CN115917349A - 多站磁共振成像中的关键站的自动检测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多站扫描。为了改进站的选择，提供了一种用于在多站扫描中检测关键站的设备。所述设备包括输入单元、处理单元和输出单元。所述输入单元被配置为接收在利用磁共振成像系统开始诊断扫描之前从躺在工作台上的患者获取的图像数据。所述处理单元被配置为：对所述患者的所述图像数据进行分析以识别所述患者的肺的空间位置，将所述患者的所述肺的所述空间位置与规划的多站扫描对准以识别潜在地受所述患者的呼吸运动影响的关键站，并且将屏气分配给所识别的关键站。所述输出单元被配置为提供所识别的关键站。因此，关键站的选择可以在没有操作者干预的情况下自动地且一致地满足。可以避免手动地识别并选择潜在地受呼吸运动影响的站的乏味且耗时的步骤。

Description

多站磁共振成像中的关键站的自动检测
技术领域
本发明涉及多站扫描，并且具体地涉及用于在多站扫描中检测关键站的设备、磁共振成像系统、用于在多站扫描中检测关键站的方法、计算机程序单元以及计算机可读介质。
背景技术
对于全身成像，常见的方法是多站扫描，其中，在纵向方向上的身体的不同部分在扫描之后被顺序地测量并级联。针对屏气标记可能受呼吸运动影响的站。
潜在地受呼吸运动影响的站的选择目前由技术人员基于视觉检查手动完成。这是一个繁琐且耗时的流程，导致医院的有限患者吞吐量。
发明内容
可能需要改进站的选择。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决，其中，在从属权利要求中并入了另外的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面也适用于用于在多站扫描中检测关键站的设备、MRI系统、用于在多站扫描中检测关键站的方法、计算机程序单元以及计算机可读介质。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在多站扫描中检测关键站的设备。所述设备包括输入单元、处理单元和输出单元。所述输入单元被配置为接收在利用磁共振成像系统开始诊断扫描之前从躺在工作台上的患者获取的图像数据。所述处理单元被配置为：对接收到的所述患者的图像数据进行分析以识别所述患者的肺的空间位置，将所述患者的所述肺的所述空间位置与规划的多站扫描对准以识别潜在地受所述患者的呼吸运动影响的关键站，并且将屏气分配给所识别的关键站。所述图像数据包括由光学相机捕获的光学图像。所述输出单元被配置为提供所识别的关键站。
换句话说，提出了自动分析例如在将工作台移动到膛中之前直接从患者获取或在膛中从患者获取的光学图像，使得检测承受受呼吸运动影响的风险的区(通常在肺中和肺周围)。将这些区与扫描的不同站进行比较，并且潜在地受影响的站被识别并分配给屏气。
光学相机可以使用可见光和/或近红外光来对患者进行成像。在一些示例中，光学相机可以是用于捕获患者的二维光学图像的标准相机。在一些其他示例中，光学相机可以是用于捕获患者的深度图像的测距相机。
因此，关键站的选择可以在没有操作者干预的情况下自动地且一致地满足。可以避免手动地识别并选择潜在地受呼吸运动影响的站的乏味且耗时的步骤。这将在下文中并且特别是关于图2所示的示例进行解释。
根据本发明的实施例，所述图像数据包括由膛内光学相机捕获的光学图像。
膛内光学传感器的示例是Philips VitalEye。膛内光学相机可以布置在左上塑料壳体内部并聚焦在对象的上身上。
根据本发明的实施例，所述处理单元被配置为通过基于标志检测根据所述光学图像定位胸腔来识别所述患者的所述肺的所述空间位置。
肺的空间位置可以使用体表近似参数身体模型、骨架检测方法或与带注释的平均3D身体模型的3D配准来识别。这将在下文中并且特别是关于图2所示的示例进行解释。
根据本发明的实施例，所述处理单元被配置为在所识别的所述肺的空间位置周围应用安全裕度以覆盖潜在地受所述患者的所述呼吸运动影响的身体的部分。
承受受呼吸运动影响的风险的区通常在肺中和肺周围。在一些情况下，安全裕度可以覆盖也可能受呼吸运动影响的身体的其他部分，诸如腹部。
根据本发明的第二方面，提供了一种磁共振成像(MRI)系统，包括：
-MRI扫描器，其具有膛和用于支撑患者的工作台；
-光学相机，其被配置为在利用所述MRI扫描器开始诊断扫描之前捕获躺在所述工作台上的所述患者的光学图像；
-根据第一方面和任何相关联的示例的用于在多站扫描中检测关键站的设备；以及
-患者指令设备，其被配置为提供针对检测到的关键站的呼吸指令。
在一些示例中，患者指令设备可以是用于用自动语音提示患者吸气、呼气和屏住呼吸的扬声器。
在一些示例中，患者指令设备可以是提供视觉指令来提示患者吸气、呼气和屏住呼吸的膛内显示器。
根据本发明的实施例，所述光学相机包括膛内光学相机。
