CN111110235B - 用于根据不同心律的磁共振成像(mri)图像过滤的方法和系统 - Google Patents

用于根据不同心律的磁共振成像(mri)图像过滤的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明题为“根据不同心律的磁共振成像(MRI)图像过滤”。公开了一种方法，该方法包括接收对应于心脏中的相应位置的多个体素值，所述多个体素值使用磁共振成像(MRI)而被采集。识别体素值，该体素值尽管(i)对应于心脏中的相同位置和(ii)被门控至心脏的心电图(ECG)周期的相同相位，但相差超过预定义差值。从多个体素值重建心脏的至少一部分的图像，多个体素值排除至少所识别的体素值。

Description

用于根据不同心律的磁共振成像(MRI)图像过滤的方法和 系统
技术领域
本发明整体涉及医疗磁共振成像(MRI)，并且具体地讲，涉及心脏MRI。
背景技术
已经提出了用于减少图像伪影对心脏MRI研究的不良影响的各种技术。例如，美国专利申请公布2009/0275822描述了一系列MR图像帧，其描绘了受试者在连续心脏相位的心脏。通过在数据采集之前施用造影剂，在一些图像帧中描绘了梗死心肌的延迟增强。数据采集在单次屏气法中进行。所采集的MR图像帧描绘了血液、活体心肌和非活体心肌之间的对比度，并且它们描绘了左心室壁厚和整个心动周期的壁增厚。在一个实施方案中，将具有每个图像帧像素的T1*与稳态值的散点图馈送到模糊聚类过程中，并且将像素自动分离成三个群集。然后可根据其已被分类的组织类型(梗死心肌，正常心肌或血液)在所显示的图像帧上对像素进行颜色编码。从由模糊聚类过程产生的概率值也可以将由梗死心肌和正常心肌的混合物组成的像素划分。由两种组织类型的该混合物指示的该所得“灰色区”中的像素数目已被示出为预测哪些受试者更可能患有心律失常。
又如，美国专利申请公布2015/0192653描述了用于心脏MRI的系统和方法，该系统和方法允许连续的未中断采集，而无需实现成像灌注缺损所需的图像对比度的任何ECG/心脏门控或同步。本发明还提出了一种加速图像重建技术，该技术针对数据采集方案进行定制，并且最小化或消除暗边缘图像伪影。本发明还使同时灌注成像和心肌壁运动(心脏功能)成为可能，这可消除对单独评估心脏功能(从而缩短检查时间)的需要，以及/或者在CAD患者中提供互补诊断信息。在一些实施方案中，应用基于径向几何形状的采集方法和取样方法来生成每秒八(8)个实时帧。对于该方法不需要外部ECG信号或其他形式的心脏同步。
发明内容
本发明的实施方案提供了一种方法，该方法包括接收对应于心脏中的相应位置的多个体素值，所述多个体素值使用磁共振成像(MRI)而被采集。识别体素值，该体素值尽管(i)对应于心脏中的相同位置和(ii)被门控至心脏的心电图(ECG)周期的相同相位，但相差超过预定义差值。从多个体素值重建心脏的至少一部分的图像，多个体素值排除至少所识别的体素值。
在一些实施方案中，识别相差超过预定义差值的体素值包括构建散点图，该散点图包括在平面中的多个数据点，散点图的第一轴和第二轴表示在相应的第一MRI采集和第二MRI采集中采集的体素值，其中每个数据点表示在第一MRI采集和第二MRI采集中的心脏中的给定位置处的体素值，以及识别落在平面中的预定义区域之外的一个或多个数据点。
在一些实施方案中，重建图像包括跳过对任何图像的重建，该任何图像包括在所识别的心律失常期间获取的采集。
在一个实施方案中，该方法还包括响应于排除体素值来调节所重建的图像的厚度。
在另一个实施方案中，该方法还包括响应于排除体素值来调节用于重建图像的重建过滤器。
根据本发明的实施方案，本文另外提供了包括存储器和处理器的系统。存储器被配置成存储对应于心脏中的相应位置的多个体素值，所述多个体素值使用磁共振成像(MRI)而被采集。处理器被配置成识别体素值，该体素值尽管(i)对应于心脏中的相同位置和(ii)被门控至心脏的心电图(ECG)周期的相同相位，但相差超过预定义差值。处理器被进一步配置成从多个体素值重建心脏的至少一部分的图像，多个体素值排除至少所识别的体素值。
结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本发明，其中：
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的基于导管的电解剖标测系统的示意性图解；
图2A和图2B是根据本发明的实施方案的示意性例示性散点图，其包括根据不同心律的体素值图案和相应图像类型；
图3是根据本发明的实施方案的示意性直观图，其示出根据不同心律的图像过滤；并且
