ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ПОДОБЛАСТЕЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ КАЛЬЦИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение в целом относится к визуализации и более конкретно к идентификации отдельных подобластей сердечно-сосудистой системы для оценивания кальция и описано в конкретном применении к компьютерной томографии (CT); однако также применимо к другим модальностям визуализации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Сканер компьютерной томографии (CT) содержит рентгеновскую трубку, которая испускает излучение, которое проходит через область исследования и часть объекта или субъекта в ней. Детектор обнаруживает излучение, проходящее через область исследования, и генерирует проекционные данные, указывающие на обнаруживаемое излучение. Блок реконструкции реконструирует проекционные данные и генерирует данные объемного изображения, указывающие на часть объекта или субъекта в области исследования.

CT сканирование сердечно-сосудистой системы для обнаружения кальция в коронарных артериях представляет собой неинвазивный способ получения информации о присутствии, местоположении и степени кальцифицированной бляшки в коронарных артериях. В целом, кальцифицированная бляшка состоит из жира и/или других веществ под внутренней оболочкой артерии и может указывать на присутствие атеросклероза, или заболевание коронарных артерий, которое указывает на риск инфаркта миокарда. Поскольку кальций представляет собой маркер заболевания коронарных артерий, количество кальция в данных CT оценивали количественно в качестве оценки кальция через процедуру, в целом, обозначаемую как оценивание кальция.

Традиционно существует два основных подхода к оцениванию кальция. Первый представляет собой автоматическое оценивание кальция, которое выполняют глобально, так что имеет место одна глобальная оценка кальция. Другой представляет собой оценивание кальция вручную, при котором пользователь использует программное обеспечение, чтобы вручную разграничивать различные области коронарных артерий, а оценки кальция определяют для различных областей. К сожалению, такие способы не всегда предоставляют интересующую степень детализации для всех пациентов.

Например, для минимально инвазивной имплантации аортального клапана, пространственное распределение кальцифицированных бляшек вокруг аортального клапана, луковицы аорты, выносящего тракта левого желудочка и аорты важно для оценки риска и планирования процедуры. Кальций в аорте определяет способ оценки; количество кальция на клапане оказывает влияние на выбор правильного диаметра стента; распределение кальция на трех (3) створках может оказывать влияние на стабильность стента; кальций на выносящем тракте левого желудочка оказывает влияние на стабильность имплантированного стента.

Ввиду изложенного выше существует неразрешенная потребность в новых и неочевидных подходах к оцениванию кальция.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Аспекты настоящей заявки направлены на указанные выше и другие вопросы.

По одному из аспектов способ включает в себя этапы, на которых идентифицируют множество различных анатомических подобластей сердечно-сосудистой системы субъекта в данных изображения субъекта, основываясь на специфичной для субъекта сердечно-сосудистой анатомической модели, причем множество различных областей соответствует областям, где встречается кальцификация, осуществляют поиск и идентификацию кальцификаций в подобластях, основываясь на значениях интенсивности значения серого для вокселя в данных изображения, и генерируют сигнал, указывающий на одну или несколько областей вокселей в данных изображения, соответствующих подобластям, содержащим идентифицированные кальцификации.

По другому аспекту вычислительная система содержит процессор, выполненный с возможностью автоматического определения множества различных групп вокселей в данных изображения субъекта, причем каждая группа вокселей соответствует отличающейся подобласти сердечно-сосудистой системы субъекта и каждая группа вокселей соответствует области, которая содержит кальцификацию, идентифицированную в данных изображения.

По другому аспекту способ включает в себя этап, на котором автоматически определяют и визуализируют оценку кальция для различных отдельных подобластей сердечно-сосудистой системы субъекта.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может принимать форму в различных компонентах и конфигурациях компонентов и в различных этапах и конфигурациях этапов. Чертежи служат только целям иллюстрирования предпочтительных вариантов осуществления и их не следует толковать в качестве ограничения изобретения.

На фиг. 1 проиллюстрирована система визуализации применительно к средству оценивания кальция.

На фиг. 2 представлен пример средства оценивания кальция.

На фиг. 3 проиллюстрирован способ облегчения оценивания кальция.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 проиллюстрирована система визуализации, такая как сканер компьютерной томографии (CT) 100.

