本發(fā)明總體涉及圖像處理并且更具體地涉及包括利用個性化模板圖像的立體定位標準化的成像數(shù)據(jù)統(tǒng)計測試，并且將利用對正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像的具體應用來描述本發(fā)明。

背景技術(shù)：

PET成像可以被用于通過對被引入對象中的放射藥劑示蹤劑的空間分布進行成像來對對象中的生理活動進行成像。這樣的示蹤劑的范例是[¹⁸F]氟脫氧葡萄糖(FDG)，其是葡萄糖類似物。當放射藥劑衰減時，發(fā)射正電子。響應于正電子湮滅事件中正電子與電子的相互作用，生成511keV伽馬射線的符合對。伽馬射線沿著響應線在相反方向上行進，并且由PET成像系統(tǒng)在符合時間窗內(nèi)檢測到的伽馬射線對被記錄為湮滅事件。事件被重建以產(chǎn)生放射性核素的分布的圖像，以及由此產(chǎn)生組織的示蹤劑攝取的圖像。

文獻指示癡呆(dementia)已經(jīng)由世界衛(wèi)生組織識別為全球健康優(yōu)先級議題。由于老齡化社會和對于疾病的經(jīng)改善的處置，癡呆有望對未來的護理和診斷具有重要影響。公共研究已經(jīng)示出，進行成像以對神經(jīng)退化疾病進行檢測和鑒別診斷的作用在增加。該趨勢導致針對腦掃描的自動量化的技術(shù)的可用性的增加。逐體素統(tǒng)計測試是圖像量化技術(shù)，其越來越多地被用于對具有可疑的神經(jīng)退化疾病的對象的FDG-PET腦掃描。然而，在FDG-PET腦掃描的外觀中存在寬泛的可變性，這可能將誤差引入到逐體素統(tǒng)計測試中。

例如，包括大腦里面的充滿腦脊液的腔的系統(tǒng)的腦室隨著年齡和源于包括大腦的大部分腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的生理和病理退化兩者的神經(jīng)退化疾病(如阿爾茨海默癥)的進展而擴大。腦室的擴大影響FDG-PET腦掃描的總體外觀，這是因為非新陳代謝活躍的腦室區(qū)域顯現(xiàn)為低信號強度的大區(qū)域。遺憾的是，基于年齡的腦室尺寸變化將誤差引入到立體定位標準化步驟中，所述立體定位標準化步驟包括將對象腦圖像與單個預生成的模板圖像配準，所述預生成的模板圖像通常是根據(jù)不同對象的多幅腦圖像而生成的平均圖像。

在對象圖像中的腦室由于年齡而擴大并且被允許在配準期間發(fā)生形變的情況下，拉伸偽影可能被引入到經(jīng)立體定位標準化的對象圖像中。例如，配準過程可以拉伸圖像的小的區(qū)以確保要求對象圖像的腦室邊界與所使用的模板圖像的形態(tài)匹配的數(shù)學約束。在圖1中圖示了這一點，圖1示出了在原始對象圖像與靜態(tài)模板圖像之間的腦室尺寸不同的情況下，原始對象圖像中的小的區(qū)需要被嚴重地形變。雖然可以正確地檢測低新陳代謝病變，但反常的腦圖像的視覺印象可能并不特別適于由臨床醫(yī)生進行視覺觀察和評估。

一種減輕視覺可觀察的拉伸偽影的方法是包括禁止腦室邊界附近的形變的配準約束。然而，該方法引入腦室邊界附近的偽影，所述偽影可能被錯誤地檢測為低新陳代謝組織。在圖2中圖示了這一點，圖2示出了經(jīng)配準PET腦圖像以及被重疊在其上并示出低新陳代謝區(qū)的交疊。在圖2中，第一區(qū)202表示符合腦組織的真實低新陳代謝，并且第二區(qū)204表示在配準之后由擴大的腦室引起的偽影。由于模板圖像包含比對象圖像中的擴大的腦室更小的腦室，因此出現(xiàn)偽影。該偽影可能導致對低新陳代謝組織的偽陽性檢測。

