診斷性腦成像的制作方法
【專利摘要】一種放射學成像裝置（10），在施予放射示蹤劑之后，其采集對象的放射學腦圖像，所述放射示蹤劑結(jié)合到指示臨床病狀的目標物質(zhì)。在一個實施例中，所述臨床病狀為腦中的處于與老年癡呆癥相關(guān)的水平的淀粉樣沉積物，并且所述目標物質(zhì)為淀粉樣沉積物。處理器（C）通過以下步驟對所述臨床病狀進行測試：執(zhí)行所述腦圖像與指示具有所述臨床病狀的陽性模板（32P）的非剛性配準以及所述腦圖像與指示不具有所述臨床病狀的陰性模板（32N）的非剛性配準；分別生成量化與所述陽性模板和陰性模板之間的所述配準的接近度的陽性結(jié)果度量（36P）和陰性結(jié)果度量（36N）；并且基于所述陽性結(jié)果度量和所述陰性結(jié)果度量，生成測試結(jié)果（54）。通過量化針對所述腦圖像的第二模式的強度直方圖，生成獨立測試結(jié)果。
【專利說明】診斷性腦成像
【技術(shù)領域】
[0001]以下涉及醫(yī)學診斷領域、放射學成像領域以及相關(guān)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]老年癡呆癥和其他類型的癡呆癥是影響數(shù)百萬人的使人衰弱的狀況。對這種狀況的發(fā)作的早期檢測可以有助于早期干預和改善患者健康、生活品質(zhì)，以及總體結(jié)果。在這方面，臨床研究已將腦組織中增強的淀粉樣沉積物(Αβ )與老年癡呆癥的發(fā)作相關(guān)聯(lián)。淀粉樣沉積物與老年癡呆癥的臨床診斷之間的關(guān)聯(lián)不是一對一的，并且需要額外的醫(yī)學測試和專家醫(yī)學檢查，以做出對老年癡呆癥的臨床診斷。然而，腦中顯著的淀粉樣沉積物的存在被認為是老年癡呆癥病狀的標志。
[0003]有利地，可以通過聯(lián)合結(jié)合到腦中的淀粉樣沉積物的某些放射示蹤劑，執(zhí)行放射學腦成像，來無創(chuàng)地體內(nèi)檢測淀粉樣沉積物。這使這樣的成像成為用于篩查老年癡呆癥和/或用于(聯(lián)合其他醫(yī)學測試、專家醫(yī)學檢查的結(jié)果等)提供用于在患者中診斷老年癡呆癥的檢驗信息的合適工具。在正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像的情況中，對研究有用的一些合適的放射不蹤劑包括[11C]_PIB、[18F]-Flutemetamol、[18F]-Florbetaben,以及[18F]-Florbetapir。這三種[18F]-標記的示蹤劑處于臨床階段,并且預計在不久的將來將被美國食品和藥物管理局批準。單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)是另一種可以被用于檢測腦中的淀粉樣沉積物的放射學成像技術(shù)。一種有前景的SPECT淀粉樣放射示蹤劑為IMPY (例如，[1231] IMPY ^ [125ΙΠΜΡΥ)，其己在研究中使用了多年。
[0004]盡管對這種圖像的視覺評估在臨床上可能有用，但是這種視覺評估可能是不明確的。定量評估為臨床決策提供了更好的基礎，并且在一些司法領域，對用于臨床診斷中的測試的審批來說可能是強制的。
[0005]總地來說，已有多種方法被應用于定量淀粉樣圖像。定量中的黃金標準是具有動脈血取樣的對動態(tài)PET時間序列的動力學建模，以評估放射示蹤劑在所述血中的濃度。然而，動脈血取樣是高度有創(chuàng)的，并且優(yōu)選地被避免。對放射學圖像的動態(tài)時間序列的采集還要求患者(優(yōu)選地不動)在成像裝置中保持較長的時間期間，這對所述患者來說可能是困難的。
[0006]在更符合臨床情形的方法中，將靜態(tài)圖像的標準攝取值(SUV)的比率用于臨床評估。所述靜態(tài)圖像適當?shù)卦谒龇派涫聚檮┑淖⑸渲蠹s30-40分鐘時獲得，并且在約20分鐘的采集周期上采集。通過用目標區(qū)域中的平均SUV除以對照區(qū)域中的平均SUV，獲得SUV比率(本文中也用SUVR指代)。針對淀粉樣成像，所述對照區(qū)域典型地為小腦灰質(zhì)，其被認為表現(xiàn)出對放射性配體的非特異性結(jié)合。
[0007]手動地或通過自動分割繪制PET圖像中的每個感興趣區(qū)域(R0I)。手動繪制耗時且引入了顯著的可變性，并因此可重復性低。自動分割可以通過在本地圖像空間中基于圖像強度以及一般的先驗組織/區(qū)域的圖像處理，而得以執(zhí)行。自動分割還可以通過所述PET圖像到腦模板(有時也被稱作腦圖譜)的翹曲，得以執(zhí)行。所述模板可以基于由磁共振(MR)成像生成的對相同對象的解剖圖像，或者可以基于對放射性配體特異的模板。使用解剖學MR圖像作為所述模板具有需要患者經(jīng)歷兩個成像環(huán)節(jié)的缺點=(I)MR成像以及(2)對所施予的放射示蹤劑的放射學成像。相反，對放射性配體特異的模板的使用減少了在所述患者上執(zhí)行的成像的量，并加快了診斷測試的執(zhí)行。
[0008]本文中作為示例性應用描述了用于老年癡呆癥或其他癡呆狀況的篩查和/或診斷的淀粉樣沉積物的成像。然而，更一般地，所公開的分析一般地可用于對對象的放射學腦圖像的臨床評估，所述放射學腦圖像在對所述對象施予了結(jié)合到驗證臨床狀況的物質(zhì)的放射示蹤劑之后采集。