Сканер 100 содержит стационарный гентри 102 и поворотный гентри 104, который закреплен с возможностью поворота на стационарном гентри 102. Поворотный гентри 104 вращается вокруг области 106 исследования вокруг продольной оси или оси z. Опора 108 для пациента, такая как кушетка, поддерживает пациента в области 106 исследования и ее можно перемещать вдоль оси z согласованно с вращением поворотного гентри 104 для того, чтобы содействовать спиральной, осевой или другим желаемым траекториям сканирования.

Источник 110 излучения, такой как рентгеновская трубка, закреплен на поворотном гентри 104 и вращается вместе с ним вокруг области 106 исследования. Источник 110 излучения испускает излучение, которое коллимируют посредством коллиматора источника, чтобы получать в целом веерный, клиновидный или конический пучок излучения, который проходит через область 106 исследования. Чувствительная к излучению детекторная матрица 112 обнаруживает излучение, которое проходит через область 106 исследования, и генерирует проекционные данные, указывающие на обнаруженное излучение.

Блок 114 реконструкции реконструирует проекционные данные и генерирует данные объемного изображения, отражающие область 106 исследования. Вычислительная система общего назначения служит в качестве консоли 116 оператора и содержит устройство вывода, такое как дисплей, и устройство ввода, такое как клавиатура, мышь и/или тому подобное. Программное обеспечение, постоянно находящееся на консоли 116, позволяет оператору управлять работой системы 100, например позволяет оператору инициировать сканирование, и т.д.

Вычислительная система 118, такая как рабочая станция, компьютер или тому подобное, выполнена с возможностью обрабатывать данные изображения. Вычислительная система 118 содержит один или несколько процессоров 120 и машиночитаемый носитель 122 (например, физическую память), в котором закодированы или осуществлены машиночитаемые инструкции (например, программное обеспечение), которые при исполнении одним или несколькими процессорами 120 предписывают вычислительной системе 118 осуществлять различные функции. Машиночитаемый носитель 122 также хранит данные 124.

Такие инструкции включают инструкции для реализации средства 126 оценивания кальция для оценивания кальция. Как описано более подробно ниже, средство 126 оценивания кальция выполнено с возможностью автоматически и/или полуавтоматически учитывать пространственное распределение в области сердечно-сосудистой системы для оценивания кальция. В качестве примера, для оценивания кальция при заболевании коронарных артерий средство 126 оценивания кальция может определить оценку кальция для каждой представляющей интерес части сердечно-сосудистой системы.

Оценки кальция для поднабора или всех частей представляющей интерес области сердечно-сосудистой системы и/или комбинированные оценки можно по-разному представлять через графический пользовательский интерфейс (GUI), например, в таблице, где каждый результат соединен с соответствующей анатомической моделью. Дополнительно или альтернативно, связь можно визуализировать посредством раскраски или других показателей, и/или пользователь может выбирать часть анатомической модели посредством интерактивного GUI пользователя, где отображается соответствующая оценка кальция. Дополнительно или альтернативно, оценки кальция можно картировать на поверхности анатомической модели.

Один или несколько коммуникационных портов 128 выполнены для связи с одним или несколькими устройствами ввода (например, клавиатурой, мышью и т.п.), одним или несколькими устройствами вывода (например, дисплеем, принтером и т.д.), одним или несколькими аппаратами (например, вычислительной системой, портативным накопителем и т.д.), одним или несколькими хранилищами данных, системой 100 (например, консолью 116 и/или блоком 114 реконструкции) и т.д. Графический контроллер 130 обрабатывает данные для представления на мониторе, таком как дисплей 132, в формате, подходящем для чтения человеком.

Несмотря на то, что машиночитаемый носитель 122 показан в виде одного компонента, следует понимать, что машиночитаемый носитель 122 может содержать множество блоков памяти, включая локальный накопитель вычислительной системы 118 и/или внешний накопитель вычислительной системы 118. Аналогичным образом, процессоры 120 могут быть распределены по различным вычислительным системам. Кроме того, вычислительная система 118 может представлять собой часть консоли 116, или наоборот, или может быть расположена удаленно от системы 100. Кроме того, один или несколько процессоров 120 могут дополнительно или альтернативно исполнять инструкции, которые несет промежуточный носитель, такой как сигнал или волна-носитель.

