用于氣道壁密度和氣道壁炎癥的同時(shí)評(píng)估的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于氣道壁密度和氣道壁炎癥的同時(shí)評(píng)估的方法和系統(tǒng)。一種評(píng)估氣道壁密度和炎癥的方法包括：分割支氣管樹以創(chuàng)建氣道壁映射圖；針對(duì)每個(gè)分支，從映射圖中取形成每個(gè)分支的壁的位置集合并對(duì)支氣管樹的虛擬非造影圖像中的值進(jìn)行采樣，以及，給定造影前密度的樣本集，計(jì)算值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支的支氣管壁密度，從而產(chǎn)生密度度量；針對(duì)每個(gè)分支，從映射圖中取形成每個(gè)分支的壁的位置集合并對(duì)支氣管樹的造影劑映射圖中的值進(jìn)行采樣，以及，給定造影劑攝入的樣本集，計(jì)算值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支的支氣管壁攝取，從而產(chǎn)生炎癥度量；以及通過使用密度和炎癥度量來為患者確定治療或預(yù)測(cè)結(jié)果。
【專利說明】
用于氣道壁密度和氣道壁炎癥的同時(shí)評(píng)估的方法和系統(tǒng)
[0001] 對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2014年9月9日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/047，685、2014年9月9日 提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 62/047，814、2014年9月9日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 62/047,994、 以及2014年9月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 62/048，605的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)的公開內(nèi)容在 本文中通過引用以其全部被并入。 1、
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像中氣道的分析。 2、
【背景技術(shù)】
[0004] 諸如支氣管擴(kuò)張、哮喘、囊性纖維化和慢性阻塞性肺部疾病(C0PD)之類的肺部疾 病由氣道尺寸方面的異常而表征，包括壁的厚度和管腔(例如，內(nèi)氣道)的大小。計(jì)算的層析 X射線攝影法(CT)已經(jīng)成為描繪并檢測(cè)這些異常的主要手段中的一種，這是因?yàn)楦叻直媛?的、接近各向同性的數(shù)據(jù)的可用性使得有可能以與掃描儀平面的斜角而評(píng)估氣道。然而，當(dāng) 前，氣道的臨床評(píng)估典型地被限制于主觀的可視檢查。利用高分辨率數(shù)據(jù)的氣道的系統(tǒng)評(píng) 估在沒有自動(dòng)化的情況下尚未被證明是實(shí)用的。
[0005] 近來，已經(jīng)基于氣道樹的自動(dòng)提取和建模而提出了自動(dòng)化的方法。這樣的模型捕 獲氣道樹結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)和層次。這些方法通過分割和根據(jù)分割而對(duì)樹結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建的組合 來創(chuàng)建模型。一種這樣的方法的示例發(fā)現(xiàn)于Kiraly A.P.、Helferty J.P.、Hoffman E.A.、 McLennan G·、和Higgins W·E·的"Three-Dimensional Path Planning for Virtual Bronchoscopy" 中（于IEEE Transactions on Medical Imaging(關(guān)于醫(yī)學(xué)成像的IEEE會(huì) 報(bào)）中，2004年11月vol. 23，no. 1:1365-1379頁(yè)）。在獲得氣道樹模型后，執(zhí)行包括壁厚度的 氣道尺寸的測(cè)量。對(duì)此的示例描述于B · Odry、Α · P · Kiraly、G · Slabaugh、C · L · Novak的 "Active contour approach for accurate quantitative airway analysis"中（SPIE醫(yī) 學(xué)成像2008，SPIE會(huì)議錄，2008年Vol. 6916，691613頁(yè)）。一旦已經(jīng)獲得了氣道測(cè)量，它們就 能夠被分類為正常或異常。能夠直接在模型上對(duì)結(jié)果進(jìn)行著色以描繪正常和異常支氣管， 或描繪嚴(yán)重性。
[0006] 然而，氣道壁可能由于炎癥性疾病過程或由于諸如瘢疤形成的其它過程而較厚。 此外，變厚的炎癥性成因可能潛在地是可治療的（諸如利用抗炎藥劑），而瘢疤形成類型的 過程不太可能治療見效。因此，將會(huì)有價(jià)值的是知道所觀察的壁變厚是否是由于炎癥性過 程，從而更好地使患者治療個(gè)體化。
[0007] 已經(jīng)示出有氣道疾病的某些患者的氣道壁在施與(administration)碘化造影物 (contrast)后經(jīng)歷表觀密度上的增加。還已經(jīng)示出碘攝取量可以利用雙能量計(jì)算的層析X 射線攝影法(DECT)成像來估計(jì)。這樣的示例描述在Odry，B，Naidich，D，Barreto，M，Giusti， R，Krauss，B，Kiraly，A，Novak，C，Schmidt，B的 "Quantitative Dual-Energy CT Evaluation of Bronchial Wall Enhancement：A Feasibility Study Using Phantoms and Cystic Fibrosis Patients"（2011年11月26日-12月2日在芝加哥IL的北美放射學(xué)會(huì) 2011年度科學(xué)大會(huì)和年度會(huì)議）中。DECT成像的結(jié)果是碘映射圖（iodine map)，其描繪在容 積中任何給定位置處的碘攝取量。
[0008] 然而，在沒有給任何造影劑時(shí)氣道壁也可能示出不同密度。這樣的情況在Sonya Koo，MD，PhD和Andrew Yen，MD的"High attenuation in the lungs on CT:Beyond calcified granulomas"（2013年3月4 日實(shí)用放射學(xué)(Applied Radiology))中被描述。這些 不同的密度可以是由于：由于對(duì)組織的反復(fù)損傷引起的氣道壁組織的鈣化，所述損傷諸如 由吸煙或其它刺激物導(dǎo)致的損傷?；捉M織密度中的這些改變可能是疾病的顯著標(biāo)記。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種評(píng)估氣道壁密度和氣道壁炎癥的方法包括:根 據(jù)患者的圖像數(shù)據(jù)分割支氣管樹以創(chuàng)建氣道壁映射圖，所述氣道壁映射圖為氣道壁映射圖 中的每個(gè)元素指示:它是否是氣道的部分;針對(duì)每個(gè)分支或分支集，從氣道壁映射圖中取形 成每個(gè)分支的壁的位置集合并對(duì)支氣管樹的虛擬非造影圖像中的值進(jìn)行采樣以確定造影 前密度，以及，給定造影前密度的樣本集，計(jì)算值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支的支氣管壁密度，從 而產(chǎn)生密度度量;針對(duì)每個(gè)分支或分支集，從氣道壁映射圖中取形成每個(gè)分支的壁的位置 集合并對(duì)支氣管樹的造影劑映射圖中的值進(jìn)行采樣以確定造影劑攝入，以及，給定造影劑 攝入的樣本集，計(jì)算值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支的支氣管壁攝取，從而產(chǎn)生炎癥度量；以及使 用密度度量和炎癥度量來為患者確定治療或預(yù)測(cè)結(jié)果。
[0010]造影劑映射圖針對(duì)每個(gè)體元而示出患者體內(nèi)對(duì)應(yīng)位置處存在的造影劑的經(jīng)計(jì)算 的量。
[0011] 該方法還包括使支氣管樹中的壁密度或炎癥可視化。
[0012] 壁密度或炎癥是在所再現(xiàn)(render)的支氣管樹上編碼的顏色。
