ПРЕДСКАЗАНИЕ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ОЦЕНОК И КЛАССИФИКАЦИЯ КОНТРАСТНОСТИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЯ УРАВНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СИГНАЛА КОНТРАСТНОСТИ
PREDICTION, DETERMINATION OF QUANTITATIVE ESTIMATES AND CLASSIFICATION OF MAGNETIC RESONANCE IMAGE CONTRAST USING EQUATION OF CONTRAST SIGNAL QUANTITATIVE ESTIMATION

Нижеследующее относится к области магнитного резонанса, области получения изображения посредством магнитного резонанса, области получения медицинских изображений, области планирования сеансов получения изображений, области архивирования изображений, области разработки протоколов получения изображений и т.д.
При получении магнитно-резонансных (MR) изображений радиолог или другой оператор выбирает протокол получения изображения, который определяет структуру последовательности, например, количество и расположение радиочастот (RF) и импульсов градиента магнитного поля, операции считывания и т.д. Протокол получения изображения обычно разрабатывается, чтобы обеспечить конкретный тип контрастности, например, контрастность T1, контрастность T2, контрастность T2*, диффузионная взвешенная контрастность и т.д. В случае контрастности T1, T2 или T2*, получение изображения обеспечивает контрастность для различий времен релаксации T1, T2 или T2* (соответственно) ткани или другого отображаемого вещества. Параметры протокола, такие как время до эха (TE), период повторения последовательности (TR), угол поворота спинов при возбуждении (FA) и т.д., влияют на силу контрастности T1, T2 или T2*. Для других типов контрастности протокол содержит подготовительные или управляемые магнитно-резонансные радиочастотные импульсы и/или градиенты магнитного поля, которые прикладываются для формирования желаемой контрастности. Например, при получении изображения с диффузионной взвешенной контрастностью протокол разрабатывается таким образом, чтобы обеспечивать контрастность, основываясь на локальных молекулярных диффузионных характеристиках.
Конкретный протокол имеет набор параметров (например, TE, TR, FA, параметры, определяющие подготовительный импульс и т.д.). В различных протоколах параметры могут иметь различные представления. Например, в протоколе получения изображения с множеством срезов, который получает набор срезов в ответ на последовательные радиочастотные возбуждения, может быть определено количество срезов и затем вычисляется значение TR, которое должно быть как можно меньшим (например, чтобы облегчить быстрое получение изображения). В этом случае регулировка количества срезов влияет на значение TR. В таком случае радиолог может увеличивать или уменьшать количество срезов, чтобы регулировать разрешающую способность изображения в направлении, поперечном срезам, или увеличивать общий объем получения изображения. При этом радиолог может быть неспособен понять, что одновременно регулируется значение параметра TR.
В клинической практике радиолог обычно имеет в наличии библиотеку протоколов, подготовленных для различных типов контрастности и для различных типов ткани. Каждый протокол обычно содержит набор значений параметров по умолчанию, например, TE по умолчанию, TR, FA и так далее. Радиолог не ограничивается этими значениями параметра по умолчанию и вместо этого имеет возможность регулировать некоторые или все значения параметров, чтобы оптимизировать протокол для конкретного пациента, для конкретной ситуации получения изображения или для приспосабливания к персональным предпочтениям радиолога или врача, заказывающего MR-исследование.
Регулировка параметров протокола требует квалифицированного обучения и MR-оператор обычно является обученным радиологом или как-либо иначе квалифицированным лицом. Радиолог может делать ссылки на рекомендации из литературы по MR, опубликованное руководство пользователя для MR-сканера, форумы пользователей по рентгенологии, проводимые в Интернете и так далее. На практике, однако, радиолог имеет спланированное временное окно, в котором должен проводиться сеанс получения изображения, и обычно может полагаться на собственный опыт регулирований параметров протокола. Может случиться, что совсем небольшие изменения параметров оказывают нежелательное влияние на результирующую контрастность изображения. Например, как уже замечалось, регулирование количества срезов в протоколе получения изображения с множеством срезов может оказывать скрытое влияние на значение TR, которое, в свою очередь, может влиять на контрастность.
Подобные проблемы могут возникать, если протокол по умолчанию неправильно маркирован в библиотеке протоколов. Это может произойти из-за ошибки или потому что разные медицинские профессионалы могут иметь разные мнения в отношении того, что создает данный тип контрастности. На практике, данное MR-изображение может демонстрировать смесь различных типов контрастности, например, преобладающая контрастность T2, но также с некоторой контрастностью T1, и разные люди могут иметь разные взгляды в отношении того, демонстрирует ли данное изображение "соответствующую" контрастность T2.
Изображения с неправильной контрастностью или с сильно ухудшенной контрастностью или со смешением контрастностей, могут обладать небольшой клинической ценностью. MR-изображения могут неправильно интерпретироваться или все MR-исследование, возможно, должно быть сделано заново, что неудобно для пациента, дорого и может вести к задержке лечения.
