專利名稱：用于處理一系列表示心動(dòng)周期的圖像幀的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理一系列表示心動(dòng)周期的圖像幀的系統(tǒng)，至少包括用于采集該圖像幀序列的輸入或數(shù)據(jù)采集裝置，尤其用于存儲(chǔ)和取回所述圖像幀序列的存儲(chǔ)器，用于處理這些幀的處理器，以及顯示裝置，由此在使用中處理器對(duì)這些幀進(jìn)行處理，以從所述圖像序列中識(shí)別表示心動(dòng)周期預(yù)定相位的一幀或多個(gè)幀。
本發(fā)明還涉及用于處理一系列表示心動(dòng)周期的圖像幀以便從所述圖像序列中識(shí)別表示心動(dòng)周期預(yù)定相位的一幀或多個(gè)幀的方法。
這種系統(tǒng)和方法已經(jīng)被WO01/82787公開。通常需要識(shí)別被檢查的心臟收縮期相位和舒張期相位，以便能夠確定其它心臟參數(shù)，例如每搏輸出量，射血分?jǐn)?shù)以及其它參數(shù)。通常，心臟的收縮期相位和舒張期相位可以通過ECG信號(hào)裝置容易地確定。但是，當(dāng)不能獲得這種ECG信號(hào)或者當(dāng)不能利用該ECG信號(hào)時(shí)，就出現(xiàn)了問題，因?yàn)闉榱四軌蛟u(píng)定心臟參數(shù)的變化，準(zhǔn)確地確定心臟收縮期相位和舒張期相位是先決條件。
盡管本發(fā)明適用于選擇顯示心臟處于其收縮期和舒張期相位的那些圖像幀，但本發(fā)明并不僅限于該目的，而是也可以用于識(shí)別心臟心動(dòng)周期中的其它相位。
WO01/82787涉及一種自動(dòng)評(píng)估從圖像幀序列中取得的圖像數(shù)據(jù)，以便確定被檢查心臟左心室輪廓的方法。根據(jù)該公知技術(shù)記錄收縮末期和舒張末期主動(dòng)脈瓣的位置，由此研制了使用概率查閱表的初始舒張末期區(qū)域/收縮末期區(qū)域分類器。還提供由除受檢者外其它個(gè)體的心臟手工繪制輪廓確定的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。然后，使用由該訓(xùn)練數(shù)據(jù)得到的回歸系數(shù)確定舒張末期分界線和收縮末期分界線，其可以用于計(jì)算心臟的射血分?jǐn)?shù)。為了能夠獲得心臟的舒張期和收縮期分界線，該公知的方法復(fù)雜并要求大量人工輸入。
本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)，其有效地識(shí)別代表所檢查的心臟心動(dòng)周期預(yù)定相位的那些幀。另一個(gè)目的是操作該系統(tǒng)的方式可以是自動(dòng)的，這將使得處理該圖像幀序列容易，并使執(zhí)行簡(jiǎn)單。
本發(fā)明體現(xiàn)在方法和系統(tǒng)以及軟件和包括該軟件的數(shù)據(jù)載體上，如附加權(quán)利要求所詳細(xì)說明的那樣。
本發(fā)明的第一方面，用于處理一系列表示心動(dòng)周期圖像幀的系統(tǒng)的特征在于，處理器比較來自所述圖像幀序列的圖像，并在這些幀之間建立同一性(identity)測(cè)量，由此該處理器應(yīng)用所述同一性測(cè)量以識(shí)別與這些幀有關(guān)的心動(dòng)周期相位。
實(shí)踐表明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)提供穩(wěn)固的裝置以識(shí)別檢查中感興趣的心動(dòng)周期的相位。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一優(yōu)選實(shí)施例特征在于，該處理器對(duì)來自圖像序列的連續(xù)幀進(jìn)行比較，并從該圖像序列中選擇在涉及心動(dòng)周期的收縮期靜止相位(resting-phase)和舒張期靜止相位時(shí)顯示同一性測(cè)量最高值的那些幀。優(yōu)選的是處理器對(duì)各對(duì)連續(xù)幀進(jìn)行比較。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)除了可以完全自動(dòng)執(zhí)行識(shí)別心動(dòng)周期相關(guān)相位的特性之外，另外的特性在于能夠容易地確定不同的心臟相位。在想要發(fā)現(xiàn)最靜止的心臟相位的情況下，也就是，收縮期靜止相位和舒張期靜止相位，該相位僅與顯示同一性最高值的那些幀相關(guān)。另一方面，如果希望檢測(cè)具有最顯著(promihent)運(yùn)動(dòng)的心臟相位，在該實(shí)施例中就必須選擇那些顯示同一性測(cè)量最低值的那些幀。