使用体相位对比MRI的全面的心血管分析制造技术

本公开涉及使用体相位对比MRI的全面的心血管分析，提供了对来自磁共振成像(MRI)系统上的体相位对比MRI的体解剖和矢量场数据的处理技术以评估心脏和血管的生理机能。该方法包括下列步骤：(1)校正源数据中的相位错误，(2)可视化叠加在解剖数据上的矢量场，(3)使用此可视化来选择和查看体积中的面，和(4)使用这些面来绘制心脏和血管的边界，从而可以准确地获得心脏和血管的测量。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国际申请日为2012年7月5日、申请号为201280042949.7、专利技术名称为“使用体相位对比MRI的全面的心血管分析”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及使用从MRI获得的体数据来执行包括对血流和运动的测量的对心脏和血管的测量的方法和系统，其中所述体数据包括来自体相位对比MRI脉冲序列的解剖(幅度)和矢量场(相位)数据。
技术介绍
相位对比MRI的相位错误校正体相位对比磁共振成像(4DPCMRI)是用于获得关于周期性的运动和血流的数据的有前途的技术。然而，该技术的有用性由于缺乏用于解决相位偏移错误的方法而受到限制，该相位偏移错误被认为是相关于MRI获取期间未补偿的涡电流。用于解决体数据中的相位偏移错误的技术依赖于从平面的、二维PC-MRI直接改编而得的技术。二维相位对比MRI是普遍采用的用于获得血管中的流的量化的数据的成像方法。在当前的临床实践中，这是用与感兴趣的血管的轴垂直方向的二维平面获取来执行的。速度的贯通面分量的图像是通过心脏周期的多个相位获得的。为了从此数据获得体流测量，在感兴趣的血管的轮廓为边界的区域上对贯通面速度求和。这些测量受在此平面数据中无法轻易校正的相位偏移错误的影响(1，2)。被认为是相关于未补偿的涡电流的相位偏移可以混淆血流的测量。校正这些错误的一个方法是从切片平面中的静止组织的所选择的区域中人工减去速度。因为这个方法最容易执行，所以该方法是最广泛使用的，但它是受限制的，因为(a)它需要人工干预和(b)它没有完全考虑相位错误的空间依赖性。校正这些错误的另一个提议方法是减去静止幻影中所测量的错误(3)。然而，此第二个方法是费力的，并使MRI扫描仪上的获取时间加倍，使得在临床环境中的使用是不切实际的。第三个提议方法是利用自动化计算过程来做相位偏移校正，其中最简单的是利用以下形式的线性、二维模型：f(x，y)＝c0+cxx+xyy(1)然后使用来自图像数据的每个面中的静态组织的数据来估计此模型的参数(c0,cx,cy)，通常使用最小平方回归方法(4)。然后从速度图像的每个像素减去结果相位偏移模型f(x,y)。也提议了其它的二维模型。这些二维模型具有如下的形式：fn,m(x,y)=c0+Σi=1ncx,ixi+Σi=1mcy,iyi,---(2)]]>其中n和m是非负整数。此模型族，当n和m都设为1时包括了以上所描述的线性模型，但也提供添加更高序的项以对更精细的空间变体建模的机会。尽管更高序的项是可能的，较早的研究已经提示：对这些项建模和减去这些项可能不会改进整体准确性(5)。体相位对比(volumetricphase-contrast)MRI是相关的MRI技术，其获取整个数据体而不是单个平面、解析三维矢量场、每个体素有一个矢量来编码运动。速度的每个分量受可以是空间依赖的并由此可以混淆流的量化的涡电流相关的相位偏移的影响。用于校正此数据的典型方法是再一次使用如下形式的模型，f(x，y)＝c0+cxx+cyy(3)此模型可以在成像体积之内的数据的每个面中单独地应用于每个流方向，并且通常也可以单独地应用于数据的每个时间相位。此方法导致对每个门控的(gated)时间点的每个数据切片的单独模型。