遺憾的是，在現(xiàn)有技術(shù)中不存在能夠避免上文討論的偽影中的全部兩者(即解剖拉伸和偽低新陳代謝區(qū))的圖像配準技術(shù)，這是因為偽影由于對對象圖像與模板圖像之間的空間對應性的建立的固有不適定問題而產(chǎn)生，而其中，所述模板圖像是具有不同的對象腦室尺寸的對象圖像集的預定平均圖像。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文中所描述的各方面解決以上提到的問題和其他問題。

以下描述了一種用于圖像體素統(tǒng)計測試的能夠減輕拉伸偽影和/或偽陽性的方法。本文所描述的圖像體素統(tǒng)計測試的立體定位標準化步驟采用針對正被處理的對象圖像基于所述對象的預定準則特性(例如對象年齡、腦室尺寸等)而動態(tài)地識別(例如選擇、生成等)的對象個性化模板圖像。因此，經(jīng)空間標準化的對象圖像相對于使用單個靜態(tài)通用模板圖像的圖像體素統(tǒng)計測試將具有減小的拉伸偽影和偽陽性，其中，所述單個靜態(tài)通用模板圖像是針對所有對象根據(jù)不同對象的多幅圖像生成的平均圖像。

根據(jù)一個方面，一種方法包括經(jīng)由統(tǒng)計測試獲得待處理的對象的圖像。所述方法還包括獲得對象個性化模板圖像，所述對象個性化模板圖像基于所述對象的預定特性而被針對所述對象進行個性化。所述方法還包括將所述對象個性化模板圖像配準到所述對象的所述圖像。所述方法還包括使用被配準到所述對象的所述圖像的所述對象個性化模板圖像來執(zhí)行統(tǒng)計測試。

在另一方面中，計算系統(tǒng)包括存儲統(tǒng)計測試模塊和數(shù)據(jù)的存儲器。所述計算系統(tǒng)還包括運行一個或多個指令的處理器，所述指令使得所述處理器：使用用于立體定位標準化的對象個性化模板圖像來執(zhí)行對功能圖像的逐體素統(tǒng)計測試。

在另一方面中，一種計算機可讀存儲介質(zhì)被編碼有計算機可讀指令。所述計算機可執(zhí)行指令在由處理器運行時使得所述處理器：識別用于對對象的功能圖像的逐體素統(tǒng)計測試的立體定位標準化步驟的對象個性化模板圖像，其中，所述對象個性化模板圖像基于所述對象的年齡或所述對象的感興趣的解剖組織的尺寸；并且使用用于所述立體定位標準化步驟的所述對象個性化模板圖像來執(zhí)行對所述功能圖像的逐體素統(tǒng)計測試。

附圖說明

本發(fā)明可以采取各種部件和部件的布置以及各種步驟和步驟的安排的形式。附圖僅出于圖示優(yōu)選的實施例的目的并且不應被解釋為對本發(fā)明的限制。

圖1示出了源于對象圖像-模板圖像配準中的無限制腦室形變的腦圖像中的腦室拉伸偽影。

圖2示出了腦圖像中的真實的低新陳代謝區(qū)和源于對對象圖像-模板圖像配準中的腦室形變的限制的腦圖像中的偽低新陳代謝區(qū)。

圖3示意性地圖示了包括執(zhí)行對對象圖像的統(tǒng)計測試的范例計算裝置和生成對象圖像的成像裝置的系統(tǒng)。

圖4示意性地圖示了計算裝置的統(tǒng)計測試部件和數(shù)據(jù)的范例。

圖5圖示了用于在對對象圖像的逐體素統(tǒng)計測試中使用個性化模板圖像來對對象圖像進行立體定位標準化的方法。

具體實施方式

在本文中描述了用于圖像體素統(tǒng)計測試的方法，所述方法可以減輕拉伸偽影、偽陽性和/或由于將單個靜態(tài)模板圖像用于圖像體素統(tǒng)計測試的立體定位標準化步驟而產(chǎn)生的其他偽影。該方法基于對象的預定準則特性(例如對象年齡、感興趣組織尺寸等)來選擇、生成(或其他等)對象個性化模板圖像。