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一優(yōu)選實(shí)施例中，處理器對(duì)來自所述序列的各個(gè)幀與來自該圖像序列的其它每一幀進(jìn)行比較，并從所述圖像序列中選擇顯示所述同一性測(cè)量最低值的第一幀和第二幀，由此將該第一幀和第二幀識(shí)別為與心動(dòng)周期的收縮期靜止相位和舒張期靜止相位有關(guān)的幀。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的所有實(shí)施例都能確定被檢查的心臟的相位，例如，用于確定來自表示整個(gè)心動(dòng)周期的一系列圖像幀的收縮相位和舒張相位，而不需要依靠進(jìn)一步測(cè)量，例如測(cè)量ECG信號(hào)。
另一方面是，盡管該系統(tǒng)對(duì)處理由MRI掃描得到的一系列圖像時(shí)特別有效，該系統(tǒng)可以用于任何類型的圖像幀，例如從CT掃描、MRI掃描或者超聲掃描獲得的圖像幀。當(dāng)使用MRI掃描采集一系列圖像幀時(shí)，問題在于本來可以獲得的ECG信號(hào)不能使用，這是因?yàn)橐环矫鍱CG使MRI幀圖象質(zhì)量變差，而另一方面ECG信號(hào)被MRI掃描磁場(chǎng)干擾。
在實(shí)施中顯示任何適于比較幀的方法都是可行的。然而根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選的通過執(zhí)行關(guān)于這些幀的交叉相關(guān)函數(shù)來對(duì)幀進(jìn)行比較，由此將由所述交叉相關(guān)得到的結(jié)果指定作為表示所述同一性測(cè)量的值。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，處理器根據(jù)和局限于幀上圖像的預(yù)選定區(qū)域?qū)D像幀進(jìn)行比較。在這種方式中，對(duì)于心臟相位尋找的識(shí)別可以由適當(dāng)選擇用于比較的區(qū)域來支持。
適當(dāng)?shù)?，通過選擇表示右冠狀動(dòng)脈以及其周圍區(qū)域進(jìn)行比較。
在下文中將參考下述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的非限定性示例性實(shí)施例并參考附圖進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
圖2示出由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實(shí)施例獲得的結(jié)果。
圖3和圖4示出從表示完整心動(dòng)周期的圖像幀序列中選擇的兩個(gè)圖像幀。
圖5示出由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實(shí)施例獲得的結(jié)果。
現(xiàn)在首先參考圖1，用于處理表示心動(dòng)周期的一系列圖像幀的系統(tǒng)整體上由附圖標(biāo)記1表示。該系統(tǒng)1至少包括用于從被檢查的心臟采集圖像幀的輸入或數(shù)據(jù)采集裝置2。這些圖像幀可以離線或者在線地輸入到系統(tǒng)1，意味著該輸入或數(shù)據(jù)采集裝置可以是CT掃描、MRI掃描或超聲掃描設(shè)備，或者可以是帶有從相關(guān)掃描得到的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器或者計(jì)算機(jī)。
該所述的輸入或數(shù)據(jù)采集裝置2與存儲(chǔ)器3連接，該存儲(chǔ)器特別用于存儲(chǔ)和取回圖像幀序列。存儲(chǔ)器3依次連接到用于處理這些幀的處理器4和用于顯示處理結(jié)果和/或正在處理的那些幀的顯示裝置5。
當(dāng)使用系統(tǒng)1時(shí)，處理器4對(duì)這些幀進(jìn)行處理以從圖像幀序列中識(shí)別那個(gè)或者那些表示心動(dòng)周期預(yù)定相位的幀。出于這種目的，處理器4對(duì)來自圖像幀序列中的圖像進(jìn)行比較并在這些幀之間建立同一性測(cè)量，由此處理器4應(yīng)用所述同一性測(cè)量以識(shí)別與那些幀有關(guān)的心動(dòng)周期相位。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)1的第一實(shí)施例中，處理器4對(duì)從圖像序列來的連續(xù)幀進(jìn)行比較，并在這些圖像序列中選擇在涉及心動(dòng)周期的收縮期靜止相位和舒張期靜止相位時(shí)顯示同一性測(cè)量最高值的那些幀。優(yōu)選的是處理器4對(duì)各對(duì)連續(xù)幀進(jìn)行比較。
