专利名称：用于乳腺病灶表征的多分割结果的对照的制作方法
用于乳腺病灶表征的多分割结果的对照本申请具体应用于使用利用磁共振(MR)成像技术生成的解剖图像来表征肿瘤。 然而，应当认识到，所描述的(一种或多种)技术还可以应用于其他类型的成像系统、患者治疗系统和/或解剖结构表征应用。用于从动态对比增强MRI中分割乳腺病灶或肿瘤的方法，由于这种病灶的形态种类各式各样，而依赖于强度阈值比较。在不均勻增强的情况下，病灶的内部部分可能被这些分割程序遗漏。需要填充所遗漏的病灶的内部部分，以便实现精确的体积估计、病灶外部轮廓的形态学评价、以及对造影剂摄取的均勻度的正确量化。乳腺MRI技术清晰地突出显示大部分乳腺病灶。然而，所检测到的病灶并非都是癌变。这引入了区分良性与恶性病灶、以及将其归类为良性和恶性肿瘤的子类的现有种类的任务。因此，任何针对乳腺MR数据的计算机辅助诊断系统的一个重要方面都是乳腺病灶的自动表征和归类。已经提出了大量特征，其大部分利用对感兴趣区域的自动或手动预分割。然而，仍然未使用病灶分割的中间结果中固有的有价值信息。例如，分割，即确定肿瘤、病灶或其他结构的轮廓，通常在若干步骤中迭代地执行。 最初，肿瘤或其他感兴趣结构呈现为图像的正常部分。因为坏死组织不吸收造影剂，肿瘤的坏死区域呈现为对比增强肿瘤中的孔洞。分割例程通常包括孔填充子例程，所述孔填充子例程填充肿瘤图像体积中的孔洞或暗区并界定整个肿瘤，而不考虑坏死的区域。对于许多诊断医生而言，坏死区具有诊断价值。然而，在常规分割过程的最后，肿瘤在图像的剩余部分中呈现为高亮区，并填充有暗坏死区域。根据常规的技术，仅保留有初始的图像和最终完全分割的图像。本领域中需要提供增强的诊断信息的系统和方法。根据一个方面，一种病灶表征系统，包括处理器，所述处理器接收针对病灶体积的图像的解剖图像数据；在所述图像数据上执行分割协议；以及在执行了所述分割协议中的一个或多个动作之后识别针对所述图像数据的中间分割结果。该系统还包括存储器和用户界面，所述存储器至少存储图像数据、以及中间分割结果和最终分割结果；而在所述用户界面上为用户至少呈现中间分割结果和最终分割结果以供审阅。根据另一方面，一种使用中间图像分割结果表征病灶或肿瘤的方法，包括分割病灶体积的解剖图像以生成初始分割结果；并在经分割的解剖图像上执行孔填充程序，以填充病灶中低于阈值强度的一个或多个体积，从而生成经孔填充的分割结果。该方法还包括从经孔填充的分割结果中的体素的总数目中减去在针对病灶体积的初始分割结果中的体素的总数目，以确定与低于阈值强度的一个或多个体积相关联的体素的数目。此外，该方法包括用与低于阈值强度的一个或多个体素相关联的体素的数目除以经孔填充的分割结果中体素的总数目，以确定暗区比率，所述暗区比率描述了低于阈值强度的一个或多个体积中的体素与病灶体积中的总体素的比率。根据另一方面，一种使用中间图像分割结果表征病灶或肿瘤的设备，包括用于从解剖图像分割病灶体积以生成初始分割结果、并用于在经分割的解剖图像上执行孔填充程序以填充与病灶中的坏死组织相关联的一个或多个暗区，从而生成经孔填充的分割结果的模块，其中，所述暗区展现为摄取有限的造影剂或不摄取造影剂。该设备还包括用于通过相减地组合在针对病灶体积的初始分割结果中的体素的总数目与在经孔填充的分割结果中的体素的总数目以确定与所述一个或多个暗区相关联的体素的数目、并用于用与所述一个或多个暗区相关联的体素的总数目除以经孔填充的分割结果中的体素的总数目以确定暗区比率的模块，所述暗区比率描述暗区体素与病灶体积中的总体素的比率。此外，该设备包括用于显示初始分割结果和经孔填充的分割结果、以及暗区体素与病灶体积的图像中的总体素的比率的表示的模块。一个优点在于改善了乳腺病灶估计。另一优点在于生成了附加的诊断信息。另一优点在于中间分割结果的视觉显示。另一优点在于分割结果的3D计算，其比在单独选择的切片上的视觉比较产生更多的可再现结果。本领域技术人员通过阅读并理解以下详细描述，将认识到本发明的其他优点。本发明可以实现为各种部件或部件布置，以及实现为各种步骤或步骤安排。附图仅用于图示说明各个方面，而不应认为其构成限制。
