[發明專利]用于3D圖像中異位骨化的分析的系統和方法

有效

• 申請號: 201880034158.7
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN110678903B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 阿里·貝赫魯茲
• 申請（專利權）人: 珀金埃爾默健康科學有限公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/187;G06T7/136
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張少波;楊明釗

本文提供了便于受試者的3D圖像的自動分割以區分異位骨化(HO)正常骨骼區域和軟組織區域的系統和方法。在某些實施例中，所述方法識別受試者的3D圖像的(例如，CT或顯微CT圖像)的離散且可區分的區域，然后，這些區域可以被手動或自動分類為HO或正常骨骼。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年5月24日提交的題為“用于3D圖像中異位骨化的自動分析的系統和方法(SYSTEMS?AND?METHODS?FOR?AUTOMATED?ANALYSIS?OF?HETEROTOPICOSSIFICATION?IN?3D?IMAGES)”的美國專利申請序列號15/604,350的優先權，其通過引用整體并入本文。

技術領域

本發明總體上涉及圖像處理和分析的方法和系統。更確切地說，在某些實施例中，本發明涉及從小受試者(例如，小動物、小哺乳動物)的解剖圖像(例如，用計算機斷層掃描攝影(CT)掃描儀捕獲的)中自動分裂和分割異位骨化。

背景技術

針對哺乳動物的體內成像的技術種類繁多——例如生物發光、熒光、斷層攝影和多模態成像技術。小型哺乳動物的體內成像是由各個領域(例如腫瘤學、傳染病和藥物發現)的大量研究者進行的。

體內微計算機斷層攝影(下文簡稱“顯微CT”)成像，是一種基于X射線的技術，可以以高分辨率對組織、器官和非有機結構進行成像，盡管高通量成像可以在保持可接受的精度和圖像細節的同時有利地利用低分辨率顯微CT成像來加快圖像采集和/或處理。顯微CT發展迅速，需要低劑量掃描和快速成像協議來促進多模態應用，并且支持縱向實驗模型。體內成像通常涉及使用試劑，諸如熒光探針，用于活體動物體內生物現象的無創時空可視化。多模態成像涉及對以不同方式獲得的圖像的融合，例如，通過組合FMT、PET、MRI、CT和/或SPECT成像數據。

圖像分析應用和/或成像系統通常允許生物醫學圖像的可視化、分析、處理、分割、配準和測量。這些應用和系統還提供體繪制工具(例如，體合成、深度渲染、梯度渲染、最大強度投影、總體素投影、信號投影)；操作功能(例如，定義感興趣的結構區域、刪除不需要的對象、編輯圖像和對象圖)；以及測量函數(例如，用于計算表面體素的數量、暴露面的數量、區域的平面面積以及區域的估計表面積或體積)。

圖像分割技術通常用于識別對應于感興趣的不同結構、器官和/或組織的圖像的單獨區域。當感興趣的不同結構在性質上相似和/或彼此非常接近時，精確而魯棒的圖像分割可能頗具挑戰性。例如，分割單個骨的表示(例如，用于區分單個骨)就是一項挑戰，已經開發了許多圖像分割技術來解決這一挑戰。

在分析某些疾病的圖像時也會遇到這些分割挑戰。例如，某些疾病產生諸如組織異常生長的結構特征。對此類特征的識別和分析可以提供關于受試者的疾病狀態和進展以及各種治療療效的有價值的見解。此類異常生長由同樣存在于正常健康受試者的組織構成，但出于分析目的，必須將其與同一組織的正常結構分開并加以區分。這使得此類疾病的圖像分析更加復雜。

一種此類疾病是異位骨化(HO)，也稱為異位骨或骨骼外骨形成。HO是一種在正常骨骼外的軟結締組織中形成骨的疾病。HO可能由創傷或手術引起，例如關節置換手術，也可能由罕見的遺傳疾病引起，諸如進行性骨化性纖維發育不良(FOP)或進行性骨發育異常(POH)。HO的小鼠模型經常用于HO的研究，例如，為對HO病因(例如遺傳、創傷等)的識別和調節異常骨形成的機制提供知識。對小鼠模型中HO的研究也為治療方法提供了見解。

顯微CT成像通常用于研究體內HO的形成和進展，因為顯微CT圖像提供了HO與軟組織之間足夠的對比度。圖1中示出了晚期HO小鼠模型后肢的顯微CT掃描的示例。對應于HO的骨骼外骨化塊在圖中被手動識別，并且鄰近小鼠模型的脛骨且與其平行。異位骨化形成和結構特征的分析和量化可以提供有用的見解，以加深對受試者疾病診斷、狀態和進展的理解，以及展開對不同治療的療效和動力學的分析。然而，迄今為止，HO區域的識別是手動進行的。