[0013] 造影劑包括碘。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種評(píng)定肺中氣流的方法包括:接收高分辨率圖像； 在來自高分辨率圖像的支氣管樹的分層次結(jié)構(gòu)中檢測(cè)氣道約束所位于的代級(jí) (generation)，并且使用代級(jí)來確定潛在地受氣道約束影響的子分支的數(shù)量;使用在對(duì)潛 在地受氣道約束影響的子分支的數(shù)量進(jìn)行表示的值和氣道的預(yù)定最大數(shù)量之間的比來計(jì) 算所估計(jì)的受影響容積；以及在顯示設(shè)備上呈現(xiàn)所估計(jì)的受影響容積。
[0015] 氣道約束是由于粘液嵌塞引起的。
[0016] 呈現(xiàn)在顯示設(shè)備上的所估計(jì)的受影響容積從受影響的親本(parent)氣道開始并 且遵循越過起始點(diǎn)的受影響氣道樹的輪廓。
[0017] 顏色編碼描繪了受影響容積與總?cè)~片（lobe)容積相比的百分比。
[0018] 不同顏色指示特定程度和嚴(yán)重性的異常。
[0019] 受影響容積的百分比與評(píng)分系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)以將百分比映射到不同顏色。
[0020] 所估計(jì)的受影響容積還通過使用支氣管管腔與動(dòng)脈(BLA)或支氣管壁厚度與動(dòng)脈 直徑(BWA)比率來計(jì)算。
[0021] 對(duì)潛在地受影響的子分支的數(shù)量進(jìn)行表示的值是在單獨(dú)考慮所有氣道、使用BLA 或BWA比率而確定氣道的預(yù)定最大數(shù)量時(shí)的所有氣道的總和。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中的碘的可視化 的方法包括:根據(jù)患者的圖像數(shù)據(jù)中的計(jì)算的層析X射線攝影法(CT)容積而計(jì)算第一容積 映射圖，以確定CT容積的哪些體元被包括在血管中；根據(jù)CT容積而計(jì)算第二容積映射圖，以 確定CT容積的哪些體元不被包括在血管中；使用第二容積映射圖和碘映射圖來產(chǎn)生血管外 側(cè)的碘的映射圖；利用疊覆在多平面重建(MPR)上的碘映射圖和血管外側(cè)碘映射圖來使CT 容積的灰度數(shù)據(jù)的MPR可視化；以及根據(jù)血管外側(cè)碘映射圖而對(duì)可視化的疊覆的數(shù)據(jù)進(jìn)行 內(nèi)插。
[0023] 第一容積映射圖是自動(dòng)血管分割的結(jié)果。
[0024] 自動(dòng)血管分割執(zhí)行附加的擴(kuò)張步驟以捕獲第一容積映射圖中血管的邊緣。
[0025] 第二容積映射圖是通過取第一容積映射圖的邏輯非來被計(jì)算的。
[0026] 血管外側(cè)的碘的映射圖是通過取第二容積映射圖和碘映射圖的邏輯與來產(chǎn)生的。
[0027] 可視化疊覆包括顏色查找表，其將不同的碘量描繪為不同色調(diào)。
[0028] 可視化疊覆包括阿爾法混合函數(shù)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法包括:分割 患者的支氣管樹;計(jì)算樹的每個(gè)分支的壁中的碘攝取，其中針對(duì)每個(gè)分支的結(jié)果是碘更新 的估計(jì)；以及使用特定分支的所估計(jì)的碘攝取來確定該分支中炎癥的程度。
[0030]該方法還包括通過使用BLA或BWA比率而將支氣管樹中的分支從最異常到最不異 常排序。
[0031 ] 該方法還包括通過代級(jí)或尺寸來對(duì)管腔直徑進(jìn)行分類(sort)。
[0032] 該方法還包括通過代級(jí)來對(duì)壁厚度進(jìn)行分類。
[0033] 該方法還包括從最多碘攝取到最少碘攝取來對(duì)碘映射圖的炎癥值進(jìn)行分類。
[0034]該方法還包括根據(jù)用戶選擇的準(zhǔn)則來顯示異常分支。
[0035]該方法還包括利用垂直于氣道軸的MPR來顯示異常氣道的放大視圖，以示出氣道 的橫截面。
[0036]該方法還包括在所顯示的異常氣道上疊覆內(nèi)壁和外壁輪廓，以示出是如何計(jì)算氣 道的。
【附圖說明】
[0037] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于氣道壁密度和氣道壁炎癥的同時(shí)評(píng)估的 方法的流程圖；
[0038] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例計(jì)算的平均能量計(jì)算的層析X射線攝影法 (CT)圖像和相對(duì)應(yīng)的碘映射圖；
[0039] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法的流程 圖；
[0040] 圖4是在主要肺血管的掩蔽之前和之后的疊覆有碘映射圖的肺的CT圖像；
[0041] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于掩蔽血管以用于氣道壁中碘的經(jīng)改進(jìn)的 可視化的方法的流程圖；
[0042] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法的流程 圖；以及
[0043] 圖7是其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供用于同時(shí)估計(jì)在施與造影物之前的氣道壁的密度和 碘施與之后的密度增加的方法。要理解的是該自動(dòng)化評(píng)估在將造影物給予患者后發(fā)生。這 兩個(gè)測(cè)量的組合提供了有價(jià)值的信息以用于診斷以及用于推薦療法和評(píng)估其有效性。
[0045] 在用于同時(shí)估計(jì)在施與造影物之前的氣道壁的密度和碘施與之后的密度增加的 方法中包括雙能量獲取步驟11〇(參見圖1)。要理解的是，雙能量獲取涉及在注入造影劑后、 且不在注入前獲取CT容積，因此將不會(huì)有造影前圖像可用，僅有從雙能量容積計(jì)算的虛擬 非造影圖像。虛擬非造影圖像的使用節(jié)省了獲取真實(shí)造影前圖像將會(huì)需要的輻射劑量。雙 能量容積的同時(shí)獲取還消除了匹配造影前和造影后圖像的配準(zhǔn)問題。
[0046] 例如，雙能量獲取產(chǎn)生兩個(gè)容積，一一個(gè)處于低能量(例如，80kV)以及一個(gè)處于高 能量(例如，140kV或150kV)。這些容積可以稱作為V低和V高。具有雙能量軟件模塊的計(jì)算機(jī)可 以用于通過取V低和V高的加權(quán)平均，創(chuàng)建對(duì)以平均能量V平均(例如，120kV)的獲取進(jìn)行模擬的 容積。
[0047] 如果已經(jīng)給予患者碘化造影物，則可以計(jì)算"虛擬非造影"（VNC)容積Vvnc和"碘映 射圖"容積V碗。這些容積中的二者得自原始獲取V低和V高。碘映射圖針對(duì)每個(gè)體元而示出體內(nèi) 的位置處存在的碘的經(jīng)計(jì)算的量。VNC圖像描繪了在沒有造影劑的情況下獲取看上去將會(huì) 如何，并且可以通過從造影后圖像中減去碘映射圖來被計(jì)算。其它方法也可以用于計(jì)算所 得出的容積V平均、V vn。、和V碗。圖2示出了針對(duì)一個(gè)患者體內(nèi)的肺的區(qū)段的V平均和V碗。更特別地， 圖2的左側(cè)圖像210示出了平均能量V平均，并且圖2的右側(cè)圖像220示出了對(duì)應(yīng)的碘映射圖％。 V碗中的亮值(例如，主要是非黑色區(qū)域)示出增加的碘攝取的區(qū)域。
[0048] 在用于同時(shí)估計(jì)沒有造影物的情況下的氣道壁的密度和碘施與之后的密度增加 的方法中包括根據(jù)CT容積而分割氣道管腔以便確定氣道壁的位置的步驟120(參見圖1)。
[0049] 例如，根據(jù)CT容積V平均、V低、和V高中的一個(gè)來貫穿肺而對(duì)支氣管樹進(jìn)行分割。可以使 用各種根據(jù)CT的氣道分割方法，諸如下面中描述的那些：Kiraly A.P.、McLennan G.、 Hoffman Ε·Α·、Reinhardt J.M.、和Higgins W.E.的"Three-dimensional human airway segmentation methods for clinical virtual bronchoscopy"（學(xué)院放身才學(xué) (AcademicRadiology)，2002·9(10):1153-1168頁(yè)）；Fefita C.I·、Preteux F.、Beigelman_ Aubry C·、和Grenier P.的（2004)"Pulmonary airways：3-D reconstruction from multislice CT and clinical investigation"（2004年11月IEEE Trans.Medical Imaging(醫(yī)學(xué)成像）vol.23，no.ll);Kiraly A.P.、Helferty J.P.、Hoffman E.A·、 McLennan G·、和Higgins W·E·的"Three-Dimensional Path Planning for Virtual Bronchoscopy"（于2004年11 月 IEEE Transactions on Medical Imaging(關(guān)于醫(yī)學(xué)成像的 IEEE會(huì)報(bào)），vol.23，no. 1中：1365-1379頁(yè)），其公開內(nèi)容在本文中通過引用以其全部被并 入。