在該第一實(shí)施例的示例性應(yīng)用中，該系統(tǒng)利用臨床上使用的、由Phi1ips Medical Systems銷售的Gyroscan ACS-NT15型號(hào)1.5T掃描儀。在完成多心臟相位的攝影掃描(cine scan)以后，由系統(tǒng)確定各個(gè)連續(xù)攝影圖像對(duì)中的整體交叉相關(guān)性。通過這些幀的整體交叉相關(guān)性函數(shù)確定連續(xù)圖像之間差別的直接測(cè)量，或者換句話說，確定這些連續(xù)圖象之間的同一性測(cè)量，并且可以看出該同一性測(cè)量表示對(duì)連續(xù)圖像之間相對(duì)變化的穩(wěn)固測(cè)量。
對(duì)七位健康的志愿者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并獲得二維ECG門控屏息圖像幀序列，其中測(cè)量的視場(chǎng)為320mm×224mm。對(duì)三十(30)個(gè)心臟相位進(jìn)行測(cè)量。選擇包括與右管狀動(dòng)脈有交叉點(diǎn)的橫向定向，考慮到這部分的運(yùn)動(dòng)幅度比左心系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)幅度要大，其被證實(shí)是優(yōu)選的。對(duì)視覺上確定的右冠狀動(dòng)脈靜止間期進(jìn)行比較，并與發(fā)生相關(guān)曲線最大值處的幀位置相比較。
圖2示出選擇的三位志愿者的相關(guān)曲線圖，其中X軸表示整個(gè)心動(dòng)周期的發(fā)展，而Y軸表示關(guān)于該幀在心動(dòng)周期中位置的相關(guān)值。由視覺得到的與心動(dòng)周期的舒張末期和收縮末期相位相對(duì)應(yīng)的靜止間期(rest period)，與顯示同一性測(cè)量最高值的那些幀相符合，這些值由根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選應(yīng)用的交叉相關(guān)函數(shù)確定。
在第二實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)1的處理器4對(duì)從所述圖像幀序列來的各個(gè)幀與從該序列中來的其它每個(gè)幀進(jìn)行比較，并從顯示所述同一性測(cè)量最低值的所述圖像序列中選擇第一幀和第二幀，從而該第一幀和第二幀被識(shí)別為與心動(dòng)周期的收縮期靜止相位和舒張期靜止相位有關(guān)的幀。
根據(jù)該實(shí)施例工作的系統(tǒng)的結(jié)果在圖3、4和5中示出。圖3和4示出的是在心動(dòng)周期中的不同時(shí)刻的人類心臟。典型的心動(dòng)周期由至少三十個(gè)分別如圖3和4所示出的幀組成。
根據(jù)本發(fā)明將來自該幀序列(例如在圖3和4中示出的幀)的各個(gè)幀與來自該幀序列的其它每幀進(jìn)行比較，并且將比較的結(jié)果轉(zhuǎn)換成同一性測(cè)量。
圖5示出的是采集的來自表示整個(gè)心動(dòng)周期的幀序列的所有可能組合的幀對(duì)的同一性測(cè)量。在該特定情況下，圖5在水平和垂直軸上都示出從一個(gè)圖像幀序列來的所有幀，以1-30標(biāo)號(hào)，結(jié)果總計(jì)·N·(N+1)種可能組合，其中N＝30是幀的總數(shù)。
圖5示出比較結(jié)果，由此白色的區(qū)域表示兩個(gè)比較的幀之間完全相同，而較暗的區(qū)域表示比較的幀之間較不一致。最暗的區(qū)域表示比較的幀之間最不一致。
如上所述，由箭頭A和B標(biāo)記的區(qū)域涉及顯示在比較的幀之間區(qū)別最大的幀組合。基于該結(jié)果，顯示心臟收縮的收縮期幀和顯示心臟在松弛狀態(tài)的舒張期幀可以分別識(shí)別為幀10和30。
最后，需要注意的是本發(fā)明不僅限于使用MRI掃描。其可以容易且很好地應(yīng)用CT掃描，超聲掃描和其它任何在將來可能發(fā)展的掃描。
本發(fā)明可進(jìn)一步容易地且很好地應(yīng)用從透視取得的心臟圖像幀，其分別與圖3和4中所示的不同。本發(fā)明對(duì)于所檢查的心臟被監(jiān)測(cè)的觀察方向不敏感。簡(jiǎn)而言之本發(fā)明不限于上面所討論的特定實(shí)施例。該討論僅是用于說明附加的權(quán)利要求而不希望限制這些權(quán)利要求要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.