血管内图像中的多模态分割的制作方法
【专利说明】血管内图像中的多模态分割
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张2013年3月7日递交的美国临时申请序列号61/774154的利益和优先权，通过引用将其内容并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及检测脉管图像中的感兴趣特征。
【背景技术】
[0004]心血管疾病经常起因于动脉粥样物在血管腔内的沉积，尤其是冠状动脉的动脉腔和其他脉管系统的内壁上的积累，从而导致已知为动脉粥样硬化的状况。这些沉积能够具有广泛变化性质，其中，一些沉积是相对软的，并且其他的是纤维状和/或钙化的。在后者的情况下，沉积经常被称为斑块。这些沉积能够限制血液流动，在更严重的情况下导致心肌梗死。
[0005]心血管疾病的评估和随后的处置常常利用各种成像模态来对血管系统的内部进行成像。这些成像模态能够包括X射线透视成像，光学相干断层摄影(OCT)成像，血管内超声(IVUS)成像以及虚拟组织学血管内(VH-1VUS)成像以及其他。X射线透视法使用X射线来获得结构或对象的实时移动图像。OCT使用反射光来创建深度分辨图像。IVUS利用超声回波来采集血管和周围区的图像。VH-1VUS是产生动脉血管的颜色编码图的成像技术，其中，不同组织组分被分派不同的颜色。
[0006]尽管所有这些模态以其自身方式是有用的，但是它们也具有它们的局限，尤其是当检测特定感兴趣特征时。例如，常规灰度IVUS不能够用于对放置在血管内部的支架进行成像，而没有值得考虑的困难。此外，常规IVUS也不能够容易地对腔的边界进行成像，这是由于在血管中的血液的存在。这些成像模态的局限能够阻碍针对合适地诊断和处置心血管疾病的努力。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种用于基于从多个成像模态导出的共配准的数据集来检测脉管图像中的感兴趣特征的方法。不同于依赖于仅一个成像模态来检测感兴趣特征的常规成像技术，本发明使用来自多个成像模态的潜在地互补信息，并组合所提取的信息，以方便检测感兴趣特征。本发明然后出于分析目的来使用成像数据的共配准的集合。例如，感兴趣特征可以是心血管支架，这是难以使用常规灰度IVUS来检测的。在该范例中，本发明可以涉及使用常规灰度IVUS来获得包括并且围绕支架的区的图像。信息然后从图像被提取并且被变换为位置数据(即坐标集)。然后利用第二成像模态，例如VH-1VUS，来对相同的区进行成像。尽管在灰度IVUS中的支架难以检测，但是在VH-1VUS中的支架具有可以容易地识别的独特的外观。凭借VH分析，VH-1VUS数据集和灰度IVUS数据集被空间地共配准，从而提供共配准的位置数据的组合的集合。从VH-1VUS提取的特征能够与从灰度IVUS数据提取的特征组合，从而然后训练搜索算法，所述搜索算法能够用于回来识别常规灰度IVUS中的支架。该多模态检测方法的主要益处是利用从互补成像模态获得的额外的信息。该额外的信息可以改进或促进脉管集中的感兴趣特征的检测。
[0008]任何成像模态可用于实践本发明，包括灰度IVUS、VH-1VUS、OCT、MR1、X线血管造影以及光声成像。此外，本发明能够被应用于方便使用前述成像模态来检测任何感兴趣特征。感兴趣特征可以是生物学的，例如，血管的边界或壁。感兴趣特征也可以是非生物学的。非生物学感兴趣特征可以包括已被插入到身体腔中的医学设备，例如，支架、球囊或导管。
[0009]本发明还涵盖用于实践上述方法的系统。本发明的特定方面尤其适于计算机实施，例如，来自各种成像模态的信息的接收和变换，以及将来自多个模态的位置数据对齐到组合的数据集中。因此，本发明的系统可以包括用于运行本发明的方法的计算机和处理器。
【附图说明】
[0010]图1示出了用于实施血管内图像配准的系统。
[0011]图2描绘了说明性血管造影图像。
[0012]图3示出了安装在导管之上的射线不透明标记物的X射线透视图像。
[0013]图4描绘了在横断面IVUS图像旁边的说明性增强放射图像。
