ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВЫПОЛНЯЕМЫХ ДЕЙСТВИЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СЕРДЦА НА ОСНОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ПО ОБЗОРНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ ПО ТЕХНОЛОГИИ MDIXON
EFFECTIVE SEQUENCES OF ACCOMPLISHED ACTIONS OF HEART MAGNETIC-RESONANCE IMAGING BASED ON AUTOMATED PLANNING ON REVIEW RESEARCH ACCORDING TO mDIXON TECHNOLOGY

Настоящая заявка относится, в общем, к обработке изображений. Настоящее изобретение находит конкретное применение в связи с последовательностью выполняемых действий магнитно-резонансного (МР) сканирования, в частности, но без ограничения, автоматического планирования стандартных проекций сердца с использованием МР визуализации. Однако следует понимать, что настоящее изобретение находит также применение в других сценариях применения и не обязательно ограничено вышеупомянутым применением.
При диагностической магнитно-резонансной томографии сердца (CMR) радиологи предполагают, что выходные изображения, в частности изображения слоев, должны иметь некоторые ориентации. Упомянутые ориентации обычно измеряют на основе длинной оси левого желудочка. Перед тем как формировать диагностические изображения, следует проанализировать серию изображений, чтобы определить ориентацию длинной оси левого желудочка. Как показано на Фиг. 1, изображения 2, формируемые посредством CMR (CMR-изображения), обычно получают в стандартных проекциях сердца, известных как проекция 4 по короткой оси (SA), двухкамерная (2CH) проекция 6 по длинной оси (LA), трехкамерная (3CH) проекция по LA и четырехкамерная (4CH) проекция 8 по LA. Для визуализации анатомии сердца в данных проекциях требуется двойное наклонное планирование слоев сбора данных. Для получения двойных наклонных плоскостей сканирования коммерчески доступное программное обеспечение для сканирования нуждается в поэтапной процедуре, предусматривающей промежуточные сканы и повторное планирование. Упомянутая поэтапная процедура занимает много времени (пять минут для опытного оператора) и часто требует дополнительного обучения оператора.
Для сокращения длительности исследования CMR и стоимости обучения оператора предложено усовершенствованное планирование проекций сердца. Например, существует программное обеспечение для интерактивного проблемно-ориентированного планирования, которое использует многоплоскостную реконструкцию (MPR) высокоразрешающих объемных обзорных сканов. Кроме того, предложены способы автоматизированного планирования, которые основаны на использующей модели сегментации высокоразрешающих объемных обзорных сканов. Упомянутые решения, предназначенные для уменьшения объема работ по планированию проекций сердца, полагаются на получение объемного обзорного скана, что сопряжено с различными проблемами.
Во-первых, чтобы представлять ценность во время последовательности выполняемых действий визуализации и планирования, объемный обзорный скан должен быть быстро получаемым. С точки зрения клинического применения превышение одной минуты времени сканирования во время обзорного исследования считается недопустимым. Вторая проблема состоит в устранения артефактов движения в рамках визуализации сердца. Следовательно, объемное обзорное исследование требуется выполнять с использованием синхронизации по сокращениям сердца, что, к сожалению, сопряжено со снижением темпа работы, так как данные нельзя собирать непрерывно. Кроме того, длительность получения скана должна быть короче, чем период одного вдоха, чтобы исключить артефакты вследствие респираторного движения. Респираторное стробирование в качестве метода исключения респираторного движения нежелательно, так как оно требует дополнительного скана для планирования респираторного навигатора, что вносит дополнительное снижение темпа работы вследствие недостатков навигатора.
Дополнительными проблемами являются неоднородности B0 и B1. Без мер противодействия, наиболее распространенный протокол для объемной визуализации методом CMR, уравновешенная свободная прецессия в установившемся состоянии (SSFP), создает зоны отсутствия сигнала, которые затрудняют автоматизированную постобработку для планирования геометрий визуализации. Обычное решение данной проблемы состоит в установке шиммирующей клетки, которую можно точно расположить только на основе предыдущего скана, что снова занимает дополнительное время.