[0050] 該分割可以進(jìn)一步細(xì)化以分割氣道壁?？梢允褂酶鞣N氣道壁分割技術(shù)，諸如下面 中描述的那些：B · Odry、A · P · Kiraly、G · Slabaugh、C · L · Novak的 "Active contour approach for accurate quantitative airway analysis"（SPIE Medical Imaging (醫(yī)學(xué)成像） 2008，SPIE會(huì)議錄，2008年Vol .6916,第691613頁(yè)）；以及A.P.Kiraly、B.L.Odry、 D.P.Naidich、C.L.Novak的"Boundary-Specific Cost Functions for Quantitative Airway Analysis"（Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI，醫(yī)學(xué)圖像計(jì)算和計(jì)算機(jī)輔助的干預(yù))2007年第784-791頁(yè)），其公開內(nèi)容在本文中 通過引用以其全部被并入。在第一方法中，從原始容積采樣所標(biāo)識(shí)的氣道分支的橫截面，以 及通過基于邊緣的濾波器來分割氣道壁，并通過邊緣而計(jì)算最小能量路徑?？商娲兀瑲獾?壁可以基于用戶的點(diǎn)擊進(jìn)行局部分割，如在題為"Automated Detection of Airway and Vessel Orientations for Quantitative Analysis and Visualization" 的美國(guó)專利申 請(qǐng)公布No. 20120268450中描述的那樣，所述專利申請(qǐng)公布的公開內(nèi)容在本文中通過引用以 其全部被并入。
[0051]對(duì)這些分割方法的輸入可以是CT容積V低或V高或加權(quán)的平均容積V平均中的一個(gè)。氣 道樹或單個(gè)氣道分支的分割創(chuàng)建了氣道壁映射圖M，，其針對(duì)映射圖中的每個(gè)體元而指 示:它是否是氣道壁的部分。在其中整個(gè)支氣管樹被分割并建模成如較早前所述的分層次 樹的情況中，作為氣道壁的部分的體元也可以指示針對(duì)每個(gè)分支的拓?fù)湫畔ⅲㄓH本分 支和代級(jí)數(shù)量。
[0052]可替代地，信息可以以下面的方式被存儲(chǔ):針對(duì)自動(dòng)分割的氣道樹中的每個(gè)分支、 或針對(duì)由用戶選擇的特定分支，信息可以被包括在處于該分支的壁中的所有體元的列表 L，;中。
[0053]在任一存儲(chǔ)方法中，可以容易地檢索形成給定氣道分支或分支集的壁的體元。
[0054] 在用于同時(shí)評(píng)估造影物施與之前的氣道壁的密度和碘施與之后的密度增加的方 法中包括雙密度計(jì)算步驟130 (參見圖1)。
[0055] 例如，針對(duì)每個(gè)分支或分支集，（從映射圖_或列表L，中）取形成每個(gè)分支的壁 的位置集合，并且它們?cè)谔摂M非造影圖像VVNC中的值被采樣以估計(jì)造影前密度。給定造影前 密度的樣本集，計(jì)算諸如算術(shù)平均、中值、最大值等的值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支b的支氣管壁 密度，從而產(chǎn)生D b。
[0056] 另外，針對(duì)每個(gè)分支或分支集，（從映射圖_或列表L，中）取形成每個(gè)分支的壁 的位置集合，并且它們?cè)诘庥成鋱DV碗中的值被采樣以確定如由碘攝取所測(cè)量的炎癥。給定 造影前密度的樣本集，計(jì)算諸如算術(shù)平均、中值、最大值等的值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支b的支 氣管壁攝取，從而產(chǎn)生lb。
[0057] 在用于同時(shí)評(píng)估造影物施與之前的氣道壁的密度和碘施與之后的密度增加的方 法中包括所計(jì)算的壁密度和炎癥值的利用的步驟140(參見圖1)。
[0058]例如，給定密度度量Db和炎癥度量Ib，這些度量能夠用于預(yù)測(cè)患者疾病嚴(yán)重性、最 優(yōu)治療規(guī)程、預(yù)后、或很可能的治療結(jié)果。這些特征能夠單獨(dú)地或組合地使用。給定這些特 征或特征組合，能夠開發(fā)評(píng)分系統(tǒng)來貫穿支氣管樹而量化疾病嚴(yán)重性和程度并追蹤隨著時(shí) 間或響應(yīng)于治療的疾病嚴(yán)重性方面的改變。
[0059] 這些度量能夠通過使用所描述或所引用的方法、根據(jù)利用造影所獲取的雙能量CT 容積來自動(dòng)地被計(jì)算，并且能夠用于預(yù)測(cè)疾病嚴(yán)重性和治療。
[0060] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法。
[0061 ]如上文在【背景技術(shù)】章節(jié)中所論述的，在獲得樹模型后，自動(dòng)化方法能夠生成氣道 尺寸的度量，包括壁厚度和管腔直徑。對(duì)此的示例被描述在B.Odry、A.P.Kiraly、 G·Slabaugh、C·L·Novak的"Active contour approach for accurate quantitative airway analysis" 中（SPIE Medical Imaging(醫(yī)學(xué)成像）2008，SPIE會(huì)議錄，2008年 Vol .6916第691613頁(yè)）；以及A.P.Kiraly、B.L.Odry、D.P.Naidich、C.L.Novak的 "Boundary-Specific Cost Functions for Quantitative Airway Analysis"中（Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention(MICCAI)(醫(yī)學(xué)圖像計(jì)算以及計(jì)算機(jī)輔 助的干預(yù))2007年第784-791頁(yè)）。在第一方法中，從原始容積采樣所標(biāo)識(shí)的氣道分支的橫截 面，通過基于邊緣的濾波器來分割氣道壁，并通過邊緣計(jì)算最小氣道路徑。在前面提到的論 文中發(fā)現(xiàn)其它細(xì)節(jié)。能夠基于來自健康情況的預(yù)期值而將氣道度量分類為正?；虍惓?。
[0062] 隨后，氣道的功能方面可以被估計(jì)為所測(cè)量的特征或附加特征的派生，諸如氣道 壁炎癥，其使用雙能量獲取，或支氣管上粘液嵌塞的存在。對(duì)此的示例被描述在B. L. Odry、 D.Guiliguian、A.P.Kiraly、C.L.Novak、D.P.Naidich、JF Lerallut的 "Automated detection ofmucus plugs within bronchial tree in MSCT images"中（Proc·SPIE 6511 Medical Imanging(醫(yī)學(xué)成像)2007,651110)，其公開內(nèi)容在本文中通過引用以其全 部被并入。粘液狀病灶的存在在有氣道疾病的患者中是常見的，并且通常是感染的結(jié)果。粘 液狀病灶還以取決于它們?cè)谥夤軜渲形挥谀睦锏脑黾拥挠绊懚鴾p少貫穿肺的氣流。
[0063] 支氣管樹包括數(shù)百個(gè)個(gè)體分支。當(dāng)前的氣道建模算法，除了描繪分支特性和層次 之外，允許根據(jù)代級(jí)和肺葉而對(duì)分支進(jìn)行分類。氣道模型的代級(jí)的示例被描述在Kiraly A·P·、He 1ferty J·P·、Hoffman E·A·、McLennan G·、和Higgins W.E.的"Three-Dimensional Path Planning for Virtual Bronchoscopy"中（在IEEE Transactions on Medical Imaging(關(guān)于醫(yī)學(xué)成像的IEEE會(huì)報(bào)）中，2004年 11月vol.23，no. 1:1365-1379頁(yè)）。 一旦獲得了模型，通過評(píng)估相對(duì)于已知葉片位置的最終分支位置，能夠?qū)⒎种Х诸惓刹煌?的葉片。這提供了通過來自CT容積的葉片區(qū)而非侵入性地評(píng)定肺或肺區(qū)的性能的機(jī)會(huì)，并 能夠提供可能存在問題處的快速指示。
