根據(jù)MR Dixon數(shù)據(jù)的皮質(zhì)骨分割的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于分割MRDixon圖像數(shù)據(jù)的方法。也公開了與所述方法結(jié)合使 用的處理器和計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明總體而言應(yīng)用于MR成像的領(lǐng)域，并且更具體地可以被用 在分割MRDixon圖像數(shù)據(jù)中的皮質(zhì)骨特征中。本發(fā)明還應(yīng)用于生成衰減圖，以校正在PET 圖像的重建期間的皮質(zhì)骨的衰減。本發(fā)明還應(yīng)用于使用MR-采集的圖像對(duì)輻射治療處置的 規(guī)劃。
【背景技術(shù)】
[0002] 新興的混合成像系統(tǒng)，其中將磁共振（MR)成像與正電子發(fā)射斷層攝影（PET)組 合，近來(lái)已經(jīng)吸引了包括腫瘤學(xué)的各種臨床適應(yīng)癥的興趣。盡管PET提供具有高敏感度的 功能信息，但是MR的優(yōu)異的軟組織對(duì)比給出卓越的解剖定位。然而，在PET成像系統(tǒng)中，需 要生成衰減圖，所述衰減圖描述由正電子湮滅所創(chuàng)建的511keV伽馬光子的衰減。
[0003] 通常，這樣的衰減圖是從計(jì)算機(jī)斷層攝影（CT)圖像生成的，因?yàn)閄-射線輻射衰減 的亨氏單位可以被直接映射到伽馬光子衰減值。經(jīng)常地，CT和PET成像被組合在混合PET/ CT成像系統(tǒng)中，以便生成這樣的衰減圖。然而，CT成像系統(tǒng)與混合PET/MR成像系統(tǒng)的集成 提出了涉及集成、相容性和成本的諸多問題。
[0004] MRDixon序列已被研究用于PET衰減圖的生成。使用Dixon技術(shù)，能夠容易 地將軟組織分離為其水部分和脂肪部分。Martinez-Moe11er,A.等人的文檔"Tissue classificationasapotentialapproachforattenuationcorrectioninwhole-body PET/MRI:evaluationwithPET/CTdata"，JournalofNuclearMedicine50(4) (2009) 520 - 526報(bào)道了利用中度的額外努力，能夠生成具有四個(gè)區(qū)劃（背景、肺組織、肌肉 和結(jié)締含水組織，以及脂肪組織）的衰減圖。然而，諸如椎骨的皮質(zhì)骨組織在標(biāo)準(zhǔn)MR序列 中不可見并且通常在衰減校正（AC)期間被忽略，這尤其針對(duì)被定位于接近骨的轉(zhuǎn)移能夠 導(dǎo)致實(shí)質(zhì)性誤差。
[0005] Berker,Y等人的文檔 "MRI-Basedattenuationcorrectionforhybrid PET/MRIsystems：A4-classtissuesegmentationtechniqueusingacombined ultrashort-ech〇-Time/DixonMRIsequence'，，JournalofNuclearMedicine53(5) (2012)796 - 804報(bào)道了也已經(jīng)成功地將超短回波時(shí)間（UTE)序列與Dixon成像組合，以在 對(duì)頭的AC中包括了骨組織。然而，UTE關(guān)于全身應(yīng)用仍傾于成像偽跡和長(zhǎng)的掃描時(shí)間。
[0006] 圖像處理技術(shù)也已經(jīng)被用于從MR圖像分割椎骨。在Michopoulou,S.等人的文 檔"Atlas-basedsegmentationofdegeneratedlumbarintervertebraldiscsfrom MRimagesofthespine'，，IEEETransactionsonBiomedicalEngineering56(9) (2009) 2225 - 2231中報(bào)道了基于強(qiáng)度的方法。通常，這樣的基于強(qiáng)度的方法將單一MR圖像 用于椎骨檢測(cè)，最常見地為T1或T2加權(quán)MR圖像。
[0007] 然而，用于生成PET衰減圖的以上方法不同地受對(duì)皮質(zhì)骨的差的分割困擾，或者 受由于從UTE、T1或T2加權(quán)圖像采集額外的成像數(shù)據(jù)的需要的增加的采集時(shí)間的缺點(diǎn)困 擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種用于對(duì)MRDixon圖像的改進(jìn)的分割的方法，所述方法允 許對(duì)皮質(zhì)骨的分割。所述方法尤其應(yīng)用于生成在PET成像中使用的衰減圖，并且參考其進(jìn) 行描述；然而應(yīng)認(rèn)識(shí)到，所述方法也應(yīng)用于MR圖像分割的更廣泛的領(lǐng)域。也公開了與所述 方法結(jié)合使用的處理器和計(jì)算機(jī)成像產(chǎn)品。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種用于分割MRDixon圖像數(shù)據(jù)的方法。