利用解剖形狀信息訪問醫學圖像資料庫的製作方法

2023-08-07 08:26:36 3

專利名稱：利用解剖形狀信息訪問醫學圖像資料庫的製作方法
技術領域：
本發明涉及訪問醫學圖像資料庫中所包括的數據的領域，尤其涉及利 用解剖形狀信息訪問醫學圖像資料庫中所包括的數據。
背景技術：
針對診斷和治療計劃，醫生需要訪問例如計算機斷層掃描的存儲在存
儲器系統中的醫學圖像數據集中所包括的信息。在H.Muller等人的題為 "The medGIFT project onmedical image retrieval " dittp:〃www.dim.hcuge.ch/medgi:ft/publications/medGIFT.pdf)的文章中描述了 一種檢索存儲在存儲器系統中的醫學圖像的工具，下文中稱為參考文獻1。 medGIFT工具特別基於GNU圖像探測工具(GIFT)。如GIFT ， medGIFT
工具依靠用於檢索的四個主要特徵群整體顏色特徵、局部顏色特徵、整 體紋理特徵、局部Gabor濾波器響應。文章還描述了利用關於圖像內容的 臨床信息對肺組織圖像索引的不同方法。文章還描述了如何去除不需要檢 索的圖像背景。通過去除諸如文本的特定結構，及接下來的低通濾波及閾 值處理和去除小的無關對象來完成去除。

發明內容
參考文獻1中所述系統的局限性在於所述系統只允許去除二維(2D)圖 像背景的一小部分，通常為標識、文本和邊緣。通常，特別是在三維(3D) 圖像數據集的情況中，3D圖像數據集包括多個解剖結構。然而，醫生可能 有興趣檢索3D圖像數據集中所包括的感興趣的解剖結構，而沒有興趣檢索 3D圖像數據中所包括的其他解剖結構。
有利地具有一種用於檢索描述感興趣的解剖結構且包括在體積圖像數 據集中的數據的系統，所述系統能夠減少從數據存儲器傳送到存儲單元和/ 或傳送到系統的處理器的數據的所需的量。
5為了解決這個問題，在本發明的一個方面， 一種用於檢索體積圖像數 據集的數據存儲器中所包括的體積圖像數據子集的系統包括
第一查詢單元，其用於構成在數據存儲器中搜索包括體積圖像數據子 集的體積圖像數據集的第一查詢；
第二査詢單元，其用於構成在體積圖像數據集中搜索體積圖像數據子 集的第二查詢，所述第二查詢包括用於識別體積圖像數據集中的解剖結構 的解剖結構信息；
第一確定單元，其用於基於第一查詢確定體積圖像數據集；
第二確定單元，其用於基於在體積圖像數據集中所識別的解剖結構， 利用在第二査詢中所包括的解剖結構信息，確定體積圖像數據集的體積圖
像數據子集；以及
檢索單元，其用於檢索所確定的體積圖像數據子集。
布置第一確定單元以基於第一查詢確定體積圖像數據集，例如，基於 第一査詢中所包括的患者姓名、基於圖像採集模式以及基於圖像採集的日 期。可以利用圖像數據分割識別體積圖像數據集中所包括的解剖結構，並 且可以將分割結果存儲在數據存儲器中。可選地，可以布置系統分割體積 圖像數據集，並基於分割結果和第二査詢中所包括的解剖結構信息識別體 積圖像數據集中所包括的解剖結構。可以將第二確定單元布置為基於第二 査詢中所包括的解剖結構信息訪問分割結果，以及將體積圖像數據子集確 定為包括所識別的解剖結構中所包括的數據元的子集。可以布置檢索單元 檢索這些數據元，從而檢索包括解剖結構的體積圖像數據集的子集。因此， 系統能夠檢索描述解剖結構的數據減少的量，即體積圖像數據集的子集。
在系統的一個實施例中，系統還包括用於將新的體積圖像數據集添加 到數據存儲器的添加單元。添加單元允許用戶將新的體積圖像數據集添加
到數據存儲器，所述新的體積圖像數據集例如包括新的患者的胸部CT掃 描的體積圖像數據集。當醫生需要用子集進行診斷或者作為參考時，可以 檢索新的體積圖像數據集的子集。
在系統的一個實施例中，系統還包括基於解剖結構信息分割體積圖像 數據集的分割單元。例如，可以將分割單元實施為適應單元，所述適應單 元用於使解剖結構信息中所描述的形狀模型適應於由第一確定單元所確定的體積圖像數據集中的解剖結構。在H.Schramm等人的題為"Toward fUlly automatic object detection and segmentation" (in Proc. SPIE巻6144, 614402; Medical Imaging 2006: Image Processing; J. M. Reinhardt, J. P. Pluim; Eds.， 11-20頁)的文章中描述了一種合適的適應方法，下文中稱為參考文獻2。適 應的形狀模型能夠識別解剖結構。系統中包括分割單元有利地允許系統利 用例如形狀模型適應的圖像數據分割識別體積圖像數據集中的解剖結構。
在系統的一個實施例中，當將新的體積圖像數據集添加到數據存儲器 時，還將系統布置為基於解剖結構信息識別新的體積圖像數據集中的解剖 結構。來自原有查詢的解剖結構信息可以與新的體積圖像數據集一起由系 統進行存儲，或者由用戶提供。當用戶添加新的體積圖像數據集時，可以 將系統布置為分割新的體積圖像數據集，以基於所述解剖結構信息識別新 的體積圖像數據集中的解剖結構。為此，可以將系統布置為採用分割單元。 例如適應於解剖結構的長方體的頂的坐標或三角網格的頂的坐標的解剖結 構的描述包括解剖結構的數據元的定位，可以將其與體積圖像數據集一起 存儲在數據存儲器中。隨後，在數據檢索期間，可以由第二確定單元利用 體積結構的描述確定包括解剖結構的體積圖像數據子集。當將新的體積圖 像數據集添加到數據存儲器時，識別新的體積圖像數據集中的解剖結構， 有利地加快確定和檢索體積圖像數據子集。