[0064] 在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中，可以通過使用對(duì)于受影響的區(qū)的指針來 評(píng)定肺內(nèi)的氣流。作為結(jié)果，放射科醫(yī)師的注意力可以特別地被指向異常氣道/區(qū)，其中優(yōu) 先級(jí)給予最嚴(yán)重的異常。
[0065] 在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中包括肺分割和分支測(cè)量的步驟310 (參見 圖3)。
[0066] 該方法利用從CT數(shù)據(jù)集提取的支氣管樹的模型?？梢允褂萌舾煞椒▉韴?zhí)行該步 驟。
[0067] 一旦分割出支氣管樹，可以執(zhí)行骨架化和另外的后處理來創(chuàng)建樹模型。
[0068] 在已經(jīng)標(biāo)識(shí)了氣道分支后，自動(dòng)化方法可以確定每個(gè)氣道的管腔和壁。可以使用 若干方法來計(jì)算管腔和壁的范圍。這些方法產(chǎn)生輪廓，所述輪廓限定在管腔和壁的內(nèi)邊緣 之間、以及在壁的外邊緣和周圍軟組織之間的輪廓勾畫。
[0069] 可以通過使用支氣管樹以及肺和肺葉分割技術(shù)來獲得每個(gè)肺和葉片的容積而應(yīng) 用用于粘液嵌塞檢測(cè)的自動(dòng)化方法。對(duì)此的示例被描述在B . L . Odry、D . Gui 1 iguian、 A.P.Kiraly、C.L.Novak、D.P.Naidich、JF Lerallut的"Automated detection of mucus plugs within bronchial tree inMSCT images"中（Proc·SPIE 6511 Medical Imaging (醫(yī)學(xué)成像)2007,651110)。針對(duì)葉片分割，能夠使用涉及濾波器的方法以檢測(cè)脊和分水嶺 變換，如在Jan-Martin Kuhnigk、Horst K.Hahn、Milo Hindennach、Volker Dicken、Stefan Krass、和Heinz-〇tto Peitgen的"Lung lobe segmentation by anatomy-guided 3D watershed transform"（SPIE會(huì)議錄，卷5032，第1482-1490頁(yè)（2003))中描述的那樣，其公 開內(nèi)容在本文中通過引用以其全部被并入。
[0070] 一旦已經(jīng)在給定橫截面上標(biāo)識(shí)了形成管腔的體元，就能夠得出管腔的度量，諸如 直徑或面積。異常管腔可能過于狹窄，如在哮喘的情況中；或過于擴(kuò)張，如在支氣管擴(kuò)張的 情況中。
[0071] 類似地，一旦已經(jīng)標(biāo)識(shí)了形成壁的體元，就能夠得出壁的度量，包括壁厚度和壁面 積。典型地，異常壁太厚，盡管理論上壁太薄也是可能的。
[0072] 在正?；颊咧?，管腔直徑或面積根據(jù)氣道代級(jí)數(shù)而變化，使得沒有針對(duì)作為健康 尺寸的指示符的管腔直徑(或面積）的單個(gè)閾值。為了避免這樣，用于檢查氣道的許多臨床 方法推薦將其尺寸與鄰近動(dòng)脈的尺寸進(jìn)行比較。在健康氣道中，管腔的直徑將近似等于鄰 近動(dòng)脈的直徑，因?yàn)樗鼈兌叨紝㈦S著代級(jí)數(shù)增加而在尺寸上減小。
[0073] 此外，在健康患者中，壁寬度也將隨著代級(jí)數(shù)增加而減小。因此，一個(gè)臨床規(guī)則是 壁寬度應(yīng)當(dāng)近似是動(dòng)脈直徑的四分之一。
[0074]在管腔的情況中顯著地不同于1.0和在壁的情況中顯著地不同于0.25的比率是 氣道疾病的指示符。嚴(yán)重性程度由管腔與動(dòng)脈比率高于1.0多少以及壁與動(dòng)脈比率高于 0.25多少來被指示。
[0075] 在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中包括其中自動(dòng)檢測(cè)鄰近動(dòng)脈的步驟。作為 不例，參見B L.0dry、A P.Kiraly、C L.Novak、D P.Naidich、J_F Lerallut 的 "Automated airway evaluation system for multi-slice computed tomography using airway lumen diameter,airway wall thickness and broncho-arterial ratio"（Proc·SPIE 6143 Medical Imaging(醫(yī)學(xué)成像)2006,61430Q)。在該情況中，該自動(dòng)檢測(cè)的伴隨動(dòng)脈的 直徑(或橫截面面積)被計(jì)算以推算支氣管管腔與動(dòng)脈的比率一一BLA比率。還計(jì)算支氣管 壁厚度與動(dòng)脈直徑的比率--BWA比率。
[0076] 可以使用其它方法來標(biāo)識(shí)哪些氣道具有異常度量，諸如管腔面積與總面積(管腔 加壁)的比率。可替代地，能夠采用查找表來給出用于不同代級(jí)數(shù)的、針對(duì)正常相對(duì)于異常 管腔和壁尺寸的閾值或截止值。
[0077] 在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中包括貫穿肺的氣流評(píng)定的步驟320(參見 圖3)。
[0078] 給定上述計(jì)算的特征，能夠估計(jì)其中氣流將被影響的區(qū)。例如，由于粘液嵌塞部分 地或完全地堵塞氣道管、使氣道管腔變窄、或使氣道壁變厚，氣流可能被影響。
[0079] 通過使用樹的分層次結(jié)構(gòu)，能夠檢測(cè)肺內(nèi)何處氣流被影響（例如，葉片）以及處于 哪個(gè)層級(jí)（例如，代級(jí)）。例如，針對(duì)每個(gè)代級(jí)，對(duì)應(yīng)子分支的數(shù)量是已知的。例如，Boyden分 類標(biāo)識(shí)在每個(gè)代級(jí)處有多少氣道是可用的。因此，能夠估計(jì)氣流減少的程度，其基于何處發(fā) 生異常。
[0080] 利用對(duì)正?；颊叩某Ｒ?guī)標(biāo)準(zhǔn)劑量、銳利的內(nèi)核CT，多數(shù)支氣管樹算法充分地到達(dá) 第8代級(jí)，其中第8代級(jí)對(duì)應(yīng)于1860個(gè)氣道分支。該數(shù)目可以基于獲取參數(shù)(例如，劑量、重建 內(nèi)核)而變化。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，氣道的該數(shù)目被設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)N，其將對(duì)應(yīng)于最大 氣流。每葉片存在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)最大值N(i)，其中針對(duì)5個(gè)葉片中的每一個(gè)，i處于1和5之間，其 預(yù)先被自動(dòng)計(jì)算。
[0081] 氣流評(píng)定如下地完成：
[0082] 1、針對(duì)粘液嵌塞，其中檢測(cè)到粘液嵌塞的代級(jí)用于確定潛在地受影響的子分支的 數(shù)(i)。所估計(jì)的受影響容積i)通過使用實(shí)際(i)和N(i)之間的比來被計(jì) 算。
[0083]
其中V(i)是葉片i的總?cè)莘e。
[0084] 2、在具有粘液嵌塞的部分堵塞的情況中，根據(jù)氣道被堵塞的百分比，權(quán)重K(在0和 1之間）被應(yīng)用于V減W(i)。
[0085] 3、針對(duì)有欠缺的氣道建模(例如，壁變厚或重新建模），基于所估計(jì)的管腔變窄或 壁變厚(例如，BLA或BWA比率)計(jì)算對(duì)減少的流的估計(jì)。該度量集的使用能夠由以下各項(xiàng)來 使用：
[0086] 3.1.考慮呈現(xiàn)這樣的異常的患者氣道(例如，分層次樹中的低代級(jí)），以及子分支 的數(shù)量。相應(yīng)地應(yīng)用的、與BLA或BWA比率相關(guān)聯(lián)的權(quán)重產(chǎn)生受影響的容積：
[0087] '其中R能夠是基于變窄或壁變厚的BLA 9 或BWA比率。
[0088] 3.2.或單獨(dú)地考慮所有氣道并在對(duì)于N( i)的總和中使用相關(guān)聯(lián)的BLA或BWA比率。 于是將是具有它們各自的比率的所有氣道的總和：
