計算檢查參數的製作方法
2023-05-08 18:14:26
計算檢查參數的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於計算檢查參數的一種方法以及一種系統。本發明包括步驟S-A：拍攝第一幅以及第二幅醫學圖像，這些圖像各自記錄一個相同的檢查區域；本發明還包括步驟S-BS：通過分割第一幅圖像確定第一幅圖像中的檢查區域。本發明基於這樣的思路，在步驟S-rR中立體配準第一幅以及第二幅圖像，以便在步驟S-BP中確定第二幅圖像中的檢查區域，方法是將分割檢查區域從第一幅圖像投影到第二幅圖像之中。這樣尤其可在第二幅圖像的圖像質量低於第一幅圖像的情況下提高確定第二幅圖像中的檢查區域的可靠性。因此在步驟S-BA中也可以通過分析第二幅圖像中的檢查區域提高計算檢查參數(UP)的可靠性。
【專利說明】計算檢查參數
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於計算檢查參數的一種方法以及一種系統。
【背景技術】
[0002]主要通過磁共振成像(MRT)以及計算機斷層掃描(CT)之類的成像方法記錄醫學圖像進行診斷。通常根據醫學圖像計算檢查參數來進行診斷，這種檢查參數通常涉及某一個檢查區域，例如某個器官、關節結構或者腫瘤。所述檢查參數不僅可以涉及某個純粹的空間值，如腫瘤的範圍，也可以涉及某個時空值，如血流速率。在任何情況下，診斷以及正確計算檢查參數的關鍵在於正確確定檢查區域，從而確定周圍組織的界限。或者通過計算機輔助分割自動確定，或者進行手工確定，即操作人員藉助圖形化用戶界面標出檢查區域(也就是公知的ROI感興趣區域)的界限。也可以將自動和手工確定相互組合使用。但是一種成像方法的某個拍攝模式的對比度通常不足以正確標出檢查區域的界限。
[0003]US 2012/0087561 Al公開了一種用於在一個時間系列的圖像之內確定ROI的方法。在此記錄一個時間系列的圖像，包括多個單幅圖像。分割該系列圖像的每一個單幅圖像，以便分割R0I。此外還記錄在一個或多個單幅圖像之內對ROI的手工更改。將手工更改轉發給其它單幅圖像，轉發手工更改的範圍取決於其它單幅圖像與手工更改的單幅圖像之間隨時間變化的距離。
【發明內容】
[0004]本發明的任務在於，以確定一個檢查區域為基礎，提高計算檢查參數的可靠性。
[0005]採用權利要求1所述的一種方法、權利要求9所述的一種電腦程式產品以及權利要求11所述的一種系統 ，即可解決這一任務。相關從屬權利要求所述均為本發明的有益實施方式。
[0006]以下將針對要求保護的系統以及要求保護的方法，對本發明所述的任務解決方案進行說明。所提及的特徵、優點或者替代實施方式同樣也可以轉用於其它要求保護的對象，反之亦然。換句話說，也可以利用結合一種方法所述的或者要求保護的特徵進一步改進具體的權利要求(例如針對某一個系統)。通過相應的具體模塊形成該方法的相應功能特徵。
[0007]本發明所述的方法包括記錄第一幅以及第二幅醫學圖像，這些圖像各自採集一個同樣的檢查區域，以及通過分割第一幅圖像確定第一幅圖像中的檢查區域。本發明基於這樣的思路，空間上配準第一幅以及第二幅圖像，以便可在第二幅圖像中確定檢查區域，方法是將分割檢查區域從第一幅圖像投影到第二幅圖像之中。如果在第一幅圖像中成功分割檢查區域以及第二幅圖像的圖像質量小於第一幅圖像，就會提高在第二幅圖像中確定檢查區域的可靠性。因此也可通過分析第二幅圖像中的檢查區域，提高計算檢查參數的可靠性。
