【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于神经网络快速分割图像以及测定放射性药品吸收量的系统和方法相关申请的交叉参考本申请要求2018年1月8日提出申请的美国临时申请第62/614,935号、2018年6月7日提出申请的美国专利申请第16/003,006号和2018年10月23日提出申请的美国临时申请第62/749,574号的优先权和益处，所述申请中的每一者的内容以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术大概来说涉及用于自动化分析和/或呈现医学图像数据的方法、系统和架构。更具体来说，在某些实施例中，本专利技术涉及个体的图像内所关注的一或多个特定区域(例如对应于具体器官或组织)的自动化鉴别，以及所述区域内放射性药品的吸收量的测定，例如用于对疾病(例如前列腺癌)进行鉴别和/或分期。
技术介绍
靶向图像分析涉及使用放射标记的小分子，其结合到体内在疾病进化期间改变的具体受体、酶和蛋白质。在投与患者之后，这些分子在血液中循环直到找到其预期目标。结合的放射性药品保留在疾病部位，而药剂的其余部分自身体清除。分子的放射性部分用作信标，使得可使用在世界各地的大多数医院发现的通常可用的核医学摄像机(称为单光子发射计算机化断层摄影术(SPECT)或正电子发射断层摄影术(PET)摄像机)来获得绘示疾病位置和浓度的图像。然后医师可使用这个信息来确定患者中疾病的存在和程度。医师可使用这个信息以向患者提供推荐的疗程并跟踪疾病的进展。存在多种基于软件的分析技术可用于分析和增强可由放射师或医师使用的PET和SPECT图像。还存在多种放射性药品可用于使特定种类...
【技术保护点】
1.一种自动化处理3D图像以鉴别所述3D图像内的对应于个体的前列腺的3D体积和确定一或多个指示其中的放射性药品吸收量的吸收指标的方法，所述方法包含：/n(a)由计算装置的处理器接收使用解剖成像方式获得的所述个体的3D解剖图像，其中所述3D解剖图像包含个体内的组织的图形表示，其至少一部分对应于所述个体的骨盆区域；/n(b)由所述处理器接收使用功能成像方式获得的所述个体的3D功能图像，其中所述3D功能图像包含多个体素，每一体素表示所述个体内的特定物理体积且具有表示从所述特定物理体积发射的检测辐射的强度值，其中所述3D功能图像的所述多个体素的至少一部分表示所述个体的骨盆区域内的物理体积；/n(c)由所述处理器使用第一模块测定所述3D解剖图像内的初始关注体积VOI，所述初始VOI对应于所述个体的骨盆区域内的组织且排除所述个体的骨盆区域以外的组织；/n(d)由所述处理器使用第二模块鉴别对应于所述个体的前列腺的所述初始VOI内的前列腺体积；和/n(e)由所述处理器使用所述3D功能图像和所述3D解剖图像的所述初始VOI内经鉴别的前列腺体积确定所述一或多个吸收指标。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180108 US 62/614,935;20180607 US 16/003,006;20181.一种自动化处理3D图像以鉴别所述3D图像内的对应于个体的前列腺的3D体积和确定一或多个指示其中的放射性药品吸收量的吸收指标的方法，所述方法包含：
(a)由计算装置的处理器接收使用解剖成像方式获得的所述个体的3D解剖图像，其中所述3D解剖图像包含个体内的组织的图形表示，其至少一部分对应于所述个体的骨盆区域；
(b)由所述处理器接收使用功能成像方式获得的所述个体的3D功能图像，其中所述3D功能图像包含多个体素，每一体素表示所述个体内的特定物理体积且具有表示从所述特定物理体积发射的检测辐射的强度值，其中所述3D功能图像的所述多个体素的至少一部分表示所述个体的骨盆区域内的物理体积；
(c)由所述处理器使用第一模块测定所述3D解剖图像内的初始关注体积VOI，所述初始VOI对应于所述个体的骨盆区域内的组织且排除所述个体的骨盆区域以外的组织；
(d)由所述处理器使用第二模块鉴别对应于所述个体的前列腺的所述初始VOI内的前列腺体积；和