在系統的一個實施例中，將第二確定單元布置為基於適應於體積圖像 數據集中的解剖結構的形狀模型確定體積圖像數據子集。示例性形狀模型 包括用於模擬解剖結構的表面的三角網格。可以將系統的分割單元布置為 使三角網格適應於由第一確定單元確定的體積圖像數據集中的解剖結構。 可選地，形狀模型可以已經適應由第一確定單元確定的體積圖像數據集中 的解剖結構。適應的三角網格允許識別由模擬解剖結構表面的適應的三角 網格所限定的體積中所包括的定位。可以由第二確定單元將包括這些定位 的數據元確定為體積圖像數據子集中所包括的數據元。基於適應的模型網 格確定體積圖像數據子集允許將體積圖像數據子集的大小最小化。
在系統的一個實施例中，解剖結構信息還包括關於解剖結構特性的信 息。該特性可以進一步描述解剖結構，例如，諸如肺結節的解剖結構的大 小和形狀。這使得用戶能夠檢索到例如結節比參考橢球體大。
7在系統的一個實施例中，還將檢索單元布置為檢索所確定的體積圖像 數據子集的特點。第二查詢的解剖結構信息還可以包括用於檢索所確定的 體積圖像數據子集的特點的請求。該特點可以為例如適應於所確定的體積 圖像數據子集中所包括的解剖結構的三角網格的頂點坐標，或者描述所確 定的體積圖像數據子集中所包括的解剖結構的數據元的二進位掩碼。可以 利用所檢索的特點進一步分析解剖結構，所述特點例如適應於所確定的體 積圖像數據子集中所包括的解剖結構的三角網格的頂點坐標。由於檢索適 應於解剖結構的三角網格的頂點坐標，因此不需要使三角網格模型適應於 所確定的體積圖像數據子集中所包括的解剖結構。
在系統的一個實施例中，系統還包括包括第一查詢單元和第二査詢單 元的客戶機單元，以及包括數據存儲器、第一確定單元和第二確定單元的 伺服器單元。伺服器單元可以經由諸如區域網、城域網、廣域網等的計算 機網絡連接到多個客戶機單元。這使得多個用戶能夠同時訪問多個定位的 數據存儲器。
在本發明的另一方面，根據本發明的系統被包括在圖像採集裝置中。 在本發明的另一方面，根據本發明的系統被包括在工作站中。 在本發明的另一方面，檢索體積圖像數據集的數據存儲器中所包括的
體積圖像數據子集的方法包括
第一查詢步驟，其用於構成在數據存儲器中搜索包括體積圖像數據子
集的體積圖像數據集的第一査詢；
第二查詢步驟，其用於構成搜在體積圖像數據集中搜索體積圖像數據
子集的第二査詢，所述第二查詢包括用於識別體積圖像數據集中的解剖結
構的解剖結構信息；
第一確定步驟，其用於基於第一查詢確定體積圖像數據集； 第二確定步驟，其用於基於在體積圖像數據集中所識別的解剖結構，
利用在第二查詢中所包括的解剖結構信息，確定體積圖像數據集的體積圖
像數據子集；以及
檢索步驟，其用於檢索所確定的體積圖像數據子集。 在本發明的另一方面， 一種由計算機布置下載的電腦程式產品，其
包括用於檢索體積圖像數據集的數據存儲器中所包括的體積圖像數據子集的指令，所述計算機布置包括處理器單元和存儲器，下載之後，所述計算機 程序產品為所述處理單元提供實現下述任務的能力
構成用於在數據存儲器中搜索包括體積圖像數據子集的體積圖像數據 集的第一查詢；
構成用於在體積圖像數據集中搜索體積圖像數據子集的第二查詢，所 述第二查詢包括用於識別體積圖像數據集中的解剖結構的解剖結構信息； 基於第一査詢確定體積圖像數據集；
基於在體積圖像數據集中所識別的解剖結構，利用第二查詢中所包括 的解剖結構信息，確定體積圖像數據集的體積圖像數據子集；以及 對所確定的體積圖像數據子集進行檢索。
本領域技術人員基於當前描述，能夠實現與如此處所述的系統及其變 形的改變相對應的圖像採集裝置、工作站、方法和/或電腦程式產品的改 變和變形。
本領域技術人員將會理解可以將所述方法應用於通過各種採集模式所 採集的體積即三維(3D)和四維(4D)圖像數據，所述採集模式諸如(但不限於) 計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)、超聲(US)、正電子發射斷層掃 描(PET)、單光子發射計算機斷層掃描(SPECT)和核醫學(NM)。


參照下文中所描述的實施方式和實施例並參考附圖，本發明的這些及 其他方面將變得明顯並將參照其進行闡述，其中
圖1A示意性地示出系統的示例性實施例的方框圖1B示意性地示出基於客戶機一伺服器架構的系統的另一實施例的 方框圖2示出了方法的示例性實施方式的流程圖3示意性地示出圖像採集裝置的示例性實施例；
圖4示意性地示出工作站的示例性實施例。
在所有附圖中，相同的附圖標記用於表示的相似的部分。
具體實施方式
圖1示意性地示出了系統100的示例性實施例的方框圖，所述系統100 用於檢索體積圖像數據集的數據存儲器105中所包括的體積圖像數據子集，
該系統包括
第一查詢單元111，其用於構成用於在數據存儲器105中搜索包括體積
圖像數裾子集的體積圖像數據集的第一査詢；