用于處理一系列表示心動(dòng)周期的圖像幀的系統(tǒng)，至少包括用于采集該圖像幀序列的輸入或數(shù)據(jù)采集裝置，尤其用于存儲(chǔ)和取回所述圖像幀序列的存儲(chǔ)器，用于處理這些幀的處理器，以及顯示裝置，由此在使用中該處理器對(duì)這些幀進(jìn)行處理，以從所述圖像序列中識(shí)別表示心動(dòng)周期預(yù)定相位的一幀或者多個(gè)幀，其特征在于，該處理器對(duì)來自于所述圖像幀序列的圖像進(jìn)行比較并在這些幀之間建立同一性測(cè)量，由此該處理器應(yīng)用所述同一性測(cè)量以識(shí)別與這些幀相關(guān)的心動(dòng)周期相位。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理器對(duì)來自圖像序列的連續(xù)幀進(jìn)行比較，并從該圖像序列中選擇在涉及心動(dòng)周期收縮期靜止相位和舒張期靜止相位時(shí)顯示同一性測(cè)量最高值的那些幀。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理器對(duì)各對(duì)連續(xù)幀進(jìn)行比較。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理器將來自所述序列的各個(gè)幀與來自該圖像序列的其它每一幀進(jìn)行比較，并從所述圖像序列中選擇顯示所述同一性測(cè)量最低值的第一幀和第二幀，由此將該第一幀和該第二幀識(shí)別為與心動(dòng)周期的收縮期靜止相位和舒張期靜止相位相關(guān)。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理器通過執(zhí)行關(guān)于這些幀的交叉相關(guān)函數(shù)來對(duì)這些幀進(jìn)行比較，由此其將從所述交叉相關(guān)得到的值指定作為代表所述同一性測(cè)量的值。
6.如前面權(quán)利要求中任意一個(gè)所述的系統(tǒng)，其特征在于，該處理器根據(jù)和局限于幀上圖像的預(yù)選區(qū)域?qū)D像幀進(jìn)行比較。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，該預(yù)選區(qū)域是右冠狀動(dòng)脈及其周圍區(qū)域。
8.與用于處理一系列圖像幀以便從所述圖像序列中識(shí)別表示心動(dòng)周期預(yù)定相位的一幀或多個(gè)幀的處理器聯(lián)合使用的軟件，其特征在于，它包括用以在圖像幀序列的幀之間建立同一性測(cè)量以及用以從所述同一性測(cè)量確定這些幀所相關(guān)的心動(dòng)周期相位的算法。
9.包含如權(quán)利要求8所述軟件的數(shù)據(jù)載體。
10.用于處理一系列表示心動(dòng)周期的圖像幀以便從所述圖像序列中識(shí)別表示心動(dòng)周期預(yù)定相位的一幀或多個(gè)幀的方法，其特征在于，對(duì)來自所述圖像幀序列的圖像進(jìn)行比較，以建立這些幀之間的同一性測(cè)量，并且該同一性測(cè)量用于識(shí)別與這些幀相關(guān)的心動(dòng)周期相位。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，對(duì)來自該圖像序列的連續(xù)幀進(jìn)行比較，在該圖像序列中選擇在涉及心動(dòng)周期的收縮期靜止相位和舒張期靜止相位時(shí)顯示同一性測(cè)量最高值的那些幀。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將來自該圖像幀序列的各個(gè)幀與來自該序列的其它每個(gè)幀進(jìn)行比較，并從所述圖像序列中選擇顯示所述同一性測(cè)量最低值的第一幀和第二幀，由此所述第一幀和第二幀被識(shí)別為與心動(dòng)周期的收縮期靜止相位和舒張期靜止相位相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理一系列表示心動(dòng)周期的圖像幀的系統(tǒng)，至少包括用于采集該圖像幀序列的輸入或數(shù)據(jù)采集裝置，尤其用于存儲(chǔ)和取回所述圖像幀序列的存儲(chǔ)器，用于處理這些幀的處理器，以及顯示裝置，由此在使用中處理器對(duì)這些幀進(jìn)行處理，以從所述圖像序列中識(shí)別表示心動(dòng)周期預(yù)定相位的一幀或多個(gè)幀，由此該處理器對(duì)來自所述圖像幀序列的圖像進(jìn)行比較，并在這些圖像之間建立同一性測(cè)量，從而該處理器應(yīng)用所述同一性測(cè)量來識(shí)別與這些幀相關(guān)的心動(dòng)周期相位。
文檔編號(hào)A61B5/055GK1725978SQ200380105840
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者E·H·哈塞霍夫, N·凱, P·博爾納特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司