[0009]以下提供了如本文中所公開的新的改進的裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)一個公開的方面，一種方法包括:執(zhí)行對象的放射學腦圖像與指示具有臨床病狀的陽性模板之間的非剛性配準，所述對象的放射學腦圖像在向?qū)ο蟮氖┯璺派涫聚檮┲蟛杉?，所述放射示蹤劑結(jié)合到指示所述臨床病狀的目標物質(zhì)；執(zhí)行對所述放射學腦圖像與指示不具有所述臨床病狀的陰性模板的非剛性配準；生成量化所述放射學腦圖像與所述陽性模板的所述非剛性配準的接近度的陽性結(jié)果度量；以及生成量化所述放射學腦圖像與所述陰性模板的所述非剛性配準的接近度的陰性結(jié)果度量。所述方法可以還包括基于所述陽性結(jié)果度量和所述陰性結(jié)果度量，生成所述對象相對于所述臨床病狀的測試結(jié)果。在一些實施例中，所述臨床病狀為所述腦中的處于與老年癡呆癥相關(guān)的水平的淀粉樣沉積物，并且所述目標物質(zhì)為所述腦中的淀粉樣沉積物。
[0011]根據(jù)另一公開的方面，一種方法包括:在向?qū)ο笫┯璺派涫聚檮┲?，采集所述對象的放射學腦圖像，所述放射示蹤劑結(jié)合到臨床檢驗物質(zhì)；在所采集的放射學腦圖像上獨立地執(zhí)行第一測試和第二測試以生成各自的第一測試結(jié)果和第二測試結(jié)果，所述第一測試結(jié)果和第二測試結(jié)果包括對所述臨床檢驗物質(zhì)在所述對象的所述腦中的存在的第一評估和第二評估；以及以人類能夠感 知的格式，輸出所述第一測試結(jié)果和第二測試結(jié)果。在一些實施例中，所述第二獨立執(zhí)行的測試包括構(gòu)建針對所述放射學腦圖像的強度直方圖，以及基于所述直方圖生成所述第二測試結(jié)果；并且所述第一測試不利用所述強度直方圖。在一些實施例中，所述第一獨立執(zhí)行的測試包括執(zhí)行所述放射學腦圖像與多個不同模板(32P、32N)中的每個的非剛性配準，以及基于所述非剛性配準的圖像生成所述第一測試結(jié)果，所述多個不同模板指示所述臨床檢驗物質(zhì)在所述腦中的不同各自水平；并且所述第二測試不利用所述非剛性配準的圖像。
[0012]根據(jù)另一公開的方面，一種裝置包括數(shù)字處理器，所述數(shù)字處理器被配置為執(zhí)行在前面緊接的兩個段落中的任一段落或兩者中所闡述的方法。根據(jù)另一公開的方面，一種存儲了指令的存儲介質(zhì)，所述指令在被數(shù)字處理器運行時，執(zhí)行前面緊接的兩個段落中的任一段落或兩者中所闡述的方法。
[0013]根據(jù)另一公開的方面，一種裝置包括放射學成像裝置和處理器，所述處理器被配置為在對象的放射學腦圖像上執(zhí)行診斷測試，所述放射學腦圖像在向所述對象施予了放射示蹤劑之后由所述放射學成像裝置采集，所述放射示蹤劑結(jié)合到所述腦中的淀粉樣沉積物。由所述處理器執(zhí)行的所述診斷測試包括:執(zhí)行所述放射學腦圖像與陽性模板的非剛性配準，所述陽性模板指示針對所述腦中的淀粉樣沉積物測試陽性；執(zhí)行所述放射學腦圖像與陰性模板的非剛性配準，所述陰性模板指示針對所述腦中的淀粉樣沉積物測試陰性；所述陽性結(jié)果度量量化所述臨床放射學腦圖像與所述陽性模板生成陽性結(jié)果度量的所述配準的接近度；所述陰性結(jié)果度量量化所述臨床放射學腦圖像與所述陰性模板生成陰性結(jié)果度量的所述配準的接近度；以及基于所述陽性結(jié)果度量和所述陰性結(jié)果度量，生成診斷測量結(jié)果。
[0014]一個優(yōu)點在于通過聯(lián)合了放射示蹤劑的施予的放射學成像，對感興趣的病狀更可靠的臨床評估。
[0015]另一優(yōu)點在于通過聯(lián)合了結(jié)合到腦中的淀粉樣沉積物的放射示蹤劑的施予的放射學腦成像(例如，使用PET或SPECT)，對淀粉樣沉積物病狀(已在臨床研究中將其與老年癡呆癥相關(guān)聯(lián))更可靠的評估。
[0016]另一優(yōu)點在于提供了將腦中的淀粉樣沉積物定量的改進的老年癡呆癥測試，用于與其他數(shù)據(jù)聯(lián)合診斷患者的老年癡呆癥。
[0017]另一優(yōu)點在于提供了多種獨立方法用于對所施予的結(jié)合到腦中的淀粉沉積的放射示蹤劑的放射學腦成像(例如，使用PET或SPECT)進行量化。所述多種獨立的量化方法提供了對測試結(jié)果的一致性檢驗。[0018]另一優(yōu)點在于通過聯(lián)合結(jié)合到腦中的淀粉樣沉積物的放射示蹤劑的施予的放射學腦成像(例如，使用PET或SPECT)，對淀粉樣沉積物(其為老年癡呆癥的標志)更可靠的檢測和量化，其不依賴于腦模板或腦翹曲圖像處理。
[0019]在閱讀和理解以下詳細描述時，另外的優(yōu)點對于本領域普通技術(shù)人員將是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1圖解地示出了用于通過在腦圖像上執(zhí)行腦翹曲圖像處理來執(zhí)行對腦中的淀粉樣沉積物的量化測試的系統(tǒng)，所述腦圖像通過聯(lián)合所施予的結(jié)合到腦中的淀粉樣沉積物的放射示蹤劑的放射學成像系統(tǒng)采集。
[0021]圖2圖解地示出了用于對腦圖像上的淀粉樣沉積物執(zhí)行基于直方圖的量化測試的子系統(tǒng)，其中，所述基于直方圖的圖像處理獨立于圖1中描繪的所述腦翹曲圖像處理。圖2中還示出了將所述腦翹曲圖像處理與所述基于直方圖的圖像處理的結(jié)果進行比較的一致性檢驗。
[0022]圖3和圖4圖解地示出了針對測試淀粉樣沉積物的陽性的對象(圖3)以及針對測試淀粉樣沉淀劑的陰性的對象(圖4)的、由圖2的所述基于直方圖的測試生成的強度直方圖。
