專利名稱：用于分析和可視化能譜ct數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例涉及診斷成像，更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于分析和可視化能譜計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通常，在CT成像系統(tǒng)中，χ射線源將扇形束發(fā)射到受檢者或?qū)ο蟆⑷缁颊呋蛐欣罴?。下文中，術(shù)語(yǔ)“受檢者”和“對(duì)象”將包括能夠被成像的任何物體。射束經(jīng)受檢者衰減之后照射到輻射檢測(cè)器陣列上。在檢測(cè)器陣列所接收的衰減射束輻射的強(qiáng)度通常取決于受檢者對(duì)X射線的衰減。檢測(cè)器陣列的各檢測(cè)器元件產(chǎn)生指示各檢測(cè)器元件所接收的衰減射束的獨(dú)立電信號(hào)。電信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以供分析它最終產(chǎn)生圖像。一般來(lái)說(shuō)，χ射線源和檢測(cè)器組件圍繞成像平面中的機(jī)架以及圍繞受檢者旋轉(zhuǎn)。X 射線源通常包括X射線管，它們?cè)诮裹c(diǎn)處發(fā)射X射線束。檢測(cè)器組件通常由多個(gè)檢測(cè)器模塊構(gòu)成。經(jīng)過(guò)一系列機(jī)架角度來(lái)收集表示在檢測(cè)器元件的每個(gè)所接收的X射線束的強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)最終經(jīng)過(guò)處理以便形成圖像。常規(guī)CT系統(tǒng)發(fā)射具有多色譜的χ射線。受檢者中各材料的χ射線衰減取決于所發(fā)射X射線的能量。如果CT投射數(shù)據(jù)在多個(gè)χ射線能量水平或能譜(spectra)來(lái)采集，則數(shù)據(jù)包含常規(guī)CT圖像中沒有包含的有關(guān)被成像受檢者或?qū)ο蟮母郊有畔?。例如，能譜CT 數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)生具有相當(dāng)于所選單色能量的χ射線衰減系數(shù)的新圖像。這種單色圖像包括圖像數(shù)據(jù)，其中分配體素的強(qiáng)度值，如同通過(guò)采用單色χ射線束從受檢者收集投射數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建CT圖像一樣。能量敏感掃描的一個(gè)主要目標(biāo)是獲得診斷CT圖像，它們通過(guò)利用在不同彩色能量狀態(tài)的兩個(gè)或更多掃描來(lái)增強(qiáng)圖像中的信息(對(duì)比度分離、材料特異性等等)。已經(jīng)提出多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量敏感掃描，其中包括采集兩個(gè)或更多掃描，它們采用以下兩種形式的任一種(1)時(shí)間上緊接著的，其中掃描要求機(jī)架圍繞受檢者多次旋轉(zhuǎn)，或者(2)作為旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)進(jìn)行交織，其要求一個(gè)旋轉(zhuǎn)圍繞受檢者，其中管子工作在例如SOkVp和140kVp電位。高頻發(fā)生器使得能夠在交替視圖上切換高頻電磁能量投射源的kVp電位。因此， 兩個(gè)或更多能量敏感掃描的數(shù)據(jù)可通過(guò)時(shí)間交織方式來(lái)獲得，而不是如先前CT技術(shù)通常發(fā)生的間隔數(shù)秒進(jìn)行的兩個(gè)單獨(dú)掃描的方式。還可配準(zhǔn)交織的投射數(shù)據(jù)，使得相同路徑長(zhǎng)度在各能量水平使用例如某種形式的內(nèi)插來(lái)定義。能譜CT數(shù)據(jù)便于更好地區(qū)別組織，使得更易于區(qū)分例如包含鈣和碘的組織等材料。但是，組織行為變化取決于多個(gè)變量，例如患者厚度、對(duì)比劑濃度和注入速率、成像的定時(shí)和組織病理。因此，從能譜CT成像可得的數(shù)據(jù)的范圍和復(fù)雜度使數(shù)據(jù)很難令臨床醫(yī)生易于理解、解釋、區(qū)別以及進(jìn)行明確判定。雖然已知系統(tǒng)和方法可用于創(chuàng)建和顯示單色圖像， 但是已知系統(tǒng)和方法只顯示使用能譜CT數(shù)據(jù)所創(chuàng)建的圖像，而缺乏關(guān)于用戶交互和分析。此外，根據(jù)圖像的觀察進(jìn)行診斷是很專業(yè)的工作，并且通常由受過(guò)高級(jí)培訓(xùn)的醫(yī)療圖像專家來(lái)執(zhí)行。但是，甚至這類專家對(duì)于疾病的嚴(yán)重程度也只能進(jìn)行主觀判斷。由于這種固有的主觀性，診斷傾向于不一致并且非標(biāo)準(zhǔn)化。相應(yīng)地，為了按照臨床相關(guān)方式來(lái)使用數(shù)據(jù)，需要一種方法學(xué)，盡管存在能譜CT 數(shù)據(jù)中固有的上述不可避免并且不可控變量，但其仍能以一致方式來(lái)比較患者的能譜CT 數(shù)據(jù)。因此，希望設(shè)計(jì)一種分析和可視化能譜CT數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，它克服和上述缺
點(diǎn)O

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)其上存儲(chǔ)了包含指令的計(jì)算機(jī)程序，指令在由計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)使計(jì)算機(jī)訪問(wèn)從患者所采集的圖像數(shù)據(jù)集合，圖像數(shù)據(jù)集合包括能譜計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)數(shù)據(jù)。指令還使計(jì)算機(jī)從圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別多個(gè)感興趣目標(biāo)區(qū)(TROI)，從圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別感興趣參考區(qū)域(RROI)以及從表示多個(gè)TROI的圖像數(shù)據(jù)中提取多個(gè)目標(biāo)能譜Hoimsfield Unit(HU)曲線。