(e)由所述处理器使用所述3D功能图像和所述3D解剖图像的所述初始VOI内经鉴别的前列腺体积确定所述一或多个吸收指标。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一模块接收所述3D解剖图像作为输入且输出多个表示所述3D解剖图像内的矩形体积的相对角的坐标值。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中步骤(c)包含使用所述第一模块测定3D骨盆骨掩模，从而鉴别所述3D解剖图像内对应于所述个体的骨盆骨的体积。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一模块是卷积神经网络CNN模块。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中步骤(d)包含使用所述第二模块来鉴别所述3D解剖图像内的一或多个额外组织体积，每一体积对应于所述个体内的具体组织区域，其中所述一或多个额外组织体积对应于选自由以下组成的群组的一或多个具体组织区域：
所述个体的骨盆骨；
所述个体的膀胱；
所述个体的直肠；和
所述个体的臀肌。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中步骤(d)包含使用所述第二模块将所述初始VOI内的每一体素分类对应于所述个体内的(预定)不同组织区域的集合中的特定组织区域。
7.根据权利要求6所述的方法，其中对所述初始VOI内的每一体素进行分类包含：
经由所述第二模块测定所述初始VOI内的多个体素中的每一者的似然值集合，其中所述似然值集合包含所述组织区域集合的一或多个组织区域中的每一者的相应似然值，所述似然值表示所述体素体现所述组织区域内的物理体积的似然度；和
对于所述初始VOI内的所述多个体素中的每一者，基于针对所述体素测定的所述似然值集合，将所述体素分类对应于所述特定组织区域。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述第二模块接收所述初始VOI作为输入并输出多个值，所述多个值针对所述初始VOI内的每一体素包含如下(i)、(ii)和(iii)中的至少一种：
(i)对所述体素进行分类的值；
(ii)所述体素的似然值集合；和
(iii)鉴别与不同组织区域的任一预定集合不对应的所述体素的值。
9.根据权利要求6到8中任一权利要求所述的方法，其中不同组织区域的所述(预定)集合包含选自由以下组成的群组的一或多个组织区域：
所述个体的前列腺；
所述个体的骨盆骨；
所述个体的膀胱；
所述个体的直肠；和
所述个体的臀肌。
10.根据权利要求5到9中任一权利要求所述的方法，其中步骤(d)包含使用所述第二模块来鉴别一或多个基础组织体积的集合，所述一或多个基础组织体积包含所述经鉴别的前列腺体积和所述一或多个额外组织体积，并且其中所述方法进一步包含：
由所述处理器使用一或多个辅助模块鉴别所述3D解剖图像内的一或多个辅助组织体积，每一辅助组织体积对应于由所述第二模块鉴别的基础组织体积；和
由所述处理器合并每一辅助组织体积与通过所述第二模块鉴别的相应基础组织体积。
11.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，所述方法包含：
由所述处理器鉴别所述3D解剖图像内的参考体积，所述参考体积对应于所述个体内的参考组织区域；和
在步骤(e)，使用所述3D功能图像和所述3D解剖图像内经鉴别的所述参考体积确定所述一或多个吸收指标中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中使用所述3D功能图像和所述参考体积确定的所述一或多个吸收指标中的所述至少一个包含肿瘤对背景比率TBR值，并且其中测定所述TBR值包含：
使用所述3D功能图像中对应于所述3D解剖图像的所述初始VOI内经鉴别的所述前列腺体积的一或多个体素的强度值测定靶强度值；
使用所述3D功能图像中对应于所述3D解剖图像内经鉴别的所述参考体积的一或多个体素的强度值测定背景强度值；和
测定所述靶强度值对所述背景强度值的比率为所述TBR值。
13.根据权利要求12所述的方法，其包含基于所述TBR值与一或多个阈值的比较来确定所述个体的前列腺癌状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其中使用多个参考TBR值测定所述一或多个阈值。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中使用接收者操作特征ROC曲线测定所述一或多个阈值。
16.根据权利要求13到15中任一权利要求所述的方法，其中所述一或多个阈值包含多个阈值，使得所述TBR值与所述多个阈值的比较能够按照非二元量表上的水平确定所述前列腺癌状态。