【具體實施方式】
[0023]本文中所公開的是診斷分析，其一般可應用與患者(或者更一般地，對象，本文中使用的該術(shù)語包括人類患者或其他人類對象，動物獸醫(yī)對象，等等)的放射學腦圖像的診斷分析，所述放射學腦圖像在對患者施予了放射示蹤劑之后采集，放射示蹤劑結(jié)合到檢驗臨床狀況的物質(zhì)。本文中所公開的一些診斷分析基于以下認識，即現(xiàn)有的使用對放射示蹤劑特異性的模板的腦翹曲方法未能考慮到放射學腦圖像針對不同病狀在外觀上的顯著變化。例如，考慮放射學腦成像的示例性情況，其用于利用結(jié)合到淀粉樣沉積物的放射示蹤劑，檢測和量化與老年癡呆癥相關(guān)聯(lián)的淀粉樣沉積物?；加欣夏臧V呆癥的患者的腦一般在腦的某些區(qū)域具有高濃度的淀粉樣沉積物，導致放射學腦圖像具有顯著的對應于結(jié)合到淀粉樣沉積物的放射示蹤劑的“亮”內(nèi)容。相反，沒有患老年癡呆癥的患者的腦一般具有在腦中基本上較低濃度的淀粉樣沉積物，導致放射學腦圖像具有相對低的“亮”內(nèi)容。因此，對放射示蹤劑特異的模板可能不能提供與針對經(jīng)歷老年癡呆癥篩查或診斷的給定患者所采集的放射學腦圖像之間的合理關(guān)聯(lián)。
[0024]本文中所公開的一些腦圖像分析還基于以下洞悉，即不作為對腦翹曲分析的有問題的復雜化，而是該高度可變性可以被并入所述腦翹曲分析，以提供診斷信息，無需依賴于SUVR或其他翹曲后分析(盡管也可以執(zhí)行這種翹曲后分析)。
[0025]參考圖1，放射學成像裝置10提供放射示蹤劑的圖像，使用放射示蹤劑施予裝置12向患者施予所述放射示蹤劑。以示例性范例的方式，放射學成像裝置10可以為PET或SPECT成像裝置(其任選地可以為還包括諸如透射計算機斷層攝影、或CT的額外的成像模態(tài)的多模態(tài)成像裝置)。以示例性范例的方式，放射示蹤劑施予裝置12可以包括靜脈注射系統(tǒng)，用于將所述放射示蹤劑直接輸送到所述患者的血流中。備選地，還預期放射示蹤劑施予裝置12經(jīng)由另一途徑——例如通過患者口服含放射示蹤劑的液體，——將放射示蹤劑輸送到患者。
[0026]在放射學成像裝置10與放射示蹤劑施予裝置12之間存在有效通信路徑14，其確保放射學成像裝置10在放射示蹤劑施予裝置12將放射示蹤劑輸送到患者之后的適當時間，執(zhí)行放射學成像。通信路徑14可以是純手動路徑一一其中人類放射科醫(yī)師在施予放射示蹤劑之后，啟動放射學腦成像之前等待預定時間間隔；或者可以是自動路徑——其中(以示例性范例的方式)放射學成像裝置10監(jiān)視輻射檢測事件的計數(shù)，直到計數(shù)超過觸發(fā)閾值，放射學腦成像在觸發(fā)閾值時間開始(任選地在設定延遲期之后)。該后一種方法使用放射學成像裝置10以檢測放射示蹤劑何時已在腦中積聚到足以執(zhí)行放射學腦成像的水平。由放射學成像裝置10執(zhí)行的放射學腦成像`基本上可以采用任何成像技術(shù)，并且可以采集單一放射學圖像或放射學圖像的時間序列。盡管在后文中假設了單一的放射學腦圖像，但是可以針對時間序列中的每個圖像重復所公開的處理，或者可以在預處理步驟中分析時間序列，以選擇具有最高亮度的放射學腦圖像用于處理(或者可以采用另一種選擇標準)。
[0027]由數(shù)字處理設備，例如圖示的計算機C (例如臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦、遠程服務器、專用成像裝置控制器等)，處理所得到的放射學腦圖像以執(zhí)行所公開的臨床診斷處理。數(shù)字處理設備C包括放射學成像數(shù)據(jù)存儲器16，用于存儲所采集的放射學成像數(shù)據(jù)。所采集的成像數(shù)據(jù)根據(jù)放射學成像裝置10的類型可以采取各種形式。在PET成像裝置的情況中，每個成像數(shù)據(jù)適當?shù)匕ā绊憫€”，或L0R，其連接兩個同時發(fā)生的511keV伽馬粒子探測時間(對應于單個正電子-電子湮滅時間)。在一些實施例中，PET成像裝置具有足夠的時間分辨，以區(qū)別兩個“同時的”511keV伽馬粒子探測時間之間任意小的時間差，并且該“飛行時間”或TOF信息被用于沿LOR定位正電子-電子湮滅。這樣的TOF-PET系統(tǒng)的范例為Ingenuity? TF PET/CT(可從荷蘭埃因德霍溫的皇家飛利浦電子股份有限公司獲得的多模態(tài)成像裝置，其提供TOF-PET和透射CT成像模態(tài)兩者)。在SPECT成像裝置的情況中，成像數(shù)據(jù)可以適當?shù)乇桓袷交癁榱斜砟Ｊ匠上駭?shù)據(jù)，其中，每個成像數(shù)據(jù)對應于粒子發(fā)射事件的線性或小角度錐形定位。
[0028]由數(shù)字處理設備C實現(xiàn)的圖像重建模塊18執(zhí)行對所采集的放射學成像數(shù)據(jù)的圖像重建，以生成放射學腦圖像，所述放射學腦圖像被適當?shù)卮鎯υ诜派鋵W腦圖像數(shù)據(jù)存儲器20中。圖像重建模塊18采用諸如迭代后向投影、濾波后向投影等等的適當?shù)膱D像重建算法，以重建所采集的成像數(shù)據(jù)，以形成經(jīng)重建的放射學腦圖像。