Эти проблемы могут распространяться на обработку изображений после получения или анализ. Например, служба архивирования и передачи изображений (Picture Archiving and Communications Service, PACS) обычно используется для архивирования медицинских изображений, например, хранящихся в соответствии со стандартом получения и передачи цифровых изображений в медицине (Digital Imaging and Communication in Medicine, DICOM). MR-изображения пациента могут сравниваться с изображениями, хранящимися в PACS, чтобы идентифицировать подобные случаи. Хотя такие сравнения могут быть полезны с медицинской точки зрения, проверка правильности сравнения может вызывать сомнения, если контрастность изображения в архивном изображении и изображении пациента различается. Вероятность такого различия увеличивается, если PACS архивирует изображения, полученные из многочисленных медицинских учреждений или различных лабораторий, получающих изображения, использующие различные стандарты контрастности.
Далее рассматриваются улучшенные устройства и способы, преодолевающие упомянутые выше ограничения и прочее.
В соответствии с одним из вариантов, на постоянном носителе данных хранятся команды, исполняющие программу с помощью электронного устройства обработки данных, чтобы выполнить способ, содержащий этапы, на которых: идентифицируют последовательность для получения магнитно-резонансного изображения, определяемую протоколом получения изображения и значениями параметров для набора параметров протокола получения изображения; вычисляют количественную оценку контрастности сигнала последовательности для получения магнитно-резонансного изображения, соответствующую типу контрастности, который должен быть оценен количественно, используя уравнение количественной оценки; и определяют тип контрастности для последовательности для получения магнитно-резонансного изображения, основываясь на вычисленной количественной оценке контрастности сигнала. При одном подходе вычисления повторяются для множества различных типов контрастности, для которых определяется количественная оценка, и определяют количественную оценку сигнала контрастности на основе вычисленной количественной оценки сигнала контрастности.
В соответствии с другим вариантом, устройство содержит постоянный носитель данных, как указано в предшествующем абзаце, и электронное устройство обработки данных, выполненное с возможностью считывания и исполнения команд, хранящихся на постоянном носителе данных.
В соответствии с другим вариантом, способ содержит этапы, на которых: идентифицируют последовательность для получения магнитно-резонансного изображения, определенную протоколом получения изображения и значениями параметров набора параметров протокола получения изображения; вычисляют количественную оценку сигнала контрастности для последовательности для получения магнитно-резонансного изображения, соответствующей типу контрастности, для которого определяется количественная оценка, используя уравнение количественной оценки; и определяют тип контрастности для последовательности для получения магнитно-резонансного изображения, основываясь на вычисленной количественной оценке сигнала контрастности. При одном из подходов вычисления повторяются для множества различных типов контрастности, для которых делается количественная оценка. Вычисления и определение выполняются электронным устройством обработки данных.
Одно из преимуществ заключается в обеспечении обратной связи в реальном времени, влияющей на регулировки параметров протокола для ожидаемой контрастности изображения.
Другое преимущество заключается в обеспечении принципиального подхода к маркировке протоколов магнитно-резонансной темографии и архивированных MR-изображений, как имеющих отношение к типу контрастности изображения.
Многочисленные дополнительные преимущества и выгоды станут очевидны для специалистов в данной области техники после прочтения последующего подробного описания.
Изобретение может принимать форму различных компонент и расположений компонент и различных технологических операций и расположений технологических операций. Чертежи служат только для целей иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.
Фиг. 1 - система получения и архивирования магнитно-резонансных (MR) изображений.
Фиг. 2 - модуль оценки силы контрастности системы, показанной на фиг. 1.
Фиг. 3 - модуль оценки контрастности для последовательности MRT-сканера/интерфейса пользователя системы, показанной на фиг. 1.
Фиг. 4 - иллюстративная карта типов контрастности для пространства параметров ТЕ-TR в случае получения изображения серого вещества мозга с помощью последовательности спиновых эха (SE).
Фиг. 5 - предполагаемое предупреждающее сообщение, отображаемое, когда модуль оценки контрастности для последовательности обнаруживает, что отрегулированная последовательность получения изображения, вероятно, должна создавать изображение с неправильным типом контрастности.
Фиг. 6 - графики типа контрастности, оцененные, используя раскрытый здесь подход для существующих протоколов, с маркером каждого протокола, помеченным указанием типа контрастности протокола согласно маркировке.
Как показано на фиг. 1, магнитно-резонансный (MR) сканер 10 управляется радиологом или другим пользователем через интерфейс 12 пользователя MR-сканера, например, должным образом реализованный иллюстративным компьютером 14 или другим электронным устройством обработки данных с аппаратурным обеспечением, взаимодействующим с пользователем (например, жидкокристаллический дисплей или дисплей другого типа, клавиатура, мышь и/или другое устройство(-а) ввода данных пользователем и т.п.). MR-сканер 10 может быть любым коммерческим MR-сканером, таким как Achieva™, Ingenia™, Intera™ или Panorama™, поставляемым компанией Koninklijke Philips Electronics N.V., Эйндховен, Нидерланды, или коммерческим MR-сканером от другого поставщика. Альтернативно, MR-сканер 10 может быть изготовлен по заказу или быть модифицированным MR-сканером.