[0008]如果第一幅以及第二幅圖像均為造影劑輔助圖像，就能以特別高的反差並且因此能夠以特別好的確定效果顯示人和動物的某些檢查區域。
[0009]如果計算一個灌注參數作為檢查參數，就能針對檢查區域內的血流得出特別有說服力的結論。
[0010]如果分別在不同的造影劑增強階段記錄第一幅和第二幅圖像，就能描述檢查區域內的血流動態特徵。
[0011]按照另一種實施方式，檢查區域涉及腫瘤。該實施方式特別重要，因為只有了解腫瘤的大小和階段，才能成功治療癌症。
[0012]如果所述第一幅以及第二幅圖像均為三維層析圖像，則檢查參數也能記錄特別重要的(時間)空間關係。
[0013]按照另一種實施方式，通過CT機分別在不同的X射線能量下同時或者先後依次記錄第一幅以及第二幅圖像。採用這種「雙能量」拍片方式可以獲得互補的圖像信息。
[0014]如果通過不同的模態記錄第一幅以及第二幅圖像，同樣可以獲得互補的圖像信
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[0015]另一種實施方式包括一種具有電腦程式的電腦程式產品，可以調用到計算機的內存之中執行用於計算檢查參數的方法，從而能夠快速、穩健而且可以重複的方式執行該方法的步驟。
[0016]另一種實施方式包括一種計算機可讀的介質，將可執行的電腦程式產品保存在該介質之中。
[0017]此外本發明還涉及一種用於計算檢查參數的系統，包括以下單元:
[0018]-拍攝單元，包括 輻射發射器以及輻射探測器，用於拍攝第一幅以及第二幅醫學圖像，
[0019]-控制單元，用於控制拍攝單元，
[0020]-分割單元，用於分割第一幅圖像從而在該圖像中確定檢查區域，
[0021]-配準單元，用於空間上配準第一幅以及第二幅圖像，
[0022]-投影單元，用於將第一幅圖像中的分割檢查區域投影到第二幅圖像之中，以及根據第二幅圖像中的投影確定檢查區域，
[0023]-計算單元，用於通過分析第二幅圖像中的檢查區域計算檢查參數。
[0024]按照該系統的另一種實施方式，採用X射線發射器形式的輻射發射器以及X射線探測器形式的輻射探測器。
[0025]按照該系統的另一種實施方式，採用高頻線圈形式的輻射發射器以及輻射探測器。這樣就能使用MRT設備的常見拍片模式，尤其是Tl和T2加權，這些主要在顯示軟組織時具有優勢，例如對比度很高。
[0026]此外該系統及其改進實施方式還可用來以有益的方式和方法執行所述的方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]以下將根據附圖所示的實施例，對本發明進行詳細描述和解釋。
[0028]相關附圖如下:
[0029]圖1示出用於計算檢查參數的方法的流程圖，
[0030]圖2示出用於計算檢查參數的系統，
[0031]圖3示出以腫瘤為例通過投影確定檢查區域，以及
[0032]圖4示出用於計算檢查參數的擴展系統。【具體實施方式】
[0033]附圖1所示為一種用於計算檢查參數的方法的流程圖。在步驟S-A中拍攝第一幅以及第二幅醫學圖像，這些圖像各自記錄相同的檢查區域。所述檢查區域例如涉及患者5的身體區域，例如器官3、關節結構或者腫瘤。「相同」在這裡表示在同一個患者3體內對某個醫學功能單元意義上的同一個檢查區域例如器官3進行成像。本發明所述的「相同」也包括在拍攝第一幅以及第二幅圖像之間例如通過某種藥物影響其功能的檢查區域。