根据本发明的实施例，所述MRI系统还包括控制器，所述控制器被配置为根据实际解剖结构来调整每个站的扫描参数的集合和/或针对不同站应用扫描参数的不同集合。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于在多站扫描中检测关键站的方法，包括：
a)接收在利用磁共振成像系统开始诊断扫描之前从躺在工作台上的患者获取的图像数据，其中，所述图像数据包括由光学相机捕获的光学图像；
b)对所述患者的所述图像数据进行分析以识别所述患者的肺的空间位置，
c)将所述患者的所述肺的所述空间位置与规划的多站扫描对准以识别潜在地受所述患者的呼吸运动影响的关键站，并且将屏气分配给所识别的关键站；并且
d)提供所识别的关键站。
根据本发明的实施例，步骤b)还包括在所识别的所述肺的空间位置周围应用安全裕度以覆盖也受所述患者的所述呼吸运动影响的身体的部分。
根据本发明的实施例，所述方法还包括提供针对检测到的关键站的呼吸指令。
根据本发明的实施例，所述方法还包括根据实际解剖结构来调整每个站的扫描参数的集合，和/或针对不同站应用扫描参数的不同集合。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序单元，用于控制根据第一方面和任何相关联的示例的设备，所述计算机程序单元在由处理器运行时被配置为执行根据第三方面和任何相关联的示例的方法。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括所述计算机程序单元的计算机可读介质。
参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得显而易见的并且得到阐述。
附图说明
将在下文中参考以下附图描述本发明的示例性实施例：
图1示出了MRI系统的示例。
图2示出了MRI系统的另一示例。
图3示出了用于执行多站扫描的工作流程的示例。
图4示出了用于在多站扫描中检测关键站的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性地且示例性地示出了磁共振成像(MRI)系统100的示例。MRI系统包括MRI扫描器110、用于在多站扫描中检测关键站的设备10以及患者指令设备120。
通常，MR扫描器110在通常称为磁体“膛”112的区域中产生极化磁场。通过选择要由脉冲生成器执行的适当的核磁共振(NMR)成像脉冲序列来规定要由MR扫描器110产生的图像。要成像的切片或三维区域的位置和取向也由医师在被执行的流程期间想要看到的特定患者解剖结构规定和确定。
MRI扫描器110测量来自患者内的质子的核磁共振(以下称为“NMR”)信号，并拾取质子的密度分布、弛豫时间分布等的图像。在全身成像(全身MRI)中，重复移动患者被放置在其上的工作台114。采集患者全身的MRI图像并执行筛选检查。在多站成像中，工作台114逐步移动以采集全身图像。在患者被划分成多个站(成像区)时，患者与工作台的移动一致地被成像。例如，在对象的外周脉管系统的三站CEMRA(对比增强磁共振血管造影术)研究中，这些站通常位于肾动脉起点的水平、大腿的水平(用于对股动脉进行成像)和小腿的水平(用于对腘动脉及其三叉分枝进行成像)。在每个站处采集完整的图像，但是当工作台114从站到站移动时不执行数据采集。
MRI扫描器110的整体操作可以由操作者从控制台130控制。控制台130可以耦合到监测器140，在监测器140上可以观察或查看所采集的MRI图像或成像器设置。诸如医学实验室技术人员的操作者可以经由控制台130通过“指向”特定患者解剖结构来控制图像采集运行，并且该“指向”由跟踪线圈感测。作为结果，在监测器140上采集、组合和产生MRI图像，其向医师描绘全身图像。
设备10可以是被配置用于在多站扫描中检测关键站的任何计算设备，包括台式和膝上型计算机、智能手机、平板电脑等。在图1的示例中，设备10的部件被示出为集成在一个单个单元中。然而，在备选示例中，一些或所有部件可以被布置为分布式架构中的单独模块，并且以合适的通信网络连接。设备10及其部件可以被布置为专用FPGA或硬连线的独立芯片。在一些示例中，设备10或其部件一些可以驻留在控制台130中，作为软件例程运行。
设备10包括输入单元12、处理单元14和输出单元16。每个单元可以是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和/或存储器(共享、专用或组)、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适的部件的部分，或包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和/或存储器(共享、专用或组)、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适的部件。