Для выполнения сбора данных изображения пациент или другой человек загружается в MR-сканер 10. Предварительно могут быть выполнена различные операции, такие как фиксация пациента, загрузка локальных MR-катушек и так далее. Хотя описывается получение изображения человека, предполагается также получение изображения ветеринарных объектов (например, собаки или кошки) или мумии, трупа или другого умершего человека или подопытного животного или неодушевленного предмета.
Радиолог или другой пользователь выбирает протокол получения изображения из библиотеки 16 протоколов. Протокол выбирается на основе таких соображений, как тип контрастности изображения, которая требуется (например, контрастность T1, контрастность T2, контрастность T2*, диффузионная взвешенная контрастность и так далее), тип ткани, который должен отображаться (например, получение мозгового изображения, получение кардиального изображения и так далее), размер и размерности интересующего объема при получении изображения и т.д. Пользователь также выбирает значения параметров для параметров выбранного протокола. Параметры протокола могут, например, содержать одно или более из следующего: время до эха (TE), период повторения (TR), угол поворота спинов (FA) при возбуждении, параметры, определяющие подготовительный радиочастотный (RF) импульс или импульс градиента магнитного поля или набор таких подготовительных импульсов и так далее. В некоторых вариантах осуществления параметры протокола могут также содержать параметры реконструкции изображения, такие как алгоритм реконструкции, разрешающая способность, параметры фильтрации и т.д.
Протокол получения изображения с конкретным набором параметров, как он используется здесь, упоминается здесь как последовательность для получения изображения. Библиотека 16 протоколов может хранить значения параметров по умолчанию для выбранного протокола и выбранный протокол со значениями параметров по умолчанию упоминается здесь как последовательность для получения изображения по умолчанию. Пользователь может захотеть выполнить получение изображения, используя значения параметров по умолчанию, или может захотеть отрегулировать значение одного или более параметров. Кроме того, хотя обычно выбранный протокол содержит параметры по умолчанию из библиотеки 16, для протокола также предусматривается возможность не пользоваться значениями по умолчанию и при этом пользователь будут выбирать все значения параметров.
Таким образом получают последовательность для получения изображения, содержащую протокол со значениями параметров, выбранных пользователем (где "выбранных" содержит возможность сохранения значения параметра по умолчанию). Пользователь командует MR-сканером 10 через интерфейс 12 MR-пользователя, чтобы выполнять последовательность для получения изображения, заставляющую MR-сканер 10 выполнять последовательность для получения изображения и получать данные получаемого MR-изображения. В некоторых вариантах осуществления протокол получения изображения считается содержащим в себе процесс реконструкции изображения, в котором исполнение последовательности для получения изображения также содержит в себе реконструкцию данных получаемого MR-изображения в соответствии с выбранными значениями параметров реконструкции, чтобы сформировать одно или более реконструированных MR-изображений. (В других предполагаемых вариантах осуществления протокол получения изображения не считается содержащим в себе процесс реконструкции, и в этом случае данные получаемого MR-изображения получают в соответствии с последовательностью для получения изображения и данные получаемого MR-изображения реконструируются, чтобы создать одно или более реконструированных MR-изображений - но в этих вариантах осуществления процесс реконструкции не соответствует параметрам протокола получения изображения).
Одно или более реконструированных изображений могут использоваться по-разному. Например, изображения могут просматриваться на дисплее компьютера 14, печататься, используя соответствующий механизма графической маркировки, и/или сохраняться в службе 20 архивирования и передачи картинки (Picture Archiving and Communications Service, PACS), например, храниться в соответствии со стандартом получения и передачи цифрового изображения (Digital Imaging and Communication in Medicine, DICOM). PACS 20 должным образом реализуется сервером 22 или другим электронным устройством обработки данных. В некоторых вариантах осуществления (не показаны) PACS может реализовываться тем же самым компьютером, который реализует интерфейс пользователя MR-сканера. Кроме того, PACS 20 может принимать и архивировать изображения, полученные от других (то есть, "внешних") источников 24 изображения, например, от других MR-лабораторий или других больниц.
