图像分析制造技术

本发明专利技术的各实施例涉及一种用于进行图像分析的系统１００和方法２００。具体来说，本发明专利技术的各实施例涉及一种用于从包括对应于原始图像帧序列５０２、５０４、５０６、５０８、５１０的数据的图像数据集中提取出低强度特征的系统１００和方法２００。这样一种方法２００包括：从对应于所述原始图像帧的所述图像数据集确定２０２多个主分量ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６；对所述多个主分量ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６应用２０４主分量分析（ＰＣＡ）过滤器，以便通过丢弃所述多个主分量ＰＣ１、ＰＣ２、ＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５、ＰＣ６中的至少一个主分量ＰＣ１而确定经过过滤的数据集；以及对所述经过过滤的数据集实施变换２０６，以便产生多个具有增强的低强度特征的经过过滤的图像帧４０２、４０４、４０６、４０８、４１０。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及图像分析。更具体来说，本专利技术涉及一种用于医学诊断的改进的图像 分析技术，所述医学诊断例如利用正电子发射断层摄影(PET)图像数据。
技术介绍
现在有各种医学成像技术帮助临床医师诊断例如由于疾病的解剖或机能表现而 导致的病理状态。许多所述技术会产生一个图像帧序列，所述图像帧序列可以被用来向临 床医师突出显示患者的解剖和/或机能属性的各种时间变化。举例来说，可以执行磁共振成像(MRI)扫描、功能磁共振成像(fMRI)扫描、计算机 断层摄影(CT)扫描或者单光子发射计算机断层摄影(SPECT)扫描来提供一个图像帧序列， 其中所述图像帧序列显示出患者的解剖结构(例如心脏或脑部)随时间的变化。例如可以 在单次扫描期间以及/或者在接连数次医院访问期间执行的多次扫描之间检测任何所述 时间变化。作为另一个例子，PET成像可以被用来获得一个图像帧序列，所述图像帧序列例如 显示出患者的器官(比如脑部)的生理机能属性如何随着时间变化。PET是一种已知的成像技术，其利用断层摄影来通过计算机生成身体内的机能过 程的三维图像或图，这是作为在被合并到生物化学物质中的人为引入的放射性核素发生衰 变并释放正电子时检测伽玛射线的结果而实现的。对于从所述正电子的湮灭检测到的光 子的分析被用来生成所述断层摄影图像帧，可以利用色标来对所述断层摄影图像帧进行量 化以便显示出所述生物化学物质在组织中的扩散，由此指示新陈代谢和/或生理过程的定 位。举例来说，在PET中所使用的放射性核素可以是短寿期放射性同位素，比如氟18、 氧15、氮13和碳11 (其半衰期的范围从大约110分钟到大约20分钟)。所述放射性核素 可以被合并到生物化学物质中，比如通常由身体所使用的化合物，其例如可以包括糖、水和 /或氨。所述生物化学物质随后可以被注入或者吸入到身体中(例如到血流中)，在身体中 所述物质(例如糖)变得集中在感兴趣的组织内，并且所述放射性核素通过发射正电子而 发生衰变。所述正电子与附近的电子发生碰撞从而产生伽玛射线光子，所述光子可以被检 测到并且被记录下来，从而表明所述放射性核素被身体吸收到何处。该数据集可以被用来 探索及描绘人体内的解剖信息、生理信息以及新陈代谢信息当中的一项或多项。由于可以对所述对象施用的放射能的量的限制、所述放射性核素的通常短的半衰 期以及特定记录系统的有限灵敏度，动态PET数据通常伴有相当高的噪声水平。另一个限 制因素是感兴趣分子的新陈代谢分解，这会降低信号并且增大噪声。不管所使用的放射性 核素或者所实施的扫描类型如何，上述因素连同与所述目标的高非特异性结合水平以及健 康区域与病理区域之间在目标表示方面的有时小的差异成为可能使得难以对动态PET数 据进行分析的因素。这意味着对于由临床医师分析及显现解剖结构和病理来说，多个单独 的图像帧通常不是最优的。相应地开发了许多技术来尝试改进从PET扫描产生的动态时序图像帧的图像质量。用于在动态PET数据中降低噪声并且进行定量估计的标准方法之一是取得整个 序列或其一部分的图像帧的总和、平均值(或均值)。然而虽然经过求和、平均值/均值处 理的图像在降低噪声方面可能是有效的，但是这种方法导致抑制了在具有不同动力学行为 的区域之间所检测到的差异，从而降低了不重要的临床特征与潜在地重要的临床特征之间 的对比度。