CN102918563A - 血管内栓塞化成效的自动量化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于自动地量化血管内栓塞化成效的装置（2），所述装置包括：配准单元（4），其适于配准第一图像和第二图像；分割单元（6），其适于分割所述第一图像和所述第二图像中的感兴趣组织；以及评估单元（8），其用于通过对所述第一图像和所述第二图像进行比较来评估感兴趣组织的灌注偏差。所述第一图像是在介入处置之前获得的，而所述第二图像是在这种处置之后获得的。评估可以包括对第一和第二图像的段进行比较，从而提供组织灌注偏差的定量度量，例如栓塞化处置前和栓塞化处置后的肿瘤组织灌注偏差的定量度量。

Description

血管内栓塞化成效的自动量化

技术领域

本发明涉及一种能够用于获得组织图像数据的成像系统。具体而言，本发明涉及用于自动地量化血管内栓塞化成效（success）的装置和方法以及能够执行这种方法的成像系统。

背景技术

经导管的靶向化学栓塞给药当前代表着肝癌的主流处置方式，其需要利用导管插入术实验室系统的X射线成像给予的大力支持。在实际处置之前执行并分析两阶段扫描，两阶段扫描包括在利用动脉内注射造影剂的情况下，对动脉早期阶段以及动脉晚期阶段的增强进行成像，动脉内注射造影剂用于增强血管或组织（例如肿瘤组织）的对比度，来自两个阶段的信息允许进行例如肿瘤馈血血管树和肿瘤自身的可视化。由此这可以方便识别并达到最佳给药点并提供对肿瘤动力学的深入了解。

尽管利用碘油的经导管动脉化学栓塞化（也称为“TACE”）是当前对不可切除肝癌的缓解管理的首选处置方式，但最近以来，使用药物洗脱珠或放射性微球体作为注入的栓塞化材料正变得越来越普及，有望实现更高的处置成效，同时减少对患者的副作用，从而缩短所需住院时间。这种基于药物洗脱珠的处置可能变得比TACE更重要，成为将来普遍的处置方式。

不过，在这些处置方法中，不能像传统碘油TACE处置中那样简单地检验介入的技术成效，因为药物洗脱珠或放射性微球体都对无线电不透明，因此不能像在基于碘油的TACE处置期间和之后那样在所有情况下都容易地监测给药。对于测量处置效力而言，跟踪输送珠子的位置的必要性尤其重要。此外，必须要考虑从肿瘤部位反流或冲失的任何珠子都可能产生非常严重的副作用。

发明内容

基于介入CT之前和之后的视觉比较或仅基于两阶段扫描来判断处置成效可能仅提供主观和定性的度量。此外，这种结果控制方法由于下列问题而被复杂化：在界定例如肿瘤的精确轮廓中的常见困难、处置扫描前和处置扫描后之间发生患者运动以及未处置的和栓塞化的肿瘤的不同表现。

具体而言，由于肿瘤的栓塞化状态和后继灌注不足，在介入后扫描中，识别肿瘤的精确轮廓通常更困难。这些问题使得难以将处置前和处置后的图像之内的对应肿瘤区域相关并进行比较。

因此，有利的是实现血管内栓塞化成效的自动和可靠的量化，例如，将其用于成像系统中。有利的是提供一种可靠而精确的方法，用于测量上述经动脉化学栓塞化处置的处置效力。

为了更好地解决这些关注问题中的一种或多种，在本发明的第一方面中，提供了一种用于自动地量化血管内栓塞化成效的装置。

该装置包括适于配准第一图像和第二图像的配准单元，其中第一图像优选在血管内栓塞化处置之前在动脉晚期阶段获得，且其中第二图像优选在待检查组织的感兴趣区域的血管内栓塞化之后在动脉晚期阶段获得。配准第一和第二图像补偿了获得两幅图像之间发生的患者和/或器官运动诱发的图像的形状偏差。优选地，配准过程是自动的。

该装置还包括适于分割第一图像和第二图像中的组织的分割单元。于是，可以实现组织的处置前阶段和处置后阶段的直接比较。由于事先配准这些图像，所以仅需要在一个图像上执行分割。这优选可以是处置前图像，其通常提供感兴趣组织更好的可见度。然后也可以将分割使用在第二次采集的图像。如上所述，在分割之前执行配准，仅在一个所述图像上执行分割。根据处置前的第一图像中感兴趣组织轮廓的可见度，备选地，能够在两幅图像上都独立地执行分割。在这种情况下，接着可以将分割结果用于支持配准过程。