Продолжая ссылку на фиг. 1, система дополнительно содержит модуль 30 оценки силы контрастности, выполненный с возможностью аналитического вычисления количественной оценки сигнала контрастности для последовательности получения MR-изображения. Модуль 30 оценки силы контрастности соответственно вычисляет количественную оценку сигнала контрастности для последовательности для получения MR-изображения, соответствующей типу контрастности, для которого должна делаться количественная оценка (например, взвешенная контрастность T1, взвешенная контрастность T2, взвешенная контрастность T2*, диффузионная взвешенная контрастность и т.д.), используя уравнение количественной оценки. Вычисление основано на физике MR-явлений, а не на эмпирических измерениях объекта. В ее общей форме контрастность изображения имеет место за счет изменения измеренного MR-сигнала, благодаря (обычно относительно малому) изменению характеристики, которая изменяется в пределах отображаемой области. В случае получения изображения взвешенной T1, контрастность имеет место благодаря относительно небольшим различиям во времени релаксации T1 различных тканей (например, воды относительно жира, относительно кости и т.д.). Точно также, взвешенное получение изображение Т2 показывает контрастность для различий во времени релаксации T2 различных типов ткани. В случае диффузионного взвешенного получения изображения контрастность имеет место благодаря относительно небольшим различиям в MR-сигнале из-за локальных вариаций молекулярной диффузии. С этой точки зрения, уравнение количественной оценки должным образом содержит частную производную , где p означает ожидаемое значение характеристики, создающей контрастность, которая должна быть количественно оценена, и S(p) обозначает сигнал, сформированный последовательностью получения магнитно-резонансного изображения для вещества, имеющего ожидаемое значение p для характеристики, создающей контрастность, которая должна быть количественно оценена. Говоря иначе, S(p) обозначает сигнал, сформированный последовательностью для получения магнитно-резонансного изображения, как функции характеристики p, изменение которой вызывает тип контрастности, который должен быть количественно оценен. В случае количественной оценки взвешенной контрастности T1, например, характеристика p, изменение которой создает контрастность T1, является временем релаксации T1 различных отображаемых тканей. В случае количественной оценки взвешенной контрастности T2, характеристика p, изменение которой вызывает контрастность T2, является временем релаксации T2 различных отображаемых тканей. Характеристика p, изменение которой вызывает тип контрастности, который должен оцениваться количественно, не должна быть характеристикой ткани. Например, в случае магнитно-резонансной ангиографии (MRA) характеристика p может быть скоростью крови (для времяпролетной MRA) или концентрацией экзогенного контрастного вещества (при использовании назначенного экзогенного сосудистого контрастного вещества, такого как магнитное контрастное средство на основе гадолиния). Поскольку, как ожидается, сигнал S(p) должен изменяться относительно спокойно и относительно медленно в зависимости от изменений значения характеристики p, точный выбор "ожидаемого значения" характеристики p обычно не критичен. Например, в случае вычисления количественной оценки сигнала контрастности для взвешенной контрастности T1 в протоколах исследования мозга, ожидаемое значение p может быть временем релаксации T1 для серой воды или для белого вещества или для некоторой средней или "объединенной" ткани (например, среднее значение времен релаксации для серого и белого вещества).
1,grey
1,white
Уравнение количественной оценки может быть приблизительным, например, использующим аппроксимацию разности для частной производной . В некоторых предполагаемых вариантах осуществления аппроксимация разности выбрана такой, что разность Δp соответствует ожидаемой фактической разности в субъекте. Например, в случае получения изображения головного мозга, на котором, как предполагается, показаны различия между серым веществом головного мозга и белым веществом головного мозга, подходящая аппроксимация разности имеет вид . Как будет видно для этой иллюстративной аппроксимации, предполагается, что частная производная  должна содержать операцию абсолютного значения, чтобы гарантировать положительную количественную оценку сигнала контрастности. В случае взвешивания Т1 для получения изображения головного мозга, эта иллюстративная аппроксимация разности становится равной , где Тявляется временем релаксации Т1 серого вещества головного мозга и Т является временем релаксации белого вещества головного мозга. В качестве другого иллюстративного примера, уравнение количественной оценки может иметь вид:
где Δр=δ·p для некоторого малого δ и снова операция абсолютного значения может быть по желанию добавлена, чтобы гарантировать положительные количественные оценки сигнала контрастности.
Продолжая рассматривать фиг. 1, модуль 30 оценки силы контрастности содержит или имеет доступ к базе данных, содержащей уравнения 32 количественной оценки сигнала контрастности. Модуль 30 оценки силы 30 также содержит или имеет доступ к базе данных свойств ткани 34, который хранит значения, по меньшей мере, для тех свойств ткани, которые используются в уравнениях 32 количественной оценки. Эти значения обычно содержат репрезентативные времена релаксации Т1, Т2 и T2* для ткани, которая, как ожидают, должна рассматриваться во время получения изображения. Эти значения могут зависеть от силы основного поля MR-системы (например, 1Т, 1,5Т, 3T или 7Т) или других параметров, таких как комнатная температура. Если модуль 30 оценки силы контрастности выполнен с возможностью количественной оценки диффузионной взвешенной контрастности, то база 34 данных свойств ткани соответственно содержит репрезентативные молекулярные диффузионные параметры. Хранящиеся свойства ткани могут содержать другие значения свойств ткани, необходимые для вычисления MR-сигнала S(p), основываясь на физике MR-явлений, например, значениях магнитной проницаемости ткани и т.д. Следует также заметить, что в случае применений для получения изображений неодушевленных объектов, база данных свойств ткани может быть заменена на аналогичную базу данных свойств веществ.