我们相信，对此数据逐切片和逐相位地建模可能是不必要的及不可预测地不一致的，并由此通过本专利技术在此处提供用于执行校正相位偏移错误的新的、更可靠的方法。矢量场融合可视化和量化体相位对比磁共振成像是演进的成像技术，其不仅提供关于成像体内的结构的解剖信息，还提供数据编码运动的矢量场。我们认识到这对于心脏和心血管疾病的评估有可观的可能性。MR成像的最近的进步现在已经使在保留解剖图像和矢量场二者的高信噪比的同时获取近似各向同性的高分辨率图像变得可能。然而，尚不存在可以启用临床图像解读和诊断的计算机系统，这一般是由具有放射学和/或心脏病学的训练的医生来执行的。由此我们设计了便于4DPCMRI数据的图像解读和量化分析的一系列专利技术和步骤。为了在临床实践中使用，此处通过本专利技术我们提供了允许分析成像体积、通过利用图形硬件而优化用户交互的一系列专利技术。本专利技术允许用户动态地执行必要的可视化和计算任务，使在临床环境中用4DPC成像技术来执行心血管检查变得可行。
技术实现思路
相位对比MRI的相位错误校正现有方法使用计算机算法来检测相位中的时间变化，以确定给定的体素(voxel)是否表示(a)静态组织、(b)移动的液体或组织、或(c)噪音之一，并假定随时间具有最少变化的像素最好地表示静态组织。然而，静态组织体素的比例可以逐患者地变化、可以在人体的不同区域中显著地变化、并可以受视野大小影响。在现有工作中这些限制仍保持很大程度上没有被认识。由于存在如此多的基于已有方法的静态组织的不正确的分配的可能性，我们提供了对可以由计算机执行的软件程序的使用，其使用图像过滤器的具体组合来实现用户引导的静态组织的选择(见图1A-B)。除了标识静态组织体素之外，标识不当地表示相位错误的空间关系的MRI数据也是重要的。当视野没有超出被成像的物体的大小时，MRI数据受空间混淆(aliasing)(空间扭曲(spatialwrapping))的错误的影响。这些通常发生在相位编码和切片方向中，导致对成像体边缘处的体素的扭曲。在现有工作中没有解决对相位错误校正的空间扭曲的数据的具体排除。为了对相位错误准确地建模，此处我们提供了对可以由计算机执行的软件程序的使用以实现对这些经扭曲的体素的用户引导的排除(图2A)。体相位对比MRI数据的相位错误校正的已有技术是在逐面(plane-by-plane)的基础上执行的。当计算较不密集的时候，这些算法可能没有利用体数据的固有的空间关系。而且，不能保证这样的校正是跨多个相邻面一致的。此处我们提供了对相位对比数据体的体相位错误模型的计算机可执行的和计算机实现的使用，以克服这些逐面方法的基础的但仍未被认识的限制。下面更详细地描述了多个可用的三维模型和时间平均方法。最低序的模型可以以最小计算复杂度对涡电流相位偏移有效地建模，而较高序的模型可以提供更好的拟合，特别是在利用了较大的成像视野的时候。当使用了较大的视野或较高的MRI场和梯度力的时候，相位偏移的空间依赖性可以变得越来越非线性。然而，由于用于校正这些问题的计算资源可能变化，此处我们提供了对一种可以由计算机执行的软件程序的使用，该软件程序用以决定使用哪个模型(图2B)。矢量场融合可视化和量化为了让使用4DPCMRI来执行心血管检查可行，我们提供了一系列计算机实现的过程来在计算机上执行此高维度数据的可视化，这便于对贯通感兴趣的心血管结构的单个面的选择，然后可以对选择进行测量或分段。我们设计了体现这些原则的软件平台，称为FLOWANALYTIX。该软件为心脏和心血管解读定制，并集成了成像体的完整质量和量化分析的许多必要步骤。这些步骤包括：·多平面和体可视化，·基于此可视化选择用于矢量场的测量的面，·计算辅助的对心脏结构和血管的分段，·计算血流，·选择诊断心脏面，·计算辅助的心室体的分段，以及·计算心室体。