第二查詢單元112，其用於構成用於在體積圖像數據集中搜索體積圖像
數據子集的第二查詢，所述第二查詢包括用於識別所述體積圖像數據集中 的解剖結構的解剖結構信息；
第一確定單元121，其用於基於第一査詢確定所述體積圖像數據集；
第二確定單元122，其用於基於在體積圖像數據集中所識別的解剖結 構，利用第二查詢中所包括的解剖結構信息，確定體積圖像數據集的體積 圖像數據子集；以及
檢索單元125，其用於檢索所確定的體積圖像數據子集。
系統100的示例性實施例還包括下述可選單元
添加單元110，其用於將新的體積圖像數據集添加到數據存儲器105; 分割單元130，其用於基於解剖結構信息分割體積圖像數據集； 控制單元160，其用於控制系統100的工作流程； 用戶界面165，其用於與系統100的用戶通信；以及 用於存儲數據的存儲單元170。
在系統100的實施例中，具有針對輸入數據的三個輸入接頭181、 182 和183。將第一輸入接頭181布置為接收來自諸如(但不限於)硬碟、磁帶、 快閃記憶體或光碟的數據存儲器的數據。將第二輸入接頭182布置為接收來自諸 如(但不限於)滑鼠或觸控螢幕的用戶輸入設備的數據。將第三輸入接頭183 布置為接收來自諸如鍵盤的用戶輸入設備的數據。輸入接頭181、182和183 連接到輸入控制單元180。
在系統100的實施例中，具有針對輸出數據的兩個輸出接頭191和192。 將第一輸出接頭191布置為將數據輸出到諸如硬碟、磁帶、快閃記憶體或光碟的 數據存儲器。將第二輸出接頭192布置為將數據輸出到顯示設備。輸出接 頭191和192經由輸出控制單元190接收相應數據。
本領域技術人員將會理解，有許多方法將輸入設備連接到系統100的
10輸入接頭181、 182和183，以及將輸出設備連接到系統100的輸出接頭191 和192。這些方法包括(但不限於)有線和無線連接，諸如(但不限於)區域網 (LAN)和廣域網(WAN)、網際網路、數字電話網絡和模擬電話網絡的數字網絡。
在系統100的實施例中，系統100包括存儲單元170。將系統100布置 為經由輸入接頭1S1、182和183的任何一個接收來自外部設備的輸入數據， 並將所接收的輸入數據存儲在存儲單元170中。將輸入數據下載到存儲單 元170中使得可以通過系統100的各單元快速訪問相關數據部分。輸入數 據可以包括例如用於構成第一查詢和第二查詢的用戶輸入。可選地，輸入 數據可以包括用於添加到數據存儲器105的新的體積圖像數據集。可以由 諸如(但不限於)隨機存取存儲器(RAM)晶片、只讀存儲器(ROM)晶片禾口/或 硬碟驅動器和硬碟的設備實現存儲單元170。還可以將存儲單元170布置為 存儲輸出數據。輸出數據可以包括例如所檢索的體積圖像數據子集。還可 以將存儲單元170布置為經由存儲總線175接收來自系統100的各單元的 數據，並將數據傳送到系統100的各單元，其中，系統100的各單元包括 數據存儲器105、添加單元110、第一查詢單元111、第二查詢單元112、 第一確定單元121、第二確定單元122、檢索單元125、分割單元130、控 制單元160和用戶界面165。還可以將存儲單元170布置為經由輸出接頭 191和192的任何一個使得外部設備獲得輸出數據。將來自系統100的各單 元的數據存儲在存儲單元170中可以有利地提高系統100的各單元的性能， 並能夠提高將輸出數據從系統100的各單元傳輸到外部設備的速度。
可選地，系統100可以不包括存儲單元170和存儲總線175。可以由連 接到系統100的各單元的諸如外部存儲器或處理器的至少一個外部設備提 供用於系統100的輸入數據。同樣地，可以將由系統100生成的輸出數據 提供給連接到系統100的各單元的至少一個外部設備，諸如外部存儲器或 處理器。可以將系統100的各單元布置為經由內部連接或者經由數據總線 接收來自彼此的數據。
在系統100的實施例中，系統100包括用於控制系統100的工作流程 的控制單元160。可以將控制單元布置為接收來自系統100的各單元的控制 數據，以及向系統100的各單元提供控制數據。例如，在確定體積圖像數 據集之後，可以將第一確定單元121布置為將控制數據"已確定體積圖像數據集"發送到控制單元160，並將控制單元160布置為將控制數據"分割 體積圖像數據集中的解剖結構"提供給分割單元130，請求分割單元130 分割體積圖像數據集，並基於第二查詢中所包括的解剖結構信息識別體積 圖像數據集中的解剖結構。可選地，可以在系統100的另一單元中實現控 制功能。
在系統100的實施例中，系統100包括用於與系統100的用戶通信的 用戶界面165。可以將用戶界面165布置為向用戶提供用於進入第一查詢輸 入和第二查詢輸入的模塊。可選地，用戶界面可以接收用於選擇系統100 的操作模式的用戶輸入，諸如為了識別體積圖像數據集中的解剖結構選擇 用於由分割單元130分割體積圖像數據集的方法的模式。本領域技術人員 將理解在系統100的用戶界面165中可以有利地實現更多的功能。