17.根据权利要求13所述的方法，其包含如下确定所述个体的所述前列腺癌状态：(i)如果所述TBR值高于截止阈值，那么临床上显著；或(ii)如果所述TBR值低于所述截止阈值，那么临床上不显著。
18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，所述方法包含：
由所述处理器鉴别所述3D解剖图像内对应于所述个体的膀胱的膀胱体积；和
在步骤(e)，使用所述3D功能图像中对应于所述3D解剖图像内所述经鉴别的膀胱体积的体素的强度校正来自所述膀胱的串扰。
19.根据权利要求18所述的方法，其中校正来自所述膀胱的串扰包含：
测定一或多个膀胱强度泄放函数，所述函数对源自所述个体的所述膀胱内的放射性药品的强度对所述3D功能图像的一或多个体素的强度的贡献进行建模，所述一或多个体素对应于所述3D解剖图像中的位于所述经鉴别的膀胱体积之外的一或多个区域，其中所述一或多个膀胱强度泄放函数将所述贡献作为距所述经鉴别的膀胱体积的距离的函数建模；和
针对对应于所述3D解剖图像内所述经鉴别的前列腺体积的所述3D功能图像的一或多个体素中的每一者，使用所述一或多个膀胱强度泄放函数针对膀胱串扰调整所述体素的强度。
20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其包含：
由所述处理器鉴别所述3D解剖图像内对应于所述个体的膀胱的膀胱体积；
由所述处理器通过对所述经鉴别的膀胱体积施加形态扩张操作来测定扩张的膀胱体积；和
在步骤(e)，使用所述3D功能图像的体素的强度值确定所述一或多个吸收指标，所述体素的强度值(i)对应于所述3D解剖图像的所述VOI内经鉴别的所述前列腺体积，但(ii)不对应于所述3D解剖图像的处于所述扩张的膀胱体积内的区域。
21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述3D功能图像是在所述放射性药品投与所述个体后的所述个体的核医学图像。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述放射性药品包含PSMA结合剂。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述核医学图像是在所述放射性药品后投与所述个体后获得的所述个体的单光子发射计算机化断层摄影SPECT扫描。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述放射性药品包含99mTc-MIP-1404。
25.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，所述方法包含基于所述一或多个吸收指标的至少一部分来确定所述个体的一或多个诊断或预后值。
26.根据权利要求25所述的方法，其中确定所述一或多个诊断或预后值中的至少一个包含将吸收指标与一或多个阈值进行比较。
27.根据权利要求25或26所述的方法，其中所述一或多个诊断或预后值中的至少一个估计所述个体出现临床显著前列腺癌的风险。
28.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，所述方法包含：
(f)由所述处理器引起交互式图形用户界面GUI的显示，以向所述用户呈现所述3D解剖图像和/或3D功能图像的视觉表示；和
(g)由所述处理器在所述GUI内产生所述3D解剖图像和/或所述3D功能图像的图形重现作为可选择且可重叠的层，以便能够选择任一者显示并单独重现，或选择二者显示且通过将所述3D解剖图像与所述3D功能图像叠加而一起重现。
29.根据权利要求28所述的方法，其中步骤(g)包含产生可选择且可重叠的分割层的图形重现，所述分割层包含所述3D解剖图像内一或多个经鉴别的具体组织体积，其中在选择所述分割层显示后，将表示所述一或多个具体组织体积的图形叠加在所述3D解剖图像和/或所述3D功能图像上。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述一或多个具体组织体积包含所述经鉴别的前列腺体积。
31.根据权利要求28到30中任一权利要求所述的方法，所述方法包含在步骤(g)，使所述3D解剖图像和/或所述3D功能图像的2D横断面图在交互式2D观看器内重现，以便所述用户能够调整所述2D横断面图的位置。