Продолжая ссылку на фиг. 1, модуль 30 оценки силы контрастности может быть использован в различных вариантах процесса получения MR-изображения. Например, иллюстративный интерфейс 12 пользователя MR-сканера содержит модуль 40 оценки контрастности для последовательности, использующий модуль 30 оценки силы контрастности, чтобы оценить силу различных типов контрастности для последовательности получения изображения, чтобы идентифицировать доминирующий тип контрастности, обеспечиваемый последовательностью. Поскольку модуль 30 оценки силы контрастности аналитически быстро вычисляет количественную оценку сигнала контрастности, модуль 40 оценки контрастности для последовательности, таким образом, может запускаться сразу после каждой регулировки любого значения параметров протокола. Таким образом, пользователя можно немедленно информировать, если регулировка значения параметра будет оказывать влияние на изменение доминирующего типа контрастности для последовательности получения изображения.
В качестве другого иллюстративного приложения, библиотека 16 протоколов содержит классификатор 42 контрастностей последовательности по умолчанию. Как правило, протоколы, хранящиеся в библиотеке 16 протоколов, разрабатываются экспертами в области получения магнитно-резонансных изображений, чтобы обеспечить желаемый тип контрастности, и с этой точки зрения протокол обычно должен содержать набор параметров по умолчанию (определяя, таким образом, последовательность получения изображения по умолчанию), который эксперт считает обеспечивающим желаемую контрастность. Однако, при оценке типа контрастности для последовательности существует некоторая субъективность, поскольку полная контрастность обычно является смешением различных типов контрастности. Классификатор 42 контрастностей последовательности запускает модуль 30 оценки силы контрастности, чтобы применять уравнения 32 количественной оценки сигнала контрастности, чтобы определить, какой тип контрастности является доминирующим. Применяя один и тот же набор уравнений 32 ко всем последовательностям по умолчанию библиотеки 16 протоколов, обеспечивается более унифицированный стандарт для маркировки типа контрастности для последовательностей по умолчанию.
В качестве другого иллюстративного применения, PACS 20 содержит классификатор 44 контрастности после сбора данных, который маркирует изображения по типу контрастности. Если PACS 20 использует формат DICOM или другой формат хранения, содержащий метаданные изображения, то изображения могут быть (и в случае формата DICOM так обычно и бывает) маркироваться по типу контрастности, наряду с метаданными, идентифицирующими протокол получения изображения и значения параметров протокола, используемые при получении изображений. Однако метка типа контрастности обычно назначается вручную радиологом или другим пользователем, основываясь на личном опыте. Снова, субъективность определения доминирующего типа контрастности означает, что эта ручная маркировка может иметь некоторое нежелательные отклонения. Такие отклонения могут создавать проблемы, если медперсонал обращается к PACS 20 в качестве справочной базы данных изображений, поскольку различия в типе контрастности могут усложнять или делать недействительными сравнения изображений. Соответственно, классификатор 44 контрастности после сбора данных получает метаданные изображения, идентифицирующие протокол и параметры протокола, используемые при сборе данных, и запускает модуль 30 оценки силы контрастности для применения соответствующего уравнения 32 количественной оценки сигнала контрастности, чтобы определить доминирующий тип контрастности, и классификатор 44 контрастности после сбора данных затем маркирует изображение этим типом контрастности. Автоматически формируемая метка типа контрастности может запоминаться в качестве элемента метаданных изображения, являющегося отдельным от вручную наносимой метки типа контрастности, или автоматически формируемая метка типа контрастности может заменять вручную наносимую метку типа контрастности в метаданных изображения.
На фиг. 2 представлен иллюстративный пример модуля 30 оценки силы контрастности. Модуль 30 в качестве входного сигнала принимает от интерфейса 12 пользователя MR-сканера последовательность для получения изображения (определенную протоколом, выбранным пользователем, и текущими значениями параметров протокола), тип ткани (как вариант; в некоторых вариантах осуществления тип ткани является заранее известным значением) и тип контрастности, для которого должны определяться количественные показатели. Последовательность для получения изображения, определенная параметрами протокола и протоколом, может, например, быть последовательностью для восстановления инверсии (IR), последовательностью спинового эхо (SE), последовательность быстрого полевого эхо (FFE) и так далее. Последовательность для получения изображения может быть выполнена с возможностью получения двумерных данных (например, среза), трехмерных данных или набора многочисленных (последовательных) двумерных (M2D) срезов. Последовательность получения изображения может также использовать режим быстрого сбора данных, например, планарное получение эхо-изображения (EPI), турбополучение изображения спинового эхо (TSE), турбополучение изображения полевого эхо (TFE), получение градиентного и эхо-изображения (GRASE), и различных их комбинаций (например, TFEEPI) и так далее. На этапе 50 модуль 30 затем выбирает уравнение количественного определения сигнала, пригодное для протокола и для типа контраста, для которого должен быть выполнено количественное определение. На этапе 52 выбранное уравнение количественного определения сигнала применяется для типа ткани и значений параметров, чтобы сформировать количественную оценку 54 сигнала контрастности для контрастности, для которой должно быть выполнено количественное определение.