输入单元12被配置为在利用MRI扫描器110开始诊断扫描之前接收从躺在工作台上的患者获取的图像数据。输入单元12可以被实施为以太网接口、USB(TM)接口、诸如WiFi(TM)或蓝牙(TM)的无线接口或实现输入外围设备和处理单元14之间的数据传输的任何可比较的数据传输接口。在诊断扫描开始之前从躺在工作台上的患者获取的图像数据用作用于站规划的输入。图像数据的示例可以包括用MR扫描器采集的调查扫描或来自相机的光学图像。
在图1的示例中，设备10被配置为接收利用MRI扫描器110采集的调查扫描。从MR调查扫描采集的图像是首先获得的一组三平面、低分辨率、大视场定位器，相当于CT中的“定位视图”。利用MR系统采集的调查扫描基于组织和液体中的质子的共振射频信号提供例如肺形态的低分辨率图像，所谓的质子-MRI或1H-MRI。多站的调查也可以是多站全身扫描，大多数时间具有两个正交切片。图像被拼接，并且然后用于规划。
在另一示例中，如图2所示，设备10可以被配置为接收利用光学相机150捕获的图像数据。光学相机150可以是基于相机的传感器，但是还设想了使用三维非接触式运动扫描器，该三维非接触式运动扫描器使用例如光检测和测距(LIDAR)、无线电检测和测距(RADAR)。光学相机150可以使用可见光和/或近红外光来对患者进行成像。光学相机150可以安装在患者上方的某处，以在将患者工作台移动到膛中之前对患者进行成像。例如，光学相机150可以被安装在检查室的天花板上、检查室的壁上。以这种方式，可能在将工作台移动到膛中之前直接自动分析从患者获取的光学图像。例如，光学相机150可以安装在MRI扫描器上。光学相机可以校准到MR系统，使得对彩色或深度图像执行的任何处理可以以真实尺寸传递到MR系统。在示例中，光学相机可以是膛内相机，诸如Philips VitalEye。相机可以布置在左上塑料壳体内部并且可以聚焦在对象的上身上。以这种方式，可以在利用磁共振成像系统开始诊断扫描之前自动分析从位于膛中的患者获取的光学图像。
返回到图1，然后由处理单元14自动分析接收到的图像数据，以识别患者的肺的空间位置。
在图1的示例中，这可以例如通过在从MR调查扫描采集的图像上分割肺来完成。
在图2的示例中，设想了不同的方法来识别接收到的光学图像中的患者的肺的空间位置。
在示例中，可以使用身体表面近似参数身体模型，诸如SCAPE模型。参见例如D.Anguelov等人(2005)的“SCAPE:shape completion and animation of people”(ACMTrans.Graph.,24(3),408-416)。这种模型提供了人体的形状和姿势的准确且可缩放的表示。其可以用于与从感测到的图像数据导出的轮廓进行表面匹配。这得到患者身体的精确描述，其可以用于定位感兴趣解剖区域，例如患者的肺。
在另一示例中，骨架检测方法用于检测和跟踪患者的身体。身体被描述为骨架的一组关节位置。骨架关节的坐标是用于定位患者的胸部区域和肺的空间位置的起始点。由患者的四肢形成的细长结构可以被跟随到躯干的图像足迹中，以便获得关于关节位于何处的线索。
在另一示例中，可以利用与带注释的平均3D身体模型的3D配准。为此目的，可以利用具有分割且注释的器官的一般化3D身体模型(例如，CT数据集)来近似患者的相关解剖结构(诸如肺)的位置。将一般化3D身体模型拟合并缩放到患者的3D感测身体形状。拟合和缩放可以经由3D配准技术来完成。然后可以使用一般化和缩放的3D模型的解剖信息来识别感兴趣解剖结构。
然后由处理单元14将使用上述方法中的每一种识别的肺的空间位置与规划的多站扫描对准，以识别潜在地受患者的呼吸运动影响的关键站。关键站可以包括与所识别的肺/胸腔至少部分交叠的站。任选地，可以在肺/胸腔周围应用安全裕度，以还覆盖仅有时/稍微受呼吸运动影响的身体的部分(例如腹部)。
图3A-3D示意性地示出了工作流程的示例。图3A示出了可以从光学相机采集的规划图像。规划图像可以显示在监测器140上。
图3B示出了用于多站MR扫描的站的规划。在一些示例中，可以基于用户提供的输入来手动定义这些站。在一些示例中，可以基于在规划图像上检测到的解剖标志来自动定义站。
图3C示出了肺部区域的识别和将屏气分配给对应的站。这些识别的关键站在图3C中用双线指示，但是也设想了使用彩色线或任何其他标签。为了识别这些关键站，设备10被配置为根据上述方法中的至少一种来识别肺的空间位置，并且然后将所识别的肺的空间位置与规划的多站扫描对准。如图3C所示，所识别的关键站包括覆盖肺/胸腔的站。可以在肺/胸腔周围应用安全裕度，以还覆盖可能受呼吸运动影响的患者的腹部。
图3D示出了多站扫描的示例。照常执行多站扫描，并且也照常执行来自不同站的图像的组合。患者指令设备120(诸如图1和2所示的扬声器)可以用于通过自动语音提示患者吸气、呼气和屏住呼吸。在另一示例(未示出)中，患者指令设备120可以是提供视觉呼吸指令以提示患者吸气、呼气和屏住呼吸的膛内显示器。