图4是根据本发明的实施方案的流程图，其示意性地示出用于根据不同心律的图像过滤的方法和算法。
具体实施方式
概述
心脏磁共振成像(MRI)由于心脏的运动而具有挑战性，心脏的运动可将运动伪影引入MRI图像中。一种最小化运动伪影的方法是使用心脏的心电图(ECG)信号来对MRI采集进行门控。ECG信号指示例如心跳周期内心脏的收缩和舒张期。因此，使用ECG门控，当例如心脏处于其最大扩张并且几乎静止达短持续时间时，可在特定的循环时间间隔处获取心脏的一系列MRI采集。由此类ECG门控采集重建的MRI图像(其全部已在心动周期的特定相位采集)将相对地不含运动伪影，尽管采集在若干心跳持续时间内被收集。
然而，为了使ECG门控有意义(即，指示心脏的相位)，心脏必须在常规窦性节律中搏动。因此，诸如异位搏动之类的不规则搏动的发生可通过例如扩张心脏和收缩心脏的重建图像混合相位而显著地使MRI图像失真(即使使用门控)。
下文所述的本发明的实施方案从一系列MRI信号采集(即，在图像被实际重建之前)滤出由于心律失常活动(诸如异位搏动)而失真的信号采集。过滤通常在MRI信号水平下进行，然后将所采集的信号计算机处理成图像(即，切片)。
在一些实施方案中，处理器接收对应于心脏中的相应位置的多个体素值，所述多个体素值使用MRI而被采集。处理器识别体素值，该体素值尽管(i)对应于心脏中的相同位置和(ii)被门控至心脏的心电图(ECG)周期的相同相位，但相差超过预定义差值。例如，处理器可比较两次连续采集之间的选定体素的体素值。基于该识别，处理器从多个体素值重建心脏的至少一部分的图像，所述多个体素值排除至少所识别的体素值。
在一个实施方案中，处理器通过检查体素值图案来分析体素值，其中体素值图案指示心律的类型。对于在正常窦性节律期间获取的连续采集，任何给定选定体素的体素值没有显著变化。如果存在不规则搏动，则与先前的门控体素值相比，心脏中的一些体素的体素值改变。基于体素值图案所提供的指示，处理器确定在心律失常期间(即，通过将“存在的”体素值与“先前的”体素值进行比较)，是否获取两次连续采集中的每一者的后续采集。在一个实施方案中，处理器跳过对任何图像的重建，该任何图像需要在所识别的心律失常期间获取的采集。
如果使得采集具有足够的重叠，以便在体素值中具有足够的冗余，则排除所识别的体素值可能在一系列图像中不是视觉上可察觉的，或者在衍生的可视化诸如体绘制中是可察觉的。否则，为了不由于所公开的图像过滤而引入可察觉的不连续性，可调节重建图像的切片厚度和/或选择更平滑的重建过滤器。
通常，处理器被编程在包含特定算法的软件中，该特定算法使得处理器能够执行上述处理器相关步骤和功能中的每一个。
所得经过滤的MRI图像系列使得医师能够获得心脏的至少一部分的各种视觉表示，该视觉表示相对地不含运动伪影，尽管在心律失常的存在期间被采集。因此，根据不同心律的所公开MRI图像过滤可有利于具有心律失常的患者心脏的成功成像，并且因此可有助于诊断和治疗此类患者。
系统说明
图1是根据本发明的实施方案的基于导管的电解剖标测系统20的示意性图解。系统20包括导管21，该导管具有远侧端部22，该远侧端部经由血管系统由医师30导航到患者28的心脏26中。在图示示例中，医师30穿过护套23插入远侧端部22，同时使用靠近导管的近侧端部的操纵器32操纵远侧端部22。如插图25中所示，远侧端部22包括磁性位置传感器51和消融电极50。
导管21的近侧端部连接到控制台24。控制台24包括处理器39(通常为通用计算机)，该处理器具有用于接收来自导管21的信号以及用于通过导管21施加能量以消融心脏26中的组织并且用于控制系统20的其他部件的合适的前端和接口电路38。控制台24还包括被配置成驱动磁场发生器36的驱动电路34。
在心脏26中导航远侧端部22期间，控制台24响应于来自外部场发生器36的磁场而接收来自传感器51的位置和方向信号。磁场发生器36被放置在患者28外部的已知位置，例如放置在患者所躺的工作台29的下方。这些位置信号例如指示消融导管50在位置跟踪系统的坐标系中的位置。
使用外部磁场的位置和方向感测的方法在各种医学应用中实现，例如在由加利福尼亚州尔湾市的拜尔斯韦伯斯特(Biosense-Webster,Irvine,Cal ifornia)生产的系统中实现。
在可供选择的实施方案中，在手术期间使用高级当前位置(ACL)技术跟踪远侧端部22的位置。在ACL技术中，多个外部电极耦接到患者28的身体。电流在导管的电极(诸如电极50)和外部电极之间传递。基于分别测量的阻抗，处理器39计算电极50在患者心脏内的位置。