Сигнальное уравнение описывает интенсивность MR-сигнала как функцию параметров протокола (таких как эхо-время TE, период повторения TR, угол поворота спинов FA и т.д.) и известных параметров контрастности, отражающих свойства ткани (таких как коэффициенты Т1 релаксации T1 и T2 релаксации). Как уже было замечено, уравнение количественной оценки сигнала соответственно содержит частную производную  MR-сигнала, соответствующую ожидаемому времени р релаксации для типа контрастности, для которого определяется количественная оценка (в случае T1-, T2-, или T2*-взвешенной контрастности) или другая характеристика p, создающая контрастность, которая должна количественно оцениваться (например, в случае диффузионной взвешенной контрастности). Некоторые подходящие аналитические выражения сигнального уравнения S(p) для различных последовательностей получения изображения можно найти в литературе, например: van der Meulen et al, MRI; 6:355-368 (1988); Haacke et al. Magnetic Resonance Imaging. Physical principles and sequence design (1999); Busse et al, MRM, 44:339-348 (2000); Bernstein et al. Handbook of MRI Pulse Sequences (2004); и Liang and Lauterbur, Principles of Magnetic Resonance Imaging, A Signal Processing Perspective (2000).
Со ссылкой на фиг. 3 описывается иллюстративный вариант осуществления модуля 40 оценки контрастности для последовательности, используемого интерфейсом 12 пользователя MR-сканера. На этапе 60 пользователь выбирает протокол, имеющий значения параметров по умолчанию (то есть, последовательность получения изображения по умолчанию), разработанный для обеспечения намеченного типа контрастности. На этапе 62 пользователь регулирует одно или более значений параметров, чтобы сформировать протокол с отрегулированными значениями 64 параметров. Этапы 60, 62 выполняются должным образом, используя интерфейс 12 пользователя MR-сканера; однако, некоторые из регулировок значений параметров могут делаться неявно. Например, при технологии получения изображения мультисрезов, имеющей минимизированный TR, регулировка количества срезов косвенно вызывает регулировку TR.
Каждый раз формируется отрегулированный набор значений 64 параметров и запускается модуль 40 оценки контрастности для последовательности. На этапе 70 модуль 40 вычисляет для каждого рассмотренного типа контрастности, количественную оценку сигнала контрастности для последовательности получения изображения, определенной протоколом, и отрегулированных значений 64 параметров протокола. Например, рассмотрим иллюстративный пример, в котором намеченный тип контрастности для последовательности по умолчанию, выбранный на этапе 60, является T2-взвешенной контрастностью. На этапе 70 должным образом вычисляется количественная оценка сигнала контрастности для каждого Т1-взвешивания, Т2-взвешивания и (как вариант) T2*-взвешивания. На этапе 70 вычисляются количественные оценки сигнала контрастности, запуская модуль 30 оценки силы контрастности для каждого рассматриваемого типа контрастности.
1
1
1
2
2
2
Таким образом, результатом этапа 70 является набор количественных оценок сигнала контрастности для набора рассмотренных типов контрастности. Этап 72 затем классифицирует доминирующий тип контрастности, основываясь на количественных оценках сигнала контрастности. Например, иллюстративная система классификации доминирующих типов контрастности для рассмотренных типов контрастности взвешенной контрастности на основе протонной плотности (PDW), T1-взвешенной контрастности (T1W) и T2-взвешенной контрастности (T2W) использует ряд пороговых чисел а<b<c и a<b<c. Количественные оценки сигнала контрастности должным образом представляются как количественная оценка (T1) для T1W и количественная оценка (T2) для T2W, где T1 и T2 - ожидаемые значения времени релаксации T1 и T2, соответственно. (Снова, T1 и T2 являются репрезентативными значениями, например, для серого вещества T1 или белого вещества T1 или средним значением для серого вещества и белого вещества T1). В этом контексте для последовательности спинового эха (SE) могут быть определены следующие классы доминирующих типов контрастности:
Правила классификации доминирующего типа контрастности
1
2
колич.оценка(T1)<aи колич.оценка(T2)<a→PDW
1
2
2
колич.оценка(T1)<a и a<колич.оценка(Т2)<b→Слабая T2W
1
2
2
колич.оценка(T1)<a и b<колич.оценка(T2)<c→T2W
1
2
колич.оценка(T1)<a и колич.оценка(Т2)>c→Сильная T2W
1
1
2
а<колич.оценка(T1)<b и колич.оценка(Т2)<a→Слабая T1W
1
1
2
b<колич.оценка(T1)<c и колич.оценка(Т2)<a→T1W
1
2
колич.оценка(T1)>c и колич.оценка(Т2)<a→Сильная T1W
1
1
2
2
а<колич.оценка(T1)<b и a<колич.оценка(Т2)<b→Слабая T1W/Слабая T2W
1
1
2
2
b<колич.оценка(T1)<c и a<колич.оценка(Т2)<b→T1W/Слабая T2W
1
2
2
колич.оценка(T1)>c и a<колич.оценка(Т2)<b→Сильная T1W/Слабая T2W
1
1
2
2
а<колич.оценка(T1)<b и b<колич.оценка(T2)<c→Слабая T1W/T2W
1
1
2
2
b<колич.оценка(T1)<c и b<колич.оценка(T2)<c→T1W/T2W
1
2
2
колич.оценка(T1)>c и b<колич.оценка(T2)<c→Сильная T1W/T2W
1
1
2
а<колич.оценка(T1)<b и колич.оценка(Т2)>c→Слабая T1W/Сильная T2W
1
1
2
b<колич.оценка(T1)<c и колич.оценка(Т2)>c →T1W/Сильная T2W
1
2
колич.оценка(T1)>c и колич.оценка(Т2)>c →Сильная TlW/Сильная T2W
На практике некоторые классы типов контрастности, перечисленные выше, могут быть недостижимыми для конкретного протокола получения изображения и отображаемой ткани.