體積(即三維(3D))圖像數據集包括元。體積圖像數據的每個數據元 (x，y，z，I)包括定位(x，y,z)，通常由圖像數據集坐標系中的三個直角坐標x，y，z 和該定位的密度I表示。可以將醫學圖像數據體積定義為包括圖像數據元 (x，y,z，I)中所包括的所有定位(x，y,z)的體積。可以將體積圖像數據集組織為圖 像體積的基本平面部分的集合，例如，基本垂直於坐標系的z軸的部分。 4D圖像數據集包括在運動的不同時間情況或不同階段採集的體積圖像數 據集的集合。
將體積圖像數據集存儲在系統100的數據存儲器105中。數據存儲器 105是永久的即非易失性的存儲器設備，其允許存儲、讀出和寫入數位化的 數據。這種存儲器設備可以採用例如磁碟、光碟和/或磁帶。本領域技術人 員將會知曉實現數據存儲器105的有效方法。
在系統100的實施例中，系統包括用於將新的體積圖像數據集添加到 數據存儲器105的添加單元110。當通過採集裝置採集到新的體積圖像數據 集時，系統100可以獲得所述新的體積圖像數據集以對其進行存儲。例如， 可以經由計算機網絡將新的體積圖像數據集傳送到系統存儲單元170。將添 加單元IIO布置為將來自存儲單元170的新的體積圖像數據集存放到數據 存儲器105中。還可以將添加單元布置為將關於新的體積圖像數據集的參 考信息存放到數據存儲器中。參考信息可以包括體積圖像數據集的描述和 體積圖像數據集在數據存儲器中的地址。體積圖像數據集的描述可以包括
12患者的姓名以及可選地關於患者的更多信息、圖像數據採集模式、數據採 集的日期和體積圖像數據集的內容的描述，例如，在體積圖像數據集中所 識別的解剖結構的列表。可以將系統100布置為從用戶輸入和/或從與新的 體積圖像數據集相關的元數據中獲得參考信息。可選地，可以將系統100
布置為例如通過分割體積圖像數據而從新的體積圖像數據集中得到一部分 參考信息。體積圖像數據集的地址可以為存儲地址，其中，將數位化的體 積圖像數據集寫在磁碟上。可選地，體積圖像數據集的地址可以為包括數 據存儲器中的數位化體積圖像數據集的地址的記錄的存儲地址。可以將參 考信息存儲在例如關係資料庫中。可以基於參考信息確定體積圖像數據集。
將系統100的第一査詢單元111布置為構成用於在數據存儲器105中 搜索包括體積圖像數據子集的體積圖像數據集的第一査詢。用戶可以利用 用戶界面165提供構成第一查詢的必要的輸入。用戶輸入可以包括例如-患者姓名(例如，John Smith)、圖像數據採集模式(例如，X光CT)、數 據採集日期(例如，10/07/2006)。該查詢很可能描述一個體積圖像數據集。 可選地，查詢可以包括患者的性別(例如，男性)、圖像採集模式(例如， MRI)和體積圖像數據集中所包括的解剖結構的名稱(例如，右冠狀動脈 樹)。該査詢可以描述多個體積圖像數據集。可以將用戶界面布置為幫助用 戶進入構成第一査詢的用戶輸入。例如，用戶界面可以包括諸如(但不限於) 患者姓名文本框和用於指導用戶進入構成第一査詢的用戶輸入的按鈕的模 塊。由第一單元構成的第一查詢用於基於數據集的參考信息搜索體積圖像 數據集。
將系統100的第二查詢單元112布置為構成用於在體積圖像數據集中 搜索體積圖像數據子集的第二查詢，所述第二査詢包括用於識別體積圖像 數據集中的解剖結構的解剖結構信息。解剖結構可以為例如心臟結構、肺 結構、結腸結構、骨骼、動脈樹或大腦中的結構。用戶可以利用用戶界面 165提供構成查詢的必要輸入。用戶輸入可以包括例如，體積圖像數據集中 所包括的解剖結構的名稱。用戶輸入還可以包括關於如何識別解剖結構的 信息，例如，通過使形狀模型適應於體積圖像數據集中所包括的解剖結構， 或者通過訪問在體積圖像數據集中所識別的解剖結構的列表。可以將第二 査詢單元112布置為基於用戶輸入構成第二查詢。第二查詢可以包括用戶
13輸入中所包括的解剖結構的名稱。第二查詢還可以包括關於適應於體積圖 像數據集中所包括的解剖結構的形狀模型的信息。形狀模型信息可以包括 用於獲得形狀模型的連結。可選地，形狀模型信息可以包括由確定單元所 使用的形狀模型的描述。
本領域技術人員將理解可以將第一査詢單元111和第二查詢單元112 實現為用於構成包括第一査詢和第二査詢的一個查詢的一個查詢單元113。 用戶界面165可以包括幫助用戶生成句法上正確的查詢的模塊。
將系統100的第一確定單元121布置為基於第一查詢確定體積圖像數 據集。應該將通過第一確定單元121確定體積圖像數據集解釋為通過第二 確定單元122確定訪問體積圖像數據集，即在第二確定單元122中可以得 到體積圖像數據集中所包括的數據。例如，通過第一確定單元121確定體 積圖像數據集可以包括搜索並找到體積圖像數據在數據存儲器中的地址。 通過第一確定單元121確定體積圖像數據集還可以包括在系統100的存儲 單元170中生成體積圖像數據集的備份。
可以在獲得第一查詢之後且構成第二查詢之前開始確定體積圖像數據 集。可以將第一確定單元121布置為搜索包括體積圖像數據集參考信息的 資料庫。在系統100的實施例中，第一確定單元121找到體積圖像數據集 的參考信息，其中包括體積圖像數據集的存儲地址。還將第一確定單元布 置為將該地址傳送給系統100的第二確定單元122。還將第一確定單元布置 為將從參考信息中提取的線索傳送給第二查詢單元112和用戶界面165，從 而更好地幫助用戶建立語義上正確的第二査詢。例如，從參考信息中提取 的線索可以包括體積圖像數據集中所包含的解剖結構的列表或滿足第一査 詢的體積圖像數據集的列表。用戶還可以改進第一查詢以確定體積圖像數 據集。