[0034]所謂醫學圖像涉及通過MRT或CT之類的一種成像方法記錄的用於醫學目的、主要用於診斷的圖像。以下使用的術語「醫學圖像」和「圖像」為同義詞。這種圖像不僅可以表示一個平面，而且也可以表示一個體積。同樣可以是二維圖像並且由所謂的像素構成，或者是三維圖像並且由所謂的體素構成。此外本發明所述的圖像並非只有空間維度，而且也有時間維度。即一個圖像可以包括不同時刻拍攝的各個影像的時間系列。如果要根據某個可以成像檢測的過程隨時間的變化(例如造影劑增強)得出結論，那麼這就尤其重要。此外本發明申請所述的圖像尤其可以是經過預處理的圖像，也就是經過濾波或者重組成為斷面圖的圖像。
[0035]在拍攝之後按照以下所述繼續處理包括第一幅和/或者第二幅圖像的圖像數據Bd:在步驟S-BS中通過分割第一幅圖像確定第一幅圖像中的檢查區域。例如可採用一種閾值法進行分割，或者採用一種面向區域的方法，如RegionGrowing(區域增長法)或者Region Splitting(區域分裂法)，或者利用邊緣抽取法進行分割。分割圖像數據sBd就是步驟S-BS的結果。這些圖像數據可以是二進位，分割區域之內的像素或者體素的賦值為0，分割區域之外的像素或者體素的賦值為I。
[0036]還可在步驟S-rR中立體配準第一幅以及第二幅圖像。配準第一幅和第二幅圖像包括對使得第一幅以及第二幅圖像儘可能一致的變換進行計算。例如可以通過一種基於特徵的方法或者通過一種相關法進行配準。如果採用特徵法，則抽取諸如直線或者邊緣之類的特徵，但也抽取兩個圖 像中的點，並且逐對計算特徵匹配。兩個圖像的配準圖像數據rBd就是配準結果。圖像數據rBd可以例如以原始圖像數據Bd以及一種變換規則的形式存在。
[0037]現在可利用分段圖像數據以及配準圖像數據，在步驟S-BP中將分段檢查區域投影到第二幅圖像之中，從而在第二幅圖像中確定檢查區域。所述投影涉及一種映像。不應以嚴格的數學含義理解投影這個概念。本發明申請所述的非線形映像也可以表示投影。步驟S-PB中的投影基於步驟S-rR中算出的兩個圖像之間的變換。所謂檢查區域投影指的是從第一幅圖像中將關於檢查區域範圍的信息(例如形成檢查區域例如腫瘤邊界的封閉平面形式的二維輪廓)映射到第二幅圖像之中。包括第二幅圖像以及關於第二幅圖像中某個確定檢查區域信息的投影數據PBd就是步驟S-BP的結果。
[0038]在步驟S-BA中通過分析第二幅圖像或者投影數據PBd中的檢查區域計算檢查參數UP。分析第二幅圖像中的檢查區域可以包括已知的圖像處理步驟，例如繼續濾波或分割，也可以包括統計分析，例如計算強度值的直方圖。
[0039]檢查參數UP可以涉及例如腫瘤的範圍或者灌注參數，例如單位時間血流的體積。如果已利用造影劑在不同的造影劑增強階段記錄了第一幅和第二幅圖像，則尤其可以計算這種灌注參數。通常將能夠改善對身體結構和功能的成像顯示效果的藥劑定義為造影劑。例如在X光影像上看不到血管。如果注射一種含碘溶劑作為造影劑，則該溶劑進入的血管就會投下X線陰影，從而使其可見。造影劑通常有別於所謂的示蹤劑。所涉及的是一種人造物質，通常是放射性標記的內源性或外源性物質，在注入活體之中後能參與新陳代謝，可以實現或者有助於進行各種各樣的檢查。本發明所述的造影劑既是傳統型造影劑，而且也是示蹤劑。
[0040]附圖2所示為一種用於計算檢查參數UP的系統的示意圖。圖中所示的系統尤其可用來執行附圖1中所描述的方法。可將控制單元StE與拍攝單元19 一起用來執行步驟S-A。控制單元StE將控制值StW傳輸給拍攝單元19，例如若使用X射線管作為輻射源8，那麼這些控制值就表示X射線管電壓。分割單元SE可用來執行步驟S-BS，配準單元RE可用來執行步驟S-rR。此外還有投影單元PE執行步驟S-BP，計算單元BE則用來執行步驟S-BA0分割單元SE、配準單元RE、投影單元PE和計算單元BE組合成一個圖像處理單元14。不僅可以將圖像處理單元14及其各個單元設計成硬體，而且也可設計成軟體。接口 11是廣為人知的硬體或軟體接口，例如硬體接口 PCI總線、USB或者Firewire。