所述方 法包括以下步驟：接收與感興趣區(qū)域有關(guān)的MRDixon水圖像；接收與感興趣區(qū)域有關(guān)的MR Dixon脂肪圖像；通過以下將具有多個(gè)網(wǎng)格單元的表面網(wǎng)格模型適配到所述感興趣區(qū)域： 針對(duì)所述感興趣區(qū)域中的每個(gè)網(wǎng)格單元：基于所述MRDixon水圖像中的水圖像特征響應(yīng)， 從當(dāng)前網(wǎng)格單元位置和從由所述當(dāng)前網(wǎng)格單元位置位移的多個(gè)位置，選擇水目標(biāo)位置；基 于所述MRDixon脂肪圖像中的脂肪圖像特征響應(yīng)，從當(dāng)前網(wǎng)格單元位置和從由所述當(dāng)前網(wǎng) 格單元位置位移的多個(gè)位置，選擇脂肪目標(biāo)位置；并且基于每個(gè)網(wǎng)格單元的水目標(biāo)位置和 所述每個(gè)網(wǎng)格單元的對(duì)應(yīng)的脂肪目標(biāo)位置兩者，將所述每個(gè)網(wǎng)格單元從其當(dāng)前位置位移到 新位置。
[0010] 通過使用MRDixon數(shù)據(jù)，不需要額外掃描，諸如T1/T2,從而實(shí)現(xiàn)圖像采集時(shí)間的 減少。MRDixon圖像在臨床上是被接受用于解剖定位的，并且此外提供具有本質(zhì)上完美配 準(zhǔn)的額外的對(duì)比。此外，避免了與化學(xué)位移有關(guān)的偽跡。從MRDixon圖像數(shù)據(jù)分割皮質(zhì)骨 的能力改進(jìn)了分割的準(zhǔn)確性，因?yàn)檫@樣的特征由于難以從MR圖像數(shù)據(jù)提取它們而通常被 忽略。此外，所述方法簡(jiǎn)化了PET衰減圖的生成，因?yàn)檫@可以從混合PET/MR成像系統(tǒng)獲得， 而沒有在從分離的CT成像系統(tǒng)轉(zhuǎn)移患者時(shí)器官運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。有利地，對(duì)水和脂肪圖 像兩者的使用改進(jìn)了分割，因?yàn)閳D像與個(gè)體掃描相比提供更多的信息。此外，所述圖像被固 有地配準(zhǔn)。此外，并且避免了與在水與脂肪之間的化學(xué)位移有關(guān)的MR成像偽跡。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于使用分割的MR圖像獲得PET衰減圖的方 法。所述衰減圖考慮皮質(zhì)骨衰減。有利地，獲得了更準(zhǔn)確的PET衰減圖。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于獲得PET衰減圖的方法，其中，將分割的MR圖像與對(duì)所述MRDixon脂肪圖像的分析結(jié)合使用，以區(qū)分皮質(zhì)骨和骨髓。有利地，獲得 了甚至更加準(zhǔn)確的PET衰減圖。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，特定解剖骨類型的吸收的不同衰減系數(shù)特性被分配到由 所述表面網(wǎng)格模型劃界的不同體積。由所述表面網(wǎng)格模型劃界的體積對(duì)應(yīng)于特定解剖骨的 至少部分。通過分配對(duì)應(yīng)于所述特定解剖骨的衰減系數(shù)，生成了更加準(zhǔn)確的PET衰減圖。這 是因?yàn)槔绻桥韫堑拿芏炔⑶乙虼速ゑR光子衰減系數(shù)不同于股骨、椎骨、肋骨、肩胛骨、脛 骨等的密度以及伽馬光子衰減系數(shù)。通過對(duì)MR圖像的改進(jìn)的分割，實(shí)現(xiàn)了分配解剖相關(guān)的 衰減系數(shù)的能力。為了識(shí)別何者衰減系數(shù)要分配到由所述表面網(wǎng)格模型定義的體積，所述 表面網(wǎng)格模型例如可以與參考解剖骨模型進(jìn)行比較，并且由所述表面網(wǎng)格模型定義的體積 可以被映射到空間對(duì)應(yīng)的解剖骨類型。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，PET衰減圖被生成，其中，空間變化的伽馬光子衰減系數(shù) 被分配到由所述表面網(wǎng)格模型劃界的體積；其中，所述伽馬光子衰減系數(shù)的值是根據(jù)針對(duì) 所述體積的模板分布確定的。由于由所述表面網(wǎng)格模型提供的改進(jìn)的分割，特定骨的空間 變化的模板衰減系數(shù)分布特性可以被分配到由所述表面網(wǎng)格模型劃界或定義的區(qū)域中的 一個(gè)或多個(gè)。骨（例如股骨、椎骨、肋骨、肩胛骨、脛骨等）的密度并且因此伽馬光子吸收系 數(shù)沿其長(zhǎng)度及其橫截面變化。因此，通過將特定骨中的伽馬光子吸收系數(shù)的空間變化的模 板分布映射到分割的體積，更加準(zhǔn)確的PET衰減圖被獲得。所述模板分布可以根據(jù)在特定 解剖骨上的伽馬光子衰減測(cè)量結(jié)果來(lái)確定，或者從在這樣的解剖區(qū)域中的伽馬光子衰減的 模型來(lái)確定。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，