[发明专利]用于通过正电子发射断层摄影进行肿瘤分割的深度卷积神经网络

说明书

本公开涉及使用深度卷积神经网络利用正电子发射断层摄影(PET)分割肿瘤以进行图像和病灶代谢分析的技术。特别地，本公开的各方面涉及：获得受试者的PET扫描和计算机断层摄影(CT)或核磁共振成像(MRI)扫描；预处理所述PET扫描和所述CT或MRI扫描以生成标准化图像；使用作为卷积神经网络架构的一部分被实现的二维分割模型生成二维分割掩膜，所述二维分割模型以所述标准化图像作为输入；使用作为所述卷积神经网络架构的一部分被实现的三维分割模型生成三维分割掩膜，所述三维分割模型以与来自所述二维分割掩膜的片段相关联的图像数据块作为输入；以及，通过组合来自所述二维分割掩膜和所述三维分割掩膜的信息生成最终成像掩膜。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年7月31日提交的题为“DEEP CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORKSFOR TUMOR SEGMENTATION WITH POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY”的第62/880,898号美国临时申请和2019年3月25日提交的题为“AUTOMATED TUMOR SEGMENTATION WITHFLUORODEOXYGLUCOSE POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY”的第62/819,275号美国临时申请的优先权和权益，其全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开涉及自动肿瘤分割，并且尤其涉及用于使用深度卷积神经网络在正电子发射断层摄影图像中分割肿瘤以进行图像和病灶代谢分析的系统和方法。

背景技术

正电子发射断层摄影(PET)也称为PET成像或PET扫描，是一种核医学成像测试，有助于揭示组织和器官的功能。PET扫描使用放射性药物(示踪剂)来显示这种活性。示踪剂是一种与放射性标签相连或用放射性标签标记的分子，该放射性标签可在PET扫描中被检测到。可以注射、吞咽或吸入示踪剂，取决于正在研究的器官或组织。示踪剂聚集在具有较高代谢活性或与体内特定蛋白质结合的身体区域(例如，癌性肿瘤或炎症区域)中，这些区域通常对应于疾病区域。在PET扫描中，这些区域显示为亮点。最常用的放射性示踪剂是氟脱氧葡萄糖(FDG)，一种类似于葡萄糖的分子。在FDG-PET中，代谢活性高于周围环境的组织或区域将显示为亮点。例如，癌细胞可以以更高的速率吸收葡萄糖，从而具有更高的代谢活性。这种更高的速率在PET扫描中可见，并且允许医疗保健提供者在其他成像测试中尚未可见肿瘤时识别出肿瘤。PET扫描可有助于诊断和确定多种疾病的严重程度，包括多种类型的癌症、心脏病、胃肠道病症、内分泌病症、神经病症和其他体内异常。

发明内容

在各种实施例中，提供了一种计算机实现的方法，其包括：获得受试者的多个正电子发射断层摄影(PET)扫描和多个计算机断层摄影(CT)或核磁共振成像(MRI)扫描；预处理所述PET扫描和所述CT或MRI扫描，以生成所述受试者的第一平面或区域的标准化图像的第一子集和所述受试者的第二平面或区域的标准化图像的第二子集，其中，所述标准化图像的第一子集和所述标准化图像的第二子集纳入来自所述PET扫描和所述CT或MRI扫描的信息；使用作为卷积神经网络架构的部分被实现的将所述标准化图像的第一子集作为输入的第一二维分割模型生成第一二维分割掩膜，其中所述第一二维分割模型使用包含第一层的第一残差块，所述第一层：(i)直接馈入后续层中，并且(ii)使用跳跃连接直接馈入与所述第一层相距多个层的层中；使用作为所述卷积神经网络架构的部分被实现的将所述标准化图像的第二子集作为输入的第二二维分割模型生成第二二维分割掩膜，其中所述第二二维分割模型使用包含第二层的第二残差块，所述第二层：(i)直接馈入后续层中，并且(ii)使用跳跃连接直接馈入与所述第二层相距多个层的层中；以及通过组合来自所述第一二维分割掩膜和所述第二二维分割掩膜的信息生成最终成像掩膜。

在一些实施例中，所述第一层和所述第二层是具有在一个或多个膨胀水平执行的可分离卷积的金字塔形层。

在一些实施例中，该方法还包括：使用所述最终成像掩膜确定总代谢性肿瘤负荷(TMTV)；以及，提供所述TMTV。