[发明专利]前列腺可视化和癌症检测的系统和方法

说明书

对在先申请的交叉引用

本申请要求2010年1月22日递交的美国临时申请No.61/297454的优先权。该申请通过此处的引用全文合并于本申请中。

针对联邦资助研究的声明

本发明是在国家卫生研究院授予的批准号为R01EB7530以及国家科学基金会授予的批准号为IIS0916235的政府资助的支持下做出的。政府对本发明享有特定的权利。

技术领域

本公开涉及医学成像，更具体地说，涉及用于诊断前列腺癌(CaP)的成像。

背景技术

前列腺癌(CaP)是欧洲男性之中最常诊断出来的癌症，是欧洲男性的癌症死亡率的第二大原因。尽管前列腺癌如此常见，诊断方法却仍然原始和不精确。检测主要依赖于使用简单的验血来检查前列腺特异抗原(PSA)的水平，和依赖于直肠指检(DRE)。如果发现PSA水平升高，或者如果在DRE期间，医生触摸到物理异常，那么将进行活检。尽管利用经直肠超声(TRUS)来指导，这些活检仍然不精确，通常必须大量地从癌变区尝试取回样本。最近，注意到磁共振成像(MRI)可用于检测CaP。CaP的检测需要利用不同设定获得的多个MR图像。最常使用的是T2加权和T1加权图像序列的组合。

T2加权图像通常用于定位怀疑癌变的区域，而T1加权图像用于减少主要因活检后出血的存在而引起的假阳性。还建议使用MR频谱成像(MRSI)。下面进一步详细说明利用MR T2加权、T1加权和MRSI图像来检测CaP的医学背景的更多细节。

MRSI测量覆盖许多体素的较大区域中的化学谱。对CaP检测来说，存在3种感兴趣的化学物：胆碱、肌氨酸和柠檬酸盐。具体地说，在包含CaP的区域中，胆碱与肌氨酸的比值，以及胆碱加肌氨酸与柠檬酸盐的比值显得升高。由于其分辨率较粗，因此认为MRSI不适合于具体定位，但是可用于对区域进行宽泛的概览。

前列腺MR图像序列的获取通常是利用每个序列各不相同的定向和分辨率完成的。在患者不移动而在单一检查期间（session）内获得图像序列的情况下，所得到的体积将在全局空间中被自然配准。利用每个MRI切片的图像位置、定向和分辨率信息，可在3D空间中恰当地使所述体积定向，而不需要配准方法。放射技师一般通过简单地查看2D切片，并尝试使沿各种定向(例如，轴位和冠状位)的扫描之间的匹配位置相互关联，来检查所述数据。然而，这种处理不直观，并且低效。利用包括每次扫描的数据的可视化、使医生可以立刻查看整个腺体的3D绘制系统会更直观和高效。

周围解剖结构在识别CaP方面也很重要。位于前列腺上方的是精囊(SV)，CaP对精囊（SV）的浸润也值得关注。对SV的浸润可利用T2加权图像来识别。正常的SV表现为被强度降低的外壁围绕的强度增大的区域。在SV浸润中，SV将表现为强度处处降低。前列腺和直肠之间的异常角度也可以是问题的征兆，从而重要的是能够查看直肠壁的位置。

此外，多模态可视化非常适合于体积医学成像数据，并且由于各种3D医学成像采集设备的扩散而日益普及。多模态绘制的主要任务是决定体数据应被如何混合。通常，多模态绘制被用于结合两个体积，其中一个包括结构数据，而另一个包括功能数据。在这种情况下，这两个体积通常是分别考虑的，功能数据被用于在结构数据上突出所关心的区域。对具有两种模式的情况来说，可以利用2D传递函数把一对样本值映射到特定的输出颜色。

利用射线投射的体绘制已成为标准技术，其高度并行性有助于图形处理单元(GPU)上的加速。对GPU加速的多体积绘制来说，工作通常集中在基于切片的方法，其中在绘制期间，来自多个体积的切片可被简单地交错。对通过射线投射的绘制来说，常见的是使用深度剥离，并多趟（多次穿越，multiple passes）地进行射线投射，或者每次只进行某些部分。射线投射只进行一趟（单次穿越，single pass）的方法一般要求体数据集被预处理，以便体数据集按单网格被配准和重新采样。对于不能装入存储器中的较大体积的绘制，还提出了解决存储器管理问题的方法。不过，对于前列腺绘制来说，存储器管理问题一般不是大问题，因为关心的区域较小。

发明内容