[0029]繼續(xù)參考圖1，腦翹曲模塊30將所采集的對象的放射學腦圖像配準到腦模板。為了緩解針對不同病狀，放射學腦圖像在外觀上顯著的可變性的問題，以及甚至為了在腦翹曲處理中進一步利用這種可變性以執(zhí)行臨床診斷，腦翹曲模塊30將所采集的放射學腦圖像配準到兩個或更多個腦模板，所述兩個或更多個腦模板包括至少一個陽性模板32P和至少一個陰性模板32N。陽性模板32P表示針對臨床檢驗病狀測試為陽性(例如，針對腦中的淀粉樣沉積物在被示為與老年癡呆癥有關(guān)聯(lián)的量測試為陽性)的人的圖像，并且以示例性范例的方式可以通過將一批對照對象的放射學腦圖像取平均生成，所述對照對象已針對腦中的淀粉樣沉積物測試為陽性。類似地，陰性模板32N表示針對腦中的淀粉樣沉積物沒有測試為陽性，并且以示例性范例的方式可以通過將一批對照對象的放射學腦圖像取平均生成，所述對照對象已針對腦中的淀粉樣沉積物測試為陰性。由腦翹曲模塊30進行的對對象的放射學腦圖像到陽性模板32P的配準，生成“P”翹曲放射學腦圖像34P以及對應的陽性結(jié)果度量36P，陽性結(jié)果度量36P量化放射學腦圖像與陽性模板32P的配準的接近度。類似地，由腦翹曲模塊30進行的對對象的放射學腦圖像到陰性模板32N的配準，生成“N”翹曲放射學腦圖像34N以及對應的陰性結(jié)果度量36N，陰性結(jié)果度量36量化放射學腦圖像與陰性模板32N的配準的接近度。
[0030]腦翹曲模塊30基本上可以采用任意類型的非剛性圖像配準方法，以執(zhí)行腦翹曲。示例性腦翹曲模塊30執(zhí)行兩步配準過程:仿射配準40隨后是非線性配準42，非線性配準42使用仿射配準40的輸出結(jié)果作為起始點。在一些合適的實施例中，非線性配準42采用B樣條(B-spline)非線性配準算 法。任選地，非線性配準42包括規(guī)范以懲罰強變形。所述結(jié)果度量36P、36N可以采用各種代價函數(shù)，用于量化所述配準的所述接近度。針對示例性腦翹曲模塊30，結(jié)果度量36P、36N可以被計算為僅是仿射配準40的代價函數(shù)，或者僅是非線性配準42的代價函數(shù)，或者是兩者的組合。一些合適的代價函數(shù)包括互相關(guān)、(歸一化的)互信息，等等。
[0031]繼續(xù)參考圖1，最佳翹曲圖像選擇模塊50比較陽性結(jié)果度量36P和陰性結(jié)果度量36N，以識別最佳翹曲圖像52及對應的基于翹曲的二元測試結(jié)果54。例如，如果結(jié)果度量36P、36N為代價函數(shù)并且與陰性結(jié)果度量36N相比，陽性結(jié)果度量36P指示較低的配準代價，則選擇模塊50選擇“P”翹曲放射學腦圖像34P作為最佳翹曲圖像52，并且選擇相對應的“陽性”測試結(jié)果為基于翹曲的二元測試結(jié)果54。另一方面，如果與陽性結(jié)果度量36P相t匕，陰性結(jié)果度量36N指示較低的配準代價，則選擇模塊50選擇“N”翹曲放射學腦圖像作為最佳翹曲圖像52，并且選擇相對應的“陰性”測試結(jié)果為基于翹曲的二元測試結(jié)果54。
[0032]基于翹曲的二元測試結(jié)果54在本文中被稱作老年癡呆癥測試結(jié)果，因為測試結(jié)果54檢驗患者是否患有老年癡呆癥。然而，應理解，測試結(jié)果54實際上是腦中淀粉樣沉積物的度量或指示，并且其自身不足以做出老年癡呆癥的診斷。相反，老年癡呆癥的診斷是基于測試結(jié)果54聯(lián)合其他檢驗信息(例如，檢驗老年癡呆癥的其他醫(yī)學測試、由有資質(zhì)醫(yī)學專業(yè)人員對患者的身體檢查的結(jié)果，等等)做出的。作為另一應用，測試結(jié)果54可以被用作篩查測試，從而針對其的測試結(jié)果54為陽性的患者將然后經(jīng)歷額外的臨床測試、身體檢查，或其他臨床評價，以做出最終診斷。
[0033]盡管未圖示，但是可以被額外地或備選地生成基于翹曲的非二元測試結(jié)果，例如基于陽性結(jié)果度量36P與陰性結(jié)果度量36N之間的差(或比率)。因而，如果陽性結(jié)果度量36P為非常低的代價值并且陰性結(jié)果度量36N為非常高的代價值，則基于翹曲的非二元測試結(jié)果將是指示強陽性結(jié)果的量化值。另一方面，如果陽性結(jié)果度量36P的代價值僅僅略低于陰性結(jié)果度量36N的代價值，則基于翹曲的非二元測試結(jié)果將是指示低強度(或弱)陽性結(jié)果的量化值?；诼N曲的非二元測試結(jié)果可以是清楚的結(jié)果，或者可以被用作針對二元測試結(jié)果54的置信度量。
[0034]在圖1的實施例中，使用了兩個模板36P、36N，其中一個模板36P指示有臨床狀況(例如，患有老年癡呆癥)，并且另一模板36N指示沒有臨床狀況(例如，未患有老年癡呆癥)。
[0035]將認識到，翹曲到陽性模板32P和陰性模板32N兩者并然后選擇最佳結(jié)果具有顯著的優(yōu)點。其減小了因針對不同病狀所述放射學腦圖像的外觀中的大的可變性，而造成的獲得到模板的差的配準的可能性。更進一步，其肯定地在腦翹曲處理階段中使用了該可變性，以生成臨床結(jié)果54。將注意到，臨床結(jié)果54是無需計算SUV比率或?qū)λ?最佳)翹曲放射學腦圖像52的其他定量評估而獲得的。任選地，從(最佳)翹曲放射學腦圖像52計算SUVR或其他值。在這種情況中，臨床結(jié)果54充當針對SUVR結(jié)果(其被當作“真”結(jié)果)的一致性或確認檢查。
[0036]在圖1的實施例中，執(zhí)行到兩個不同模板36P、36N的配準，其中一個模板36P指示針對淀粉樣沉積物測試為陽性(處于針對老年癡呆癥評價臨床上顯著的水平)，并且另一模板36N指示針對淀粉樣沉積物測試為陰性。然而，如果針對不同病狀放射學腦圖像的外觀中的可變性太大，則僅使用兩個模板可`能導致兩個模板均提供相對差的配準。在這種情況中，可以增加第三模板(或者甚至第四、或更多的模板)。