图1图示了一种系统，其便于通过分析中间分割结果以确定病灶体积中未增强肿瘤体素的比或发生率来表征受检者体内诸如乳腺病灶的病灶。图2-4图示了在分割的各个阶段之后针对病灶的图像表示的分割结果。图5和6图示了在执行泄露去除过程之前和之后的病灶。图7图示了分割结果比较的表示，其中，病灶被图示为总体积，包括若干清晰的 (cleaned)最终体素、原始分割体素的总数目、以及暗区体素(例如，指示坏死组织的未增强体素)的总数目。图8图示了分割结果比较的图形表示。图1图示了系统10，其便于通过分析中间分割结果以确定病灶体积中未增强肿瘤体素的比或发生率，来表征受检者体内诸如乳腺病灶的病灶。未增强肿瘤体素是诸如肿瘤或感兴趣病灶的图像的解剖图像的体素，所述肿瘤或感兴趣病灶不吸收向患者施予的造影剂，从而导致图像中表示病灶体积中坏死区域的暗区。系统10为用户(例如，医师、技术人员或其他临床工作人员)提供分割结果的对照(synopsis)，包括显示坏死区域的中间结果，从而允许用户更为简单地评价被成像病灶中的潜在恶性。系统10包括处理器12，其接收(使用MR装置、计算机断层摄影(CT)扫描器等生成的)解剖图像数据；以及存储器14，在存储器14中存储图像数据(例如，包括处于分割的各个阶段的分割的经分割图像数据)。所述处理器和存储器彼此耦合并耦合到用户界面 16，在用户界面16上向用户显示(一幅或多幅)图像。所述处理器包括体素分析器18，其分析解剖图像中的体素，以评估其强度水平，所述强度水平将在计算针对体素的强度阈值时使用。例如，计算针对图像或感兴趣病灶中体素的平均(或其他阈值)强度，并且强度低于阈值强度的体素被认为是未增强体素(例如，当生成所述图像时使用未吸收造影剂的体素)。病灶内未增强体素与坏死病灶组织的暗图像区相关联。肿瘤外部未增强区与周边组织相关联。在存储器14中存储显示被分割成亮区和暗区的病灶图像的原始分割结果。然后处理器12执行“孔填充”算法，所述算法用被插值的与非坏死组织体素(例如，在成像之前和\或在成像期间吸收造影剂的体素)一致的体素数据填充病灶图像的暗区，以便允许体积计算、轮廓检测等。预期有各种的孔填充技术。例如，完全被造影增强体素环绕的体素的值可以被邻近周边组织的体素的值取代。作为另一范例，坏死区域边缘处体素的值可以被最接近附近经增强体素的平均值或加权平均值取代。可以迭代地重复该过程直到孔被填充。一旦已经通过填充暗区封闭(closed) 了病灶体积，在存储器14中存储“封闭的” 分割结果。处理器还解决造影剂的任何“泄露”，例如在邻近肿瘤的血管中的造影剂的泄漏。 造影剂通常被注射到循环系统中并由血液运载到优先吸收它的组织。由于肿瘤会促进血管的生长以增强对其的血液供应，那里在馈送肿瘤的血液中可能有足够的造影剂以突出显示具有造影图像的馈送血管，从而将这些馈送血管显示为肿瘤体积的范围。尽管分割例程能够从被分割区域例如通过迭代地应用边缘或轮廓平滑算法去除血管，但对血管的存在性和数目的了解也是有价值的。例如，当与先前的图像比较时，可以在估计治疗效果时使用这种知识。亦即，治疗后血管供应的增加或减少指示出治疗的效果。因此，向存储器内存储封闭的分割结果允许用户或系统10进行有价值的比较观察。在一些情况下，去除泄露从而更为精确低描绘病灶体积。处理器12任选地执行后处理泄露去除算法，执行所述算法以去除图像中描绘血管或已经吸收造影剂的非病变体积的体素，或降低这种体素的重要性。例如，通常指示血管的薄的细长区域，其值可以被减小为非增强体素的值，并重复边缘或轮廓平滑。然后将清晰的最终结果(例如，后泄露去除) 存储到存储器14。分割比较器20比较来自图像体积的迭代分割的不同阶段的不同(例如，初始的、 中间的和最终的)分割结果(例如，原始分割结果、封闭的或填充的分割结果、以及清晰的分割结果)，并经由用户界面上的一个或多个显示端口 22向用户呈现初始结果、一个或多个中间结果、以及最终结果。例如，在第一显示端口 22A上显示原始分割结果，在第二显示端口 22B上显示封闭的或填充的分割结果，并在第三显示端口 22C上显示清晰的最终分割结果。在另一实施例中，在第一显示端口 22A上显示原始(例如，初始)分割结果，而在第三显示端口 22C上显示精细的中间分割结果(例如，封闭的或清晰的)，同时，第二显示端口 22B显示原始分割结果与封闭的或清晰的分割结果的覆盖图。用户采用用户输入工具 (例如，键盘、指示笔、鼠标等)操作介于纯原始分割结果与封闭的或清晰的分割结果之间的覆盖图像，以便感知轮缘增强或分割过程的其他效果，这有助于评价病灶的恶性程度。任选地，能够以影像模式顺序显示迭代分割过程的每幅中间图像。分割分析器20还任选能够计算未增强病灶体素(例如，指示不吸收造影剂的病灶组织的坏死病灶体素)与总病灶体素的比率。所得到的“暗区比率”描述坏死病灶组织与总病灶组织的比率，其在评价病灶的恶性程度时采用。例如，更高的坏死组织比率与恶性的概率的增加相关联。这样，系统10便于利用中间分割结果并从中间分割结果和最终分割结果的对照提取用于表征病灶的相关信息。本文所描述的系统和方法还进一步应用在其他病灶分割应用中，包括但不限于，CT肺结节分割。尽管填充和泄露校正过程被描述为分割，然而他们还可以同时执行或以其他顺序执行。
