对象特异性血液动力学响应函数的确定制造技术

本文公开了一种医学系统(100、300)，其中，对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统：接收(200)针对脑部体积(500)的R2星图的时间系列(122)；接收(202)描述感觉刺激的发生的刺激信号(124)；接收(204)对在所述R2星图的所述时间系列中识别的一个或多个种子体素的选择(126)；计算(206)所述R2星图的去噪时间系列(128)；计算(208)所述种子体素与所述R2星图中的所述去噪时间系列之间的相关性图(130)；使用在所述相关性图中识别的体素来确定(210)所述脑部体积的激活区域(132)；提供(212)针对每个体素和所述感觉刺激的每次发生的血液动力学响应函数(134)；并且通过对所述血液动力学响应函数进行平均化来提供(214)对象特异性血液动力学响应函数(136)。液动力学响应函数(136)。液动力学响应函数(136)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对象特异性血液动力学响应函数的确定


[0001]本专利技术涉及功能性磁共振成像，特别涉及血液动力学响应函数。

技术介绍

[0002]磁共振成像(MRI)扫描器使用大型静态磁场来使原子的核自旋对齐，作为产生患者体内的图像的流程的部分。这个大型静态磁场被称为B0场或主磁场。能够使用MRI在空间中测量对象的各种量或属性。能够通过使用脉冲序列控制对磁共振数据的采集来实施各种成像协议，并且能够使用各种成像协议来测量对象的各种属性。
[0003]例如，在功能性磁共振成像(fMRI)中，使用磁共振成像来测量脑部活动。一种常见的功能性磁共振成像是血氧水平相关(BOLD)的对比度。BOLD成像依赖于氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的属性。氧合血红蛋白是顺磁性的，而脱氧血红蛋白是抗磁性的。因此，T2星加权脉冲序列能够检测脑部中的血液氧合的变化。BOLD信号的特征在于血液动力学响应函数。
[0004]美国专利公布物US 9116219 B1公开了用于使用多厚片回波体积成像(EVI)进行高速功能性磁共振成像的系统和方法，特别是多切片激励和单次击发(shot)3D编码与并行成像的组合，以减少几何图像的失真和模糊，并且与常规回波平面成像(EPI)相比增加了血氧水平相关(BOLD)的灵敏度。