На фиг. 2 проиллюстрирован пример средства 126 оценивания кальция.

В этом примере в средстве 126 оценивания кальция используют сегментацию на основе моделей для того, чтобы определять одну или несколько областей поиска для каждой представляющей интерес части анатомической структуры на всем протяжении трехмерного (3D) объема данных изображения, а оценки кальция определяют для областей поиска.

Проиллюстрированное средство 126 оценивания кальция содержит генератор 202 модели пациента, который генерирует (для целого организма или конкретного органа) специфичную для пациента модель, основываясь на данных изображения, генерируемых блоком 114 реконструкции или другой системой и одним или несколькими алгоритмами. В проиллюстрированном варианте осуществления в генераторе 202 модели пациента используют основанный на модели алгоритм 204, такой как алгоритм сегментирования на основе моделей, чтобы генерировать модель пациента. В проиллюстрированном варианте осуществления алгоритм 204 и/или один или несколько других алгоритмов хранят в накопителе 206 алгоритмов.

В этом примере специфичную для пациента модель генерируют посредством адаптации базовой модели сердечно-сосудистой системы к изображениям конкретного пациента. В целом, базовая модель описывает форму, изменчивость и внешний вид отдельных подобластей сердечно-сосудистой системы. Генератор 202 модели пациента отделяет знания о форме от знаний о внешнем виде на изображении, что облегчает адаптацию. Вдобавок, базовая модель содержит информацию, которая управляет последовательностью и параметрами для адаптации модели.

Пример подходящего алгоритма описан в статье «Automatic Model-Based Segmentation of the Heart in CT images», автора O. Ecabert et. al., IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 27(9), стр. 1189-1201, 2008 г. Другой пример подходящего алгоритма описан в статье «Patient-Specific Heart Models for Diagnosis and Interventions», автора J. Weese et. al., MEDICAMUNDI, том 53(3), стр. 72-78, 2009 г. Другие алгоритмы, включая другие алгоритмы, основанные на сегментации и/или не основанные на сегментации, также предусмотрены в настоящем документе.

Идентификатор 208 области поиска идентифицирует для структур, представленных в данных изображения, в котором кальцификация может быть найдена, одну или несколько областей поиска, основываясь на модель пациента. В одном неограничивающем варианте осуществления этого можно достичь, используя подход наращивания областей, начиная от поверхности модели, в области около ориентира, или в модели могут иметь место дополнительные структуры, которые двигаются пассивно вместе с моделью во время сегментирования. Каждую область поиска можно уникально идентифицировать или метить (например, с помощью цвета, текста, выделения и т.д.), и они соответствуют различным представляющим интерес областям сердечно-сосудистой системы.

В качестве неограничивающего примера первой области поиска, соответствующей 1 створке атриовентрикулярного клапана (AV), присвоен первый цвет, второй области поиска, соответствующей 2 створке AV, присвоен второй цвет, третьей области поиска, соответствующей 3 створке AV, присвоен третий цвет, четвертой области поиска, соответствующей митральному клапану, присвоен четвертый цвет, пятой области поиска, соответствующей выносящему тракту левого желудочка (LV), присвоен пятый цвет, шестой области поиска, соответствующей луковице, присвоен шестой цвет, седьмой области поиска, соответствующей аорте, присвоен седьмой цвет, восьмой области поиска, соответствующей левому устью, присвоен восьмой цвет, девятой области поиска, соответствующей правому устью, присвоен девятый цвет и т.д.

Определитель 210 местоположения кальцификации определяет местоположение кальцификации в идентифицированных областях поиска. В одном неограничивающем варианте осуществления этого можно достичь, основываясь на одном или нескольких предварительно определенных порогах 212, таких как порог из накопителя 214 порогов и/или другого накопителя. Выбранный порог должен быть как можно ниже для того, чтобы идентифицировать кальцификацию, но достаточно высок, чтобы проводить различия между кальцификацией и окружающей тканью. Порог можно вычислять отдельно для каждой части, основываясь на средней интенсивности и стандартном отклонении в соседних с ней структурах, используя режим пациента и/или иным образом.