將系統100的第二確定單元122布置為基於在體積圖像數據集中所識 別的解剖結構，利用第二査詢中所包含的解剖結構信息，確定體積圖像數 據集的體積圖像數據子集。應該將通過第二確定單元122確定體積圖像數 據集解釋為確定通過檢索單元125訪問體積圖像數據子集，g卩使得檢索 單元125能夠獲得體積圖像數據子集中所包括的數據。例如，通過第二確 定單元122確定體積圖像數據子集可以包括搜索和找到數據元，所述數據元的定位包含在適應於所述解剖結構的網格中或者在包括所述網格的長方
體中。通過第二確定單元122確定體積圖像數據集還可以包括在系統100 的存儲單元170中建立體積圖像數據子集的備份。
在系統100的實施例中，第二確定單元122利用第二査詢中所包括的 解剖結構信息在體積圖像數據集的參考信息中搜索關於體積圖像數據集中 所包括的解剖結構的線索。例如，參考信息可以包括體積圖像數據集中所 包括的解剖結構的列表。對於列在參考信息中所列出的每個解剖結構，列 表還包括包括所述解剖結構的體積的相應長方體。可以將第二確定單元布 置為在列表中找到解剖結構的名稱，從而確定包括解剖結構的長方體。其 定位被包括在長方體中的數據元可以為所確定的體積圖像數據子集的數據 元。
如果第一確定單元121基於第一査詢無法確定體積圖像數據集，或者 如果第二確定單元122利用第二査詢中所包括的解剖結構信息無法確定體 積圖像數據集的子集，則可以將控制單元160布置為獲得來自相應確定單 元的"失敗"輸入，並且執行默認的"失敗"動作，例如，控制單元可以 請求用戶界面165顯示消息"沒有符合您第一査詢的體積圖像數據集"或 "沒有符合您第二查詢的體積圖像數據子集"。
本領域技術人員將會理解，第一確定單元121和第二確定單元122可 以實現為一個確定單元123，所述確定單元123用於基於第一查詢和基於第 二查詢確定體積圖像數據集的體積圖像數據子集。
在系統100的實施例中，將第二確定單元122布置為基於適應於體積 圖像數據集中的解剖結構的形狀模型確定體積圖像數據子集。體積圖像數 據子集包括具有在適應於解剖結構的模型網格內的定位的數據元。當將體 積圖像數據集添加到數據存儲器中時，模型網格可以已經適應於體積圖像 數據集中的解剖結構。可以將適應的模型網格在體積圖像數據集坐標系中 的頂點坐標存儲在體積圖像數據集的參考信息中。第二查詢可以包括包括 解剖結構名稱的解剖結構信息。可以由第二確定單元122利用解剖結構的 名稱獲得適應於解剖結構的模型網格的頂點坐標。由第二確定單元122利 用適應的模型網格的頂點坐標確定體積圖像數據集的數據元。體積圖像數 據子集包括定位於由模型網格所限定的體積中的這些數據元。
15息可以包括適應於解剖結構的形狀模型的信息和
系統100的單元的信息。例如，分割單元130可以包括適應於解剖結構的 形狀模型的描述。第二確定單元122可以採用分割單元130以適應於體積
圖像數據集中的解剖結構。
將系統100的檢索單元125布置為檢索體積圖像數據子集。可以將體 積圖像數據子集下載到系統100的存儲單元170中。用戶可以利用其他觀 察和/或分析應用來觀察和域提取來自體積圖像數據子集的更多信息。可選 地，觀察和/或分析應用可以在系統100的另一單元中實現。
在系統100的實施例中，系統100還包括基於解剖結構信息分割體積 圖像數據集中的解剖結構的分割單元130。可以通過多種方法實現分割體積 圖像數據集，諸如(但不限於)利用具有輪廓匹配的探測光鑄造的分害U、利用 形狀模型的分割、利用波前傳播的分割和利用體素分類器分割。可選地， 在用戶參與的情況下，可以基於解剖結構信息交互地實現分割體積圖像數 據集。可以在剛好檢索體積圖像數據子集之前或檢索體積圖像數據子集之 前的任何其他時刻，實現分割體積圖像數據集。可以將分割的結果，特別 是分割期間所識別的解剖結構，同體積圖像數據集一起存儲，以用於將來 使用。在實施例中，分割單元130可以是系統100的獨立單元，或者還可 以是另一系統的單元。
在系統100的實施例中，將分割單元130布置為使包括三角網格的形 狀模型適應於由第一確定單元所確定的體積圖像數據集中的解剖結構。可 以由分割單元130基於解剖結構信息確定三角網格。例如，可以在解剖結 構信息中描述三角網格。三角網格描述了其所適應的解剖結構的表面。在 參考文獻2中描述了用於適應三角網格的合適的適應方法。
在系統100的實施例中，將分割單元130布置為使形狀模型的單個網 格適應體積圖像數據集中的解剖結構。單個網格描述了其所適應的解剖結 構的表面。可以由分割單元130基於解剖結構信息確定單個網格。例如， 可以將單個網格的描述包括在分割單元130中。在H.Ddingette的題為 "General Object Reconstruction based on Simplex Meshes" (International Journal of Computer Vision,巻32， 11-142頁，1999)的文章中描述了基於使 單個網格適應於醫學圖像數據中的解剖結構的圖像分割。在系統100的實施例中，將分割單元130布置為採用波前傳播方法分 割體積圖像數據集。波前傳播所必需的初始參數值可以被包括在解剖結構 信息中。例如，在T.Deschamps和L.D.Cohen的題為"Fast Surface and Tree Structure Extraction of Vascular Objects in 3D medical objects" (Curve and Surface Design, Saint-Malo 2002， T. Lyche， M.-L. Mazure， and L. L. Schumaker， Eds.， Nashboro Press, Brentwood, 2003)的文章中描述了利用