1
2
1
2
1
2
1
2
Например, на фиг. 4 показаны классы типов контрастности, достижимые для последовательности спиновых эхо (SE), отображающих серое мозговое вещество. В иллюстративном примере на фиг. 2 метки класса контрастности отображаются как функция времени эха (TE) и периода повторения (TR) в случае серого вещества как эталонной ткани и напряженности поля 1,5 Т. В этом примере, a=a=0,33, b=b=0,67, и c=c=1,33. В этом примере смесь сильной контрастности T1 и сильной контрастности T2 недостижима. В предыдущих примерах взвешивание протонной плотности (PDW) получается, когда как контрастность T1W, так и контрастность T2W являются слабыми (то есть, количественная оценка (T1)<a и количественная оценка (T2)<a). Как видно на фиг. 4, PDW имеет место для короткого TE и длинного TR - при этих условиях сигнал магнитного резонанса заметно не затухает из-за релаксации T1 или релаксации T2 и, таким образом, различия во времени релаксации T1 или T2 для различных тканей не обеспечивают контрастность в PDW-изображении. Область, закрашенная серым на нижнем правом участке фиг. 4, соответствует физически нереализуемому условию TE>TR.
Возвращаясь к фиг. 3 и с дополнительной ссылкой на фиг. 5, на этапе 74, выполняемом модулем 40 оценки контрастности для последовательности, формируется соответствующий выходной сигнал, чтобы информировать пользователя о количественных оценках типов контрастности. В некоторых вариантах осуществления этап 74 отображает текстовое представление 80 количественных оценок для соответствующих типов контрастности на устройстве 82 отображения компьютера 14 (смотрите также фиг. 1), реализующего интерфейс 12 пользователя MR-сканера. Абсолютные количественные оценки типов контрастности могут отображаться или, как альтернатива, может отображаться процентное изменение (или другое относительное изменение) количественных оценок контрастности относительно количественных оценок последовательности получения изображения по умолчанию (или относительно другой подходящей точки отсчета количественных отметок). Другая опция заключается в отображении отношения количественных оценок контрастности, например, количественная оценка контрастности Т2/количественная оценка контрастности Т1. В дополнение или вместо текстовых количественных оценок также рассматривается визуальное представление, такое как столбики с длиной, соответствующей количественным оценкам. Как вариант, если доминирующий тип контрастности, выведенный в результате этапа 72 классификации типа контрастности, отличается от намеченного типа контрастности для последовательности по умолчанию, выбранной на этапе 60, то тогда выдается предупреждение или предпринимается какой-то другой тип действий по устранению несоответствия. Как схематически показано на фиг. 5, при одном таком дополнительном предупреждающем подходе на этапе 74 на устройстве 82 отображения отображается текстовое предупреждение 84. Текстовое предупреждение 84 может содержать окраску (например, красный фон и/или красный текст) или анимацию (например, вспышки), чтобы повысить вероятность, что пользователь заметит предупреждение 84. Другие возможные средства устранения несоответствия, применяемые в одиночку или в комбинации с отображением 80 количественных оценок и дополнительным предупреждение 84, должны "отменять" (или отказываться принимать) регулировку параметра протокола, которая изменяет предсказанный тип контрастности относительно намеченного типа контрастности. Подразумевается также вариант обеспечения предупреждения 84 без отображения 80 количественных оценок.
