[发明专利]附加有PET/MR流动估计的自动诊断和对准

说明书

技术领域

本申请涉及诊断成像领域。其特别应用于痴呆的早期诊断，并将特别关注此方面而进行描述。各个方面将具有大量的其他应用。 

背景技术

在世界范围内，痴呆影响三千多万的人，并且随着更富有的国家中人均年龄的增加，发病率上升。阿尔茨海默疾病是痴呆最常见的病因，尽管没有有效的长期治疗，但如果较早地诊断出潜在原因，则存在可放缓痴呆的发病的治疗。为表现出痴呆的临床症状的患者提供精确且及时的诊断对于启动合适的药物治疗是最重要的，当在发病不久后启动所述治疗是最有可能有效的。可靠的诊断方法将潜在地为在临床症状发病之前探测痴呆，特别在具有轻度认知损伤的对象中探测的筛选计划铺平了道路。 

神经成像提供了一种针对等待临床症状的表现的诊断替代。对于早期和鉴别诊断两者而言，利用基于葡萄糖的示踪剂的PET成像为神经退行性疾病提供了有希望的生物界标物。示踪剂摄取模式揭示出表现了大脑葡萄糖代谢下降的区域。这使临床医生能够区分出痴呆的其他潜在原因，不同疾病类型得到下降的葡萄糖代谢的不同的特征模式。另一种方法是使用基于MRI的、对大脑的内侧颞叶的体积随时间变化的测量。这些是由于海马区中的神经萎缩而引起的，并且证明其可提供针对阿尔茨海默疾病的进展的敏感的生物界标物。然而，单独基于MR的方法需要纵向研究以建立形态学变化，并且还针对于痴呆(阿尔茨海默疾病)的单个原因。海马区体积的变化是非常局部的，其仅在疾病的后期阶段才可见到更大范围的皮质萎缩影响。 

用于评价大脑的功能性成像研究的方法通常遵循一种方案，即首先使患者的大脑图像与模板图像以非线性方式对准。由于在诸如Talairach图集的已知立体定向空间内预先对准模板，因此将上述步骤通常称为立体定向 归一化。之后，将空间归一化患者图像中的图像强度与无症状患者图像集进行统计上地比较，以便生成表现为低强度的，以及大概下降的葡萄糖代谢摄取的区域的参数图。任选地，可以对患者图像的整体强度水平进行归一化，以允许示踪剂摄取的绝对水平在对象与对象之间发生极大的变化。这可以由对整体比例因子的估计来进行补偿，在统计比较之前对所有图像体素乘以所述整体比例因子。 

PET在神经成像中一个重要的应用涉及测量葡萄糖的区域脑代谢率，以通过观察在新皮层的特定区域中低代谢的特征模式，来识别受到诸如阿尔茨海默和其他痴呆的神经退行性疾病折磨的个体。通过使单个PET图像与健康对象参考人群比较，可以识别低代射区域，以便生成指示在其中所观察到的强度显著地偏离正常人群的参数图。这需要首先空间对准图像，之后在强度水平上对其进行归一化。强度归一化需要对整体比例因子的定义，将所述整体比例因子应用到所有图像体素以调整图像强度来匹配正常人群。 

空间对准在对例如用于评价痴呆患者的脱氧葡萄糖(FDG)PET数据的大脑功能图像的自动评价中是一个非常关键的步骤。目的在于识别表现出低强度的大脑区域，其指示(在FDG示踪剂的情况下)了下降的葡萄糖代谢率，因此病理上影响大脑组织。受影响区域的空间分布为痴呆潜在原因的特征，并且是对诸如阿尔茨海默疾病和额颞痴呆的疾病进行鉴别诊断的重要的生物界标物。 

对于功能性神经图像的自动评价而言，应首先弹性地使患者图像与模板PET图像(其限定了常用的参考帧)进行配准。将这些图像与诸如Talairach图集图像的图集图像进行对准。接着，使整体强度水平归一化，这是由于成像方案和患者间代谢率的不同可引起大脑中绝对示踪剂摄取的显著不同。最后，执行在患者图像中强度和无症状集合图像中强度之间的体素取向统计比较，在预先限定的显著水平上探测到低强度。正常集合图像提供健康人群内出现的差异的模型。所述模型对包括患者协议和成像系统的一系列因子是特异的。统计比较得到统计参数图，视觉上对其进行解释用于诊断目的。 

对准在图像评价中是重要的，并且还用于将患者数据对准到模板图像、 将健康人群样本内的图像彼此配准以及用于将模板与健康人群样本空间归一化。因此，这一对准的精度是至为重要的，这是由于其直接关系到评价的有效性。例如，健康患者样本中不准确的图像对准诱发模型中较高的标准差，直接导致下降的统计检验敏感度。通过优化拟合参数的弹性配准方法来实现两幅PET图像的空间对准，并且由于计算效率的约束，所采用的非线性变换的维度通常受到约束。 

提出的用于空间对准的备选方法为执行PET和MR图像之间的患者内、模态间的刚性配准，接着是MR图像与MR模板图像(其已经与PET模板进行了对准)的弹性配准。所得到的两个变换可级连起来并应用到患者的PET图像上以导出立体定向的归一化患者PET图像。