此外，指令使計(jì)算機(jī)從表示 RROI的圖像數(shù)據(jù)中提取參考能譜HU曲線，相對(duì)于參考能譜HU曲線對(duì)多個(gè)目標(biāo)能譜HU曲線進(jìn)行規(guī)格化，以及顯示多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)能譜HU曲線。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種方法包括訪問(wèn)包含從患者所采集的能譜CT數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)集，從圖像數(shù)據(jù)集創(chuàng)建多個(gè)TR0I，以及從圖像數(shù)據(jù)集中提取目標(biāo)數(shù)據(jù)集，目標(biāo)數(shù)據(jù)集包含與TROI對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。該方法還包括從目標(biāo)數(shù)據(jù)集來(lái)計(jì)算多個(gè)目標(biāo)能譜曲線，各目標(biāo)能譜曲線表示相應(yīng)TROI的χ射線衰減；從圖像數(shù)據(jù)集來(lái)創(chuàng)建RROI ；以及從圖像數(shù)據(jù)集中提取參考數(shù)據(jù)集，參考數(shù)據(jù)集包含與RROI對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。此外，該方法包括從參考數(shù)據(jù)集來(lái)計(jì)算參考能譜曲線，相對(duì)參考能譜曲線對(duì)多個(gè)目標(biāo)能譜曲線進(jìn)行規(guī)格化，以及輸出多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)能譜曲線的可視化。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于分析圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)，其上存儲(chǔ)了從患者所采集的包含能譜CT數(shù)據(jù)的患者圖像數(shù)據(jù)集。該系統(tǒng)還包括處理器，它編程為訪問(wèn)圖像數(shù)據(jù)集，從患者圖像數(shù)據(jù)集中識(shí)別多個(gè)TR0I，以及從患者圖像數(shù)據(jù)集中識(shí)別至少一個(gè)RR0I。處理器還編程為從患者圖像數(shù)據(jù)集中提取多個(gè)TROI和RROI的能譜CT數(shù)據(jù)，從所提取能譜CT數(shù)據(jù)生成多個(gè)TROI的多個(gè)目標(biāo)曲線，以及從所提取能譜CT數(shù)據(jù)生成至少一個(gè) RROI的至少一個(gè)參考曲線。此外，處理器編程為采用該至少一個(gè)參考曲線對(duì)多個(gè)目標(biāo)曲線進(jìn)行規(guī)格化，并且輸出多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)曲線。該系統(tǒng)還包括圖形用戶界面(GUI)，它配置成向用戶顯示多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)曲線。通過(guò)以下詳細(xì)描述和附圖，使其它各種特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。


附圖示出當(dāng)前考慮用于執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖包括圖1是CT成像系統(tǒng)的示圖。圖2是圖1所示系統(tǒng)的示意框圖。圖3是CT系統(tǒng)檢測(cè)器陣列的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖4是檢測(cè)器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、用于能譜CT數(shù)據(jù)的可視化和分析的技術(shù)的流程圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多個(gè)感興趣區(qū)域的示范原始能譜CT數(shù)據(jù)的繪圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、相對(duì)于感興趣參考區(qū)域進(jìn)行規(guī)格化的圖6的能譜CT數(shù)據(jù)的繪圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、從圖7的規(guī)格化能譜CT數(shù)據(jù)所提取的示范度量的繪圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、一組具有重疊區(qū)域的示范度量的繪圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、包括多個(gè)感興趣區(qū)域的偏差的可視表示的示范用戶界面。圖11是與無(wú)創(chuàng)包裹檢查系統(tǒng)配合使用的CT系統(tǒng)的圖示。
具體實(shí)施例方式針對(duì)64層片計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)系統(tǒng)來(lái)描述本發(fā)明的操作環(huán)境。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明同樣可適合與其它多層片配置配合使用。此外，針對(duì)X射線的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換來(lái)描述本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會(huì)理解，本發(fā)明同樣可適用于其它高頻電磁能量的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換。針對(duì)“第三代”CT掃描儀來(lái)描述本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣可適用于其它CT系統(tǒng)。