[0037]在一些實施例中，第三模板是指示介于淀粉樣沉積物陽性狀況與淀粉樣沉積物陰性狀況之間狀態(tài)的中間模板。所述中間模板適當?shù)卦醋杂趯φ諏ο螅槍λ鰧φ諏ο蟮矸蹣映练e物的濃度是中間的(亦即，比在統(tǒng)計學上典型針對被認為未患有老年癡呆癥的高，并且比在統(tǒng)計學上典型地針對被認為患有老年癡呆癥的低)。對所述中間模板的腦翹曲產(chǎn)生對應的中間結(jié)果度量，其也由選擇模塊50在生成測試結(jié)果54中進行考慮。在一些實施例中，如果中間結(jié)果度量大于陽性結(jié)果度量36P和陰性結(jié)果度量36N兩者，則測試結(jié)果54是“不確定的”或類似結(jié)果。
[0038]在一些實施例中，第三模板為第二陽性模板。換言之，在這些實施例中提供了兩個(或更多)不同的陽性模板，它們兩者(或全部)均表示對已針對腦中的淀粉樣沉積物測試為陽性的人所采集的圖像。兩個(或更多)陽性模板的使用使得腦翹曲能夠適應已針對腦中的淀粉樣沉積物測試為陽性的患者類別中放射學腦圖像的外觀中相當大的患者間可變性。選擇模塊50在生成測試結(jié)果54中適當?shù)乜紤]針對兩個(或更多)陽性模板中的每個所生成的陽性結(jié)果度量。以類似的方式，也可以提供兩個或更多陰性模板——然而，由于陰性結(jié)果對應于放射學腦圖像中的低亮度內(nèi)容，因此針對腦中的淀粉樣沉積物測試為陰性的患者中的患者間可變性的量一般低于在針對腦中的淀粉樣沉積物測試為陽性的患者中的可變性。
[0039]如已提及的，所公開的使用陽性模板32P和陰性模板32N的腦翹曲方法無需計算SUV比率或?qū)?最佳)翹曲放射學腦圖像52的其他定量評估而獲得。如也已提及的，從(最佳)翹曲放射學腦圖像52，任選地計算SUVR或其他值。然而，將注意到，因為使用被翹曲以匹配特定(例如，陽性或陰性的)模板最佳腦圖像52，這些SUVR值可以具有一些偏差。
[0040]參考圖2，在一些實施例中，使用完全獨立的圖像處理執(zhí)行驗證檢查，所述圖像處理不利用腦翹曲處理的任何結(jié)果。在圖2的示例性范例中，獨立圖像處理包括由基于直方圖的測試模塊60執(zhí)行的基于直方圖的臨床測試。該測試在所重建的放射學腦圖像上運行，而無需翹曲(例如，從所述放射學腦圖像數(shù)據(jù)存儲器20調(diào)用并且無需由所述腦翹曲模塊30處理)。由測試模塊60在操作62中構(gòu)建強度直方圖。為了降低噪聲，操作62任選地從直方圖剪切或省略具有在背景閾值以下的強度的低強度“背景”值。在一些實施例中，所述背景閾值為圖像平均強度的25%。在一些實施例中，所述背景閾值為所述圖像中的最大強度的10%。任選地，操作62使所述直方圖平滑或以其他方式處理所述直方圖，以去除噪聲和/或離群值或其他統(tǒng)計學異常。
[0041]繼續(xù)參考圖2并且簡要參考圖3和圖4，基于直方圖的臨床測試基于以下觀察結(jié)果。放射示蹤劑被選擇為結(jié)合到指示臨床狀況的目標物質(zhì)。在所述示例性范例中，臨床狀況為淀粉樣沉積物的存在(其再一次為老年癡呆癥的標志)，并且目標物質(zhì)為腦中的淀粉樣沉積物。然而，并非所有的放射示蹤劑都結(jié)合到目標物質(zhì)。而是，相當部分的，或者甚至大多數(shù)的放射示蹤劑保持為未進行特異性結(jié)合的放射示蹤劑，造成遍布腦組織的相當部分或全部的背景信號。如在圖3中可見的，這造成雙模式直方圖。第一模式出現(xiàn)在相對低的強度，并且對應于由未進行特異性結(jié)合的放射示蹤劑產(chǎn)生的背景信號。假設腦中目標物質(zhì)的量相對地低，如預期為針對與老年癡呆癥相關(guān)聯(lián)的淀粉樣沉淀劑的情況，結(jié)果就是多數(shù)放射示蹤劑將實際上處于未進行特異性結(jié)合狀態(tài)，從而第一模式具有為直方圖中的最大峰的相應峰。然而，由于第一模式對應于背景信號，該最大峰出現(xiàn)在相對低的強度(亦即，對應于強度的直方圖X軸上的低值)。
[0042]第二模式對應于結(jié)合到目標物質(zhì)(例如，在示例性情況中結(jié)合到淀粉樣沉積物)的放射示蹤劑。該模式將比第一模式弱，因為目標物質(zhì)(例如，淀粉樣沉積物)在腦中的低濃度意味著腦中總放射示蹤劑中的低比例將被結(jié)合到目標物質(zhì)。但是，由于放射示蹤劑被設計為結(jié)合到目標物質(zhì)，因而總放射示蹤劑中的該低比例在低體積的目標物質(zhì)中得到高度聚焦。結(jié)果，與第一模式相比，第二模式在較高強度具有較低的峰。該第二模式峰在圖3中被標記為“結(jié)合到淀粉樣沉積物的放射示蹤劑”。
[0043]特別參考圖4，示出了針對陰性對象(亦即，在示例性范例中為在腦中沒有淀粉樣沉積物的對象)，對強度直方圖的比較。在該情況中，由于在腦中幾乎沒有或沒有目標物質(zhì)(例如，淀粉樣沉積物)的量的原因，仍沒有第二模式(或，可忽略的第二模式)。結(jié)果，如在圖4中所見，直方圖基本上為單一模式的，在低強度具有單一峰，其對應于生成背景信號的未進行特異性結(jié)合的放射示蹤劑。