任选地，MRI系统100还可以包括控制器，该控制器被配置为根据实际解剖结构来调整每个站的扫描参数的集合和/或针对不同站应用扫描参数的不同集合。在图1和2所示的示例中，控制器驻留在控制台130中，作为软件例程运行。在一些其他示例中，控制器及其部件可以被布置为专用FPGA或硬连线的独立芯片。
例如，作为控制器的示例的控制台130可以被配置为根据实际解剖结构自动调整每个站的各种扫描参数。例如，可以基于实际解剖结构来调整每个站的空间分辨率、视场、平均值的数量等。例如，可以应用预先训练的深度学习网络以从实际解剖结构和患者数据(例如，年龄、性别、身体质量指数等)导出扫描参数。例如，可以应用在输入层和输出层之间具有多个层的深度神经网络。已经基于训练数据集训练了预训练的深度学习网络，所述训练数据集包括来自相同患者和/或来自其他患者的先前记录的患者数据、解剖结构和相关联的扫描参数。
控制台130还可以被配置为针对不同站自动应用扫描参数的不同集合。例如，身体线圈的负载在从站到站移动时改变，并且可以调节施加的B1而无需重复的准备测量。
参考图4，示出了用于在多站扫描中检测关键站的方法200的流程图。
在步骤210(即步骤a)中，接收在利用磁共振成像系统开始诊断扫描之前从躺在工作台上的患者获取的图像数据。采集用作用于站规划的输入的图像数据。这包括来自安装在患者上方某处的相机的光学图像-例如在将患者台移动到膛中之前。该步骤也可以称为“规划阶段”。
在步骤220(即，步骤b))中，对患者的图像数据进行分析以识别患者的肺的空间位置。换句话说，自动分析在步骤a)中采集的规划图像以识别患者的肺的空间位置。这可以例如通过从光学图像定位胸腔来完成，例如利用上述身体表面近似参数身体模型、骨架检测方法或利用注释的平均3D身体模型的3D配准。该步骤也可以被称为“分析阶段”。
在步骤230(即步骤c))中，将患者的肺的空间位置与规划的多站扫描对准，以识别潜在地受患者的呼吸运动影响的关键站。然后将屏气分配给所识别的关键站。
在该步骤中，多站扫描可以由操作者手动规划，或基于解剖标志的检测自动规划。如在步骤b)中识别的肺的位置与规划的多站扫描自动对准，即，包含由于呼吸而移动的身体部位的所有站由对应的软件标记。这些标记的站被自动设置为屏气，使得对于这些站，例如通过自动语音提示患者吸气、呼气和屏住呼吸。任选地，可以在肺/胸腔周围应用安全裕度，以还覆盖仅有时/稍微受呼吸运动影响的身体的部分。该步骤也可以称为“分配阶段”。
在步骤240(即步骤d))中，将所识别的关键站输出到例如图1和2中的控制台130以用于执行多站扫描。该步骤也可以被称为“输出阶段”。
任选地，方法200还可以包括使用例如自动语音或视觉指令来指示患者针对检测到的关键站吸气、呼气和/或屏住呼吸的步骤。
任选地，方法200还可以包括根据实际解剖结构调整每个站的扫描参数的集合(例如，空间分辨率、视场、平均值的数量)和/或针对不同站应用扫描参数的不同集合的步骤。
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一种计算机程序单元，其特征在于适于在适当的系统上执行根据前面的实施例之一所述的方法的方法步骤。
因此，所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行以上描述的方法的步骤或诱发以上描述的方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作以上描述的装置的部件。所述计算单元能够适于自动地操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。所述数据处理器由此可以被装备为执行本发明的方法。
本发明的该示范性实施例涵盖从一开始就使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。
更进一步地，所述计算机程序单元能够提供实现如以上所描述的方法的示范性实施例的流程的所有必需步骤。
根据本发明的另一示范性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有存储在所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面部分描述。
计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但计算机程序可也可以以其他形式来分布，例如经由因特网或者其他有线或无线电信系统分布。
然而，所述计算机程序也可以存在于诸如万维网的网络上并能够从这样的网络中下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种用于使得计算机程序单元可用于下载的介质，其中，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的之前描述的实施例之一所述的方法。