另外，例如，本發(fā)明的某些實(shí)施例提供用于分析多能量數(shù)據(jù)、如雙能量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)指令。例如，某些多能量數(shù)據(jù)可用于能譜成像系統(tǒng)、如光子讀數(shù)系統(tǒng) (photon counting system)中。作為一種類型的多能量數(shù)據(jù)的雙能量數(shù)據(jù)可體現(xiàn)在單色圖像、材料密度圖像和/或有效Z圖像中。雖然本文所述的許多實(shí)施例結(jié)合雙能量數(shù)據(jù)來(lái)論述，但是實(shí)施例并不局限于雙能量數(shù)據(jù)，而是可與其它類型的多能量數(shù)據(jù)結(jié)合使用，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解的。另外，雖然本文所述的許多實(shí)施例描述可在圖像中選擇的感興趣區(qū)域，但是感興趣體積也可在圖像中選擇，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解的。參照?qǐng)D1，CT成像系統(tǒng)10示為包括代表“第三代”CT掃描儀的機(jī)架12。機(jī)架12具有X射線源14，它將X射線束投射到機(jī)架12的對(duì)側(cè)的檢測(cè)器組件或準(zhǔn)直儀16?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，檢測(cè)器組件16由多個(gè)檢測(cè)器18和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAQ 20來(lái)形成。多個(gè)檢測(cè)器18感測(cè)經(jīng)過(guò)治療患者M(jìn)的投射χ射線22，并且DAS 20將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供后續(xù)處理。各檢測(cè)器18產(chǎn)生模擬電信號(hào)，它表示照射χ射線束強(qiáng)度并且因而表示經(jīng)過(guò)患者M(jìn)時(shí)的衰減射束。在采集χ射線投射數(shù)據(jù)的掃描期間，機(jī)架12和安裝在其上的部件繞旋轉(zhuǎn)中心沈旋轉(zhuǎn)。機(jī)架12的旋轉(zhuǎn)和χ射線源14的操作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)28來(lái)管理。控制機(jī)構(gòu)觀包括x射線控制器30，它向χ射線源14提供功率和定時(shí)信號(hào)；以及機(jī)架馬達(dá)控制器32，它控制機(jī)架12的轉(zhuǎn)速和位置。圖像重構(gòu)器34從DAS 20接收取樣和數(shù)字化的χ射線數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行高速重構(gòu)。重構(gòu)圖像作為輸入施加到計(jì)算機(jī)36，計(jì)算機(jī)36將圖像存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ)裝置38中。
計(jì)算機(jī)36還經(jīng)由控制臺(tái)40接收來(lái)自操作員的命令和掃描參數(shù)，控制臺(tái)40具有例如鍵盤、鼠標(biāo)、語(yǔ)音激活控制器或者任何其它適當(dāng)輸入設(shè)備等的某種形式的操作員接口。關(guān)聯(lián)顯示器42允許操作員觀看來(lái)自計(jì)算機(jī)36的重構(gòu)圖像和其它數(shù)據(jù)。操作員提供的命令和參數(shù)由計(jì)算機(jī)36使用以用于向DAS 20,χ射線控制器30和機(jī)架馬達(dá)控制器32提供控制信號(hào)和信息。另外，計(jì)算機(jī)36操作臺(tái)架馬達(dá)控制器44，臺(tái)架馬達(dá)控制器44控制電動(dòng)臺(tái)架46 以便定位患者M(jìn)和機(jī)架12。具體來(lái)說(shuō)，臺(tái)架46移動(dòng)患者M(jìn)使其整體或部分通過(guò)圖1的機(jī)架開口 48。如圖3所示，檢測(cè)器組件16包括軌道50，它們之間設(shè)置了準(zhǔn)直片或板52。板52定位成在χ射線22照射到例如定位在檢測(cè)器組件16上的圖4的檢測(cè)器18之前對(duì)這類射束進(jìn)行準(zhǔn)直。在一個(gè)實(shí)施例中檢測(cè)器組件16包括57個(gè)檢測(cè)器18，各檢測(cè)器18具有66X22 像素元件討的陣列大小。因此，檢測(cè)器組件16具有64行和912列(22X57個(gè)檢測(cè)器)，它允許隨機(jī)架12的每次旋轉(zhuǎn)收集64個(gè)同時(shí)的層片的數(shù)據(jù)。參照?qǐng)D4，檢測(cè)器18包括DAS 20，其中各檢測(cè)器18包括排列在封裝件(pack) 56中的多個(gè)檢測(cè)器元件M。檢測(cè)器18包括相對(duì)檢測(cè)器元件M定位在封裝件56中的引腳58。 封裝件56定位在具有多個(gè)二極管62的背光二極管陣列60上。背光二極管陣列60又定位在多層襯底64上。隔離片66定位在多層襯底64上。檢測(cè)器元件M光耦合到背光二極管陣列60，并且背光二極管陣列60又電耦合到多層襯底64。柔性電路68附連到多層襯底64 的表面70以及附連至DAS20。檢測(cè)器18通過(guò)使用引腳58定位在檢測(cè)器組件16中。在一個(gè)實(shí)施例的操作中，照射在檢測(cè)器元件M中的χ射線生成光子，它們穿過(guò)封裝件56，由此生成在背光二極管陣列60中的二極管上檢測(cè)的模擬信號(hào)。所生成的模擬信號(hào)被載送通過(guò)多層襯底64、通過(guò)柔性電路68送至DAS 20，其中將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。現(xiàn)在參照?qǐng)D5，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出一種用于分析和可視化能譜CT數(shù)據(jù)的技術(shù)。雖然本文所述的一些實(shí)施例針對(duì)肝損傷分析，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于知道，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，技術(shù)72可適用于一系列組織、例如存在于腦、腎、肝等中的組織的能譜CT數(shù)據(jù)的分析。