В одном случае порог зависит от интенсивностей изображения (например, средней интенсивности плюс зазор) кровяного депо рядом с идентифицированными областями поиска, которые зависят от концентрации контрастного средства. Идентифицируемую кальцификацию можно метить в соответствии с меткой соответствующей области поиска. Например, если две кальцификации расположены в первой области и одна кальцификация расположена во второй области, тогда две кальцификации в первой области метят аналогичным образом с использованием первого цвета, а кальцификацию во второй области метят с использованием второго цвета.

Идентификатор 216 вокселей идентифицирует одну или несколько групп вокселей в данных изображения, соответствующих обнаруженным областям кальцификации. В одном неограничивающем варианте осуществления это может включать наращивание области кальцификации за пределы идентифицированной области поиска и идентификацию вокселей в области за пределами идентифицированной области поиска. Аналогичным образом, идентифицированные воксели можно метить согласно метке соответствующей области поиска. Например, если в первой и второй области вокселей идентифицируют две обнаруженные кальцификации, идентифицированные воксели аналогичным образом метят первым цветом.

Определитель 218 количества кальция количественно определяет кальцификации в идентифицированных вокселях, генерируя оценки кальция для различных областей поиска и/или структур, представленных ими. Любой известный и/или другой алгоритм оценивания кальция можно использовать для того, чтобы генерировать оценки кальция.

Процессор 220 изображения по-разному обрабатывает идентифицированные воксели и/или оценки кальция для визуального представления, например, посредством дисплея 132 (фиг. 1) и/или другого дисплея.

В одном случае процессор 220 изображения генерирует таблицу для каждой из структур, соответствующих идентифицированным областям поиска. В качестве примера ниже в таблице 1 представлен неограничивающий пример для областей, перечисленных выше. Несмотря на то, что не показано, данные в любой или обеих колонках можно представлять в цвете, соответствующем указанной выше метке для структуры.

Дополнительно или альтернативно, процессор 220 изображения может картировать оценки кальция на анатомической модели и визуально представлять анатомическую модель и оценки кальция в GUI. Оценки кальция можно визуально представлять с использованием анатомической модели посредством цветов, соответствующих различным структурами и/или записям в таблице, буквенно-цифрового текста, выделения и/или иным образом.

Дополнительно или альтернативно, процессор 220 изображения может картировать оценки кальция на анатомической модели и визуально представлять только анатомическую модель в GUI. В этом случае пользователь может наводить курсор мыши или другого указывающего устройства на представляющую интерес область в GUI, представляющем интересующую анатомическую структуру, щелкать на такой области мышью или чем-то подобным, выбирать интересующую область с помощью клавиатуры и/или иным образом идентифицировать интересующую область. В ответ может отображаться оценка кальция, как рассмотрено в настоящем описании, посредством буквенно-цифровых символов, цвета, звука и/или иным образом.

Дополнительно или альтернативно, процессор 220 изображения может картировать оценки кальция на данных изображения, таких как поперечные (осевые), коронарные, сагиттальные и/или косые срезы в данных объемного изображения, 3D или 4D отображениях и/или иным образом визуально отображенных данных изображения. В этом случае, оценки кальция можно представлять, как рассмотрено в настоящем документе, в котором данные изображения соединены с информацией в таблице 1 и/или представлены при идентификации интересующей области.

Дополнительно или альтернативно, процессор 220 изображения может картировать оценки кальция на поверхности анатомической модели. В этом случае профили значений серого можно вычислять перпендикулярно к поверхности модели. Значения можно нормализовать так, что интенсивность изображения локального депо крови будет нанесена на карту как нулевая. Затем вычисляют интеграл по всему профилю и картируют на поверхности в профиле пациента для визуализации.

Цвет или другие показатели можно использовать для того, чтобы указывать относительную или абсолютную степень, тяжесть, риск и т.д. (например, красной для высокой степени тяжести и зеленый для низкой степени тяжести, один или несколько других цветов для промежуточных степеней тяжести). Настройку прозрачности можно использовать для того, чтобы смотреть через верхнюю поверхность анатомической модели на подлежащую поверхность(и) с использованием показателей, которые иначе скрыты верхней поверхностью и не видны. Если количественную меру не картируют на поверхности, максимальную интенсивность по всему профилю можно использовать без нормализации.