[0014]图5图示了根据特定实施例的用于实践本发明的方法的系统。
[0015]图6描绘了用于识别感兴趣特征的示范性方法。
[0016]图7描绘了用于训练用在实践根据本发明的方法中的搜索算法的示范性方法。
[0017]图8图示了根据特定实施例的根据单幅图像数据集的基于特征的分割。
[0018]图9图示了根据特定实施例的根据多幅/多模态图像数据集的基于特征的分割。
【具体实施方式】
[0019]本发明提供了用于基于从多个成像模态导出的共配准的数据集来检测脉管图像中的感兴趣特征的方法。本发明利用来自多个成像模态的潜在地互补的信息，并且组合从模态提取的信息，以方便检测期望的感兴趣特征。在特定方面中，本发明可以涉及从第一成像模态接收信息，并将信息从第一模态变换到第一坐标空间中，即变换为位置数据或坐标的集合。本发明还可以涉及从第二成像模态接收信息，并将信息从第二模态变换到第二坐标空间中。本发明还可以涉及将第一坐标空间与二坐标空间对齐，从而将来自第一模态和二模态的信息组合为组合的数据集。本发明然后应用来自组合的数据集的信息，来搜索选定的模态中的感兴趣特征。例如，信息可以用于训练搜索算法来检测感兴趣特征。一般而言，本发明利用从共配准的数据集导出的信息来方便检测感兴趣特征。
[0020]来自多个成像模态的位置数据的对齐通常被称为共配准。共配准通常是指重新对齐图像(并且尤其是对齐或叠加来自从不同的模态的图像)的任何方法。共配准常常用于叠加结构图像和功能图像，以及将功能扫描链接到解剖扫描。来自多个成像模态的图像和位置数据的共配准是本领域中已知的。关于图像共配准的细节能够例如在美国专利N0.8298147和8620055 ;以及U.S.Pub.2012/0155734中找到，所述专利中的每个通过引用被并入本文。
[0021]现在描述共配准的示范性方法，其使用X射线透视法和血管内超声来获得共配准的血管内数据集。然而，本发明涵盖任何以及全部成像模态，包括但不限于，血管内超声(IVUS)、光学相干断层摄影(OCT)、X射线血管造影、计算机断层摄影(CT)血管造影以及磁共振(MR)血管造影。
[0022]图1示出了对于血管造影或X射线透视图像和血管内超声图像的共配准而言有用的本发明的系统。放射和超声图像数据采集子系统一般都是本领域中公知的。关于放射图像数据，患者10被定位在血管造影台12上。血管造影台12被布置为提供足够的空间，来关于在台12上的患者10将血管造影/X射线透视单元C型臂14定位在操作位置中。由血管造影/X射线透视C型臂14采集的放射图像数据经由传送线缆16传到血管造影/X射线透视处理器18。血管造影/X射线透视处理器18将经由线缆16接收的所接收的放射图像数据转换为血管造影/X射线透视图像数据。血管造影/X射线透视(“放射”)图像数据初始存储在处理器18内。
[0023]关于与采集超声图像数据相关联的系统的部分，成像导管20，并且尤其是IVUS导管，被插入在患者10内，使得其远端，包括诊断探头22 (尤其是IVUS探头)，在血管的期望的成像位置的附近。尽管没有具体在图1中被识别，但是定位在探头22附近的辐射不透明材料提供探头22在放射图像中的当前位置的记号。通过范例，诊断探头22生成超声波，接收表示邻近诊断探头22的区域的超声回声，并将超声回声转换为对应的电信号。对应的电信号沿成像导管20的长度被发送到近端连接器24。探头22的IVUS版本有各种配置，包括单个换能器元件布置和多个换能器元件布置。在多个换能器元件布置的情况下，换能器阵列可能被布置为:沿成像导管20的纵轴线性地，关于导管20的纵轴曲线地，在纵轴的周围环绕地，等。
[0024]导管20的近端连接器24通信地耦合到导管图像处理器26。导管图像处理器26将经由近端连接器24接收的信号转换为，例如，血管段的横截面图像。此外，导管图像处理器26生成对应于沿血管的长度获取的血管的切片的纵向横截面图像。由导管图像处理器26绘制的IVUS图像数据初始存储在处理器26内。
[0025]由诊断探头22采集的，并且由导管图像处理器26处理的诊断成像数据的类型根据本发明的