技術(shù)72在步驟74開始，以訪問(wèn)從患者所采集的能譜CT數(shù)據(jù)集。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，能譜CT數(shù)據(jù)集可從存儲(chǔ)位置或者從現(xiàn)場(chǎng)或?qū)崟r(shí)掃描來(lái)訪問(wèn)。另外，能譜CT數(shù)據(jù)集可包括在患者的單次掃描期間或者在一系列患者掃描期間采集的圖像數(shù)據(jù)。在步驟76，從能譜 CT數(shù)據(jù)集中選擇一個(gè)或多個(gè)感興趣目標(biāo)區(qū)(TR0I)。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，每個(gè)TROI可使用例如 ROI 選擇、配準(zhǔn)(registration)、分割(segmentation)、輪廓化(contouring)等可用的圖像操縱工具的任何組合來(lái)人工、半自動(dòng)或自動(dòng)選擇。例如，臨床醫(yī)生可使用操作員控制臺(tái) (例如圖2的操作員控制臺(tái)40)上的輸入裝置，通過(guò)圍繞顯示器(例如圖2的顯示器42)上的患者圖像中的TROI繪制輪廓，來(lái)選擇TR0I。作為另一個(gè)示例，TROI可使用自動(dòng)或半自動(dòng)算法來(lái)識(shí)別。在示范肝損傷實(shí)施例中，TROI可對(duì)應(yīng)于包括可疑囊腫和轉(zhuǎn)移瘤的區(qū)域。在步驟78，從關(guān)聯(lián)每個(gè)TROI的能譜CT數(shù)據(jù)集中提取能譜Hounsf ield Unit (HU) 曲線。通過(guò)計(jì)算對(duì)于每個(gè)TROI的在多個(gè)離散keV水平的HU數(shù)據(jù)，來(lái)提取HU曲線。各種方法可用于計(jì)算在各keV水平的HU數(shù)據(jù)。例如，在各keV水平的HU數(shù)據(jù)可作為相應(yīng)TROI中的平均強(qiáng)度來(lái)計(jì)算。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)知道，許多備選方法可用于計(jì)算HU數(shù)據(jù)。在步驟80，從能譜CT數(shù)據(jù)集中選擇一個(gè)或多個(gè)感興趣參考區(qū)域(RROI)。RROI用于對(duì)觀察中的TROI進(jìn)行規(guī)格化，下面詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，RROI選擇成表示健康組織。如同TROI那樣，RROI可人工、半自動(dòng)、自動(dòng)識(shí)別。在步驟82，按照與以上針對(duì)在步驟78 的TROI所述相似的方式，從關(guān)聯(lián)每個(gè)RROI的能譜CT數(shù)據(jù)集中提取能譜HU曲線?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例示出能譜HU曲線84的一個(gè)示范圖表。示范TROI 曲線86、88、90、92、94、96、98、100、102、104和106對(duì)應(yīng)于從能譜CT數(shù)據(jù)集所選的11個(gè)相應(yīng)TR0I，如針對(duì)圖4的76所述。示范參考ROI曲線108對(duì)應(yīng)于從能譜CT數(shù)據(jù)集所選的 RR0I、如肝軟組織(liver parenchyma)，如針對(duì)圖5的步驟80所述。如圖所示，在40keV至 140keV范圍中的10個(gè)離散keV值，計(jì)算各TROI和RROI的示范能譜HU數(shù)據(jù)。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)知道，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可使用任何數(shù)量的離散keV數(shù)據(jù)點(diǎn)和/或keV值的任何范圍。又參照?qǐng)D5，在步驟110，使用RROI來(lái)計(jì)算TROI的規(guī)格化曲線。這個(gè)規(guī)格化步驟根據(jù)RROI曲線來(lái)調(diào)整、縮放或者以其它方式變換TROI曲線，以便于各種TROI之間的比較分析。TROI曲線可使用各種已知的規(guī)格化方法來(lái)規(guī)格化。例如，通過(guò)在各keV水平計(jì)算TROI 除以RROI的值，TROI曲線可除以RROI曲線。在使用多個(gè)RROI的一個(gè)實(shí)施例中，在各ekV 水平的RROI曲線的HU數(shù)據(jù)的平均值可用于該除法。在步驟112，技術(shù)72輸出規(guī)格化TROI 曲線。圖7提供對(duì)于說(shuō)明性肝損傷示例的所計(jì)算的規(guī)格化TROI曲線116、118、120、122、 124、126、128、130、132、134和136的示范繪圖114。規(guī)格化曲線116-136表示相對(duì)于圖6 的RROI曲線108進(jìn)行規(guī)格化的圖6的TROI曲線86-106。繪圖114示出對(duì)TROI曲線進(jìn)行規(guī)格化可如何用于區(qū)分兩種類型的組織、例如肝中的囊腫138和瘤140。雖然規(guī)格化TROI 曲線116-136在線圖上示出，但是備選可視格式可用于向用戶顯示TROI曲線，其中包括圖表、曲線圖、彩色等等?；氐綀D5，技術(shù)72在步驟142分析規(guī)格化TROI曲線，以便得出或提取與規(guī)格化 TROI曲線對(duì)應(yīng)的度量。許多方法可用于分析數(shù)據(jù)。例如，可通過(guò)相加跨若干keV水平的數(shù)據(jù)或者執(zhí)行總面積計(jì)算，經(jīng)由合計(jì)來(lái)從數(shù)據(jù)中提取度量。備選地，可使用例如計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差、集中趨勢(shì)、中值或最小值/最大值等的求平均方法，來(lái)得出度量。作為又一個(gè)示例，度量可計(jì)算為表示作為keV水平的函數(shù)的規(guī)格化TROI曲線的衰變或變化率。在步驟144，將閾值應(yīng)用于所得出的度量，以便于TROI之間的比較分析。閾值選擇成區(qū)分兩種不同組織類型，例如囊腫和轉(zhuǎn)移瘤，針對(duì)圖8更詳細(xì)描述。