必须指出，本发明的实施例参考不同主题加以描述。具体而言，一些实施例参考方法类型的权利要求加以描述，而其他实施例参考设备类型的权利要求加以描述。然而，本领域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。然而，所有特征能够被组合以提供超过特征的简单加和的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明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、说明书和从属权利要求，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的实施例的其他变型。
在权利要求中，词语“包括”不排除其他单元或步骤，并且，词语“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行权利要求书中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。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 (13)

1.一种用于在多站扫描中检测关键站的设备(10)，包括：
-输入单元(12)；
-处理单元(14)；以及
-输出单元(16)；
其中，所述输入单元被配置为接收在利用磁共振成像系统开始诊断扫描之前从躺在工作台上的患者获取的图像数据，其中，所述图像数据包括由光学相机捕获的光学图像；
其中，所述处理单元被配置为：对接收到的所述患者的图像数据进行分析以识别所述患者的肺的空间位置，将所述患者的所述肺的所述空间位置与规划的多站扫描对准以识别潜在地受所述患者的呼吸运动影响的关键站，并且将屏气分配给所识别的关键站；并且
其中，所述输出单元被配置为提供所识别的关键站。
2.根据权利要求1所述的设备，
其中，所述图像数据包括由膛内光学相机捕获的光学图像。
3.根据权利要求1或2所述的设备，
其中，所述处理单元被配置为通过根据所述光学图像定位胸腔基于标志检测来识别所述患者的所述肺的所述空间位置。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，
其中，所述处理单元被配置为在所识别的所述肺的空间位置周围应用安全裕度以覆盖潜在地受所述患者的所述呼吸运动影响的身体的部分。
5.一种磁共振成像MRI系统(100)，包括：
-MRI扫描器(110)，其具有膛(112)和用于支撑患者的工作台(114)；
-光学相机(150)，其被配置为在利用所述MRI扫描器开始诊断扫描之前捕获躺在所述工作台上的所述患者的光学图像；
-根据前述权利要求中的任一项所述的用于在多站扫描中检测关键站的设备；以及
-患者指令设备(120)，其被配置为提供针对检测到的关键站的呼吸指令。
6.根据权利要求5所述的MRI系统，还包括：
其中，所述光学相机包括膛内光学相机。
7.根据权利要求5或6所述的MRI系统，还包括：
-控制器(130)，其被配置为根据实际解剖结构来调整每个站的扫描参数的集合和/或针对不同站应用校准参数的不同集合。
8.一种用于在多站扫描中检测关键站的方法(200)，包括：
a)接收(210)在利用磁共振成像系统开始诊断扫描之前从躺在工作台上的患者获取的图像数据，其中，所述图像数据包括由光学相机捕获的光学图像；
b)对所述患者的所述图像数据进行分析(220)以识别所述患者的肺的空间位置，
c)将所述患者的所述肺的所述空间位置与规划的多站扫描对准(230)以识别潜在地受所述患者的呼吸运动影响的所述关键站，并且将屏气分配给所识别的关键站；以及
d)提供(240)所识别的关键站。
9.根据权利要求8所述的方法，
其中，步骤b)还包括在所识别的所述肺的空间位置周围应用安全裕度，以覆盖也受所述患者的所述呼吸运动影响的身体的部分。
10.根据权利要求8或9所述的方法，还包括：
-提供针对检测到的关键站的呼吸指令。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：
-根据实际解剖结构来调整每个站的扫描参数的集合；和/或
-针对不同站应用校准参数的不同集合。
12.一种计算机程序单元，其用于控制根据权利要求1至4中的任一项所述的设备或根据权利要求5至7中的任一项所述的系统，所述计算机程序单元在由处理器运行时被配置为执行根据权利要求8至11所述的方法。
13.一种计算机可读介质，包括根据权利要求12所述的计算机程序单元。
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