首先參考圖3，示意性地圖示了系統(tǒng)300，其包括成像裝置302(例如正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像系統(tǒng))和計算裝置304。

成像裝置302包括一般環(huán)形布置的沿縱軸311關(guān)于檢查區(qū)域310設(shè)置的臺架306和至少一個伽瑪輻射敏感檢測器308(圖3的實施例中示出了兩個)。適合的檢測器308包括一個或多個閃爍晶體和對應的光電傳感器(例如光電倍增管、光電二極管等)，其中，晶體在由伽馬射線撞擊時產(chǎn)生光，并且光電傳感器接收光并生成指示其的信號。檢測器308檢測在檢查區(qū)域310中發(fā)生的正電子湮滅事件313的伽瑪輻射特性。

當被配置為以列表模式操作時，處理信號以生成檢測到的湮滅事件的列表，包括諸如事件被檢測到的時間以及對應的響應線(LOR)的位置和取向的信息。當被配置有飛行時間(TOF)能力時，還提供了沿著LOR對湮滅位置的估計。成像裝置302還包括重建器312，其使用適合的重建算法來重建數(shù)據(jù)并生成指示被掃描目標或?qū)ο笾械乃p的分布的圖像數(shù)據(jù)和/或一幅或多幅圖像。

成像裝置302還包括對象支撐體314，其將對象(或目標)支撐在檢查區(qū)310中。成像裝置302還包括操作員控制臺316(例如計算機)，其包括人類可讀輸出設(shè)備(例如監(jiān)視器或顯示器)和一個或多個輸入設(shè)備(例如鍵盤和鼠標)。控制臺316的微處理器運行駐留在計算機存儲器中的軟件，所述軟件允許操作者選擇和/或修改成像協(xié)議(例如FDG-PET成像協(xié)議)、發(fā)起、暫停和終止掃描(例如FDG-PET掃描)、查看和/或操縱投影和/或圖像數(shù)據(jù)(例如FDG-PET投影和/或圖像數(shù)據(jù))等。

計算裝置304包括至少一個處理器318(例如微處理器、中央處理單元等)和計算機可讀存儲介質(zhì)(“存儲器”)320。處理318執(zhí)行統(tǒng)計測試模塊322的指令。存儲器320包括物理存儲器和/或其他非瞬態(tài)存儲介質(zhì)(并且不包括瞬態(tài)介質(zhì))。存儲器320至少存儲統(tǒng)計測試模塊322，其包括用于實現(xiàn)模塊322的部件的指令。圖示的存儲器320還存儲數(shù)據(jù)324，例如用于統(tǒng)計測試的數(shù)據(jù)和/或統(tǒng)計測試的結(jié)果。處理器318還可以運行由載波、信號或其他瞬態(tài)介質(zhì)承載的(一個或多個)指令。

計算裝置304還包括(一個或多個)輸出設(shè)備326(例如顯示監(jiān)視器、錄像機等)。計算裝置304還包括(一個或多個)輸入設(shè)備328(例如鼠標、鍵盤等)。計算裝置304還包括至少一個接口330，其被配置為與成像裝置302接合，以例如從成像裝置302接收(一幅或多幅)對象圖像。在圖示的范例中，計算裝置304經(jīng)由接口330至少與成像裝置302的重建器312接合，并可以從重建器312接收圖像。接口330還可以提供到數(shù)據(jù)儲存庫(例如PACS和/或其他系統(tǒng))的接口，以獲得用于統(tǒng)計測試和/或其他處理的圖像。計算裝置318可以是控制臺316的一部分和/或與其分離(如在圖3中)。