技术实现思路

[0005]本专利技术在独立权利要求中提供了医学系统、计算机程序和方法。在从属权利要求中给出了实施例。
[0006]执行功能性磁共振成像(fMRI)的缺点是当前的临床技术会假定恒定的血液动力学响应函数。实施例可以提供如本文所公开的快速准确地确定对象特异性血液动力学响应函数的手段。对象特异性血液动力学响应函数会有几个益处。首先，它可以用于提高对同一对象的后续fMRI研究的准确性。另一优点是如本文所说明的血液动力学响应函数因人而异并且会对诊断测试有用。
[0007]在一个方面，本专利技术提供了一种医学系统，所述医学系统包括存储器和计算系统，所述存储器存储机器可执行指令。所述计算系统可以被集成到不同的配置中。例如，在一个示例中，可以通过互联网或其他网络系统获得计算系统(例如作为提供处理或图像处理服务的基于云的系统)。在其他示例中，计算系统可以是放射科医师或其他医学专业人员使用的工作站或其他计算机系统。在另外的示例中，计算系统可以是针对磁共振成像系统的控制系统，或者被集成到针对磁共振成像系统的控制系统中或者是针对磁共振成像系统的控制系统的模块。
[0008]对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统接收针对对象的脑部体积的R2星图的时间系列。R2星图的时间系列是对象的脑部体积内的R2星值的映射。该图是以时间系列或按时间顺序呈现的这些图的系列的形式提供的。对所述机器可执行指令的运行还使所
述计算系统接收刺激信号，所述刺激信号描述被反复提供给所述对象的感觉刺激的发生。刺激信号与R2星图的时间系列同步。感觉刺激是被提供给对象的刺激，该刺激激活对对象的刺激。这可以有助于确定R2星值，因为感觉刺激可以是对象在精神上对其做出反应的被动事物。例如，在功能性磁共振成像研究中，对象能够接受执行精神任务的任务。然而，感觉刺激类似于被提供给对象的听觉或视觉信号，并且不需要精神奋发或思考。
[0009]对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统接收对在所述R2星图的所述时间系列中识别的一个或多个种子体素的选择。一个或多个种子体素可以例如是被识别为脑部体积中由感觉刺激激活的部分。这种选择可以例如由自动化系统提供或者由操作者来进行选择。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统通过对所述R2星图的所述时间系列应用时间滤波算法来计算所述R2星图的去噪时间系列。例如，能够将特定体素中的R2星的值视为时间的函数。能够使用时间滤波器对这个时间系列进行去噪。可以应用数字滤波算法或在最简单的情况下将样条拟合到针对特定体素的R2星值的方法。
[0010]对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统通过计算所述一个或多个种子体素中的每个体素与所述R2星图的所述去噪时间系列之间的逐像素相关性来计算针对所述一个或多个种子体素中的每个体素的相关性图。也就是说，对于一个或多个种子体素中的每个种子体素，计算该体素与R2星图中的所有其他体素之间的相关性图。这可以例如通过计算相关系数来实现。对于特定体素，将存在R2星值的时间系列。对于一个或多个种子体素中的每个体素，计算针对每个体素的R2星值的时间信号的相关系数。
[0011]对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统通过组合在针对所述一个或多个种子体素中的每个体素的所述相关性图中识别的高于预定阈值的体素来确定所述脑部体积的激活区域。例如，针对一个或多个种子体素中的每个种子体素，存在它与脑部体积的其他体素之间的相关性图。这些相关性图中的每幅相关性图都能够被阈值化并且然后被组合。这可以确保脑部中被感觉刺激激活的区域不会被忽略。
[0012]对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统通过将所述R2星图的所述时间系列与所述刺激信号对齐来提供针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的血液动力学响应函数。所述激活区域是脑部体积中被示为与一个或多个种子体素相关的部分。然后，使用激活区域中的体素来计算血液动力学响应函数。刺激信号指示何时向对象提供感觉刺激。这可以用于获取针对激活区域中的每个体素的R2星图的时间信号并且将这些个体响应函数对齐在一起。
[0013]对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统通过对针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的所述血液动力学响应函数进行平均化来提供对象特异性血液动力学响应函数。对于每个体素，每次感觉刺激发生时，都将存在描述血液动力学响应函数的数据。通过收集针对激活区域中的每个体素的感觉刺激的每次发生的所有血液动力学响应函数并且然后对它们进行平均化来计算对象特异性血液动力学响应函数。
[0014]该实施例可以具有以下优点：它提供了可以用于评估对象的对象特异性血液动力学响应函数。对象特异性血液动力学响应函数会因人而异，也会因人的健康状态而异。具有对象特异性血液动力学响应函数也可以非常有用，因为它可以使得其他功能性磁共振成像研究的性能更加准确。典型地，在功能性磁共振成像期间，假定血液动力学响应函数具有特
定值。正如后面将要证明的，情况并非如此，个体之间可能存在非常大的变化。这种变化能够用于研究或提供会对医生有用的信息，并且如前面所提到的，这种变化能够在其他研究中提供更准确的功能性磁共振成像。