В дополнение к проблемам в части сбора данных автоматизированного планирования, обработка изображений для планирования проекций сердца также является нетривиальной задачей. Планирование проекций сердца основано на сегментации сердца, которая обычно выполняется с использованием способов сегментации на основе моделей. Различные методы, которые использовали в прошлом, не удовлетворяют требованиям к рабочим характеристикам современных стандартов на современное компьютерное аппаратное обеспечение. Следовательно, несовершенства методов сбора и обработки объемных обзорных сканов отрицательно сказываются на последовательности выполняемых действий сканера.
Настоящая заявка обеспечивает новые и усовершенствованные способы и системы, которые решают вышеупомянутые и другие проблемы.
В соответствии с одним аспектом предлагается система для планирования проекций сердца. Система содержит по меньшей мере один процессор, запрограммированный с возможностью приема одного или более изображений, включающих в себя исследуемый объект (объект интереса), полученных с использованием протокола mDIXON, определения положения и ориентации исследуемого объекта по одному или более изображениям, согласования модели исследуемого объекта с положением и ориентацией исследуемого объекта, формирования одной или более проекций исследуемого объекта на основании согласования исследуемого объекта и отображения одной или более проекций исследуемого объекта на устройстве отображения.
В соответствии с другим аспектом предлагается способ планирования проекций сердца. Способ включает в себя этап приема одного или более изображений, включающих в себя исследуемый объект, полученных с использованием протокола mDIXON, этап определения положения и ориентации исследуемого объекта по одному или более изображениям, этап согласования модели исследуемого объекта с положением и ориентацией исследуемого объекта, этап формирования одной или более проекций исследуемого объекта на основании согласования исследуемого объекта и этап отображения одной или более проекций исследуемого объекта на устройстве отображения.
В соответствии с другим аспектом предлагается система планирования проекций сердца. Система включает в себя устройство планирования, которое включает в себя по меньшей мере один процессор, запрограммированный с возможностью: приема одного или более изображений из устройства визуализации, полученных с использованием протокола mDIXON, определения положения и ориентации исследуемого объекта по одному или более изображениям, этап преобразования модели исследуемого объекта таким образом, что она согласуется с исследуемым объектом, с помощью обобщенного преобразования Хафа, и формирования одной или более проекций исследуемого объекта на основании согласования исследуемого объекта. Устройство отображает одну или более проекций исследуемого объекта.
Одно преимущество состоит в автоматизированном планировании стандартных проекций сердца для визуализации методом CMR.
Другое преимущество состоит в оперативном планировании стандартных проекций сердца для визуализации методом CMR.
Другое преимущество состоит в планировании проекций сердца на основании единственного скана с задержкой дыхания.
Другое преимущество состоит в повышенной производительности обслуживания пациентов.
Дополнительные преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники после прочтения и изучения нижеследующего подробного описания.
Изобретение может быть в форме различных компонентов и расположения компонентов и различных этапов и расположений этапов.
Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не подлежат истолкованию как ограничивающие изобретение.
Фиг. 1 - изображения стандартных проекций сердца в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг. 2 - блок-схема системы для последовательностей выполняемых действий магнитно-резонансного сканирования сердца в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг. 3 - примерные магнитно-резонансные изображения сердца в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг. 4 - другие примерные магнитно-резонансные изображения сердца в соответствии с настоящей заявкой.
Фиг. 5 - блок-схема последовательности операций способа планирования стандартной проекции сердца в соответствии с настоящей заявкой.
Планировании проекций сердца является обычно сложной и времязатратной процедурой. Автоматизация процедуры требует объемного скана, который, как оказалось, трудно получить с использованием существующих протоколов в рамках ограничений клинической практики. Настоящая заявка уменьшает объем работ по планированию проекций сердца благодаря использованию протокола mDlXON для получения объемного обзорного скана, который обрабатывается с использованием высокоскоростной и специализированной обработки изображений. В частности, объемный обзорный скан получают с использованием протокола mDlXON с синхронизации по сокращениям сердца. Данный скан анализируют с использованием в высшей степени оптимизированного обобщенного преобразования Хафа (GHT), чтобы идентифицировать глобальное положение и ориентацию сердца. На основе результата преобразования GHT планируют проекции сердца. Таким образом, настоящая последовательность выполняемых действий допускает планирование проекций сердца на основании одного скана с задержкой дыхания и минимальной обработки изображений.