統(tǒng)計測試模塊322的指令在由處理器318運行時使得處理器318執(zhí)行對對象圖像的統(tǒng)計測試。在一個實例中，這包括：利用對象個性化模板圖像來對對象圖像進行立體定位標準化；對經(jīng)立體定位標準化的對象圖像進行強度縮放；對強度縮放的經(jīng)立體定位標準化的對象圖像進行濾波；對經(jīng)濾波的、強度縮放的、經(jīng)立體定位標準化的對象圖像執(zhí)行逐體素統(tǒng)計測試；并且生成統(tǒng)計圖。統(tǒng)計圖可以被存儲在存儲器320中、與對象圖像一起顯示(例如作為疊加而重疊在其上)、被傳達給另一裝置、被歸檔在數(shù)據(jù)儲存庫中等。

如下文更詳細描述的，對象個性化模板圖像基于對象的預定準則特性(例如對象年齡、感興趣的解剖組織類型的尺寸(例如腦圖像中的腦室尺寸)等)和正被處理的對象圖像而動態(tài)地被識別(例如被選擇、被生成等)，并且包括在幾何上與對象圖像中的解剖結(jié)構(gòu)匹配的解剖結(jié)構(gòu)。因此，統(tǒng)計測試的立體定位標準化步驟僅招致源于特性的少量局部形變。利用腦圖像，這可以減輕拉伸偽影和/或偽低新陳代謝區(qū)域，其可以在使用作為根據(jù)不同對象的多幅對象圖像生成的平均圖像的通用模板圖像時發(fā)生。

圖4示意性地圖示了統(tǒng)計測試模塊322的范例部件。

配準部件402通過將對象圖像與對象個性化模板圖像配準來對對象圖像進行立體定位標準化。配準部件402能夠使用仿射(或剛性)變換(即線性變換，其包括旋轉(zhuǎn)、縮放、平移等)和/或彈性(或非剛性)變換(即額外地允許對圖像中的結(jié)構(gòu)的翹曲的變換)。

模板圖像識別部件404識別用于立體定位標準化的對象個性化模板圖像。在圖示的實施例中，模板圖像識別部件404通過基于預定準則數(shù)據(jù)408識別模板圖像數(shù)據(jù)406的信息來識別對象個性化模板圖像。

通過非限制性范例，在一個實例中，準則數(shù)據(jù)408指令模板圖像識別部件404基于對象的年齡來識別對象個性化模板圖像。為此，模板圖像識別部件404例如根據(jù)重疊在圖像上的標識而從圖像、根據(jù)包括圖像的數(shù)據(jù)文件的字段中的數(shù)據(jù)、根據(jù)用戶輸入等檢索對象的年齡。模板圖像識別部件404然后基于年齡根據(jù)模板圖像數(shù)據(jù)406選擇對象個性化模板圖像。

例如，模板圖像數(shù)據(jù)406可以包括模板圖像集，每個模板圖像與特定的年齡或年齡范圍相對應。例如，模板圖像數(shù)據(jù)406可以具有針對60-69的年齡范圍的(根據(jù)60-69歲對象的圖像創(chuàng)建的)模板圖像、針對70-79的年齡范圍的模板圖像等?；谀挲g的對象個性化模板圖像可以被存儲在存儲器320的本地(如圖示的)或外部，并且被檢索。

在變型中，模板圖像識別部件404基于對象的年齡根據(jù)模板圖像數(shù)據(jù)406選擇基于年齡的變換。例如，模板圖像數(shù)據(jù)406可以包括變換集，每個變換與特定的年齡或年齡范圍相對應。例如，模板圖像數(shù)據(jù)406可以具有針對60-69的年齡范圍的(根據(jù)60-69歲對象的圖像創(chuàng)建的)變換、針對70-79的年齡范圍的變換等。

