīng)由數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)跨信號(hào)類型地整合生理信號(hào)，所述數(shù)學(xué)函數(shù)例如是對(duì)由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)110生成的信號(hào)值的線性組合。備選地，所述組合可以是非線性函數(shù)，所述非線性函數(shù)的屬性可以通過(guò)己知的機(jī)器學(xué)習(xí)或優(yōu)化方法來(lái)確定。可以利用來(lái)自先前患者的數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練預(yù)測(cè)引擎模塊114。例如，可以獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)的集合，針對(duì)所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)的集合的信號(hào)值是己知的，并且在固定的或自適應(yīng)的時(shí)間框架內(nèi)后續(xù)的患者運(yùn)動(dòng)事件的發(fā)生或未發(fā)生也是已知的。數(shù)學(xué)組合函數(shù)的參數(shù)(例如系數(shù)、指數(shù)等)可以被優(yōu)化為使得對(duì)那些參數(shù)的選擇引起對(duì)患者運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)。用于定義和生成這樣的函數(shù)的方法包括但不限于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯估計(jì)器，支持向量機(jī)以及最近整數(shù)分類器。這些方法然后產(chǎn)生在固定或自適應(yīng)的時(shí)間框架內(nèi)發(fā)生運(yùn)動(dòng)事件的概率。在另外的實(shí)施例中，在當(dāng)前患者己經(jīng)執(zhí)行了重復(fù)的掃描的情況下，收集到的訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以是特定于當(dāng)前患者的。作為另外的選項(xiàng)，系統(tǒng)100還可以包括運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，例如具有圖像分析能力的視頻相機(jī)。所述運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備與掃描器120同步。利用來(lái)自先前患者的數(shù)據(jù)訓(xùn)練的預(yù)測(cè)引擎模塊114被應(yīng)用到當(dāng)前患者，以預(yù)測(cè)當(dāng)前患者的運(yùn)動(dòng)。如果當(dāng)前患者沒(méi)有