图2-4图示了在分割的各个阶段之后针对病灶体积50的图像表示的分割结果。在图2中，在造影增强之后，以自动确定的阈值，例如由体素分析器18(图1)所确定的，显示病灶50。坏死核心52和较小的肿瘤部分M暗(较暗)，这是因为在病变体积中不包含非均勻的造影剂摄取。在图3中，在部分孔填充之后显示针对病灶50的中间分割结果，在此期间，部分M 中的一些已经使用经插值的体素数据填充或突出显示。在这一阶段，坏死核心52的体积与病灶的体积进行比较。在图4中，显示针对病灶50的经填充的分割，其中，已经执行了孔填充算法，并且已经利用经插值的体素数据填充了坏死核心52和其他部分54，从而绘制完整的病灶体积。 亦即，病灶50的先前未增强的内部部分已经被整合为被分割的区。图5和6图示了在执行泄露去除过程之前和之后的病灶50。在图5中，示出了在孔填充程序之后的分割结果病灶50以及各种检测到的泄露发生60，其中，造影剂泄露到周边血管或病灶周围的其他组织中。在图6中，已经使用泄露去除程序从分割结果中去除了泄露发生60。用于提取临床相关特征的中间分割结果和最终分割结果的联合可视化与使用，因此有助于表征乳腺病灶。病灶的轮缘(rim)增强(例如，相对于较暗的病灶中心增强轮缘强度)是用于确定给定病灶的恶性程度的重要特征。在泄露校正之前和之后病灶体积中的差异指示向病灶供应的血液的量，其能够用于评价肿瘤诱发的血液供应血管的增加。轮缘增强能够通过比较图5的原始初始分割与图6的最终(封闭的)分割结果来检测。根据一个实施例，例如，计算减影图像，使得从注射造影剂之后采集的扫描减去未造影的原生(native)扫描。自动地检测或由用户交互地选择(例如，使用图1的用户输入工具)病灶50。针对初始原始分割计算强度阈值并如图2所示将处在这一水平的分割结果呈现给用户。由于有限地造影剂摄取而未包含在原始分割结果中的病灶50的部分52、54， 使用先前描述的孔填充算法进行填充，如图4和图6所示。如果血管附接到病灶，则原始分割可能已经泄漏到这些血管中。在附加的后处理步骤中，去除这样的泄漏。图7图示了分割结果比较的表示，其中，病灶50被图示为包括若干清晰的最终体素的总体积70，所述若干清晰的最终体素包括原始分割体素72的总数目和暗区体素74 (例如，指示坏死组织的未增强体素)的总数目。通过从清晰的最终体素计数(例如，在孔填充和任选地泄漏去除之后)减去原始分割体素计数来确定暗区体素计数。这样，可能确定与坏死组织相关联的体素的数目与总体素的数目的比率。根据一个实施例，现有的中间结果和最终结果被指定为“分割原始的”，其描述以所计算的强度阈值原始分割之后在连接的组分中的病灶图像体素；“分割封闭的”，其描述在已经使用孔填充程序包含了未增强部分之后的病灶图像体素；并且“分割清晰的”，其描述在已经去除泄漏之后的病灶图像体素。根据这些结果，为病灶的部分的未增强或“暗区” 体素的比率直接计算为暗区比率=#(分割清晰的-分割丨_的)/#(分割清》的)。其中，“# (分割)”指的是在分割的体积“分割”中的体素的数目。暗区比率介于0 和1之间的数值，其中，0指示在分割程序的封闭步骤中未包含体素。更高的值指示在病灶内有更大百分比的未增强暗区，其与病灶恶性的更高概率相关。在图7中，未增强暗体素区74沿被分割体积的边缘。当暗体素区74沿该体积的边缘时，分割例程的封闭过程封闭该被分割体积，即将该被分割体积的表面限定为环绕暗体素区74。例如，能够从健康的未增强组织中区分出坏死组织并将其包含在被分割体积内。图8图示了分割结果比较的图形表示。在这一实施例中，暗区比率并非以数字呈现给用户，而是通过半径(例如，距病灶表面的距离)求解。除了未增强体素(#分割Jiiaw) 的数目之外，这一实施例可视地呈现病灶的非增强部分的空间分布。