[0044]返回參考圖2，鑒于前文，基于直方圖的測試模塊60在通過操作62生成的(任選地經(jīng)平滑的，任選地經(jīng)低強度剪切的)直方圖上執(zhí)行如下處理。在操作64中，在直方圖中識別最大峰。如剛剛討論的，預期該最大峰對應于所述第一模式，以及對應于由未進行特異性結(jié)合的放射示蹤劑生成的背景信號。然后，在操作66中，量化第二模式的強度。該量化值直接地，或者在諸如歸一化等的進一步處理之后，被用作基于直方圖的定量測試結(jié)果70。這反映了前述討論，其示出第二模式對應于結(jié)合到目標物質(zhì)的放射示蹤劑的，使得第二模式的強度是對腦中目標物質(zhì)的量的合適度量。以一些示例性范例的方式，量化66可以計算對應于第二模式的第二大峰的位置，在高強度范圍中(或者，更一般地，屬于第二模式)的體素的數(shù)目對在低強度范圍(或者，更一般地，屬于第一模式)的體素的數(shù)目的比率，等等。可以以各種方式評估第一模式或第二模式中的體素的“成員”，例如基于通過剪切的直方圖和在直方圖自身中測量的FWHM的平均或中值/分位數(shù)所定義的范圍；或者基于預定義的值；或者基于峰擬合，假設第一模式和第二模式具有特定(例如，高斯或洛倫茲)形狀。
[0045]在量化66的另一示例性范例中，放射學腦圖像的強度標尺可以被歸一化，使得對應于強度直方圖的所述最大峰(亦即，第一模式或背景模式的峰)的強度具有預定義的值，并且通過量化經(jīng)歸一化的腦圖像中具有高于預定義的值的強度(并且因此具有在背景水平以上的強度，并類似地對應于結(jié)合到目標物質(zhì)的放射示蹤劑)的體素的分布，來計算基于直方圖的測試結(jié)果。更一般地，強度直方圖中的最大(第一)最大值可以被用于執(zhí)行對圖像的強度歸一化，將在最大值的強度歸一化為預定義的值。該值可以被調(diào)節(jié)，以對應于對小腦灰質(zhì)的標準歸一化。由于在直方圖最大值處的強度不代表典型的灰質(zhì)值，因而對小腦灰質(zhì)的校準也可以包括直方圖的其他統(tǒng)計性質(zhì)，例如FWHM或強度最大值。
[0046]繼續(xù)參考圖2，由閾值模塊72任選地對基于直方圖的定量測試結(jié)果70進行閾值處理，以生成基于直方圖的二元測試結(jié)果74。選擇由閾值模塊72采用的閾值以使得:(I)如果測試結(jié)果70高于閾值，則基于直方圖的二元測試結(jié)果74為陽性，指示患者針對腦中的(臨床顯著水平的)淀粉樣沉積物測試為陽性；以及(2)如果測試結(jié)果70低于閾值，則基于直方圖的二元測試結(jié)果74為陰性，指示患者針對腦中的淀粉樣沉積物測試為陰性。在通過針對一批對照對象計算測試結(jié)果70來配置基于直方圖的測試時適當?shù)剡x擇閾值，所述對照對象中的一些具有經(jīng)測試的淀粉樣沉積物陽性并且它們中的一些具有經(jīng)測試的淀粉樣沉積物陰性。要被閾值模塊72采用的閾值被選擇為基于對照對象的測試結(jié)果，最準確地辨別對照對象是否具有在針對老年癡呆`癥的評估臨床上顯著水平的淀粉樣沉積物。
[0047]繼續(xù)參考圖2，無需來自由腦翹曲模塊30執(zhí)行的處理的任何貢獻，生成基于直方圖的二元測試結(jié)果74，并且相反地無需來自由基于直方圖的測試模塊60執(zhí)行的處理的任何貢獻，生成基于翹曲的二元測試結(jié)果54。結(jié)果就是兩個二元測試結(jié)果54、74可以充當對彼此的有效性校驗。為此，圖2以圖表的形式示出了比較兩個二元測試結(jié)果54、74的有效性校驗模塊80。如果結(jié)果不相同(例如，如果基于翹曲的二元測試結(jié)果54是淀粉樣沉積物陽性，而基于直方圖的二元測試結(jié)果74是淀粉樣沉積物陰性，或者相反)，則有效性校驗模塊80適當?shù)匾匀祟惸軌蚋兄男问捷敵鼍?2(例如，作為顯示在數(shù)字處理設備C的顯示設備D上的警示消息)，告知放射科醫(yī)師所述不一致性。
[0048]更一般地，可以用人類能夠感知的形式顯示各種輸出結(jié)果，例如:最佳翹曲放射學腦圖像52 ;通過操作62生成的直方圖；二元測試結(jié)果54、74中的一個或兩者；或者作為單獨的結(jié)果或者作為被應用于對應的二元測試結(jié)果的置信度量示出的定量結(jié)果(例如，測試結(jié)果70);在由有效性校驗模塊80輸出的情況下，前文提及的不一致性警示82 ;等等。
[0049]數(shù)字處理設備C適當?shù)貙⒏鞣N存儲部件16、20實現(xiàn)為磁盤或其他磁性介質(zhì)、諸如隨機存取存儲器(RAM)或閃存的電子存儲器、光學存儲介質(zhì)、它們的各種組合，等等。數(shù)字處理設備C適當?shù)赝ㄟ^運行合適的軟件和/或固件指令，實現(xiàn)各個處理模塊18、30、50、60、72、80，其中軟件和/或固件適當?shù)乇淮鎯υ诖鎯橘|(zhì)(未示出)上，存儲介質(zhì)例如磁盤或其他磁性介質(zhì)、諸如隨機存取存儲器(RAM)或閃存的電子存儲器、光學存儲介質(zhì)、它們的各種組合，等等。任選地，數(shù)字處理設備C也可以包括示例性鍵盤K或其他用戶輸入設備，經(jīng)由用戶輸入設備，放射科醫(yī)師或其他用戶可以配置輻射線腦掃描采集、設置針對處理的各種參數(shù)、或以其他方式與成像裝置10和/或處理部件18、30、50、60、72、80交互。
[0050]本文中闡述的示例性范例涉及基于通過對結(jié)合到淀粉樣沉積物放射示蹤劑的輻射線成像，對腦中淀粉樣沉積物進行的定量分析，而對老年癡呆癥的臨床篩查和評估。然而，更一般地，所公開的臨床診斷方法被適當?shù)赜糜趯嵸|(zhì)上在對象的放射學腦圖像上操作的任何臨床診斷，放射學腦圖像在結(jié)合到目標物質(zhì)的放射示蹤劑對對象的給與之后采集，目標物質(zhì)指示臨床狀況。在這種應用中，由于腦中目標物質(zhì)的量和/或分布的實質(zhì)性差異，一般針對不同病狀，輻射線腦圖像的外觀中的相當大的可變性。(如果沒有實質(zhì)性差異，則目標物質(zhì)不大可能檢驗潛在的臨床狀況)。因此，預期所公開的對陽性模板和陰性模板的腦翹曲以及與最佳配準做出診斷的方法，對于聯(lián)合施予結(jié)合到檢驗目標物質(zhì)的放射示蹤劑而獲得的輻射線腦圖像的臨床診斷，是普遍適用的。