跟踪电极位置的ACL技术在各种医疗应用中实现，例如在由加利福尼亚州尔湾市的拜尔斯韦伯斯特公司(Biosense-Webster Inc.，Irvine,Cal ifornia)生产的系统中实现，并且跟踪电极位置的ACL技术详细地描述于美国专利8,456,182、7,756,576、7,869,865、7,848,787和7,848,789中，这些专利的公开内容全部以引用方式并入本文。
如图所示，患者28被放置在MRI系统40内。控制台24被配置成采集、重建并向医师30呈现例如在显示器27上的心脏26的至少一部分的图像。MRI系统40可用于例如实时显示心脏26的一部分，或者作为另一个示例，用于采集和重建心脏26的一部分的图像，以用于创建心脏26的该部分的解剖标测图。在一些实施方案中，在不同系统(即，MRI系统40不存在)上采集MRI图像，并且将该MRI图像上载到处理器39以用于所公开的图像过滤过程。
处理器39通常包括通用计算机，该通用计算机用软件进行编程，以执行本文所述的功能。该软件可通过网络以电子形式被下载到计算机，例如或者其可另选地或另外地设置和/或存储在非暂态有形介质(诸如磁存储器、光存储器或电子存储器)上。具体地讲，处理器39运行如本文所公开的包括在图4中的专用算法，该专用算法使得处理器39能够执行所公开的步骤，如下文进一步描述的。
根据不同心律的MRI图像过滤
如上所述，可使用散点图表征并进一步分析尽管(i)对应于心脏中的相同位置和(ii)被门控至心脏的心电图(ECG)周期的相同相位，但相差超过预定义差值的体素值。
图2A和图2B是根据本发明的实施方案的示意性例示性散点图，其包括根据不同心律的体素值图案和相应图像类型。
图2A为在正常窦性节律期间获取的三次连续ECG门控MRI采集的示意性体素值图案散点图。三次连续采集对应于相同体素，即心脏中的相同位置。从三个采集中，每个连续采集对在体素值图案散点图中产生数据点。因此，图中示出了两个数据点。围绕平分线的边界44标记了区域，在该区域中可使用具有落入其内的体素图案值的任何两次连续采集。因此，边界44预定义了体素值之间的可容许差值，如果超过该差值，则允许丢弃采集。
如图所示，体素值图案示出了两个值“1”，这两个值均落入界定区域内，这意味着相关采集在正常窦性节律期间被获取。需注意，在界定区域内的体素图案值的允许的变化是由于正常心率变化。因此，显示在相应图像线上的“图像”类型也被表征为“1”，这意味着从在正常窦性节律期间获取的采集重建图像。
图2B为五次连续ECG门控MRI采集的示意性体素值散点图，其中后两次采集在心律失常期间获取。如图所示，心律失常被表征为后两个体素值在由边界44界定的区域之外变化。因此，图像线上的附加“图像”类型被标记为类型“2”和类型“3”，其被表征为使用在心律失常期间获取的采集进行重建(因此图像“2”和图像“3”具有下降的质量)。
图2A和图2B中所示的示例性例证完全是为了概念清晰而选择的。在一个实施方案中，当处理器39识别体素图案与平分线的偏差超过如由预先计算的边界44确定的给定百分比(即，MRI信号中的相对变化)时，处理器使用后续的采集作为受心律失常影响的图像来表征图像。作为另外一种选择或除此之外，可设定其他标准，诸如超过MRI信号中的预定义差值的变化。
图3是根据本发明的实施方案的示意性直观图，其示出用于根据不同心律的图像过滤的方法。根据图例65，给定的MRI图像系列60包括两种类型的图像：图像62，该图像使用在窦性节律期间获取的采集重建，以及图像64，该图像的重建需要在心律失常期间获取的采集。每个图像62a是后续的图像(即，连续图像64)在被重建之前由处理器39从系列60中滤出的可接受图像。
在一个实施方案中，在例示的情况下，系列60包括薄切片(例如，亚毫米)图像，以便确保跳过图像64不会妨碍系列60的诊断质量。
图4是根据本发明的实施方案的流程图，其示意性地示出用于根据不同心律的图像过滤的方法和算法。根据本发明的算法驱动在MRI采集上载步骤70处开始的过程，在该过程中，医师30从存储器33上载在给定心脏相位处被ECG门控的MRI采集。通常，使用采集的重建将生成至少一个MRI图像。接下来，处理器28在体素值比较步骤72处检查连续MRI采集中的对应体素。在分析步骤74中，使用专用算法，处理器28与所检查的采集分离(例如，通过标记不良采集)，使得其体素值与其各自的前任采集的值显著不同(尽管使用门控)。然后，在滤出步骤76处，处理器28丢弃所分离的采集。
在下一步骤处，处理器28在重建决定步骤78处检查剩余的采集是否足以重建图像系列(即，完成所有剩余的所需采集)。如果没有足够的采集，则过程返回至步骤72以搜索附加数据。否则，在重建步骤80处，处理器28重建MRI图像并基于剩余的重建生成体绘制。例如，处理器跳过对MRI系列图像的任何图像(例如，系列60的图像64)的重建，该任何图像需要使用分类为在心律失常期间获取的采集。最后，使用经过滤的一系列MRI图像，处理器28在表示步骤78处生成所成像的心脏的表示，诸如体绘制。