用于分析动态PET数据的另一种方法使用动力学建模，生成参数化图像，旨在提 取出具有能够增强正常区域与病理区域之间的区分的特定动力学属性的区域。用于进行参数估计的一种所述动力学建模方法被称作Patlak方法(或者有时被 称作Gjedde方法)[1]。沿着经过修改的时间绘制目标区域与参考放射能浓度的比值的曲 线，所述修改的时间是通过将直到所选时间的参考放射能浓度的时间积分除以该时间处的 放射能浓度而获得的。如果能够把示踪剂累积描述为不可逆的，则示踪剂动力学的Patlak 图形表示就变为一条直线，其斜率与累积速率成比例。这种方法可以很容易被单独应用于 动态成像帧序列中的每一个像素，并且允许生成代表所述累积速率的参数化图像。但是在使用动力学建模时所遇到的一个问题在于，所生成的参数化图像的质量很 差，同时图像的噪声也相当大。在这方面，诸如所述Patlak方法[1]之类的动力学建模方 法无法在测量来自所述动态数据的生理参数的过程中使得信噪比(SNR)最优化。还存在基于其他类型的建模的用于生成参数化图像的替换方法。比如因素分析或 谱分析中的Logan曲线图、分室建模或分量提取[2]。还提出了其他替换技术[3]，比如其 中利用迭代两阶段(ITS)方法的基于群体的方法。还可以利用多种不同的多变量统计技术来分析动态PET数据，比如主分量分析 (PCA) [4，5，6]。采用PCA是为了同时找到数据中的方差_协方差结构，以便减少数据集的 维度。PCA的结果可以被用于不同的目的，比如因素分析、回归分析、对输入/未经处理的图 像帧数据执行预处理等等。但是，总而言之，对于顺序图像帧的解译仍然很困难，因此仍然需要一种可以更加 可靠地提取出具有临床重要性的特征以便突出显示给临床医师的技术。
技术实现思路
在考虑到与传统技术相关联的上述问题和缺陷的同时形成了本专利技术的各个方面 和实施例。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于从包括对应于原始图像帧序列的数据的图 像数据集中提取出低强度特征的方法。所述方法包括从对应于所述原始图像帧的所述图 像数据集确定多个主分量(PC)；对所述多个主分量应用主分量分析(PCA)过滤器，以便通 过丢弃所述多个主分量中的至少一个主分量(PC)而确定经过过滤的数据集；以及对所述 经过过滤的数据集实施变换，以便产生多个具有增强的低强度特征的经过过滤的图像帧。根据本专利技术的这一方面的方法提供了优于传统技术的许多改进。举例来说，所述 方法不仅增强了可能具有临床重要性的图像中的低强度特征，而且还减小了噪声，并且例 如在观看图像帧(比如描述PET扫描期间的示踪剂吸收的那些图像帧，其中图像帧数据的噪声可能特别大)的时间序列时允许提供更好的时间图像显现。根据本专利技术的第二方面，提供一种包括计算机代码的计算机程序产品，所述计算 机代码用于配置数据处理设备以便实施根据本专利技术的第一方面的方法。所述计算机程序产品例如可以被用于升级传统医学成像系统的功能，以便允许其 提供具有增强的低强度特征的改进的图像序列。根据本专利技术的第三方面，提供一种用于显示包括对应于原始图像帧序列的数据的 图像数据集中的低强度特征的系统。所述系统包括图像采集模块，其适于采集所述原始图 像帧序列。所述系统还包括图像分析器，其适于执行以下操作a)从对应于所述原始图像 帧的所述图像数据集确定多个主分量；b)对所述多个主分量应用主分量分析(PCA)过滤 器，以便通过丢弃所述多个主分量当中的至少一个主分量而确定经过过滤的数据集；以及 c)对所述经过过滤的数据集实施变换，以便产生多个具有增强的低强度特征的经过过滤的 图像帧。所述系统还包括显示器，其适于例如向临床医师显示所述经过过滤的图像帧以对 这些图像帧进行后续解译。应当理解的是，所述系统的各元件可以彼此远离，而不必一起处于相同的物理或地理位置。