[0089]
[0090]在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中包括呈現(xiàn)減少的氣流的步驟330(參見圖 3)〇
[0091]例如，通過使用葉片和氣道分割模型，能夠投影所估計(jì)的受影響容積，從受影響的 親本氣道開始并且遵循是/將會(huì)是越過該起始分支的氣道樹的內(nèi)容的輪廓。作為起始點(diǎn)的 受影響的分支能夠由于粘液狀病灶、管腔變窄或壁變厚而被約束。
[0092]顏色編碼能夠用于描繪受影響的容積與計(jì)算的總?cè)~片容積相比的百分比。該百分 比能夠與評(píng)分系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)以將百分比映射到不同顏色，其將向用戶給出對(duì)于存在特定程度 和嚴(yán)重性的異常的快速指示。一個(gè)這樣的映射能夠是:紅色一一嚴(yán)重異常，橘色一一中度異 常，黃色一一輕度異常，綠色一一正常。其它映射也是可能的。
[0093]該結(jié)果將使得對(duì)于醫(yī)師而言更容易評(píng)定氣道疾病并確保不遺漏顯著問題。
[0094] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了一種用于減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中碘的可 視化的方法。
[0095] 如上面在【背景技術(shù)】章節(jié)中所討論的，DECT成像的一個(gè)結(jié)果是碘映射圖，其描繪了 在容積中任何給定位置處的碘攝取的量。碘映射圖能夠被示出為在灰度CT圖像之上的有色 疊覆，以指示較大或較少量的碘。
[0096]然而，碘映射圖不僅示出氣道壁中的造影，而且還示出在肺血管（動(dòng)脈和靜脈二 者）中的造影。
[0097]有可能設(shè)置閾值以抑制血管中大量碘的顯示。即使具有碘，氣道壁展示出遠(yuǎn)低于0 亨氏單位(HU)的CT值。因此，可以修改多平面重建(MPR)中的疊覆顯示以在低能量CT容積中 的CT值是0HU或更大時(shí)不示出任何顏色。之前和之后的結(jié)果在圖4中示出。箭頭指向其中已 經(jīng)示出（左)或未示出（右)碘疊覆的特定大血管。
[0098]圖4是在主要肺血管的掩蔽之前和之后的疊覆有碘映射圖的肺的CT圖像。碘映射 圖示出為從沒有顏色（0至5HU)經(jīng)過黃色（5至25HU)至紅色（65HU和更大）的范圍的顏色疊 覆。
[0099]圖4的左側(cè)410示出在閾值化之前的疊覆，而圖4的右側(cè)420描繪了使用0HU作為閾 值來抑制大血管展示出碘的結(jié)果。大血管在左側(cè)圖像410中看起來為完全紅色(實(shí)心箭頭）， 其中碘疊覆被再現(xiàn)，并且在右側(cè)圖像420中、當(dāng)疊覆被抑制時(shí)大部分為白色(虛線箭頭）。然 而，紅色邊緣保持在大血管邊沿周圍。
[0100] 換言之，即使在閾值化之后，仍然保持有在血管的邊沿處可視化的碘的"邊緣"，這 是由于部分容積效應(yīng)。
[0101] 在用于減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中碘的可視化的方法中，貫穿肺的血管中的 碘的可視化被顯式地抑制，而同時(shí)留下氣道壁中的可視化。該方法完全是自動(dòng)的并且不依 賴于任何用戶交互來選擇特定血管。結(jié)果是貫穿胸部區(qū)的炎癥映射圖的可視化，但沒有使 所強(qiáng)調(diào)的血管分散注意且沒有對(duì)于用戶而言有可能令人困惑的部分容積效應(yīng)。這使得對(duì)于 放射科醫(yī)師而言更容易聚焦在氣道壁中的造影物攝取上。
[0102] 在用于減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中的碘的可視化的方法中包括雙能量獲取 的步驟510(參見圖5)。
[0103] 如上面在用于同時(shí)評(píng)估造影物施與之前的氣道壁的密度和碘施與之后的密度增 加的方法中所述的，雙能量獲取可以產(chǎn)生兩個(gè)容積，一個(gè)處于低能量(例如，80kV)以及一個(gè) 處于高能量(例如，140kV)。這些容積可以稱作為V低和V高。具有雙能量軟件模塊的計(jì)算機(jī)可 以用于通過取V低和V高的加權(quán)平均，創(chuàng)建對(duì)以平均能量V平均(例如，120kV)的獲取進(jìn)行模擬的 容積。
[0104] 如果已經(jīng)給予患者碘化造影物，則可以創(chuàng)建"虛擬非造影"（VNC)容積Vvnc^P "碘映 射圖"容積V碗。這些容積中的二者得自原始獲取V低和V高。碘映射圖針對(duì)每個(gè)體元而示出在體 內(nèi)的位置處存在的碘的經(jīng)計(jì)算的量。VNC圖像描繪了在沒有造影劑的情況下獲取將會(huì)看上 去如何，并且可以通過從造影后圖像減去碘映射圖來被計(jì)算。其它方法也可以用于計(jì)算所 得出的容積VflS、V vn。、和％。
[0105] 在用于減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中碘的可視化的方法中包括肺血管的自動(dòng) 檢測(cè)步驟520(參見圖5)。
[0106] 若干方法可以用于執(zhí)行根據(jù)CT容積對(duì)肺血管的自動(dòng)分割。在雙能量CT的情況中， 可以通過使用平均圖像V平均或者低或高能量容積V低或V高來執(zhí)行分割。自動(dòng)血管分割的結(jié)果 是容積映射圖S，其中原始CT容積中的每個(gè)體元如果在體元處于血管內(nèi)的情況下則具有1或 者如果不處于血管內(nèi)的情況下則具有0。血管分割過程可以被修改以執(zhí)行額外擴(kuò)張步驟，從 而確保在映射圖S中捕獲了血管的邊緣，因而進(jìn)一步減少了部分容積效應(yīng)。
[0107] 可以通過取S的邏輯"非"來計(jì)算對(duì)不具有血管的體元進(jìn)行指示的映射圖S非。取S非 和％的邏輯"與"能夠產(chǎn)生血管外側(cè)碘Inv的映射圖。
[0108] 映射圖S非還能夠通過取與氣道壁位置的映射圖的邏輯"或"來被修改。以此方式， 緊密接觸（impinge upon)氣道壁邊緣的血管的邊緣處的體元能夠在計(jì)算非血管位置中的 碘Irw的映射圖之前被還原至映射圖S非。
[0109] 在用于減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中碘的可視化的方法中包括碘攝取的選擇 性可視化的步驟530 (參見圖5)。
[0110] 考慮到上述計(jì)算，灰度CT數(shù)據(jù)的MPR可以利用碘映射圖疊覆而被可視化。MPR可以 包括胸部的整個(gè)視場(chǎng)，不論是以正交軸(例如，軸向、徑向、冠狀的）還是以任意角度。MPR還 可以示出各個(gè)氣道的局部放大區(qū)域，不論是以正交軸還是以任意角度。
[0111] MPR中的灰度數(shù)據(jù)從V平均數(shù)據(jù)集進(jìn)行內(nèi)插，所述V平均數(shù)據(jù)集描繪了在圖像造影和噪 聲之間提供了良好權(quán)衡的以平均能量的典型CT獲取。可替代地，可以從V低或V高數(shù)據(jù)集對(duì)灰 度數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插。
[0112] 從對(duì)血管外側(cè)的體元中的碘攝取量進(jìn)行描繪的非血管碘映射圖Inv對(duì)疊覆數(shù)據(jù)進(jìn) 行內(nèi)插。疊覆可以使用顏色查找表，其將不同碘量描繪為不同色調(diào)，諸如紅色用于大量的 碘，黃色用于中度量的碘，以及綠色用于很少或沒有碘。可以使用其它顏色映射。另外，為用 戶提供用以控制"阿爾法混合"以使得疊覆顏色更加或不太透明的手段。
[0113] 上面描述的用于減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中碘的可視化的方法是用于選擇 性地抑制DECT圖像中肺血管中碘攝取的可視化的完全自動(dòng)的方法。該方法不需要任何用戶 輸入并且能夠離線地執(zhí)行，因此用戶不必等待計(jì)算。該方法慮及與簡(jiǎn)單閾值化相比的部分 容積效應(yīng)的減少。結(jié)果是其中僅在對(duì)于研究支氣管壁中的碘攝取的醫(yī)師來說感興趣的區(qū)域 中描繪碘的可視化。
[0114] 本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的另一方法。
[0115] 如以上在【背景技術(shù)】章節(jié)中討論的，支氣管樹包括數(shù)百的個(gè)體分支，其中每一個(gè)可 以具有正常或異常的尺寸。給定具有異常尺寸的分支，它可能在其壁厚度、其管腔直徑或兩 者方面是異常的。異常程度可以從一個(gè)分支到另一個(gè)之間而變化。