Продолжая ссылку на фиг. 3 и со ссылкой снова на фиг. 1, вариант модуля 40 оценки контрастности для последовательности соответственно используется в классификаторе 42 контрастности для последовательности по умолчанию из библиотеки 16 протоколов. В этом случае вводом в модуль 40 оценки контрастности для последовательности является последовательность по умолчанию, определяемая протоколом и его значениями параметров по умолчанию, и этап 74 заменяется этапом тегирования протокола, на котором тегируют протокол доминирующим классом типа контрастности, выводимым на этапе 72. Вариант модуля 40 оценки контрастности для последовательности также соответственно используется в классификаторе 44 контрастности после сбора данных из PACS 20. В этом случае ввод в модуль 40 оценки контрастности для последовательности является протоколом и значениями параметров протокола, тегированными как относящиеся к изображению, хранящемуся в PACS 20, и этап 74 заменяется этапом тегирования изображения, на котором тегируют изображение с помощью доминирующего класса типов контрастности, выводимого посредством операции 72. На этапах тегирования протокола и тегирования изображения, операция тегирования может выполняться в сочетании с предупреждением, посылаемым пользователю, если первоначальное тегирование типа контрастности протокола или изображения отличается от формируемого посредством этапа 72 классификации.
max
max
max
В дополнение к предшествующим иллюстративным примерам применения, модуль 30 оценки силы контрастности, показанный на фиг. 2, может предоставлять другие применения. Например, модуль 40 оценки контрастности для последовательности обеспечивает предупреждение через интерфейс 12 пользователя, если вручную отрегулированные значения параметров удаляют последовательность из намеченного типа контрастности. Однако, в различных вариантах осуществления обеспечивается более конструктивная помощь. Например, частные производные уравнения количественной оценки, соответствующие различным параметрам набора параметров протокола получения изображения, могут быть оценены (снова используя разностные аппроксимации), чтобы определить, какой параметр больше всего воздействует на контрастность. Например, пусть P означает параметр, обладающий наибольшим влиянием на тип р контрастности, что указывается частной производной , которая больше, чем для любого другого параметра протокола. Тогда направление регулирования значения P является положительным, если , и является отрицательным, если . Величина регулировки значения P может оцениваться по величине частной производной . С помощью этой информации предложенная регулировка параметра может отображаться, основываясь на оцененной частной производной.
Как дополнительный вариант, матрица частных производных для всех параметров P протокола может быть вычислена и эта матрица используется в алгоритме оптимизации, таком как алгоритм Левенберга-Маркварди или способ затухания градиента, чтобы оптимизировать значения набора параметров для максимизации значения score(p) для типа p контрастности.
Как вариант, на оптимизацию может накладываться одно или более ограничений, например, на максимизацию score(p) накладывается ограничение, что score(p) больше, чем количественная оценка для любого другого типа контрастности, и/или ограничение TE<TR и так далее. Таким образом, в этом варианте значения параметров итеративно оптимизируются, чтобы максимизировать тип p контрастности, для которого должна делаться количественная оценка (например, чтобы максимизировать score(p)), где каждая итерация содержит оценку частных производных  уравнения количественной оценки, соответствующего параметрам р набора параметров протокола получения изображения, и регулирование одного или более значений параметра, основываясь на оцененных частных производных. Пользователю затем представляется набор оптимизированных значений параметров.
Хотя описывается подход с оптимизацией, использующий частную производную score(p) для типа p контрастности, могут использоваться и другие подходы, чтобы оптимизировать значения параметра или как-либо иначе обеспечить рекомендации по значению параметра. Например, оптимальные значения параметра, удовлетворяющие определенным условиям по типу контрастности, могут быть найдены другими способами, которые используют только значения количественной оценки (симплексный алгоритм, вероятностные способы и так далее).
Как показано на фиг. 6, описанная здесь классификация типов контрастности была сравнена с маркировками классификации типов контрастности, назначенными различным последовательностям получения изображения экспертами-людьми. На фиг. 6 представлены проекции различных клинических последовательностей для получения изображения посредством спинового эха в пространстве, охваченном score(T1) и score(T2), вычисленными согласно приведенному здесь раскрытию. На фиг. 6 отображаются в общей сложности 1090 протоколов спиновых эха от 25 различных MR-сканеров (13 из них с основным полем 1,5Т и 12 с основным полем 3 T), охватывающих 18 различных частей тела. Каждый протокол был маркирован как T1W (маркировано кружками на фиг. 6), T2W (маркировано знаком "x" на фиг. 6) или PDW (маркировано знаком "+" на фиг. 6) в соответствии с названием протокола, назначенным учреждением. Заметим, что в некоторых случаях эта маркировка может быть неправильной, поскольку оператор мог изменить параметры протокола по умолчанию, не меняя название протокола. Тем не менее, можно видеть, что эти три различных класса контрастности разделяются вычисленными здесь значениями количественной оценки T1 и T2. Можно также видеть, что присутствует некоторое перекрытие, предлагающие установки протокола, приводящие к смешанной контрастности и, возможно, не оптимальные в отношении желаемой контрастности.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Очевидно, что после прочтения и понимания предшествующего подробного описания другие специалисты в данной области техники могут предложить модификации и изменения. Подразумевается, что изобретение считается содержащим все такие модификации и изменения, насколько они попадают в границы объема приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.