雖然技術(shù)72的步驟 144針對(duì)單個(gè)閾值來(lái)描述，但是也想到可應(yīng)用多個(gè)閾值以區(qū)分任何數(shù)量的不同組織類型。因此，在單個(gè)顯示中同時(shí)分析與許多類型的組織對(duì)應(yīng)的組織。圖8是圖表146，示出肝損傷示例中的相應(yīng)規(guī)格化TROI曲線116-136(圖7)的所得出的度量 148、150、152、154、158、160、162、164、166、168。度量 148-168 從對(duì)應(yīng)于 TROI 86-106(圖6)的HU數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算。度量148-168可從在所有離散的keV水平或其中的子集的HU數(shù)據(jù)、使用任何數(shù)量的技術(shù)、例如合計(jì)、求平均或者計(jì)算衰變率來(lái)計(jì)算。。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)離散keV水平的HU數(shù)據(jù)求平均，來(lái)計(jì)算度量148-168。作為一個(gè)示例，忽略在各極端的兩個(gè)keV水平(即，40和50keV以及130和140keV)的數(shù)據(jù)。因此，對(duì)60_120keV 水平范圍內(nèi)計(jì)算度量。但是，度量可從HU數(shù)據(jù)的任何部分來(lái)計(jì)算。圖表146中包含的閾值 170極大地便于度量148-168之間的比較分析，并且選擇成區(qū)分兩種組織類型。如圖所示，閾值170使得易于快速區(qū)分表示囊腫的TROI (度量150、154-162和168)以及表示轉(zhuǎn)移瘤的 TROI (度量 148、152、164 和 166)。圖8表示一種理想情況示例，其中閾值170提供表示兩種不同類型的組織之間的清晰描繪。但是，在一些情況下，重疊區(qū)域可出現(xiàn)在表示不同組織類型的度量之間。然而，度量值之間的可觀察差異仍然由各組織類型呈現(xiàn)。因此，再次參照?qǐng)D5的技術(shù)72，在步驟172 可將概率分配給所得出的度量，以便于分類落入重疊區(qū)之內(nèi)的度量。如下面針對(duì)圖9詳細(xì)描述，將概率結(jié)合到提供給用戶的度量的顯示中，從而提供分類的“判定-支持”輔助。具有多個(gè)對(duì)應(yīng)閾值和/或重疊區(qū)域的任何數(shù)量的不同組織類型再次可在單個(gè)顯示中按照這種方式同時(shí)分析。現(xiàn)在參照?qǐng)D9，從TROI規(guī)格化曲線所計(jì)算的多個(gè)所得出度量174按照與針對(duì)圖8 所述相似的方式在圖表176上顯示。但是，與圖8的度量148-168不同，圖表176的度量 174具有圍繞閾值180的不同重疊區(qū)域178或置信區(qū)間?？墒褂美缃y(tǒng)計(jì)偏差等統(tǒng)計(jì)分析， 向落入重疊區(qū)域178之內(nèi)的度量174分配與特定組織類型對(duì)應(yīng)的概率。例如，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可向處于重疊區(qū)域178之內(nèi)并且低于閾值180的度量174分配80%概率是囊腫，而可向處于重疊區(qū)域178之內(nèi)并且高于閾值180的度量174分配80%概率是轉(zhuǎn)移瘤。上述實(shí)施例通過(guò)相對(duì)在相同患者中定義的參考區(qū)域?qū)ROI數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化，來(lái)實(shí)現(xiàn)患者的TROI的組織分類。參考數(shù)據(jù)也可用于分析每個(gè)TROI的量化能譜CT數(shù)據(jù)。又參照?qǐng)D5，在步驟182訪問(wèn)參考數(shù)據(jù)庫(kù)。在一個(gè)實(shí)施例中，參考數(shù)據(jù)庫(kù)包含從參考群體所采集的代表預(yù)定義的“預(yù)計(jì)”組織行為的預(yù)先計(jì)算圖像數(shù)據(jù)。例如，參考數(shù)據(jù)庫(kù)可包括其中包含囊腫的ROI的參考數(shù)據(jù)，可包含“正常”或“健康”組織的數(shù)據(jù)，或者包含與已知具有對(duì)比劑流入的患者脈管對(duì)應(yīng)的參考數(shù)據(jù)。參考圖像數(shù)據(jù)可從個(gè)體的群體來(lái)收集，并且按照例如年齡、性別或種族等一個(gè)或多個(gè)期望特性來(lái)編組或標(biāo)準(zhǔn)化?；颊叩腡ROI數(shù)據(jù)與預(yù)先計(jì)算參考數(shù)據(jù)之間的比較在步驟184通過(guò)計(jì)算偏差度量來(lái)進(jìn)行。首先，相對(duì)從預(yù)先計(jì)算參考數(shù)據(jù)所計(jì)算的一組關(guān)聯(lián)參考度量對(duì)在步驟142所計(jì)算的規(guī)格化TROI度量進(jìn)行規(guī)格化。規(guī)格化解決了和/或消除給定能譜CT數(shù)據(jù)集中存在的不可避免并且不可控變量。例如，因掃描期間所使用的對(duì)比劑的量的差異而可能存在給定能譜CT數(shù)據(jù)集相對(duì)參考數(shù)據(jù)庫(kù)的可變性，對(duì)比劑攝入率在患者與參考群體之間可能發(fā)生變化，并且患者尺寸在數(shù)據(jù)集之間可能有所不同。規(guī)格化解決了這種可變性。在患者度量和參考度量經(jīng)過(guò)規(guī)格化之后，偏差度量計(jì)算成表示規(guī)格化TROI度量與參考度量之間的偏差。許多技術(shù)可適用于計(jì)算TROI度量相對(duì)預(yù)先計(jì)算參考數(shù)據(jù)的偏差。 在一個(gè)實(shí)施例中，偏差定義為ζ計(jì)分，其一般對(duì)應(yīng)于對(duì)于給定組織類型的患者TROI度量與參考群體的平均值之間的差的標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)量。在步驟186，向用戶顯示偏差度量。存在許多以有意義方式向用戶顯示實(shí)際偏差度量的方法。例如，可按照與針對(duì)圖6-9所述相似的方式來(lái)應(yīng)用簡(jiǎn)單或高級(jí)制圖和繪圖技術(shù)。 備選地，也可如圖10所示來(lái)使用彩色編碼和其它可視化技術(shù)。圖10示出示范圖形用戶界面(⑶I) 188，它可用于顯示例如在步驟76、80 (圖5)所選的ROI等ROI的可視表示、例如在步驟78、82所計(jì)算的HU曲線或步驟110、112(圖5)的規(guī)格化曲線等能譜曲線的可視表示，以及例如在步驟142所提取的度量或者在步驟184(圖 5)所計(jì)算的度量等偏差度量的可視表示。