[0116] 放射科醫(yī)師典型地通過系統(tǒng)地滾動(dòng)通過CT容積、最經(jīng)常地通過可視地檢查軸向取 向的切片來評(píng)定氣道。為了檢測(cè)并評(píng)定異常，他們必須重復(fù)地搜索每個(gè)切片。然而，氣道經(jīng) 常不是被精確地取向在掃描平面內(nèi)的，而是代替地傾斜地穿過它。
[0117] 另外，可以通過使用用于分析DECT的過程而針對(duì)炎癥以及針對(duì)異常尺寸對(duì)氣道壁 進(jìn)行評(píng)定。如上所提及的，有氣道疾病的患者體內(nèi)的氣道壁在碘化造影物的施與之后經(jīng)歷 表觀密度方面的增加，并且該攝取可能與氣道炎癥相關(guān)。
[0118] 炎癥的碘攝取程度也能夠被量化或可視化，正如氣道尺寸那樣。然而，由于無數(shù)的 氣道分支，放射科醫(yī)師可能不能夠確定最大量的炎癥在何處。
[0119] 用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的當(dāng)前方法提供了用于將放射科醫(yī)師的注意力特別 地指向異常氣道的方式，其中將主要注意力給予最嚴(yán)重的異常。
[0120] 在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中包括肺分割和分支測(cè)量的步驟610(參見 圖6)。該步驟與上文針對(duì)根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的第一方法所討論的肺分割和分支測(cè)量的 步驟基本上相同。因此，不提供重復(fù)的描述。
[0121] 在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中包括對(duì)氣道和壁炎癥的雙能量評(píng)定的步 驟620(參見圖6)。
[0122] 如上面針對(duì)用于同時(shí)評(píng)估造影物施與之前的氣道壁的密度和碘施與之后的密度 增加的方法所述的，雙能量獲取可以產(chǎn)生兩個(gè)容積，一個(gè)處于低能量(例如，80kV)以及一個(gè) 處于高能量(例如，140kV)。這些容積可以稱作為V低和V高。具有雙能量軟件模塊的計(jì)算機(jī)可 以用于通過取V低和V高的加權(quán)平均，創(chuàng)建對(duì)以平均能量V平均(例如，120kV)的獲取進(jìn)行模擬的 容積。
[0123] 如果已經(jīng)給予患者碘化造影物，則可以創(chuàng)建"虛擬非造影"（VNC)容積Vvn。和"碘映 射圖"容積V碗。這些容積中的二者得自原始獲取V低和V高。碘映射圖針對(duì)每個(gè)體元而示出在體 內(nèi)的位置處存在的碘的經(jīng)計(jì)算的量。VNC圖像描繪了在沒有造影劑的情況下獲取將會(huì)看上 去如何，并且可以通過從造影后圖像減去碘映射圖來被計(jì)算。其它方法也可以用于計(jì)算所 得出的容積VflS、V vn。、和％。
[0124] 給定自動(dòng)氣道分割，計(jì)算每個(gè)分支的壁中的碘攝取。這能夠通過利用落在內(nèi)壁和 外壁輪廓之間的所有體元來完成。從碘映射圖V碗確定體元的值。值可以被取平均值，或可替 代地是最大值、中值，或者可以利用的另一函數(shù)。
[0125] 結(jié)果是碘攝取(針對(duì)支氣管樹的每個(gè)分支）的估計(jì)，其能夠用作用于炎癥程度的代 表。
[0126] 在用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法中包括向用戶呈現(xiàn)異常氣道的步驟630(參 見圖6)
[0127] 給定針對(duì)支氣管樹中每個(gè)單獨(dú)分支的BLA和BWA比率，能夠通過從最高至最低的 BLA以及最高到最低的BWA進(jìn)行分類而將它們從最嚴(yán)重至最不嚴(yán)重的異常進(jìn)行排序。
[0128] 可替代地，如果使用比率，則可以首先通過代級(jí)數(shù)并且然后通過尺寸來對(duì)管腔直 徑(或面積)進(jìn)行分類。例如，這可以從第4或第5代級(jí)開始。這將產(chǎn)生從最異常至最不異常的 第4代級(jí)氣道的列表，然后從最異常至最不異常的第5代級(jí)氣道等。
[0129] 類似地，如果BWA比率不可用，則能夠通過代級(jí)以及然后通過壁厚度來對(duì)壁厚度進(jìn) 行分類。
[0130] 來自碘映射圖的炎癥值也能夠從最多攝取至最少攝取進(jìn)行分類。
[0131] 用戶可以指示對(duì)于看到異常分支的期望，并然后根據(jù)對(duì)管腔尺寸、壁尺寸或壁炎 癥的所選準(zhǔn)則來被示出最異常的分支。
[0132] 顯示可以包括利用MPR重建的最異常氣道的放大視圖，所述MPR重建精確地垂直于 氣道的軸以示出氣道的橫截面。內(nèi)壁和外壁輪廓也能夠疊覆在顯示上以為用戶示出是如何 計(jì)算異常的。如果利用與鄰近動(dòng)脈的比率，則還示出限定動(dòng)脈尺寸的輪廓。
[0133] 顯示也可以示出以氣道軸取向（而不是垂直于它)并精確地穿過中心的MPR。
[0134] 另外，顯示可以包括具有整個(gè)胸部的軸向、冠狀和徑向視圖的分離窗口，以給出氣 道位于胸部?jī)?nèi)何處的上下文。
[0135] 在選擇"下一個(gè)"或使用箭頭鍵或其它手段時(shí)，于是為用戶示出下一個(gè)更異常的氣 道。該過程如用戶希望的那樣經(jīng)常地重復(fù)，或直至沒有任何更異常的氣道被示出為止。
[0136] 上面所述的用于根據(jù)CT而呈現(xiàn)氣道異常的方法自動(dòng)地評(píng)定患者支氣管樹內(nèi)的無 數(shù)氣道分支，并選擇哪些呈現(xiàn)給用戶，以及它們應(yīng)該被呈現(xiàn)所按的次序。這使得對(duì)于醫(yī)師而 言更容易評(píng)定氣道疾病并確保他們不遺漏顯著問題。
[0137] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)的，本發(fā)明的各方面可以體現(xiàn)為系統(tǒng)、方法、或計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明的各方面可以采取以下的形式:完全硬件的實(shí)施例、完全軟件的實(shí)施 例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)或組合了軟件和硬件方面的實(shí)施例，其在本文中可以全 部被一般地稱為"電路"、"模塊"或"系統(tǒng)"。此外，本發(fā)明的各方面可以采取在一個(gè)或多個(gè)計(jì) 算機(jī)可讀介質(zhì)中所體現(xiàn)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有體現(xiàn)在其上的 計(jì)算機(jī)可讀程序代碼。
[0138] 可以利用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的任何組合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī) 可讀信號(hào)介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是但不限于：電子的、 磁性的、光學(xué)的、電磁的、紅外的、或半導(dǎo)體系統(tǒng)、裝置、或設(shè)備、或前述的任何合適組合。計(jì) 算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的更具體的示例（非窮舉性列表)將包括如下：具有一根或多根導(dǎo)線的 電連接、便攜式計(jì)算機(jī)磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(R0M)、可擦除可編程 只讀存儲(chǔ)器(EPROM或閃速存儲(chǔ)器）、光纖、便攜式光盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備、 磁性存儲(chǔ)設(shè)備、或前述的任何合適組合。在本文檔的上下文中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是 任何有形介質(zhì)，其可以包含或存儲(chǔ)用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與其連接的程 序。