С визуально представляемыми данными можно использовать различные известные способы визуализации, включая увеличение, панорамирование, вращение, прозрачность, сегментацию (удаление структуры) и т.д.

Средство 222 рекомендаций генерирует сигнал, указывающий на рекомендуемое действие (и необязательно другую информацию), основываясь на одной или нескольких оценках кальция, определяемых посредством определителя 218 количества кальция. В одном случае средство 222 рекомендаций генерирует рекомендацию для конкретной идентифицированной анатомической структуры и присвоенной оценки кальция, основываясь на присвоенной оценке кальция. В другом случае средство 222 рекомендаций генерирует рекомендацию для конкретной анатомической структуры, основываясь на оценке кальция, присвоенной другой структуре. В еще одном другом случае средство 222 рекомендаций генерирует рекомендацию для конкретной анатомической структуры, основываясь на компиляции оценок кальция для множества структур, которым присвоены оценки кальция.

Подходящие рекомендации включают, но без ограничения, одну или несколько оперативных процедур, один или несколько дополнительных тестов, изменение в диете пациента, изменение активности пациента, лекарственное средство для пациента, и/или другую рекомендацию. В качестве примера, рекомендация может включать рекомендацию о точке доступа для устройства, подлежащего имплантации, например, для минимально инвазивной имплантации аортального клапана. В другом примере, рекомендация может включать рекомендацию о размере устройства, подлежащего имплантации, например, о диаметре стента, подлежащего имплантации, и предоставлять информацию, такую как вероятная стабильность стента. Приведенные выше примеры не являются ограничением, и другие рекомендации и/или информацию можно предоставлять с помощью средства 222 рекомендаций.

На фиг. 3 проиллюстрирован пример способа облегчения определения оценки кальция для одной или нескольких интересующих подобластей сердечно-сосудистой системы.

Следует принимать во внимание, что порядок приведенных выше действий не является ограничением. По существу, в настоящем описании предусмотрен другой порядок. Вдобавок, одно или несколько действий могут быть опущены и/или одно или несколько дополнительных действий могут быть включены.

На этапе 302 получают данные изображения. Данные изображения можно генерировать с помощью блока 114 реконструкции и/или другой системы.

На этапе 304 генерируют специфичную для пациента модель представляющей интерес анатомической структуры на основе данных изображения и базовой анатомической модели.

На этапе 306 идентифицируют области поиска в данных изображения, основываясь на модели пациента.

На этапе 308 идентифицируют кальцификацию в одной или нескольких из областей поиска. Как описано в настоящем описании, можно использовать определение порога и/или другие способы.

На этапе 310 определяют области вокруг идентифицируемых кальцификаций.

На этапе 312 идентифицируют группы вокселей, соответствующие различным областям.

На этапе 314 определяют оценки кальция для различных групп, соответственно.

На этапе 316 по-разному визуально представляют оценки кальция.

Как описано в настоящем описании, в одном случае это может включать генерацию и представление таблицы, показывающей интересующие области с оценками кальция, визуального картирования оценок кальция в соответствующих местоположениях на анатомической модели с помощью цвета или иным образом, ассоциируя оценки кальция с соответствующими местоположениями на анатомической модели, где выбор местоположения ведет к представлению ассоциированной оценки кальция, визуального картирования оценок кальция на поверхности анатомической модели, чтобы показывать относительную или абсолютную тяжесть отложений кальция.

Приведенное выше можно реализовать посредством машиночитаемых инструкций, которые при исполнении процессором(ами) компьютера, предписывают процессору(ам) выполнять описанные действия. В таком случае инструкции хранят в машиночитаемом носителе, связанном с соответствующим компьютером или иным образом доступном для него. Действия не обязательно выполнять одновременно со сбором данных.

Изобретение описано в настоящем описании со ссылкой на различные варианты осуществления. Модификации и изменения могут прийти на ум после прочтения описания в настоящем описании. Подразумевают, что изобретение следует толковать как включающее все такие модификации и изменения в такой мере, в какой они входят в объем приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.