[0051]而且，在活體對象中，目標物質(zhì)一般將是總腦組織的小的比例，并且因此，期望針對淀粉樣沉積物的特定情況參考圖3和圖4描述的雙模式直方圖，以及參考圖2描述的相關(guān)基于直方圖的測 試，對于聯(lián)合施予結(jié)合到檢驗目標物質(zhì)的放射示蹤劑而獲得的輻射線腦圖像的臨床診斷也普遍適用。
[0052]本申請已描述了一個或多個優(yōu)選的實施例。他人在閱讀和理解前文的詳細描述時可以想到多種修改和變型。本申請旨在被解釋為包括所有這樣的修改和變型，只要它們落入權(quán)利要求書或其等價方案的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 執(zhí)行對象的放射學腦圖像與指示具有臨床病狀的陽性模板(32P)的非剛性配準，所述放射學腦圖像在向所述對象施予放射示蹤劑之后采集，所述述放射示蹤劑結(jié)合到指示所述臨床病狀的目標物質(zhì)； 執(zhí)行所述放射學腦圖像與指示不具有所述臨床病狀的陰性模板(32N)的非剛性配準；生成量化所述放射學腦圖像與所述陽性模板的所述非剛性配準的接近度的陽性結(jié)果度量(36P);以及 生成量化所述放射學腦圖像與所述陰性模板的所述非剛性配準的接近度的陰性結(jié)果度量(36N)； 其中，所述非剛性配準的操作和所述生成的操作由數(shù)字處理設備(C)執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 基于所述陽性結(jié)果度量(36P)和所述陰性結(jié)果度量(36N)，生成所述對象關(guān)于所述臨床病狀的測試結(jié)果(54); 其中，所述測試結(jié)果的所述生成由所述數(shù)字處理設備(C)執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，測試結(jié)果(54)的所述生成包括生成以下之一: 如果所述陽性結(jié)果度量(36P)和所述陰性結(jié)果度量(36N)指示，所述放射學腦圖像與所述陽性模板(32P)的配準比所述放射學腦圖像與所述陰性模板(32N)的配準相對更好，則生成陽性測試結(jié)果，以及 如果所述陽性結(jié)果度量和所述陰性結(jié)果度量指示，所述放射學腦圖像與所述陰性模板的配準比所述放射學腦圖像與所述陽性模板的配準相對更好，則生成陰性測試結(jié)果。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 執(zhí)行所述放射學腦圖像與中間模板的非剛性配準，所述中間模板指示介于具有所述臨床病狀和不具有所述臨床病狀之間的狀態(tài)；以及 生成量化所述放射學腦圖像與所述中間模板的所述配準的接近度的中間結(jié)果度量； 所述對象關(guān)于所述臨床病狀的所述測試結(jié)果(54)的所述生成還基于所述中間結(jié)果度量。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中: 所述放射學腦圖像與所述陽性模板(32P)的所述非剛性配準包括執(zhí)行所述放射學腦圖像與兩個或更多不同的陽性模板的非剛性配準，所述兩個或更多不同的陽性模板中的每個均指示具有所述臨床病狀； 陽性結(jié)果度量(36P)的所述生成包括針對每個陽性模板生成陽性結(jié)果度量，所述陽性結(jié)果度量量化所述放射學腦圖像與該陽性模板的配準的接近度；并且 測試結(jié)果(54)的所述生成基于所述多個陽性結(jié)果度量和所述陰性結(jié)果度量。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法，還包括: 構(gòu)建針對所述放射學腦圖像的強度直方圖； 識別所述強度直方圖的最大峰，所述最大峰對應于第一直方圖模式；以及通過量化不同于所述第一直方圖模式的第二直方圖模式，來計算基于直方圖的測試結(jié)果(70)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述計算包括:通過對以下之一進行量化來計算所述基于直方圖的測試結(jié)果(70): (i)所述強度直方圖的第二大峰出現(xiàn)處的強度以及(ii)屬于所述第一直方圖模式的所述放射學腦圖像的體素數(shù)目與屬于所述第二直方圖模式的所述放射學腦圖像的體素數(shù)目的比率。
8.如權(quán)利要求6至7中任一項所述的方法，還包括: 對所述基于直方圖的測試結(jié)果(70)進行閾值處理，以生成從包括以下內(nèi)容的組中選擇的基于二元直方圖的測試結(jié)果(74):基于陽性直方圖的測試結(jié)果，其對應于相對較強的第二直方圖模式；以及基于陰性直方圖的測試結(jié)果，其對應于相對較弱的第二直方圖模式。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項所述的方法，還包括: 確定所述測試結(jié)果(54)與所述基于直方圖的測試結(jié)果(70、74)是否一致；以及如果所述測試結(jié)果與所述基于直方圖的測試結(jié)果不一致，則輸出人類能夠感知的警示(82)。