要指出的是，以上特征不仅仅针对肿瘤组织。实际上，肿瘤组织的血管内栓塞化是相关应用。虽然如此，以上特征还为任何其它感兴趣组织结构带来改进的结果控制。

此外，该装置包括评估单元，用于基于对所述第一图像和所述第二图像的比较来评估组织的灌注。然后可以在介入前和介入后的图像之间和/或相对于相应健康组织，定量评估和比较由图像采集期间注入的造影剂导致的所观察到的组织内的图像增强，其中可以以Hounsfield单位来（“HU”）来度量增强。这可以带来对栓塞化成效的多种度量。本发明可以想到的大部分实施例主要区别在于所获得的度量的类型。

要指出的是，第一图像和第二图像是在利用造影剂来增强血管和感兴趣组织的情况下获得的。基本上，根据本发明的装置可以适于任何这样的图像采集设备，所述图像采集设备由于利用在介入前和介入后扫描之间不同的造影剂摄取能够获得与健康组织相比增强的感兴趣组织图像。

本发明的要点在于，在利用造影剂来增强血管和组织的情况下（例如通过CT或双阶段扫描）采集介入前和介入后的图像，并执行进一步的步骤：配准两个相应的动脉晚期阶段图像、分割组织并定量评估和比较处置前和处置后组织的灌注。

根据本发明的另一方面，所述评估单元适于基于绝对或相对HU增强值来比较第一图像中的体素与第二图像中的体素。评估单元由此确定第一图像和第二图像之间在逐个体素的绝对或相对增强方面的差异，从而提供关于由于介入导致的组织灌注偏差（deviation）的信息。

根据本发明的另一方面，由评估单元进行的评估可以基于组织区域内部表现出高于给定阈值的HU值并因此可以被认为灌注的体素数量。被灌注组织体积中的处置前和处置后的差异是栓塞化成效的直接度量。给定阈值可以从被分割组织附近的健康组织导出，或者，可以使用针对成像设备和协议调节的固定的独立于患者的阈值。可以由评估单元、分割单元或配准单元自动地定义参考区域。这可以半自动或人工地实现。

根据本发明的又一方面，所述评估单元适于确定所述第一图像中的第一HU增强分布、确定所述第二图像中的第二HU增强分布并确定所述第一HU增强分布和所述第二HU增强分布之间的差异。例如，可以利用直方图或平均值来量化组织内部的HU增强分布并比较处置前和处置后的所述HU增强分布。为了更好地比较，可以通过类似于第一实施例中那样获得的从健康组织中相应参考区域导出的平均值对数据进行归一化。由此，评估单元提供关于从处置前到处置后的时间的大致灌注变化率的信息。

根据本发明的另一方面，所述评估单元适于确定处置前和处置后的组织区域之间直接的体素间差异。由于两幅图像已经被配准，所以，计算出的差异可以提供关于响应于处置的组织之内灌注改变的空间分布的有意义信息。

可以以颜色编码方式在屏幕上对所获得的关于灌注偏差的信息可视化，所述信息还可以包括计算的体积分数。

根据又一方面，提供了一种自动地量化血管内栓塞化成效的方法。根据本发明的方法基本包括如下步骤：获得组织感兴趣区域的第一（介入前）图像，获得组织感兴趣区域的第二（介入后）图像，配准第一图像和第二图像，分割第一图像和第二图像中的感兴趣组织，以及基于对第一图像和第二图像的比较来评估组织的灌注。

为了改善根据本发明的方法的结果，在动脉晚期阶段获得第一图像和第二图像中的每个，因此提高了感兴趣组织的可见度。

根据本发明的又一方面，将第一图像和第二图像的经分割组织区域与健康参考组织进行比较。

根据本发明又一方面，所述评估包括确定第一图像中包括高于给定阈值的HU值的体素的第一数量、确定第二图像中包括高于给定阈值的HU值的体素的第二数量以及确定体素的所述第一数量和所述第二数量之间的差异。

根据本发明的另一方面，所述评估包括确定第一图像中的第一HU增强分布，确定第二图像中的第二HU增强的分布，以及确定所述第一HU增强分布和所述第二HU增强分布之间的差异。

此外，根据本发明的另一个方面，所述评估包括确定所述第一图像和所述第二图像之间的直接体素间差异。

在本发明的另一示范性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，所述计算机程序单元是适于控制根据上述各方面之一的装置（例如成像设备）的计算机程序的一部分，所述计算机程序在由处理单元运行时，适于执行根据本发明的对应方法步骤。