根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，⑶I 188包括用于顯示數(shù)字和文本數(shù)據(jù)的區(qū)域190，其中包括例如患者圖像數(shù)據(jù)、參考圖像數(shù)據(jù)、患者特定數(shù)據(jù)、參考特定數(shù)據(jù)和檢查數(shù)據(jù)?？蛇x地，區(qū)域 190可配置為控制面板，以便準(zhǔn)許用戶通過(guò)輸入欄(rield)、下拉菜單等輸入和/或選擇數(shù)據(jù)。⑶I 188還包括多個(gè)用戶可選按鈕192，以便于用戶與⑶I 188的交互。如圖所示，按鈕192可提供用于例如添加目標(biāo)R0I、參考ROI或者發(fā)起分析的功能性。⑶I 188包括第一圖像區(qū)域194，它顯示患者圖像數(shù)據(jù)，從而允許用戶在圖像區(qū)域 194中選擇任何數(shù)量的目標(biāo)ROI 196、198以及任何數(shù)量的參考ROI 200。在一個(gè)實(shí)施例中， 參考ROI 200選擇成對(duì)應(yīng)于正常組織。ROI 196-200備選地可由自動(dòng)算法來(lái)選擇并且在區(qū)域194中向用戶顯示。⑶I 188還包括用于可視化例如繪圖84(圖6)或繪圖114(圖7)等的能譜曲線的繪圖、和/或例如繪圖144(圖8)或繪圖176(圖9)等的度量的繪圖的區(qū)域202。雖然區(qū)域 202示為顯示單個(gè)繪圖，但是區(qū)域202也可配置成同時(shí)顯示多個(gè)繪圖。⑶I 188還包括用于顯示所選目標(biāo)ROI的量化能譜CT數(shù)據(jù)的區(qū)域204。提供共同色標(biāo)(color SCale)206來(lái)對(duì)目標(biāo)ROI的量化能譜CT數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化，使得在整個(gè)目標(biāo)ROI上來(lái)比較偏差。因此，具有與RROI極大地偏離的能譜CT數(shù)據(jù)的TROI編碼成與色標(biāo)206的第一端208相關(guān)，而具有與 RROI密切相關(guān)的能譜CT數(shù)據(jù)的TROI顯示成對(duì)應(yīng)于色標(biāo)206的第二端210，其與第一端208 相對(duì)。⑶I 188包括第二圖像區(qū)域212，它顯示彩色編碼成對(duì)應(yīng)于色標(biāo)206的目標(biāo)ROI 196、198，由此允許用戶快速輕松地可視化TROI 196、198的偏差。要注意，只為了便于說(shuō)明而提供⑶I 188的布置，并且其它⑶I布置、欄名稱(field name)和可視輸出可采取不同的形式。附加顯示技術(shù)還可包括溫度計(jì)、圖形、刻度盤(dial)、字體變化、注釋等等。現(xiàn)在參照?qǐng)D11，包裹/行李檢驗(yàn)系統(tǒng)214包括可旋轉(zhuǎn)機(jī)架216，其中具有開口 218， 包裹或行李件可通過(guò)其中?？尚D(zhuǎn)機(jī)架216容納高頻電磁能量源220以及具有由閃爍器單元組成的閃爍器陣列的檢測(cè)器組件222，與圖3或圖4所示相似。還提供傳送系統(tǒng)224，它包括傳送帶226，由結(jié)構(gòu)2 支承以便自動(dòng)連續(xù)地使包裹或行李件230通過(guò)開口 218以便掃描。對(duì)象230由傳送帶2 進(jìn)給以通過(guò)開口 218，然后采集成像數(shù)據(jù)，并且傳送帶226以可控且連續(xù)的方式從開口 218取下包裹230。因此，郵政檢驗(yàn)人員、行李搬運(yùn)人員和其它安全人員可通過(guò)非侵入方式來(lái)檢查包裹230的內(nèi)含物中的炸藥、刀、槍支、違禁品等。所公開方法和設(shè)備的一個(gè)技術(shù)貢獻(xiàn)在于，它提供一種分析和可視化能譜CT數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明的實(shí)施例可與其上存儲(chǔ)了計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)接口并且由其控制。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)包括多個(gè)部件，例如一個(gè)或多個(gè)電子部件、硬件部件和/或計(jì)算機(jī)軟件部件。這些部件可包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，它一般存儲(chǔ)例如軟件、固件和/或匯編語(yǔ)言的指令，用于執(zhí)行序列的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤├囊粋€(gè)或多個(gè)部分。這些計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)一般是非暫時(shí)和/或有形的。這種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的示例包括計(jì)算機(jī)和/或存儲(chǔ)裝置的可記錄數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可采用例如磁、電、光、生物和/或原子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)。此外，這類介質(zhì)可采取例如軟盤、磁帶、CD-ROM、DVD-ROM、硬盤驅(qū)動(dòng)器和/或電子存儲(chǔ)器的形式。未列示的其它形式的非暫時(shí)和/或有形計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可與本發(fā)明的實(shí)施例配合使用。