Как показано на Фиг. 2, система 10 терапии обеспечивает автоматическое планирование стандартных проекций сердца с использованием последовательности сканирования по протоколу mDIXON. В последовательности двухточечного сканирования по технологии mDlXON последовательности сканирования включают в себя два времени эхо, и в последовательности трехточечного сканирования по протоколу mDIXON последовательность сканирования включает в себя три времени эхо. По упомянутым разным эхо система 10 терапии формирует изображения, включающие в себя локальные полутоновые переходы или изменения величины градиента полутонов, которые используются для идентификации сердца, определения глобального положения сердца и ориентации сердца. Затем система 10 терапии использует преобразование GHT для преобразования явной модели сердца таким образом, чтобы она наилучшим образом соответствовала вокселям контуров сердца из сформированных изображений. Затем упомянутая модель применяется для вычисления соответствующих контуров и углов сердца и формирования стандартных проекций сердца.
Система 10 терапии включает в себя одно или более средств 12 визуализации для получения изображений объектов интереса (OOI), например левого желудочка, внутри пациентов. Средства 12 визуализации соответственно включают в себя что-то одно или более из магнитно-резонансного (МР) сканера, c магнитно-резонансного сканера сердца (CMR-сканера) и т.п. Система 10 терапии собирает исходный набор объемных данных в виде пакета слоев изображения с использованием последовательности сканирования по протоколу mDixon с синхронизацией по сокращениям сердца. Изображения 18, полученные из средств 12 визуализации, сохраняются в одном или более запоминающих устройств 14 для изображений.
В последовательности сканирования по протоколу mDIXON система 10 терапии формирует набор изображений 18, включающих в себя изображение 24 воды и изображение 26 жира, как показано на Фиг. 3. Система 10 терапии использует изображения 18 из протокола mDIXON, чтобы автоматически планировать проекции сердца. Например, изображение 26 жира используется для определения глобального положения сердца 32. В частности, изображения как жира 26, так и воды 24 являются светлыми в зоне легких 34, в которой находится воздух, а не вода или жировая ткань. В зоне легких 34 легко получить проекции положения сердца 32. Изображение 24 воды используется с помощью или без помощи изображения 26 жира, чтобы идентифицировать сердце 32 и его ориентацию для изображений сердца.
Протокол mDIXON с синхронизацией по сокращениям сердца является настолько менее чувствительным к неоднородностям B0 и B1, что отсутствует потребность в установке шиммирующих клеток. Протокол используется также при параллельной визуализации для обеспечения сбора данных в пределах задержки одного дыхания. Кроме того, сбор данных по протоколу mDIXON формирует отдельные изображения для содержания воды и жира в теле. В одном варианте осуществления сбор данных по протоколу mDIXON является неселективным сбором данных с синхронизацией по сокращениям сердца, охватывающим 700-мм поле обзора, при задержке одного дыхания. В одном предпочтительном варианте осуществления сканирование ускоряется с использованием SENSE-фактора 4 в направлении вправо-влево и SENSE-фактора 2 в переднезаднем направлении. Сканирование дополнительно включает в себя время повторения TR=2,1 мс, первое время эхо TE1=0,63 мс, второе время эхо TE2=1,4 мс и длительность 180 мс сканирования одного кадра при 60 сокращениях сердца в минуту. Следует также понимать, что предполагаются также другие последовательности выполняемых действий получения изображений.