10.如權(quán)利要求2至9中任一項所述的方法，還包括: 利用所述放射學腦圖像計算定量結(jié)果，所述放射學腦圖像非剛性配準到由所述測試結(jié)果(54)所選擇的所述陽性模板(32P)或所述陰性模板(32N);以及確定所述定量結(jié)果是否與所述測試結(jié)果一致。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其中: 所述臨床病狀為所述腦中的處于與老年癡呆癥相關(guān)的水平的淀粉樣沉積物，并且 所述目標物質(zhì)為所述腦中的淀粉樣沉積物。
12.如權(quán)利要求1至11中 任一項所述的方法,還包括: 向所述對象施予所述放射示蹤劑；以及 在所述施予之后，通過使用正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像或單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)成像，采集所述放射學腦圖像。
13.—種方法,包括: 在向?qū)ο笫┯璺派涫聚檮┲?，采集所述對象的放射學腦圖像，所述放射示蹤劑結(jié)合到臨床檢驗物質(zhì)； 在所采集的放射學腦圖像上獨立地執(zhí)行第一測試和第二測試，以生成相應的第一測試結(jié)果和第二測試結(jié)果，所述第一測試結(jié)果和所述第二測試結(jié)果包括對所述臨床檢驗物質(zhì)在所述對象的所述腦中的存在的第一評估和第二評估；以及 以人類能夠感知的格式，輸出所述第一測試結(jié)果和所述第二測試結(jié)果。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中: 獨立地執(zhí)行的第二測試包括構(gòu)建針對所述放射學腦圖像的強度直方圖以及基于所述直方圖生成所述第二測試結(jié)果；并且 所述第一測試不利用所述強度直方圖。
15.如權(quán)利要求13至14中任一項所述的方法，其中: 獨立執(zhí)行的第一測試包括執(zhí)行所述放射學腦圖像與多個不同模板(32P、32N)中的每個的非剛性配準并且基于所述非剛性配準的圖像生成所述第一測試結(jié)果，所述多個不同模板指示所述臨床檢驗物質(zhì)在所述腦中的不同的相應水平；并且所述第二測試不利用所述非剛性配準的圖像。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項所述的方法，其中，所述臨床檢驗物質(zhì)為所述腦中的淀粉樣沉積物。
17.如權(quán)利要求13至16中任一項所述的方法，其中，所述采集包括: 向所述對象施予所述放射示蹤劑；以及 在所述施予之后，通過使用正電子發(fā)射斷層攝影(PET)成像或單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)成像，采集所述放射學腦圖像。
18.—種包括數(shù)字處理器(C)的裝置，所述數(shù)字處理器(C)被配置為執(zhí)行如權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法。
19.一種存儲了指令的存儲介質(zhì)，所述指令在由數(shù)字處理器(C)運行時，執(zhí)行如權(quán)利要求I至17中任一項所述的方法。
20.一種裝置,包括: 放射學成像裝置(10);以及 處理器(C)，其被配置為在對象的放射學腦圖像上執(zhí)行診斷測試，所述放射學腦圖像在向所述對象施予放射示蹤劑之后由所述放射學成像裝置采集，所述放射示蹤劑結(jié)合到所述腦中的淀粉樣沉積物，所述診斷測試包括: 執(zhí)行所述放射學腦圖像與陽性模板(32P)的非剛性配準，所述陽性模板(32P)指示針對所述腦中的淀粉樣沉積物的測試為陽性； 執(zhí)行所述放射學腦圖像與陰性模板(32N)的非剛性配準，所述陰性模板(32N)指示針對所述腦中的淀粉樣沉積物的測試為陰性；` 生成陽性結(jié)果度量(36P)，所述陽性結(jié)果度量(36P)量化所述臨床放射學腦圖像與所述陽性模板的所述配準的接近度； 生成陰性結(jié)果度量(36N)，所述陰性結(jié)果度量(36N)量化所述臨床放射學腦圖像與所述陰性模板的所述配準的接近度；以及 基于所述陽性結(jié)果度量和所述陰性結(jié)果度量，來生成診斷測量結(jié)果(54)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述處理器還被配置為執(zhí)行基于直方圖的診斷測試，所述診斷測試包括: 構(gòu)建針對所述放射學腦圖像的強度直方圖； 識別所述強度直方圖的最大峰，所述最大峰對應于第一直方圖模式；以及通過量化不同于所述第一直方圖模式的第二直方圖模式，計算基于直方圖的診斷測試結(jié)果(70、74)。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述處理器還被配置為在所述診斷測試結(jié)果(54)與所述基于直方圖的診斷測試結(jié)果(70、74)不一致的情況下，生成警示指示(82)。
【文檔編號】A61B6/03GK103501701SQ201280020366
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月26日
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