在系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，多個(gè)這類部件可組合或劃分。此外，這類部件可以是采用多種編程語(yǔ)言的任一種來(lái)編寫或?qū)崿F(xiàn)的一組和/或一系列計(jì)算機(jī)指令，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解的。另外，例如載波等的其它形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可用于體現(xiàn)表示指令序列的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)，指令序列在由一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)使一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)執(zhí)行序列的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤├囊粋€(gè)或多個(gè)部分。因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)其上存儲(chǔ)了包含指令的計(jì)算機(jī)程序，指令在由計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)使計(jì)算機(jī)訪問(wèn)從患者所采集的圖像數(shù)據(jù)集合，圖像數(shù)據(jù)集合包括能譜CT數(shù)據(jù)。指令還使計(jì)算機(jī)從圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別多個(gè)TROI，從圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別RR0I，以及從表示多個(gè)TROI的圖像數(shù)據(jù)中提取多個(gè)目標(biāo)能譜HU曲線。此外，指令使計(jì)算機(jī)從表示RROI的圖像數(shù)據(jù)中提取參考能譜HU曲線，相對(duì)于參考能譜HU曲線對(duì)多個(gè)目標(biāo)能譜HU曲線進(jìn)行規(guī)格化，以及顯示多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)能譜HU曲線。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種方法包括訪問(wèn)包含從患者所采集的能譜CT數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)集，從圖像數(shù)據(jù)集創(chuàng)建多個(gè)TR0I，以及從圖像數(shù)據(jù)集中提取目標(biāo)數(shù)據(jù)集，目標(biāo)數(shù)據(jù)集包含與TROI對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。該方法還包括從目標(biāo)數(shù)據(jù)集來(lái)計(jì)算多個(gè)目標(biāo)能譜曲線，各目標(biāo)能譜曲線表示相應(yīng)TROI的χ射線衰減；從圖像數(shù)據(jù)集來(lái)創(chuàng)建RROI ；以及從圖像數(shù)據(jù)集中提取參考數(shù)據(jù)集，參考數(shù)據(jù)集包含與RROI對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。此外，該方法包括從參考數(shù)據(jù)集來(lái)計(jì)算參考能譜曲線，相對(duì)參考能譜曲線對(duì)多個(gè)目標(biāo)能譜曲線進(jìn)行規(guī)格化，以及輸出多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)能譜曲線的可視化。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，一種用于分析圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)，其上存儲(chǔ)了從患者所采集的包含能譜CT數(shù)據(jù)的患者圖像數(shù)據(jù)集。該系統(tǒng)還包括處理器，它編程為訪問(wèn)圖像數(shù)據(jù)集，從患者圖像數(shù)據(jù)集中識(shí)別多個(gè)TR0I，以及從患者圖像數(shù)據(jù)集中識(shí)別至少一個(gè)RR0I。處理器還編程為從患者圖像數(shù)據(jù)集中提取多個(gè)TROI和RROI的能譜CT數(shù)據(jù)，從所提取能譜CT數(shù)據(jù)生成多個(gè)TROI的多個(gè)目標(biāo)曲線，以及從所提取能譜CT數(shù)據(jù)生成至少一個(gè)RROI的至少一個(gè)參考曲線。此外，處理器編程為相對(duì)至少一個(gè)參考曲線對(duì)多個(gè)目標(biāo)曲線進(jìn)行規(guī)格化，并且輸出多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)曲線。該系統(tǒng)還包括GUI，它配置成向用戶顯示多個(gè)規(guī)格化目標(biāo)曲線。本書面描述使用包括最佳模式的示例來(lái)公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求書來(lái)定義，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這類其它示例具有與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言完全相同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言的非實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，則它們意在落入權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種其上存儲(chǔ)有包含指令的計(jì)算機(jī)程序的非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令由計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)使所述計(jì)算機(jī)用于訪問(wèn)(74)從患者所采集的圖像數(shù)據(jù)集合，所述圖像數(shù)據(jù)集合包括能譜計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)數(shù)據(jù)；從所述圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別(76)多個(gè)感興趣目標(biāo)區(qū)(TROI)； 從所述圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別(80)感興趣參考區(qū)域(RROI)；從表示所述多個(gè)TROI的圖像數(shù)據(jù)中提取(78)多個(gè)目標(biāo)能譜Hoimsfield Unit(HU)曲線.