该图示出了 3处病灶，分别标记为病灶1、病灶2和病灶3。每处病灶由图形80上方对应的线表示，其绘出了针对每处相应病灶的暗体积比率与距病灶表面的经归一化的距离之间的关系。例如，病灶1示出了表面附近的高暗区比率，其随着距表面距离的增加降低至大约0.8。病灶2展现出随着距表面距离的增加不断降低的暗区比率。病灶3展现出总体相对恒定的高暗区比率，使得暗区比率在整个病灶上均勻并且不随着距表面距离的增加而降低。已经参考若干实施例描述了本发明。通过阅读并理解先前的详细描述，他人可以做出修改和变型。本发明旨在被解释为包括所有此类修改和变型，只要它们落在权利要求或与其等价的范围内。
权利要求
1.一种病灶表征系统(10)，包括处理器(12)，所述处理器接收针对病灶体积(50)的图像的解剖图像数据，在所述图像数据上执行分割协议，并在执行了所述分割协议中的一个或多个动作之后识别针对所述图像数据的中间分割结果；存储器(14)，所述存储器至少存储所述图像数据，以及中间分割结果和最终分割结果；以及用户界面(16)，在所述用户界面上向用户至少呈现所述中间分割结果和所述最终分割结果以供审阅。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述中间分割结果包括原始的分割结果、封闭的分割结果和最终的分割结果。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器(1 包括分割比较器(20)，所述分割比较器根据所述中间分割结果和最终分割结果计算在经分割的图像中未增强体素的发生率，所述未增强体素是所述解剖图像中所述病灶体积(50)的部分。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述处理器(14)将暗区中的未增强体素的发生率计算为暗区比率=(分割-分割原_)/(分割清《)；其中，分割原始的是在未增强体素去除之前在经分割的体积中连接的组分中增强体素的数目，而分割清晰的是在未增强体素去除之后在最终分割的体积中体素的数目。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述暗区比率介于0和1之间，其中，为0的暗区比率表示在所述经分割的体积中没有未增强体素。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，较高的暗区比率与所述病灶体积(50)中坏死组织的较大区(52、74)相关，其与所述病灶的恶性的可能性的增加相关。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器(1 执行存储在所述存储器(14)中的机器可执行指令，以用于执行所述分割协议，包括用于执行以下操作的指令通过相减地组合非造影剂增强的原生扫描体素与在注射造影剂之后的扫描中采集的体素以生成原始分割结果来生成减影图像；检测所述病灶(50)；计算针对所述原始分割的强度阈值，所述强度阈值对应于有限的造影剂摄取；填充低于所述强度阈值的所述病灶的区；以及如果存在高于所述强度阈值的体素的话，去除所述体素，其表示供给所述病灶的血管。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理器(1 向所述存储器(14)存储所述原始分割结果；在填充低于所述阈值的所述病灶的所述区之后获得的封闭的分割结果；以及在去除表示血管的所述体素之后获得的清晰的最终分割结果。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述解剖图像数据是由图像扫描器生成的，所述图像扫描器选自包括磁共振(MR)成像装置和计算机断层摄影(CT)成像装置的组。
10.一种使用根据权利要求1所述的系统表征病灶的方法，包括分割包括病灶的解剖图像以生成初始分割结果；在经分割的解剖图像上执行孔填充程序以填充所述病灶中低于阈值强度的一个或多个体积，从而生成经孔填充的分割结果；从在所述经孔填充的分割结果中的体素的总数目中减去针对所述病灶的所述初始分割结果中的体素的总数目，以确定与低于所述阈值强度的所述一个或多个体积相关联的体素的数目；以及用与低于所述阈值强度的所述一个或多个体积相关联的体素的所述数目除以在所述经孔填充的分割结果中的体素的所述总数据，以确定暗区比率，所述暗区比率为在低于所述阈值强度的所述一个或多个体积中的体素与在所述病灶中的总体素的比率。