[0139] 計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)可以包括傳播的數(shù)據(jù)信號(hào)，其具有體現(xiàn)在其中的計(jì)算機(jī)可讀 程序代碼，例如在基帶中或作為載波的部分。這樣的傳播的信號(hào)可以采取任何的各種形式， 包括但不限于，電磁的、光學(xué)的、或其任何的合適組合。計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)可以是:不是計(jì) 算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)并且能夠傳送、傳播、或輸送用于由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備使用或與 其連接的程序的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0140] 體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的程序代碼可以通過使用任何適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)而被傳輸，包 括但不限于無線、有線線路、光纖線纜、RF等，或前述的任何合適組合。
[0141] 用于實(shí)施本發(fā)明的各方面的操作的計(jì)算機(jī)程序代碼可以以一種或多種編程語言 的任何組合來被編寫，包括面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，諸如Java、Smalltalk、C++等，以及常規(guī)的 過程性編程語言，諸如"C"編程語言或類似的編程語言。程序代碼可以完全在用戶計(jì)算機(jī) 上、部分在用戶計(jì)算機(jī)上、作為獨(dú)立的軟件包、部分在用戶計(jì)算機(jī)上以及部分在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī) 上、或完全在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或服務(wù)器上執(zhí)行。在后一場(chǎng)景中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過任何類型的 網(wǎng)絡(luò)(包括局域網(wǎng)（LAN)或廣域網(wǎng)(WAN))連接至用戶計(jì)算機(jī)，或可以做出至外部計(jì)算機(jī)的連 接(例如，通過因特網(wǎng)、使用因特網(wǎng)服務(wù)提供商）。
[0142] 本發(fā)明的各方面參照根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品 的流程圖圖示和/或框圖而被描述。將理解的是，流程圖圖示和/或框圖的每個(gè)框、以及流程 圖圖示和/或框圖中框的組合能夠由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)。這些計(jì)算機(jī)程序指令可以被提 供給通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)的處理器、或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置以產(chǎn)生機(jī)器，使得經(jīng)由 計(jì)算機(jī)的處理器或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖和/或框圖 的一個(gè)或多個(gè)框中所指定的功能/動(dòng)作的手段。
[0143] 這些計(jì)算機(jī)程序指令也可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，其能夠指引計(jì)算機(jī)、其它 可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其它設(shè)備以特定方式運(yùn)轉(zhuǎn)，使得存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的指令 產(chǎn)生包括指令的物品或制品，所述指令實(shí)現(xiàn)在流程圖和/或框圖的一個(gè)或多個(gè)框中所指定 的功能/動(dòng)作。
[0144] 計(jì)算機(jī)程序指令也可以加載到計(jì)算機(jī)、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置、或其它設(shè)備上， 以使得在計(jì)算機(jī)、其它可編程裝置、或其它設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟，從而產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí) 現(xiàn)的過程，以使得在計(jì)算機(jī)或其它可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖和/或 框圖的一個(gè)或多個(gè)框中所指定的功能/動(dòng)作的過程。
[0145] 現(xiàn)在參照?qǐng)D7,根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)701除了別的以外能夠包 括中央處理單元(CPU)702、存儲(chǔ)器703和輸入/輸出（I/O)接口 704。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)701通常通過 I/O接口 704耦合至顯示器705和各種輸入設(shè)備706,諸如鼠標(biāo)和鍵盤。支持電路能夠包括諸 如高速緩存、電源、時(shí)鐘電路、以及通信總線之類的電路。存儲(chǔ)器703能夠包括RAM、ROM、盤式 驅(qū)動(dòng)器、帶式驅(qū)動(dòng)器等、或其組合。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)為例程707,所述例程 707存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器703(例如，非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)）中并由CPU 702執(zhí)行以處理來 自信號(hào)源708的信號(hào)。因而，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)701是通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其在執(zhí)行本發(fā)明的例程707 時(shí)變成專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0146] 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)701還包括操作系統(tǒng)和微指令代碼。本文中所述的各種過程和功能可 以是微指令代碼的部分或應(yīng)用程序的部分(或其組合），其經(jīng)由操作系統(tǒng)來執(zhí)行。另外，各種 其它外圍設(shè)備可以連接至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)701，諸如附加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和打印設(shè)備。
[0147] 各圖中的流程圖和框圖圖示了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品的可能實(shí)現(xiàn)的架構(gòu)、功能性、和操作。在這方面，流程圖或框圖中的每個(gè)框可以表示 代碼的模塊、分段、或部分，所述代碼包括用于實(shí)現(xiàn)(多個(gè))指定的邏輯功能的一個(gè)或多個(gè)可 執(zhí)行指令。還應(yīng)該指出的是，在一些可替代的實(shí)現(xiàn)中，框中所指出的功能可以脫離圖中所指 出的次序而發(fā)生。例如，接連示出的兩個(gè)框?qū)嶋H上可以基本上同時(shí)地執(zhí)行，或各框有時(shí)可以 以相反的次序執(zhí)行，這取決于所涉及的功能性。還將指出的是，框圖和/或流程圖圖示的每 個(gè)框、以及框圖和/或流程圖圖示中的框的組合，能夠由執(zhí)行指定的功能或動(dòng)作的專用的基 于硬件的系統(tǒng)或者專用硬件和計(jì)算機(jī)指令的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0148] 本文中所使用的術(shù)語只是用于描述特定實(shí)施例的目的且不旨在是本發(fā)明的限制。 如本文中所使用的，單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文以其它 方式清楚地指示出。還將理解的是，術(shù)語"包括"和/或"包括有"，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)，指 明了所陳述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、和/或組件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其它特 征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件、和/或其群組的存在或添加。