波前傳播識別冠狀動脈。
在系統100的實施例中，將分割單元130布置為採用數據分類器將體
積圖像數據集的各元分類為解剖結構所包括的元或者解剖結構不包括的 元。數據分類器可以由分割單元130基於解剖結構信息確定。例如，解剖 結構信息可以包括允許分割單元130使用所述數據分類器的數據分類器定 義或到數據分類器定義的連結。在C. A. Cocosco等人的題為"A Fully Automatic and Robust Brain MRI Tissue Classification Method" (Medical Image Analysis,巻7， 513-527頁，2003)的文章中描述了磁共振大腦圖像
數據集中的數據元的分類。
在系統100的實施例中，當將新的體積圖像數據集添加到數據存儲器 105中時，還將系統IOO布置為基於解剖結構信息識別新的體積圖像數據集 中的解剖結構。當將新的體積圖像數據添加到數據存儲器105中時，為了 識別新的體積圖像數據集中的共同解剖結構，可以利用包括用於識別共同 解剖結構的解剖結構信息的一組標準查詢分割體積圖像數據集。可以將這 組標準査詢存儲在系統100中。可以將在新的體積圖像數據集中所識別的 關於共同解剖結構的信息，例如適應於共同解剖結構的模型網格的頂點坐 標，存儲在新的體積圖像數據集的參考信息中。
在系統100的實施例中，解剖結構信息還包括關於解剖結構特性的信 息。關於解剖結構的特性的信息可以是關於具有解剖結構的問題的信息， 例如關於骨骼礦物質密度、用於確定骨質疏鬆症嚴重程度的所謂的T分數 或者解剖結構的尺寸。第二確定單元可以包括計算在所確定的體積圖像數 據子集中的解剖結構中所包括的特性的模塊。可選地，所確定的體積圖像 數據集的參考信息可以包括關於體積圖像數據集中所包括的解剖結構特性 的信息。在系統100的實施例中，可以設計第一查詢以確定多個體積圖像數據
集，例如臨時採集的心臟的體積圖像數據集序列的集合。可以設計第二查 詢以確定體積圖像數據集序列的特性，例如心臟的射血分數。可以將系統
100布置為檢索用於對心臟進行成像的心舒張末期體積圖像數據子集，以及
用於對心臟進行成像的心收縮末期體積圖像數據子集，其中體積圖像數據
子集包括在具有例如低於55%的異常射血分數的序列中。
在系統的實施例中，還將檢索單元125布置為檢索所確定的體積圖像 數據子集的特點。第二查詢的解剖結構信息還可以包括用於檢索所確定的 體積圖像數據子集的特點的請求。所述特點可以為例如適應於所確定的體 積圖像數據集中所包括的解剖結構的三角網格的頂點坐標或描述所確定的 體積圖像數據集中所包括的解剖結構的數據元的二進位掩碼。可以利用所 檢索的特點進一步分析解剖結構，所述特點例如適應於所確定的體積圖像 數據集中所包括的解剖結構的三角網格的頂點坐標。
本領域技術人員將會理解可以對系統100的幾個實施例進行組合。例 如，第二確定單元122可以在體積圖像數據集的參考信息中檢查關於所識 別的解剖結構的線索。如果參考信息包括適應於體積圖像數據集中的解剖 結構的多邊形網格的描述，則可以基於所適應的多邊形網格，利用該多邊 形網格的描述確定體積圖像數據子集。如果參考信息不包括關於所識別的 解剖結構的線索，可以將第二確定單元122布置為採用分割單元130分割 體積圖像數據，從而識別解剖結構，例如為了使多邊形網格適應於體積圖 像數據集中的解剖結構。
圖1B示意地示出了基於客戶機一伺服器架構的系統100的另一個示例 性實施例的方框圖。在該實施例中，系統100還包括以下各單元包括第 一查詢單元111和第二查詢單元112的客戶機單元140，以及包括數據存儲 器105、第一確定單元121和第二確定單元122的伺服器單元150。可以將 第一查詢單元112和第二查詢單元實現為一個查詢單元113。可以將第一確 定單元121和第二確定單元122實現為一個確定單元123。客戶機單元140 和伺服器單元150都經由I/O接口 141禾Q 151分別連接到諸如(但不限 於)LAN145的網絡。客戶機單元140還包括添加單元110-C的客戶機部分、 檢索單元125-C的客戶機部分、控制單元160-C的客戶機部分、用戶界面
18165、客戶機存儲單元170-C和客戶機數據總線175-C。伺服器單元150還 包括添加單元110-S的伺服器部分、檢索單元125-S的伺服器部分、分割單 元130、控制單元160-S的伺服器部分、伺服器存儲單元170-S和伺服器數 據總線175-S。