32.根据权利要求28到31中任一权利要求所述的方法，所述方法包含在步骤(g)，使得所述3D解剖图像和/或所述3D功能图像的交互式3D视图重现。
33.根据权利要求28到32中任一权利要求所述的方法，其包含促使图形元件在所述GUI内显示，所述图形元件指示对应于所述经鉴别的前列腺体积的体素的位置，由此促进所述方法的用户审查和/或质量控制。
34.根据权利要求28到33中任一权利要求所述的方法，其包含促使文本和/或图形以及质量控制图形挂件(widget)在所述GUI内显示，所述文本和/或图形表示步骤(e)中测定的所述一或多个吸收指标，所述质量控制图形挂件用于引导所述用户经由质量控制和报告工作流程来审查和/或更新所述一或多个吸收指标。
35.根据权利要求34所述的方法，其包含：
经由所述质量控制图形挂件接收用户输入，所述用户输入对应于核准的一或多个吸收指标的自动化测定；和
所述处理器响应于与所述核准的所述一或多个吸收指标的所述自动化测定对应的所述用户输入的所述接收，生成所述个体的报告，所述报告包含所述一或多个自动化测定的吸收指标的表示。
36.根据权利要求34所述的方法，其包含：
经由所述质量控制图形挂件接收用户输入，所述用户输入对应于未核准的一或多个吸收指标的自动化测定；
所述处理器响应于与所述未核准的所述一或多个吸收指标的自动化测定对应的所述用户输入的接收，促使体素选择图形元件显示，以便用户选择所述3D功能图像的一或多个体素用于测定所述一或多个吸收指标的更新值；
经由所述体素选择图形元件接收所述用户选择的所述3D功能图像的一或多个体素用于测定所述一或多个吸收指标的更新值；
由所述处理器使用所述用户选择的体素更新所述一或多个吸收指标的值；和
由所述处理器生成所述个体的报告，所述报告包含所述一或多个更新的吸收指标的表示。
37.根据权利要求34所述的方法，其包含：
经由所述质量控制图形挂件接收用户输入，所述用户输入对应于未核准的所述一或多个吸收指标的自动化测定；
经由所述质量控制图形挂件接收对应于拒绝质量控制的用户输入；和
由所述处理器生成所述个体的报告，其中所述报告包含对拒绝质量控制的鉴别。
38.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述3D功能图像的体素经由已知关系与所述3D解剖图像的体素相关。
39.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其包含对于多个3D解剖图像中的每一者进行步骤(a)和(c)，以测定多个初始VOI，每一初始VOI处于所述多个3D解剖图像之一内，其中所述初始VOI的大小可变性小于所述3D解剖图像的大小可变性。
40.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一模块是CNN模块，其接收具有第一分辨率的所述3D解剖图像的下取样版本作为输入并对其进行操作，并且其中所述第二模块是CNN模块，其接收裁剪到所述初始VOI并具有第二分辨率的所述3D解剖图像的高分辨率版本作为输入并对其进行操作，所述第二分辨率高于所述第一分辨率。
41.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一模块接收所述3D解剖图像的至少一部分作为输入，并且其中由所述第一模块的所述输入表示的物理体积(i)为由所述初始VOI表示的物理体积的至少2倍和/或(ii)在至少一个维度上为由所述初始VOI表示的物理体积的2倍。
42.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一模块是经训练以鉴别3D解剖图像内骨盆区域的图形表示的CNN模块且其中所述第二模块是经训练以鉴别3D解剖图像内前列腺组织的图形表示的CNN模块。
43.一种自动化处理3D图像以鉴别所述3D图像内对应于个体内的靶组...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·V·舍斯特兰德，J·F·A·里克特，K·E·M·约翰松，E·K·耶尔松，
申请(专利权)人：普罗热尼奇制药公司，西尼诊断公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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