[0149] 下面權(quán)利要求中的所有手段或步驟加功能元件的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作、和等同物 旨在包括用于與如特定要求保護(hù)的其它要求保護(hù)的元件組合地執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材 料、或動(dòng)作。本發(fā)明的描述已經(jīng)被呈現(xiàn)用于說明和描述的目的，但不旨在是窮舉性的或受限 于以所公開的形式的本發(fā)明。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，許多修改和變型對(duì) 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是顯而易見的。實(shí)施例被選擇和描述以最佳地解釋本發(fā)明的原 理和實(shí)際應(yīng)用，并且使得本領(lǐng)域其他普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明以用于具有各種修改的 各種實(shí)施例，如適于所設(shè)想的特定用途那樣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種評(píng)估氣道壁密度和氣道壁炎癥的方法，包括： 根據(jù)針對(duì)患者的圖像數(shù)據(jù)而分割支氣管樹，以創(chuàng)建氣道壁映射圖，所述氣道壁映射圖 針對(duì)氣道壁映射圖中的每個(gè)元素而指示它是否是氣道的部分； 針對(duì)每個(gè)分支或分支集，從氣道壁映射圖中取形成每個(gè)分支的壁的位置集合并對(duì)支氣 管樹的虛擬非造影圖像中的值進(jìn)行采樣以確定造影前密度，以及，給定造影前密度的樣本 集，計(jì)算值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支的支氣管壁密度，從而產(chǎn)生密度度量； 針對(duì)每個(gè)分支或分支集，從氣道壁映射圖中取形成每個(gè)分支的壁的位置集合并對(duì)支氣 管樹的造影劑映射圖中的值進(jìn)行采樣以確定造影劑攝入，以及，給定造影劑攝入的樣本集， 計(jì)算值以產(chǎn)生針對(duì)每個(gè)分支的支氣管壁攝取，從而產(chǎn)生炎癥度量;以及 使用所述密度度量和炎癥度量來為患者確定治療或預(yù)測(cè)結(jié)果。2. 權(quán)利要求1所述的方法，其中所述造影劑映射圖針對(duì)每個(gè)體元而示出在患者體內(nèi)的 對(duì)應(yīng)位置處存在的造影劑的經(jīng)計(jì)算的量。3. 權(quán)利要求1所述的方法，還包括使支氣管樹中的壁密度或炎癥可視化。4. 權(quán)利要求3所述的方法，其中壁密度或炎癥是在所再現(xiàn)的支氣管樹上編碼的顏色。5. 權(quán)利要求1所述的方法，其中造影劑包括碘。6. -種評(píng)定肺中氣流的方法，其包括： 接收高分辨率圖像； 在來自高分辨率圖像的支氣管樹的分層次結(jié)構(gòu)中檢測(cè)氣道約束所位于的代級(jí)，并且使 用所述代級(jí)來確定潛在地受氣道約束影響的子分支的數(shù)量； 通過使用在對(duì)潛在地受氣道約束所影響的子分支的數(shù)量進(jìn)行表示的值和氣道的預(yù)定 最大數(shù)量之間的比來計(jì)算所估計(jì)的受影響容積；以及 在顯示設(shè)備上呈現(xiàn)所估計(jì)的受影響容積。7. 權(quán)利要求6所述的方法，其中所述氣道約束是由于粘液嵌塞引起的。8. 權(quán)利要求6所述的方法，其中呈現(xiàn)在顯示設(shè)備上的所估計(jì)的受影響容積從受影響的 親本氣道開始并且遵循越過起始點(diǎn)的受影響氣道樹的輪廓。9. 權(quán)利要求6所述的方法，其中顏色編碼描繪了受影響容積與總?cè)~片容積相比的百分 比。10. 權(quán)利要求9所述的方法，其中不同顏色指示特定程度和嚴(yán)重性的異常。11. 權(quán)利要求9所述的方法，其中受影響容積的百分比與評(píng)分系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)以將百分比映 射到不同顏色。12. 權(quán)利要求6所述的方法，其中所估計(jì)的受影響容積還通過使用支氣管管腔與動(dòng)脈 (BLA)或支氣管壁厚度與動(dòng)脈直徑(BWA)比率來被計(jì)算。13. 權(quán)利要求6所述的方法，其中對(duì)潛在受影響的子分支的數(shù)量進(jìn)行表示的值是在單獨(dú) 考慮所有氣道、使用支氣管管腔與動(dòng)脈(BLA)或支氣管壁厚度與動(dòng)脈直徑(BWA)比率而確定 氣道的預(yù)定最大數(shù)量時(shí)的所有氣道的總和。14. 一種減少部分容積效應(yīng)以供氣道壁中碘的可視化的方法，其包括： 根據(jù)患者的圖像數(shù)據(jù)中的計(jì)算的層析X射線攝影法(CT)容積而計(jì)算第一容積映射圖， 以確定CT容積的哪些體元被包括在血管中； 根據(jù)CT容積而計(jì)算第二容積映射圖，以確定CT容積的哪些體元不被包括在血管中； 使用第二容積映射圖和碘映射圖來產(chǎn)生血管外側(cè)碘的映射圖； 利用疊覆在多平面重建(MPR)上的碘映射圖和血管外側(cè)碘映射圖來使CT容積的灰度數(shù) 據(jù)的MPR可視化；以及 根據(jù)血管外側(cè)碘映射圖而對(duì)可視化的疊覆的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插。15. 權(quán)利要求14所述的方法，其中第一容積映射圖是自動(dòng)血管分割的結(jié)果。16. 權(quán)利要求15所述的方法，其中自動(dòng)血管分割執(zhí)行附加的擴(kuò)張步驟以捕獲第一容積 映射圖中血管的邊緣。17. 權(quán)利要求14所述的方法，其中第二容積映射圖通過取第一容積映射圖的邏輯非來 被計(jì)算。18. 權(quán)利要求14所述的方法，其中血管外側(cè)碘映射圖通過取第二容積映射圖和碘映射 圖的邏輯與來被產(chǎn)生。19. 權(quán)利要求14所述的方法，其中所述可視化的疊覆包括顏色查找表，其將不同的碘量 描繪為不同色調(diào)。20. 權(quán)利要求14所述的方法，其中所述可視化的疊覆包括阿爾法混合函數(shù)。21. -種用于根據(jù)計(jì)算的層析X射線攝影法(CT)而呈現(xiàn)氣道異常的方法，其包括： 分割患者的支氣管樹； 計(jì)算樹的每個(gè)分支的壁中的碘攝取，其中針對(duì)每個(gè)分支的結(jié)果是碘更新的估計(jì)；以及 使用特定分支的所估計(jì)的碘攝取來確定該分支中炎癥的程度。22. 權(quán)利要求21所述的方法，還包括通過使用支氣管管腔與動(dòng)脈(BLA)或支氣管壁厚度 與動(dòng)脈直徑(BWA)比率而將支氣管樹中的分支從最異常到最不異常而排序。23. 權(quán)利要求21所述的方法，還包括通過代級(jí)或尺寸來對(duì)管腔直徑進(jìn)行分類。24. 權(quán)利要求21所述的方法，還包括通過代級(jí)來對(duì)壁厚度進(jìn)行分類。25. 權(quán)利要求21所述的方法，還包括從最多碘攝取到最少碘攝取來對(duì)碘映射圖的炎癥 值進(jìn)行分類。26. 權(quán)利要求21所述的方法，還包括根據(jù)用戶選擇的準(zhǔn)則而顯示異常分支。27. 權(quán)利要求21所述的方法，還包括利用垂直于氣道軸的多平面重建(MPR)來顯示異常 氣道的放大視圖，以示出氣道的橫截面。28. 權(quán)利要求21所述的方法，還包括在所顯示的異常氣道上疊覆內(nèi)壁和外壁輪廓，以示 出是如何計(jì)算氣道的。
【文檔編號(hào)】A61B6/03GK105997119SQ201510681115
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年9月9日
【發(fā)明人】A·P·基拉利, C·L·諾瓦克, B·L·奧德里
【申請(qǐng)人】西門子保健有限責(zé)任公司