因此可以在计算单元、计算装置、电子装置上存储计算机程序单元，所述计算单元、计算装置、电子装置也可以是本发明实施例的一部分。该计算单元可以适于执行或发起执行与上述装置相关联的方法步骤。此外，它可以适于操作上述装置的部件。可以将计算机程序单元加载到数据处理器的工作存储器中，于是可以装备所述数据处理器以执行根据本发明的方法。

本发明的这一示范性实施例既覆盖了适于从一开始就使用本发明的计算机程序单元，又覆盖了适于借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序而通过整合来使用本发明的计算机程序单元。

此外，计算机程序单元还能够提供所有必要步骤以完成如上所述根据本发明的方法的示范性实施例的流程。

根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种计算机可读介质，例如CD-ROM等，其中所述计算机可读介质具有存储于其上的计算机程序单元，该计算机程序单元是前面部分所述的计算机程序单元。

不过，也可以在诸如万维网的网络上提供所述计算机程序单元，并可以从这样的网络向数据处理器的工作存储器中下载所述计算机程序单元。

根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种介质，其使得计算机程序单元可用于下载，该计算机程序单元适于执行根据前文描述的本发明实施例中的一个所述的方法。

可以想到从经配准且经分割的图像提取的组织灌注/栓塞化的其它定量度量派生出的其它实施例，并将这些实施例理解为包括在本公开中描述的本发明中。

此外，要指出的是，可以离线且在介入房间外部执行处置的结果控制。

用于定量结果控制的所述功能不仅对于各种靶向给药可能相关，而且对于在导管室中执行或可以在导管室中执行的其它放射性介入（例如子宫肌瘤或子宫动脉栓塞化、GI出血的栓塞化）可能相关，所述其它放射性介入是使用两阶段扫描、CT成像或利用造影剂增强组织使得处置前后增强不同的任何模态进行的。

必须要指出，本发明的示范性实施例是参考不同主题描述的。具体而言，一些示范性实施例是参考设备类型的权利要求描述的，而其它实施例是参考方法类型的权利要求描述的。不过，本领域的技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型的主题的特征之间的任意组合被认为在本申请中公开了之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合，尤其是设备类型的权利要求的特征和方法类型的权利要求的特征之间的任何组合，也被认为在本申请中公开了。不过，可以组合所有特征，以提供超过特征的简单相加的协同效应。

附图说明

也可以从本文后面要描述的实施例的范例得出本发明的上述方面和其它方面、特征和优点，并参考实施例的范例加以解释，但本发明不限于这些范例。在下文中将参考附图更详细地描述本发明。

图1示出了根据本发明的装置的示意性总览图。

图2a和2b示出了在利用药物洗脱珠处置之前（2a）和之后（2b）进行的两阶段扫描的动脉晚期阶段。

图3a和3b示出了借助于施加到介入前图像的分割所提取的肿瘤区域。

图4a和4b示出了通过取与对应参考区域的平均值的差而归一化的介入前和介入后增强的肿瘤区域。

图5以方框图示出了根据本发明的方法。

图6是根据本发明的成像系统的方框图。

具体实施方式

在下文中将描述第一示范性实施例。图1示意性示出了根据本发明的第一实施例用于自动地量化血管内栓塞化成效的装置2。装置2包括配准单元4，其被提供以图像数据ID。这种图像数据包括在进行血管内栓塞化处置之前获得的第一图像以及在进行血管内栓塞化处置之后获得的第二图像。配准单元4配准第一图像和第二图像，以便补偿第一图像和第二图像采集时间之间发生的患者/器官运动并提供配准的图像数据RID。配准自身可以包括选择第一图像和第二图像的一个或多个参考点并将这些参考点彼此对准，由此转动和拉伸第一图像和第二图像中的至少一个。可以由图1中未示出的成像系统提供初始图像数据ID。

装置2还包括分割单元6，其适于分割（例如，使用公知的分割方法）由配准单元4提供的第一图像和第二图像中的感兴趣组织。由于第一图像和第二图像被配准过程充分对准并且第一图像可以提供感兴趣组织，例如肿瘤组织，更好的可见度，可能有益的是仅利用第一图像进行第一分割过程并还将第一分割过程用于第二图像。

装置2还包括评估单元8，由分割单元6为评估单元8提供第一图像和第二图像的段IS，其包含第一图像和第二图像的组织图像部分，例如肿瘤图像部分。评估单元8适于比较这些段，由此允许对感兴趣组织的灌注进行评估。比较可以包括逐个体素地比较所述段，并根据差异大小对各段间的差异进行颜色编码。附加地或作为备选，比较还可以包括比较各段的HU增强分布。为了有更好的比较结果，可以实现图像段数据的归一化。此外，附加地或作为备选，比较可以包括统计每个图像段中显示出高于给定阈值的HU值的体素的数量并随后进行比较。到达给定阈值以上的体素可以被认为受到灌注。可以在连接到根据本发明的装置2的屏幕上以不同颜色示出灌注区域。

