[发明专利]用于基于深度学习的自动脊柱配准和标记传播的系统和方法

说明书

提供了用于全身脊柱标记的方法和系统。在实施方案中，一种方法包括：获取脊柱的非功能性图像体积；获取脊柱的功能性图像体积；用脊柱标记自动标记非功能性图像体积；自动校正几何失准并配准功能性图像体积并且将脊柱标记传播到功能性图像体积。以这种方式，可以利用非功能性成像体积的解剖细节来改善基于功能性成像(诸如扩散加权成像(DWI)的临床诊断。

技术领域

本文公开的主题的实施方案涉及磁共振成像(MRI)，并且更具体地，涉及标记全身脊柱图像体积，将功能性全身脊柱图像体积配准为非功能性图像体积，以及将标记从非功能性图像体积传播到功能性图像体积。

背景技术

脊柱是整个人体中最复杂的解剖结构。它由二十六块不规则的骨头组成，这些骨头以产生柔性弯曲结构的方式相连。普通成年人的椎骨柱约70厘米长，并且具有七个主要分区。颈部区域存在的七块椎骨构成颈椎，接下来的十二块椎骨组成胸椎，而支撑下背的五块椎骨是腰椎。这些椎骨下面的骶骨与骨盆的髋骨接合。整个椎骨柱被小尾骨终止。椎间盘作为减震器，并且允许脊柱伸展。这些在腰部区域和颈部区域最厚，以增强这些区域的柔韧性。椎间盘退变是相对常见的现象，由于磨损而老化，并且是背痛的主要原因。退变性腰脊柱疾病包括具有或不具有神经元受压或脊柱不稳定性的腰脊柱椎关节强硬(关节炎)和退变性椎间盘疾病。

磁共振成像(MRI)是一种可在不使用x射线或其他电离辐射的情况下产生人体内部影像的医学成像模态。MRI使用超导磁铁来产生强大、一致、稳恒的磁场。当将人体或人体的一部分置于磁场中时，与组织水中的氢原子核相关的核自旋变得极化，其中与这些自旋相关的磁矩会变得优先沿着磁场的方向排列，从而沿着该轴线产生小的净组织磁化。MRI系统还包括梯度线圈，该梯度线圈利用正交轴产生较小振幅、在空间上变化的磁场，以通过在身体中的每个位置处产生特征共振频率来对MR信号进行空间编码。然后使用射频(RF)线圈在处于或接近氢原子核的共振频率处产生RF能量脉冲，这会给核自旋系统增加能量。当核自旋弛豫回到其静止能量状态时，其以RF信号的形式释放吸收的能量。该信号由MRI系统检测并使用重建算法转换成图像。患者的全身MRI扫描可以用于对脊柱成像，以帮助识别和诊断异常。

发明内容

在一个实施方案中，一种方法包括：用脊柱标记自动标记脊柱的非功能性全身图像体积；自动将所述脊柱的功能性全身图像体积配准到所述非功能性全身图像体积；以及将所述脊柱标记传播到经配准的功能性全身图像体积。以这种方式，可以利用非功能性成像体积的解剖细节来改善基于功能性成像(诸如扩散加权成像(DWI)的临床诊断。

应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本公开，其中以下：

图1是示出根据实施方案的用于全身脊柱标记的示例系统的框图；

图2示出了示出根据实施方案的示例深度神经网络的示意图；

图3示出了示出根据实施方案的深度神经网络的示例节点的示意图；

图4示出了示出根据实施方案的用于拼接和配准多工位或单工位轴向脊柱全身图像体积的示例深度神经网络的框图；

图5示出了根据实施方案的示例经拼接和配准的多工位脊柱图像；

图6示出了示出根据实施方案的用于标记功能性脊柱图像的示例方法的高级流程图；

图7示出了根据实施方案的示例全身功能性MR图像体积和全身非功能性MR图像体积；

图8示出了根据实施方案的通过深度神经网络在非功能性体积上进行轴向全身脊柱标记的示例；