在該變型中，模板圖像識別部件404通過利用針對年齡或年齡范圍的適當?shù)淖儞Q對通用模板圖像進行變換來動態(tài)地生成針對該年齡或年齡范圍的對象個性化模板圖像?？梢酝ㄟ^對不同年齡的對象的圖像求平均來創(chuàng)建通用模板圖像。通用模板圖像和/或年齡特異性變換可以被存儲在存儲器320的本地(如圖示的)或外部，并且被檢索。

本文還預期了用于基于年齡識別用于立體定位標準化的對象個性化模板圖像的其他方法。

在另一非限制性范例中，結(jié)合腦圖像，準則數(shù)據(jù)408指令模板圖像識別部件404識別基于對象圖像中的腦室的尺寸的對象個性化模板圖像。例如，模板圖像數(shù)據(jù)406可以包括分別與小、中、大等尺寸相對應的多幅模板圖像(或某種其他基于尺寸的描繪)?？梢岳缤ㄟ^求平均和/或以其他方式使用基于腦室尺寸而被分組的先前采集的圖像來預定這些不同的模板。

模板圖像識別部件404接著可以選擇將導致針對正被處理的具體對象圖像的最小殘余形變的對象個性化模板圖像。這可以例如通過確定針對模板圖像中的一個或多個的殘余形變并然后選擇導致最低殘余形變的模板圖像來實現(xiàn)。在另一實例中，模板圖像識別部件404接著可以基于指示感興趣的對象個性化模板圖像的用戶輸入來選擇對象個性化模板圖像。

在變型中，年齡和腦室尺寸二者被用于識別模板圖像。在又一變型中，備選地或額外地，其他信息被用于識別模板圖像。

配準部件420的輸出是空間標準化的對象圖像。

強度縮放部件410基于強度參考數(shù)據(jù)412對空間標準化的對象圖像進行縮放。例如，在一個實例中，強度縮放部件410對空間標準化的圖像的強度進行縮放，使得空間標準化的圖像的體素的亮度與標準集合圖像相對應。

濾波部件414基于來自算法數(shù)據(jù)416的濾波器對強度縮放的空間標準化的對象圖像進行濾波。在一個實例中，這包括對強度縮放的空間標準化的圖像進行低通濾波，這使圖像平滑并且降低噪聲(例如高斯噪聲)。濾波器可以是默認濾波器、用戶選擇的濾波器、用戶偏好的濾波器等。在一個實例中，濾波器是基于感興趣組織(例如病變、腫瘤等)的估計尺寸來選擇的，這可以減輕感興趣組織的模糊。

統(tǒng)計測試部件418基于標準集合數(shù)據(jù)420的標準集合圖像執(zhí)行對經(jīng)濾波的、強度縮放的空間標準化的對象圖像的統(tǒng)計測試。標準集合數(shù)據(jù)420包括多幅圖像，其被與經(jīng)濾波的、強度縮放的空間標準化的圖像進行比較。

在一個實例中，將標準集合圖像中的每幅的每個體素與經(jīng)濾波的、強度縮放的空間標準化的圖像的每個體素進行比較。在另一實例中，針對標準集合圖像的對應體素計算均值和標準差，并且分別將針對每個體素的均值和標準差與經(jīng)濾波的、強度縮放的空間標準化的圖像的每個體素進行比較。本文中還預期了其他方法。

在Buchert等人的“Adjusted Scaling of FDG Positron”，Journal of Neuroimaging 2005；15(4):348-355頁和Mosconi等人的“18F-FDG PET Database of Longitudinally Confirmed Healthy Elderly Individuals Improves Detection of Mild Cognitive Impairment and Alzheimer’s Disease Emission Tomography Images for Statistical Evaluation in Patients With Suspected Alzheimer’s Disease”，The Journal of Nuclear Medicine 2007；(48)；1129-1134頁中討論了標準集合的數(shù)據(jù)庫。

統(tǒng)計測試部件418的輸出是統(tǒng)計圖。在一個實例中，統(tǒng)計圖可以被重疊在對象圖像上并被顯示，并且被用于視覺地指示可以的病變區(qū)。例如可以經(jīng)由(一個或多個)輸出設(shè)備326的顯示監(jiān)視器在圖形用戶接口(GUI)中顯示組合的圖像。