为了实现对每个4DPCMRI数据集的有效和准确的临床解读，要求几个具体的特征以最大化病理血流的显著性，同时降低源图像数据中的噪音的显著性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在采用体相位对比磁共振成像(MRI)数据的医学成像系统的至少一个组件中操作的方法，所述方法包括：在计算机中接收来自磁共振成像系统的体相位对比MRI数据，所述体相位对比MRI数据包括体解剖数据和矢量场数据，并且包括多个素；以及对所述体相位对比MRI数据进行体相位错误校正，其中进行体相位错误校正包括根据信号强度和所述矢量场数据的组合计算多个图像过滤器，以及应用所述多个图像过滤器以选择将在体相位错误模型的参数计算中使用的静态组织，其中，进行体相位错误校正包括从在体相位错误模型的参数计算中使用的数据中选择扭曲数据和排除空间扭曲的数据，并且进行体相位错误校正包括使用体错误模型；其中，对所述体相位对比MRI数据进行体相位错误校正包括：标识至少一组表示静态软组织的体素；基于所述至少一组表示静态软组织的体素，经由至少一个计算机生成至少一个涡电流相关的相位偏移；以及至少部分地基于所生成的至少一个涡电流相关的相位偏移来执行相位错误校正，其中，标识至少一组表示静态软组织的体素包括：对所述体相位对比MRI数据应用第一过滤器，所述第一过滤器基于与体相位对比MRI数据的体素相关联的幅度的强度值；对所述体相位对比MRI数据应用排除空气和肺组织的第二过滤器；以及对所述体相位对比MRI数据应用排除血和其它移动组织的第三过滤器，以及为所述体相位对比MRI数据中所表示的成像体积生成跨所有时间点的平均模型。...

【技术特征摘要】
2011.07.07 US 61/571,9081.一种在采用体相位对比磁共振成像(MRI)数据的医学成像系统的至少一个组件中操作的方法，所述方法包括：在计算机中接收来自磁共振成像系统的体相位对比MRI数据，所述体相位对比MRI数据包括体解剖数据和矢量场数据，并且包括多个素；以及对所述体相位对比MRI数据进行体相位错误校正，其中进行体相位错误校正包括根据信号强度和所述矢量场数据的组合计算多个图像过滤器，以及应用所述多个图像过滤器以选择将在体相位错误模型的参数计算中使用的静态组织，其中，进行体相位错误校正包括从在体相位错误模型的参数计算中使用的数据中选择扭曲数据和排除空间扭曲的数据，并且进行体相位错误校正包括使用体错误模型；其中，对所述体相位对比MRI数据进行体相位错误校正包括：标识至少一组表示静态软组织的体素；基于所述至少一组表示静态软组织的体素，经由至少一个计算机生成至少一个涡电流相关的相位偏移；以及至少部分地基于所生成的至少一个涡电流相关的相位偏移来执行相位错误校正，其中，标识至少一组表示静态软组织的体素包括：对所述体相位对比MRI数据应用第一过滤器，所述第一过滤器基于与体相位对比MRI数据的体素相关联的幅度的强度值；对所述体相位对比MRI数据应用排除空气和肺组织的第二过滤器；以及对所述体相位对比MRI数据应用排除血和其它移动组织的第三过滤器，以及为所述体相位对比MRI数据中所表示的成像体积生成跨所有时间点的平均模型。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：通过将所述矢量场数据叠加在所述体解剖数据上，在显示器上可视化经校正的体相位对比MRI数据；在选择和查看所述体相位对比MRI数据中的面过程中使用所述可视化；以及使用被选择的面以描绘心脏、血管或其组合的边界，供所述计算机获得测量。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可视化包括进行多平面的和体场融合...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·萧，S·S·瓦萨纳瓦拉，M·T·阿利，
申请(专利权)人：小利兰·斯坦福大学托管委员会，
类型：发明
国别省市：美国;US