[0015]在另一实施例中，对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统计算针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的所述血液动力学响应函数中的每个血液动力学响应函数的最大值的时间。对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统计算针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的所述血液动力学响应函数中的每个血液动力学响应函数的最大值的所述时间的统计属性。
[0016]对所述机器可执本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种医学系统(100、300)，包括：存储器(110)，其存储机器可执行指令(120)；计算系统(104)，其中，对所述机器可执行指令的运行使所述计算系统：接收(200)针对对象(318)的脑部体积(500)的R2星图的时间系列(122)；接收(202)刺激信号(124)，所述刺激信号描述被反复提供给所述对象的感觉刺激的发生，其中，所述刺激信号与所述R2星图的所述时间系列同步；接收(204)对在所述R2星图的所述时间系列中识别的一个或多个种子体素的选择(126)；通过对所述R2星图的所述时间系列应用时间滤波算法来计算(206)所述R2星图的去噪时间系列(128)；通过计算所述一个或多个种子体素中的每个体素与所述R2星图的所述去噪时间系列之间的逐像素相关性来计算(208)针对所述一个或多个种子体素中的每个体素的相关性图(130)；通过组合在针对所述一个或多个种子体素中的每个体素的所述相关性图中识别的高于预定阈值的体素来确定(210)所述脑部体积的激活区域(132)；通过将所述R2星图的所述时间系列与所述刺激信号对齐来提供(212)针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的血液动力学响应函数(134)；并且通过对针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的所述血液动力学响应函数进行平均化来提供(214)对象特异性血液动力学响应函数(136)。2.根据权利要求1所述的医学系统，其中，对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统：计算针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的所述血液动力学响应函数的最大值(1202)的时间；计算针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的所述血液动力学响应函数的最大值的所述时间的统计属性；如果任何血液动力学响应函数(1204)不满足使用所述统计属性确定的预定准则，则从对所述对象特异性血液动力学响应函数的计算中移除该血液动力学响应函数。3.根据权利要求2所述的医学系统，其中，针对每个体素和所述脑部体积的所述激活区域中的所述感觉刺激的每次发生的所述血液动力学响应函数的最大值的所述时间是使用平滑化函数来计算的。4.根据权利要求1、2或3所述的医学系统，其中，对所述机器可执行指令的运行还使所述计算系统：接收描述所述对象的所述脑部体积的EPI多回波T2星加权k空间数据(334)的多个采集，其中，所述多个采集与所述刺激信号同步；接收描述所述对象的所述脑部体积的T1加权k空间数据(336)；根据所述T1加权k空间数据来重建(406)所述脑部体积的T1加权图像；重建(408)针对EPI多回波T2星加权k空间数据的所述多个采集的每个回波的T2星加权
图像(340)；并且通过执行预处理来计算(410)针对EPI多回波T2星加权k空间数据的所述多个采集的每个回波的对齐的T2星加权图像(342)，所述预处理将针对EPI多回波T2星加权k空间数据的所述多个采集的每个回波的所述T2星加权图像与所述脑部体积的所述T1加权图像彼此对齐；通过将衰减曲线拟合到针对EPI多回波T2星加权k空间数据的所述多个采集的每个回波的所对齐的T2星加权图像来计算(412)针对每个体素的所述对象的所述脑部体积的所述R2星图的所述时间系列。5.根据权利要求4所述的医学系统，其中，对针对EPI多回波T2星加权k空间数据的所述多个采集的每个回波的所对齐的T2星加权图像的计算是通过预处理来执行的，所述预处理将针对EPI多回波T2星加权k空间数据的所述多个采集的每个回波的所述T2星加权图像与所述脑部体积的所述T1加权图像彼此对齐，所述预处理包括：将与EPI多回波T2星加权k空间数据的所述多个采集中的选定采集的第一回波相对应的选定图像共配准到所述T1加权图像；分割所述T1加权图像以产生灰质分割、白质分割和脑脊液分割；使用所述选定图像与所述T1加权图像之间的所述共配准来对所述T1加权图像、所述灰质分割、所述白质分割和所述脑脊液分割进行重新切片以匹配所述选定图像；使用所述灰质分割、所述白质分割和所述脑脊髓液分割来构建脑部掩模；并且将针对EPI多回波的所述多个采集的每个回波的所述T2星加权图像与所述选定图像的对应图像重新对齐。6.根据权利要求4或5所述的医学系统，其中，描述所述对象的所述脑部体积的所述EPI多回波T2星加权k空间数据具有针对三个回波的k空间数据。7.根据权利要求1所述的医学系统，其中，所述存储器还存储EPI多回波脉冲序列命令(334)和T1加权脉冲序列命令(332)，其中，所述医学系统还包括：磁共振成像系统(302)；以及刺激系统(332)，其被配置为将所述感觉刺激提供给所述对象；其中，对所述机器可执行指令的运行还被配置为使所述计算系统：通过利用所述T1加权脉冲序列命令控制所述磁共振...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：