附图说明图1示出了根据本专利技术的一个实施例的用于对对象进行临床本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从包括与原始图像帧序列（５０２，５０４，５０６，５０８，５１０）对应的数据的图像数据集中提取低强度特征的方法（２００），所述方法（２００）包括：从与所述原始图像帧的对应所述图像数据集确定（２０２）多个主分量（ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＣ４，ＰＣ５，ＰＣ６）；对所述多个主分量（ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＣ４，ＰＣ５，ＰＣ６）应用（２０４）主分量分析（ＰＣＡ）过滤器，以便通过丢弃所述多个主分量（ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＣ４，ＰＣ５，ＰＣ６）中的至少一个主分量（ＰＣ）来确定经过过滤的数据集；以及对所述经过过滤的数据集实施变换（２０６），以便产生多个具有增强的低强度特征的经过过滤的图像帧（４０２，４０４，４０６，４０８，４１０）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-4 60/992155一种用于从包括与原始图像帧序列(502，504，506，508，510)对应的数据的图像数据集中提取低强度特征的方法(200)，所述方法(200)包括从与所述原始图像帧的对应所述图像数据集确定(202)多个主分量(PC1，PC2，PC3，PC4，PC5，PC6)；对所述多个主分量(PC1，PC2，PC3，PC4，PC5，PC6)应用(204)主分量分析(PCA)过滤器，以便通过丢弃所述多个主分量(PC1，PC2，PC3，PC4，PC5，PC6)中的至少一个主分量(PC)来确定经过过滤的数据集；以及对所述经过过滤的数据集实施变换(206)，以便产生多个具有增强的低强度特征的经过过滤的图像帧(402，404，406，408，410)。2.权利要求1的方法(200)，其中，要丢弃的至少一个所述主分量(PC1，PC2，PC3，PC4， PC5，PC6)是高阶主分量(PCl)。3.权利要求2的方法(200)，其中，通过以下措施来确定要丢弃的所述至少一个高阶主 分量(PCi)去除最重要主分量；以及/或者动态地设置第一方差贡献阈值，并且丢弃对总 主分量方差的百分比方差贡献小于所述第一方差贡献阈值的主分量。4.根据任一项在前权利要求的方法(200)，其中，要丢弃的至少一个所述主分量(PC1， PC2，PC3，PC4，PC5，PC6)是低阶主分量(PC6)。5.权利要求4的方法(200)，其中，通过以下措施来确定将要丢弃的所述至少一个低阶 主分量(PC6)动态地设置第二方差贡献阈值，并且丢弃对总主分量方差的百分比方差贡 献小于所述第二方差贡献阈值的主分量；以及/或者通过应用碎石图来确定所述主分量的 方差贡献在何处变平到噪声底限，并且丢弃低于所述噪声底限的那些分量。6.根据任一项在前权利要求的方法(200)，其中，通过以下措施来确定要丢弃的至少 一个所述主分量(PCl，PC2，PC3，PC4，PC5，PC6)动态地设置要丢弃的一个或更多主分量； 以及/或者对所述经过过滤的图像帧(402，404，406，408，410)中的一个或更多个的一个或 更多残留部分进行分析。7.根据任一项在前权利要求的方法(200)，还包括在从所述图像数据集确定(202)所 述多个主分量(PC1，PC2，PC3，PC4，PC5，PC6)之前，从所述图像数据集过滤背景像素。8.根据任一项在前权利要求的方法(200)，其中，所述图像数据包括获得自正电子发 射断层摄影(PET)扫描的数据。9.根据任一项在前权利要求的方法(200)，其中，所述原始图像帧(502，504，506，508， 510)包括在从原始数据集确定(202)所述多个主分量(PC1，PC2，PC3，PC4，PC5，PC6)之前 被过滤的所述原始数据，其中随后重建所述经过过滤的原始数据以便提供经过过滤的图像 数据集。10.一种包括计算机代码的计算机程序产品(144)，所述计算机代码用于把数据处理 设备(120)配置成实施根据任一项在前权利要求的方法(200)的一个或更多个步骤(202， 204,206)。11.权利要求10的计算机程序代码(144)，其还用于为用户提供图形用户界面(123) (GUI)。12.权利要求11的计算机程序产品(144)，其中，所述⑶I(123)包括过滤器控制部分 (602)，其用于设置第一方差贡献阈值和第二方差贡献阈值中的一个或更多个。13.权利要求12的计算机程序产品(144)，其中，所述过滤器控制部分(602)包括分别 用...

【专利技术属性】
技术研发人员：J阿克塞尔松，A林黑姆，
申请(专利权)人：通用电气健康护理有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]