11.一种使用中间图像分割结果表征病灶或肿瘤的方法，包括分割病灶的解剖图像以生成初始分割结果；在经分割的解剖图像上执行孔填充程序以填充所述病灶中低于阈值强度的一个或多个体积，以生成经孔填充的分割结果；从所述经孔填充的分割结果的体素的总数目中减去针对所述病灶的所述初始分割结果中的体素的总数目，以确定与低于所述阈值强度的所述一个或多个体积相关联的体素的数目；以及用与低于所述阈值强度的所述一个或多个体积相关联的体素的所述数目除以在所述经孔填充的分割结果中的体素的所述总数目，以确定暗区比率，所述暗区比率为在低于所述阈值强度的所述一个或多个体积中的体素与所述病灶中的总体素的比率。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括检测邻近所述病灶的脉管结构中的且包含在所述经分割的病灶体积中的一个或多个造影剂体素；以及在所述孔填充程序之后执行泄露去除程序以去除与所述脉管结构相关联的所述体素， 从而生成经边缘校正的分割结果。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括向用户显示在所述病灶中低于所述阈值强度的所述体素与所述病灶中的总体素的比率的表示。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括以图形方式显示所述表示，从而根据距所述病灶的表面的距离示出暗区比率。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括向用户至少显示所述初始分割结果和所述经孔填充的分割结果以供比较。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括从磁共振(MR)数据和计算机断层摄影(CT)扫描装置中的一个重建所述病灶的所述解剖图像。
17.一种使用中间图像分割结果表征病灶或肿瘤的设备，包括用于从解剖图像分割病灶以生成初始分割结果，并用于在经分割的解剖图像上执行孔填充程序以填充与所述病灶中的坏死组织相关联的一个或多个暗区，从而生成经孔填充的分割结果的模块(12)，所述暗区展现出摄取了有限的造影剂或不摄取造影剂；用于相减地组合在针对所述病灶的所述初始分割结果中的体素的总数目与在所述经孔填充的分割结果中的体素的总数目以确定与所述一个或多个暗区相关联的体素的数目， 并用于用与所述一个或多个暗区相关联的体素的所述数目除以所述经孔填充的分割结果中的所述总数目以确定暗区比率的模块(20)，所述暗区比率为暗区体素与所述病灶中的总体素的比率；以及用于显示初始分割结果和经孔填充的分割结果，以及所述暗区体素与所述病灶的所述图像中的所述总体素之比的表示的模块02)。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述分割模块(1 在所述病灶的所述图像上执行泄露去除程序，以去除所述经分割的体积中与循环系统对应的部分。
全文摘要
当将肿瘤或病灶表征为恶性或良性时，系统(10)接收病灶体积(50)的图像；采用处理器(12)执行图像的原始分割，其结果存储在存储器(14)中。然后处理器执行孔填充程序以填充病灶的图像中表示吸收较少或不吸收造影剂的坏死组织的暗区，并任选地执行泄露去除程序以去除与例如血管的非病灶组织相关联的图像体素以生成完整的病灶体积，在非病灶组织中于成像期间存在造影剂。体素分析器(18)评价在病灶图像的原始分割和最终分割(例如，在填充和任选泄露去除之后)中包含的体素的数目。分割比较器(20)计算与在原始分割之后检测到的坏死组织相关的暗区体素与在最终图像分割中检测到的总体素的比率。然后将该比率用于确定恶性的可能性，其中，较高的比率指示较高的可能性。
文档编号G06T7/00GK102246207SQ200980149406
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月16日 优先权日2008年12月9日
发明者L·A·迈内尔, M·贝格特尔特, R·维姆科, T·比洛 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司