本領域技術人員將會理解系統100的其他實施例也是可能的。在其他 情況中，可能重新定義系統的各單元，並重新分配其功能。例如，在系統 100的實施例中，可以將分割單元130的功能與第二確定單元122的功能進 行組合。在系統100的另一實施例中，可以用多個分割單元取代分割單元 130。可以對多個分割單元中的每個分割單元進行布置以採用識別解剖結構 的不同的分割方法。所採用的分割方法可以基於第二査詢中所包括的用戶 選擇。
可以利用處理器實現系統100的各單元。通常地，在軟體程序產品的 控制下實現其功能。在執行期間，通常將軟體程序產品下載到諸如RAM的 存儲器中，並從那裡執行。可以從諸如ROM、硬碟或磁和/或光存儲器的 後臺存儲器下載程序，或者經由諸如網際網路的網絡下載。可選地，應用專 用集成電路可以提供所述功能。
圖2示出了方法200的示例性實施例的流程圖，所述方法200檢索體 積圖像數據集的數據存儲器中所包括的體積圖像數據子集。方法200從接 收用戶輸入的UI步驟265開始。在接收用於將新的體積圖像數據集添加到 數據存儲器的用戶輸入之後，方法200繼續進行用於將新的體積圖像數據 集添加到數據存儲器的添加步驟210。在添加步驟210之後，方法返回UI 步驟265。在接收用於檢索體積圖像數據集的子集的用戶輸入之後，方法繼 續進行用於構成第一査詢的第一査詢步驟211，所述第一查詢用於在數據存 儲器中搜索包括體積圖像數據子集的體積圖像數據集。同時，方法200繼 續進行用於構成第二查詢的第二查詢步驟212，所述第二查詢用於在體積圖
像數據集中搜索體積圖像數據子集，第二査詢包括用於識別體積圖像數據 集中的解剖結構的解剖結構信息。在第一査詢步驟211之後，方法繼續進 行用於基於第一查詢確定體積圖像數據集的第一確定步驟221。在第一確定 步驟221之後，方法繼續進行用於控制方法200的流程的控制步驟260。如 果需要識別體積圖像數據集中的解剖結構，方法繼續進行分割步驟230，所
19述分割步驟230用於分割體積圖像數據集，並且基於解剖結構信息識別體 積圖像數據集中的解剖結構。在分割步驟230之後，方法繼續進行第二確 定步驟222，所述確定步驟222用於基於在體積圖像數據集中所識別的解剖 結構，利用第二查詢中所包括的解剖結構信息確定體積圖像數據集的體積 圖像數據子集。如果不需要分割體積圖像數據集，則方法從控制步驟260 跳到所述第二確定步驟222。在第二確定步驟222之後，方法繼續進行用於 檢索所確定的體積圖像數據子集的檢索步驟225。在檢索步驟之後，方法返 回UI步驟265。在接收到用於結束方法200的用戶輸入之後，方法200結 束。方法200中各個步驟的順序不是強制的，在不偏離本發明主旨的情況 下，本領域技術人員可以改變一些步驟的順序，或者利用線程模型、多處 理器系統或多處理同時執行一些步驟。可選地，可以將本發明的方法200 的兩個或更多步驟組合為一個步驟。可選地，可以將本發明的方法200的 一個步驟劃分為多個步驟。圖3示意性地示出了採用系統100的圖像採集裝置300的示例性實施 例，所述圖像採集裝置300包括經由內部連接與系統100連接的圖像採集 單元310、輸入接頭301和輸出接頭302。這一布置為所述圖像採集裝置300 提供系統100的有利性能以檢索體積圖像數據集的數據存儲器中所包括的 體積圖像數據子集，有利地提高了圖像採集裝置300的性能。圖像採集裝 置的示例包括(但不限於)CT系統、X射線系統、MR1系統、US系統、PET 系統、SPET系統和NM系統。圖4示意性地示出了工作站400的示例性實施例。工作站包括系統總 線401。處理器410、存儲器420、磁碟輸入/輸出(I/O)適配器430和用戶界 面(UI)440可操作地連接到系統總線401。磁碟存儲器設備431可操作地耦 合到磁碟I/O適配器430。鍵盤441 、滑鼠442和顯示器443可操作地耦合 到UI440。可以將本發明的系統100實施為存儲在磁碟存儲器設備431中 的電腦程式。對工作站400進行布置以將程序和輸入數據下載到存儲器 420，並在處理器410上執行該程序。用戶可以利用鍵盤441和域滑鼠442 將信息輸入工作站400。將工作站布置為將信息輸出到顯示設備443和域 磁碟431。本領域技術人員將會理解，現有技術中存在工作站400的大量其他實施例，本實施例用於示出本發明，而不應被理解為將本發明限制於該 特定實施例。應該注意的是上述實施例示意而非限制本發明，本領域技術人員在不 偏離所附權利要求範圍的情況下能夠設計替代實施例。在權利要求中，置 於括號中的任何附圖標記不應該構成對權利要求的限制。詞語"包括"不 排除存在沒有在權利要求或說明書中列出的元件和步驟。元件前面的詞語 "一"或"一個"不排除存在多個這樣的元件。可以藉助於包括若干不同 元件的硬體和藉助於編程計算機實現本發明。在列舉了多個單元的系統權 利要求中，這些單元的多個可以由硬體或軟體的一個或相同的器件實現。 詞語第一、第二和第三等的使用不表示任何順序。要將這些詞語理解為名 稱。
權利要求