作为感兴趣组织的范例，图2a中描绘了在进行利用药物洗脱珠的处置之前的具有肿瘤区域12的组织10。因此，图2a中所示的图像将被称为“第一图像”。在动脉晚期阶段获得第一图像，动脉晚期阶段可以在造影介质已传输并提供了肿瘤区域12和正常组织之间的最好对比度之后的短时间段内开始。

在图2b中，描绘了进行药物洗脱珠处置之后的组织10，因此称为“第二图像”。配准第一图像和第二图像，并且可以清楚地看出图2a和2b中肿瘤组织12之内的增强不同。

为了得到更好地判断血管内栓塞化的处置成效的能力，进行肿瘤区域12的分割，如图3a和3b中可以看出的。这样的分割旨在将图像数据分成表示个体解剖对象的相邻区域，这样的分割通常是进一步研究的先决条件。可以人工执行分割，这相当耗时，或者可以由自动过程执行分割。通过任一种方式，该分割过程都取决于被检查组织的特定种类，并且可以包括本领域的技术人员已经知道的不同方法。因此，不详细描述分割过程。

可以通过比较来自图3a和3b的肿瘤区域12来获得判断处置成效的度量，因为图3b中的肿瘤区域比图3a中的肿瘤区域12灌注更少。可以通过针对图1的描述部分中已经提到的不同方法步骤实现比较。如果比较方法包括比较肿瘤区域12的HU值与预定HU值或HU区间，可以在第一图像和/或第二图像中定义在肿瘤区域12外部的参考截面14，如图3a和3b中所示。这些参考区域包括平均HU值。

为了直接获得关于灌注不足或灌注过度的组织区域的信息，可以对包含肿瘤组织12的图像截面进行归一化，例如通过取与对应参考区域的平均值的差来进行直方图归一化。在图4a和4b中，示出了归一化的介入前和介入后的分割图像，并且，可以清楚地看到背景现在具有与参考区域14相同的阴影，因此使得参考区域不可见。现在可以认为具有更亮阴影的区域被过渡灌注，其中具有更暗阴影的区域表示灌注不足。

图5在示意性方框图中示出了根据本发明用于自动地量化血管内栓塞化成效的方法。首先，获得18组织10的感兴趣区域的第一图像。之后，在已经进行血管内栓塞化之后，获得20组织的感兴趣区域的第二图像。为了能够进行比较，配准22第一图像和第二图像。之后，分割24第一图像和第二图像中的感兴趣组织。由于分割过程可能很繁重，所以可以仅针对第一图像26执行分割过程，因为在第一图像中感兴趣组织可能包括更好的可见度。然后，可以将已经确定的分割边界应用于第二图像28。之后，可以基于对第一图像和第二图像的比较来评估30感兴趣组织的灌注。

评估可以包括确定32第一图像中包括高于给定阈值的HU值的体素的第一数量，确定34第二图像中包括高于给定阈值的HU值的体素的第二数量，以及确定36体素的第一数量和第二数量之间的差异。

附加地或作为备选，评估可以包括确定38第一图像中的第一HU增强分布，确定40第二图像中的第二HU增强分布，以及确定42第一HU增强分布和第二HU增强分布之间的差异。

此外，评估还可以包括确定44第一图像和第二图像之间的直接的体素间差异。

为了改善评估情况的可见性，可以通过应用适当且明显的颜色代码使所述差异可视化46来突出显示灌注差异。

最后，可以向屏幕或任何其它适当的输出装置输出48评估出的灌注差异。

在下文中将描述成像系统的示范性实施例。图6是根据本发明的成像系统60的方框图。成像系统50包括辐射源52、辐射探测模块54、具有中央处理单元的数据处理单元56、存储器和参考图1描述的根据本发明第一实施例的装置2。

优选地，成像系统50还包括显示单元58，显示单元与数据处理单元56连接。装置2从辐射探测模块54接收图像数据ID。

仅仅作为范例，但不限于此，在图6中，辐射源52和辐射探测模块54是C臂系统的部分，并且因此辐射源52是X射线源，并且辐射探测模块是X射线探测模块。辐射源52和辐射探测模块54也可以是绕着待检查的对象或受检者旋转的计算机断层摄影系统的部分。

在权利要求中，“包括”一词不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以完成权利要求中叙述的若干项目的功能。在互不相同的从属权利要求中列举特定手段的简单事实并不表示不能有利地使用这些手段的组合。