图4中所示的示例算法完全是为了概念清晰而选择的。本发明还包括该算法的附加步骤，诸如呈现导致图像从系列中滤出的估计的心律失常图案的类型，其为了提供更简化的流程图而有意地从本文的公开内容中省略。
尽管本文所述的实施方案主要解决心脏MRI成像，但本文所述的方法和系统也可以用于其它应用中，诸如用于使用计算机断层摄影术(CT)或C-arm的心脏成像中。
因此应当理解，上面描述的实施方案以举例的方式被引用，并且本发明不限于上文特定示出和描述的内容。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及它们的变型和修改，本领域的技术人员在阅读上述描述时将会想到该变型和修改，并且该变型和修改并未在现有技术中公开。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本申请的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。

Claims (8)

1.一种用于根据不同心律的图像过滤的方法，包括：
接收心脏的一系列磁共振成像MRI采集，其中所述采集在给定心脏相位处被ECG门控并且包括对应于所述心脏中的相应位置的多个体素值；
检查连续MRI采集中的对应体素，其中对于所述系列MRI采集中的每个MRI采集，识别体素值，所述体素值尽管(i)对应于相同给定体素和(ii)被门控至所述心脏的心电图(ECG)周期的相同相位，但与他们各自的前任采集的体素值相差超过预定义差值；
从所述系列MRI采集分离包括所识别的体素值的采集；以及
从所述多个体素值重建所述心脏的至少一部分的图像，所述多个体素值排除至少来自所分离的采集的体素值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中识别相差超过所述预定义差值的所述体素值包括：
构建散点图，所述散点图包括在平面中的多个数据点，所述散点图的第一轴和第二轴表示在相应的第一MRI采集和第二MRI采集中采集的体素值，其中每个数据点表示在所述第一MRI采集和所述第二MRI采集中的所述心脏中的给定位置处的所述体素值；以及
识别落在所述平面中的预定义区域之外的一个或多个数据点。
3.根据权利要求1所述的方法，并且所述方法包括响应于排除所述体素值来调节所重建的图像的厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，并且所述方法包括响应于排除所述体素值来调节用于重建所述图像的重建过滤器。
5.一种用于根据不同心律的图像过滤的系统，包括：
存储器，所述存储器被配置成存储心脏的一系列磁共振成像MRI采集，其中所述采集在给定心脏相位处被ECG门控并且包括对应于所述心脏中的相应位置的多个体素值；和
处理器，所述处理器被配置成：
检查连续MRI采集中的对应体素，其中对于所述系列MRI采集中的每个MRI采集，识别体素值，所述体素值尽管(i)对应于相同给定体素和(ii)被门控至所述心脏的心电图(ECG)周期的相同相位，但与他们各自的前任采集的体素值相差超过预定义差值；
从所述系列MRI采集分离包括所识别的体素值的采集；以及
从所述多个体素值重建所述心脏的至少一部分的图像，所述多个体素值排除至少来自所分离的采集的体素值。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述处理器被配置成通过以下操作识别相差超过所述预定义差值的所述体素值：
构建散点图，所述散点图包括在平面中的多个数据点，所述散点图的第一轴和第二轴表示在相应的第一MRI采集和第二MRI采集中采集的体素值，其中每个数据点表示在所述第一MRI采集和所述第二MRI采集中的所述心脏中的给定位置处的所述体素值；以及
识别落在所述平面中的预定义区域之外的一个或多个数据点。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成响应于排除所述体素值来调节所重建的图像的厚度。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述处理器被进一步配置成响应于排除所述体素值来调节用于重建所述图像的重建过滤器。
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