Устройство 16 планирования принимает изображения 18, например изображение воды 24 и жира 26 объекта интереса (OOI), например левого желудочка, как показано на Фиг. 3. Принятые изображения 18 могут, например, быть МР-изображением с динамическим контрастированием, CMR-изображением и т.п. Обычно изображения 18 принимаются из средств 12 визуализации и/или запоминающих устройств 14 для изображений. Например, изображение 18 может приниматься из средств 12 визуализации через запоминающие устройства 14 для изображений. Однако предполагаются другие источники изображения 18. Кроме того, изображение 18 обычно принимается из магнитно-резонансных средств. Посредством планирующего приложения 22 устройства 16 планирования устройство 16 планирования автоматически планирует стандартные проекции сердца принятых изображений 18. В частности, локальные полутоновые переходы или изменения величины градиента полутонов изображений 18 используются для идентификации контуров сердца и между стенками камер сердца и крови. Локальные переходы обеспечивают сегментацию, которая уточняется с помощью немаксимального подавления. Например, обобщенное преобразование Хафа (GHT) применяется для преобразования явной модели сердца таким образом, чтобы она наилучшим образом соответствовала выделенным вокселям контуров. Затем данная модель применяется для вычисления соответствующих контуров и углов для стандартных проекций сердца, которые отображаются на устройстве 16 планирования.
Когда выполняется планирующее приложение 22, то его пользовательский интерфейс отображается на устройстве 30 отображения устройства 16 планирования. Пользовательский интерфейс соответственно дает возможность соответствующему пользователю просматривать принятые изображения 18. Кроме того, пользовательский интерфейс позволяет соответствующему пользователю выбирать объект интереса (OOI) на принятом изображении 18 с использованием устройства 28 пользовательского ввода устройства 16 планирования. Устройство 16 планирования использует изображения объекта интереса (OOI), чтобы автоматически планировать стандартные проекции сердца, и отображает проекции сердца на устройстве 30 отображения. В некоторых вариантах осуществления пользовательский интерфейс дополнительно позволяет соответствующему пользователю задавать параметры для планирования с использованием устройства 28 пользовательского ввода.
Для достижения упомянутой цели устройство 16 планирования обрабатывает изображения воды и жира, чтобы получить местоположение объекта интереса (OOI) внутри пациента. В частности, изображение жира используется для определения глобального положения сердца. Изображение воды используется с помощью или без помощи изображения жира, чтобы идентифицировать сердце и его ориентацию. Как показано на Фиг. 4, устройство 16 планирования сегментирует и сравнивает с порогом изображение 36 воды и изображение 38 жира. Сегментированные и подвергнутые пороговой обработке изображения воды и жира объединяются в комбинированное изображение 40 и обрабатываются для получения местоположения легких 42. После того как местоположение легких установлено, устройство 16 планирования использует взаимосвязь между изображением 36 воды и изображением 38 жира, чтобы определить положение и ориентацию сердца. В частности, при установленном местоположении легких дифференцирующие гауссовы фильтры извлекают величины градиентов и частные производные из сегментации жира и воды. Автоматизированное сравнение с порогом и немаксимальное подавление позволяют выделять воксели контуров сердца, подлежащие использованию во время согласования шаблона или модели. На Фиг. 4 изображен пример слоя 44 величины градиентов, вычисленных внутри объекта интереса (OOI). Слой сегментирован с использованием автоматического сравнения с порогом 46 и немаксимального подавления 48. Согласование шаблона или модели преобразует явную модель сердца таким образом, что модель наилучшим образом согласуется с выделенными вокселями контуров. Например, преобразование GHT (Хафа) согласует модель сердца для согласования выделенных вокселей контуров. Преобразование GHT является сверткой модели, описываемой относительным положением и нормалями поверхностей, с положением и направлениями градиентов в вокселях контуров. Когда нормали к поверхности выровнены с направлениями градиентов, это предлагает подходящее положение посредством добавления относительного положения модели к положению вокселей. Окончательное местоположение модели определяется плотным кластером в подходящем пространстве (известном как пространство Хафа). Полученное положение модели используется для планирования проекций сердца подобным Фиг. 1. Затем планируемые проекции сердца отображаются на устройстве 30 отображения устройства 16 планирования, включая, по меньшей мере, проекцию по короткой оси (SA), двухкамерную проекцию по длинной оси (LA), трехкамерную (3CH) проекцию по LA и четырехкамерную (4CH) проекцию по LA.