一入 ，從表示所述RROI的圖像數(shù)據(jù)中提取(82)參考能譜HU曲線；相對(duì)于所述參考能譜HU曲線對(duì)所述多個(gè)目標(biāo)能譜HU曲線進(jìn)行規(guī)格化(110)；以及顯示(112)所述多個(gè)規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)從所述規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線計(jì)算(142)多個(gè)度量，以便表示所述多個(gè)TROI。
3.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)計(jì)算所述多個(gè)規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線的每個(gè)的平均HU值。
4.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令使所述計(jì)算機(jī)從所述規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線的多個(gè)離散keV水平處的HU來(lái)計(jì)算(14 所述多個(gè)度量。
5.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)將閾值(180) 應(yīng)用于(144)所述多個(gè)度量，其中所述閾值(180)區(qū)別第一類型的解剖與第二類型的解剖。
6.如權(quán)利要求5所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)定義所述閾值(180)附近的置信區(qū)間(178)，以便幫助區(qū)分對(duì)應(yīng)于所述第一類型的解剖的TROI與對(duì)應(yīng)于所述第二類型的解剖的TR0I。
7.如權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)輸出所述多個(gè)度量的可視化(146，176)。
8.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行下列步驟訪問(wèn)(18 從參考群體所采集的包含預(yù)先計(jì)算的圖像數(shù)據(jù)的比較數(shù)據(jù)庫(kù)； 從所述比較數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別參考能譜CT數(shù)據(jù)集合，所述參考能譜CT數(shù)據(jù)集合表示對(duì)于至少一個(gè)組織類型的預(yù)計(jì)能譜CT數(shù)據(jù)；將所述多個(gè)規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線與所述參考能譜CT數(shù)據(jù)集合進(jìn)行比較；以及從所述多個(gè)規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線生成(186)多個(gè)偏差度量，所述多個(gè)偏差度量表示所述多個(gè)TROI相對(duì)于所述參考能譜CT數(shù)據(jù)集合的偏差。
9.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)用于 將閾值應(yīng)用于(144)所述多個(gè)規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線；生成TROI的上集合，其包括所述多個(gè)TROI中具有高于所述閾值的規(guī)格化目標(biāo)能譜HU 曲線的TROI ；生成TROI的下集合，其包括所述多個(gè)TROI中具有低于所述閾值的規(guī)格化目標(biāo)能譜HU 曲線的TROI ；將所述TROI的上集合識(shí)別為第一類型的組織；以及將所述TROI的第二集合識(shí)別為第二類型的組織。
10.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述指令還使所述計(jì)算機(jī)用于 從所述圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別(80)第二 RROI ； 從表示所述第二 RROI的圖像數(shù)據(jù)中提取第二參考能譜HU曲線； 使用所述第一和第二參考能譜HU曲線來(lái)生成(82)平均參考能譜HU曲線；以及相對(duì)于所述平均參考能譜HU曲線對(duì)所述多個(gè)目標(biāo)能譜HU曲線進(jìn)行規(guī)格化(110)。
全文摘要
用于分析和可視化能譜CT數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法包括訪問(wèn)(74)從患者所采集的包含能譜CT數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)集合，從圖像數(shù)據(jù)集合中識(shí)別(76，80)多個(gè)感興趣目標(biāo)區(qū)(TROI)和感興趣參考區(qū)域(RROI)，從表示多個(gè)TROI的圖像數(shù)據(jù)中提取多個(gè)目標(biāo)能譜Hounsfield Unit(HU)曲線，從表示RROI的圖像數(shù)據(jù)中提取(82)參考能譜HU曲線，相對(duì)于參考能譜HU曲線對(duì)多個(gè)目標(biāo)能譜HU曲線進(jìn)行規(guī)格化(110)，以及顯示多個(gè)規(guī)格化的目標(biāo)能譜HU曲線。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102462504SQ20101062368
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者A·P·莫罕, G·B·阿維納什, S·A·西羅海, S·杜塔 申請(qǐng)人:通用電氣公司