1、一種對體積圖像數據集的數據存儲器(105)中所包括的體積圖像數據子集進行檢索的系統(100)，所述系統包括第一查詢單元(111，113)，其用於構成在所述數據存儲器(105)中搜索包括所述體積圖像數據子集的體積圖像數據集的第一查詢；第二查詢單元(112，113)，其用於構成在所述體積圖像數據集中搜索所述體積圖像數據子集的第二查詢，所述第二查詢包括用於識別所述體積圖像數據集中的解剖結構的解剖結構信息；第一確定單元(121，123)，其用於基於所述第一查詢確定所述體積圖像數據集；第二確定單元(122，123)，其用於基於在所述體積圖像數據集中所識別的所述解剖結構，利用在所述第二查詢中所包括的所述解剖結構信息，確定所述體積圖像數據集的所述體積圖像數據子集；以及檢索單元(125)，其用於檢索所確定的體積圖像數據子集。
2、 如權利要求1所述的系統(100)，還包括用於將新的體積圖像數據集 添加到所述數據存儲器(105)的添加單元(110)。
3、 如權利要求1所述的系統(100)，還包括用於基於所述解剖結構信息 分割所述體積圖像數據集的分割單元(130)。
4、 如權利要求2所述的系統(100)，還將其布置為當將新的體積圖像數 據集添加到所述數據存儲器(105)中時，基於所述解剖結構信息識別所述新 的體積圖像數據集中的所述解剖結構。
5、 如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述第二確定單元(122)被 布置為基於適應於所述體積圖像數據集中的所述解剖結構的形狀模型，確 定所述體積圖像數據子集。
6、 如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述解剖結構信息還包括關 於所述解剖結構的特性的信息。
7、 如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述檢索單元(125)還被布 置為檢索所確定的體積圖像數據子集的特點。
8、 如權利要求1所述的系統(100)，還包括包括所述第一查詢單元(lll) 和所述第二查詢單元(112)的客戶機單元(140)、以及包括所述數據存儲器 (105)、所述第一確定單元(121)和所述第二確定單元(122)的伺服器單元 (150)。
9、 一種圖像採集裝置(300)，其包括如權利要求1所述的系統(IOO)。
10、 一種工作站(400)，其包括如權利要求1所述的系統(IOO)。
11、 一種對體積圖像數據集的數據存儲器中所包括的體積圖像數據子 集進行檢索的方法(200)，所述方法包括第一查詢步驟(211)，其用於構成在所述數據存儲器中搜索包括所述體 積圖像數據子集的體積圖像數據集的第一査詢；第二查詢步驟(212)，其用於構成在所述體積圖像數據集中搜索所述體 積圖像數據子集的第二查詢，所述第二查詢包括用於識別所述體積圖像數 據集中的解剖結構的解剖結構信息；第一確定步驟(221)，其用於基於所述第一查詢確定所述體積圖像數據集；第二確定步驟(222)，其用於基於在所述體積圖像數據集中所識別的所 述解剖結構，利用在所述第二查詢中所包括的所述解剖結構信息，確定所 述體積圖像數據集的所述體積圖像數據子集；以及檢索步驟(225)，其用於檢索所確定的體積圖像數據子集。
12、 一種由計算機布置下載的電腦程式產品，其包括用於對體積圖像數據集的數據存儲器中所包括的體積圖像數據子集進行檢索的指令，所 述計算機布置包括處理單元和存儲器，下載之後，所述電腦程式產品為 所述處理單元提供實現下述任務的能力構成用於在所述數據存儲器中搜索包括所述體積圖像數據子集的體積 圖像數據集的第一査詢；構成用於在所述體積圖像數據集中搜索所述體積圖像數據子集的第二 査詢，所述第二查詢包括用於識別所述體積圖像數據集中的解剖結構的解 剖結構信息；基於所述第一查詢確定所述體積圖像數據集；基於在所述體積圖像數據集中所識別的解剖結構，利用所述第二查詢 中所包括的所述解剖結構信息，確定所述體積圖像數據集的所述體積圖像 數據子集；以及對所確定的體積圖像數據子集進行檢索。
全文摘要
本發明涉及一種用於檢索體積圖像數據集的數據存儲器(105)中所包括的體積圖像數據子集的系統(100)，所述系統包括第一查詢單元(111，113)，其用於構成在數據存儲器(105)中搜索包括體積圖像數據子集的體積圖像數據集的第一查詢；第二查詢單元(112，113)，其構成在體積圖像數據集中搜索體積圖像數據子集的第二查詢，所述第二查詢包括用於識別體積圖像數據集中的解剖結構的解剖結構信息；第一確定單元(121，123)，其用於基於第一查詢確定體積圖像數據集；第二確定單元(122，123)，其基於在體積圖像數據集中所識別的解剖結構，利用第二查詢中所包括的解剖結構信息，確定體積圖像數據集的體積圖像數據子集；以及檢索單元(125)，其用於檢索所確定的體積圖像數據子集。由此，系統能夠檢索描述解剖結構的數據減少的量，即體積圖像數據集的子集。
文檔編號G06F19/00GK101517584SQ200780035685
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月26日 優先權日2006年9月29日
發明者H·萊曼, J·威斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司