將意識到，圖4的統(tǒng)計測試模塊322可以是不需要任何用戶輸入來執(zhí)行統(tǒng)計測試的“封閉”系統(tǒng)。在另一實例中，圖4的統(tǒng)計測試模塊可以允許用戶輸入以指導選擇以下中的一個或多個：模板圖像(例如規(guī)范的、基于年齡的、基于尺寸的等)、強度縮放、濾波器、標準集合、統(tǒng)計測試算法等。

還將意識到，能夠基于統(tǒng)計測試對統(tǒng)計測試模塊322進行訓練或?qū)W習。這可以包括從由用戶提供的指示統(tǒng)計圖的質(zhì)量的反饋中進行學習，所述質(zhì)量可以指示用于生成對象個性化模板圖像的具體方法(例如基于年齡的、基于腦室尺寸的等)是否是好的選擇、一種方法相對于另一方法是否導致優(yōu)良的統(tǒng)計圖等。

還將意識到，統(tǒng)計測試模塊322能夠基于PET-FDG圖像向用戶建議統(tǒng)計圖是否正常并且對象是否不遭受本次掃描所候選的神經(jīng)退化疾病，從而包括在標準集合中和/或用來更新對應的模板圖像。

圖5圖示了使用用于立體定位標準化的對象個性化模板圖像來對對象圖像進行逐體素統(tǒng)計測試的方法。

應當意識到，動作的排序不是限制性的。因此，本文中預期其他排序。另外，可以省略一個或多個動作和/或可以包括一個或多個額外的動作。

在502中，獲得功能(例如PET)腦圖像以用于逐體素統(tǒng)計測試。如本文所討論的，可以從成像裝置302、另一成像裝置、數(shù)據(jù)儲存庫等獲得圖像。

在504中，獲得被針對對象進行個性化的模板圖像。如本文中描述的，在一個實例中，這可以包括檢索針對對象的預生成的基于年齡、腦室尺寸等的模板圖像、檢索對象圖像中的腦室的尺寸、基于通用圖像和預定的基于年齡、腦室尺寸等的變換來(例如在飛行中)生成這樣的模板圖像等。

在506中，基于對象個性化模板圖像對功能圖像進行立體定位標準化。

在508中，獲得強度參考圖像。

在510中，使用強度參考圖像對經(jīng)立體定位標準化的功能圖像進行強度縮放。

在512中，獲得濾波器。

在514中，使用濾波器對強度縮放的經(jīng)立體定位標準化的功能圖像進行濾波。

在516中，獲得標準集合的集。

在518中，基于標準集合的集對經(jīng)濾波的、強度縮放的、經(jīng)立體定位標準化的功能圖像進行逐體素統(tǒng)計測試。

在520中，基于統(tǒng)計測試的結(jié)果生成統(tǒng)計圖。

在522中，利用重疊在經(jīng)濾波的、強度縮放的、經(jīng)立體定位標準化的功能圖像上的統(tǒng)計圖來顯示經(jīng)濾波的、強度縮放的、經(jīng)立體定位標準化的功能圖像。

可以通過編碼或嵌入在計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機可讀指令來實現(xiàn)以上方法，所述計算機可讀指令在由(一個或多個)計算機處理器運行時令(一個或多個)處理器執(zhí)行所描述的動作。額外地或備選地，通過信號、載波或其他瞬態(tài)介質(zhì)來承載計算機可讀指令中的至少一個。

本文所描述的方法可以被用于與疾病有關(guān)的各種應用，例如但不限于老年癡呆癥、帕金森病、淀粉-PET圖像分析和/或其他應用。

參考優(yōu)選的實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明。他人在閱讀和理解了前面的詳細說明之后可以想到修改和改變。本發(fā)明旨在被解釋為包括所有這樣的修改和改變，只要它們處于權(quán)利要求書或其等價方案的范圍之內(nèi)。