计算机程序可以存储和/或分布在适当的介质上，介质例如是与其它硬件一起供应或作为其它硬件一部分供应的光存储介质或固态介质，不过，计算机程序也可以其它形式分布，例如通过互联网或其它有线或无线电信系统。

必须要指出，本发明的实施例是参考不同主题描述的。具体而言，一些实施例是参考方法类型的权利要求描述的，而其它实施例是参考装置类型的权利要求描述的。不过，本领域的技术人员将从以上和下面的描述中了解到，除非另行指出，除了属于一种类型主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被认为由本申请公开了。不过，可以组合所有特征，以提供超过特征的简单相加的协同效应。

尽管已经在附图和前面的描述中详细例示和描述了本发明，但这样的例示和描述被认为是例示性或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开和从属权利要求，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其它变化。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims (16)

1.一种用于自动地量化血管内栓塞化成效的装置（2），包括：

-配准单元（4），其适于配准第一图像和第二图像；

-分割单元（6），其适于分割所述第一图像中和所述第二图像中的组织；以及

-评估单元（8），其用于通过对所述第一图像和所述第二图像进行比较来评估所述组织的灌注偏差，

其中，供应给所述装置（2）的所述第一图像是在血管内栓塞化处置之前获得的，且其中，供应给所述装置（2）的所述第二图像是在待检查组织的感兴趣区域的血管内栓塞化之后获得的。

2.根据权利要求1所述的装置（2），

其中，所述评估单元（8）适于基于绝对或相对HU增强值将所述第一图像的体素与所述第二图像的体素进行比较。

3.根据权利要求1所述的装置（2），

其中，所述评估单元（8）适于确定所述第一图像中的第一HU增强分布、确定所述第二图像中的第二HU增强分布并确定所述第一HU增强分布和所述第二HU增强分布之间的差异。

4.根据权利要求1所述的装置（2），

其中，所述组织是肿瘤组织（12）。

5.一种成像系统（50），包括：

-辐射源（52）；

-辐射探测模块（54）；

-数据处理单元（56），其包括中央处理单元、存储器和根据权利要求1到4之一所述的装置（2）；以及

-与所述数据处理单元（56）连接的显示单元（58）；

-其中，所述装置（2）从所述辐射探测模块（54）接收图像数据（ID）。

6.一种用于自动地量化血管内栓塞化成效的方法，包括如下步骤：

-获得（18）组织（12）的感兴趣区域的第一图像；

-获得（20）所述组织（12）的所述感兴趣区域的第二图像；

-配准（22）所述第一图像和所述第二图像；

-分割（24）所述第一图像中和所述第二图像中的感兴趣的所述组织；以及

-基于对所述第一图像和所述第二图像的比较来评估（30）所述组织的灌注，

其中，所述第一图像是在血管内栓塞化处置之前获得的，且其中，所述第二图像是在血管内栓塞化之后获得的。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中，所述第一图像和所述第二图像的每个是在动脉晚期阶段中获得的。

8.根据权利要求6或7所述的方法，

其中，分割（24）仅在所述第一图像上执行（26），并进一步用于（28）所述第二图像。

9.根据权利要求6到8之一所述的方法，其中，评估（30）包括：

-将所述第一图像和所述第二图像的经分割区域与健康参考组织进行比较。

10.根据权利要求6到9之一所述的方法，其中，评估包括：

-确定（32）所述第一图像中包括高于给定阈值的HU值的体素的第一数量；

-确定（34）所述第二图像中包括高于给定阈值的HU值的体素的第二数量；

-确定（36）体素的所述第一数量和所述第二数量之间的差异。

11.根据权利要求6到9之一所述的方法，其中，评估包括：

-确定（38）所述第一图像中的第一HU增强分布；

-确定（40）所述第二图像中的第二HU增强分布；

-确定（42）所述第一HU增强分布和所述第二HU增强分布之间的差异。

12.根据权利要求6到9之一所述的方法，其中，评估（30）包括：

-确定所述第一图像和所述第二图像之间的直接体素间差异。

13.根据权利要求9到12之一所述的方法，还包括对所述差异可视化（46）的步骤。

14.根据权利要求6到13之一所述的方法，其中，获得所述图像包括进行对比度增强扫描。

15.一种用于控制根据权利要求1到4之一所述的装置（2）的计算机程序单元，所述计算机程序单元在由数据处理单元（56）运行时，适于执行根据权利要求6到14之一所述的方法步骤。

16.一种计算机可读介质，其存储有根据权利要求15所述的程序单元。

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