Реализации дополнительных клинических последовательностей выполняемых действий осуществляются посредством изменений временной диаграммы инъекций и применения средств. В частности, последовательность выполняемых действий допускает применение средства для сердечного стресса с длительным периодом полувыведения перед тем, как пациент поступает в кабинет сканирования. Кроме того, контрастные средства, селективно поглощаемые сердцем, могут занять десять минут до того, как они оптимально представят рубцовую ткань. Упомянутые два средства можно применять перед тем, как пациент поступает в кабинет сканирования. При применении средств перед поступлением в кабинет сканирования не требуется МР-совместимого оборудования для введения средств.
Устройство 16 планирования включает в себя по меньшей мере один процессор 50, выполняющий машиноисполняемые команды в по меньшей мере одном запоминающем устройстве 52 процессора. Машиноисполняемые команды выполняют функции устройства 16 планирования и включают в себя планирующее приложение 22. В одном варианте осуществления процессор запрограммирован с возможностью выполнения этапов, описанных в связи с Фиг. 6. Кроме того, устройство 16 планирования может включать в себя блок 54 связи и/или по меньшей мере одну системную шину 56. Блок 54 связи снабжает процессор 58 интерфейсом сопряжения с по меньшей мере одной сетью связи. Блок 54 связи можно, например, использовать для связи со средствами 12 визуализации и/или запоминающими устройствами 14 для изображений. Системная шина 56 допускает обмен данными между устройством 30 отображения, устройством 28 пользовательского ввода, процессором 58, запоминающим устройством 52 и блоком 54 связи.
Для планирования проекций объекта 20 интереса (OOI) в принятом изображении 18 планирующее приложение 22 использует способ 60, представленный на Фиг. 6. На этапе 62 принимают одно или более изображений, например изображения воды или жира, содержащие объект интереса, например сердце, полученные с использованием протокола mDIXON. Положение и ориентация объекта интереса определяют по одному или более изображениям на этапе 64. На этапе 66 идентифицируют контуры объекта интереса посредством обнаружения переходов величины градиентов в принятых одном или более изображениях. Модель объекта интереса согласуют с положением и ориентацией объекта интереса на этапе 68. На этапе 70 модель объекта интереса преобразуют так, чтобы она согласовалась с контурами объекта интереса, с помощью преобразования Хафа. Одну или более проекций сердца, например проекцию по короткой оси, двухкамерную (2CH) проекцию по длинной оси (LA), трехкамерную (3CH) проекцию по LA и четырехкамерную проекцию по LA, формируют на основании согласования объекта интереса на этапе 72. На этапе 74 одно или более проекций сердца отображают на устройстве отображения.
В контексте настоящей заявки запоминающее устройство включает в себя что-то одно или более из постоянного машиночитаемого носителя; магнитного диска или другого магнитного носителя данных; оптического диска или другого оптического носителя данных; запоминающего устройства с произвольным доступом (RAM), постоянного запоминающего устройства (ROM) или другого электронного запоминающего устройства, или микросхемы, или набора связанных микросхем; сервера сети Интернет/Интранет, из которого могут вызываться хранимые команды по сети Интернет/Интранет или локальной сети: и т.д. Кроме того, в контексте настоящей заявки, процессор включает в себя что-то одно или более из микропроцессора, микроконтроллера, блока графической обработки (GPU), специализированной интегральной схемы (ASIC), матрицы логических элементов с эксплуатационным программированием (FPGA) и т.п.; устройство пользовательского ввода включает в себя что-то одно из мыши, клавиатуры, дисплея с сенсорным экраном, одной или более кнопок, одного или более переключателей, одного или более выключателей и т.п.; база данных включает в себя одно или более запоминающих устройств; и устройство отображения включает в себя что-то одно или более из жидкокристаллического (ЖК-) дисплея, дисплея на светодиодах (СД), плазменного дисплея, проекционного дисплея, дисплея с сенсорным экраном и т.п.
Изобретение описано выше на примере предпочтительных вариантов осуществления. Другими специалистами после прочтения и изучения вышеприведенного подробного описания могут быть созданы модификации и изменения. Предполагается, что изобретение следует интерпретировать как включающее в себя все упомянутые модификации и изменения в той степени, в которой они находятся в пределах объема охраны прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.