[0041]附圖3所示為通過投影確定檢查區域，這種情況下檢查區域是一個腫瘤，該腫瘤位於器官3之中，例如在肝臟中，不僅有腫瘤核1，而且也有腫瘤邊緣2，如示意圖a)中所
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[0042]在示意圖b)中可看見具有良好反差的第一幅圖像。在沒有內部粗線的情況下相當於第一幅圖像的圖像數據Bd。示意圖b)中的圖像是動脈期的造影劑增強圖像，可以很好辨別腫瘤邊緣2。動脈期(靜脈期)是所注射的造影劑首次到達檢查區域的動脈(靜脈)的這一段時間。這裡以粗線表示腫瘤的邊界層。因此也可以進行分割，並且可以劃定腫瘤體積與器官3的剩餘部分之間的界限。有內部粗線的圖像b)相當於第一分割圖像或分割圖像數據sBd，內部粗線包含分割步驟的信息。分割圖像數據sBd當然也可以涉及例如反映某個連續體積的多個圖像。 可以自動分割，也可以手動分割。例如操作人員可以在輸出單元14上利用輸入單元4以及圖形化用戶界面在原來的第一幅圖像中繪製內部粗線，然後沿著內部粗線分割圖像。
[0043]但是在c)中所示的靜脈期有利於評估灌注參數。示意圖c)中所示的圖像具有偏弱的反差，只能識別出壞死的腫瘤中心I。該圖像相當於第二幅圖像，因此也是圖像數據Bd的一部分。這裡當然也可以存在反映連續體積的多個靜脈期圖像。
[0044]現在將示意圖b)中第一幅圖像的分割區域投影到示意圖c)中的第二幅圖像，從而也可以在該第二幅圖像中確定相關的檢查區域，即腫瘤的體積。示意圖d)所示為投影圖像數據pBd。現在虛線表示從第一幅圖像投影到第二幅圖像中產生的限定腫瘤的層。現在可以根據腫瘤體積之內的靜脈期簡單可靠地計算相關灌注參數。當然應用並不限於腫瘤或者造影劑輔助的圖像。
[0045]原則上當使用不同的拍片條件拍攝某個檢查區域的兩個圖像，其中這些條件的一個更有利於隨後分割檢查區域時，該方法有益處。如果只能根據不太適合於分割的圖像(例如因為該圖像具有比較小的反差)計算檢查參數UP，則該方法特別有益。
[0046]所述拍片條件可以涉及:拍片(尤其是造影劑增強)的不同時刻，不同的輻射能量，不同的模態(例如CT和MRT)，MRT拍攝圖像的不同加權，如Tl加權和T2加權等等。
[0047]附圖4所示為一種用於計算檢查參數的擴展系統。CT設備形式的醫療設備17具有拍攝單元19，包括輻射發射器8以及輻射探測器9。用於CT設備17的輻射發射器8通常是X射線管。用於CT設備的輻射探測器9通常是行探測器或者平板探測器，但也可以將其設計成閃爍體計數器或者CCD相機。當拍攝醫學圖像時，患者5平躺在掃描床面6上，掃描床面與底座16適當相連，使其可以承載掃描床面6與患者5。掃描床面6沿著拍片方向移動患者5穿過拍攝單元19的開口 18,在該運動過程中創建患者5的檢查區域的圖像。
[0048]所述醫療設備17也可以是例如MRT設備。以至少一個高頻線圈的形式形成MRT設備的拍攝單元19。不僅可以將單個的高頻線圈設計成輻射發射器8，而且也可以將其設計成輻射探測器9。所述高頻線圈尤其可以是一種局部線圈，例如頭部或膝蓋線圈。
[0049]將CT設備17的拍攝影像發送給計算機15進行處理和/或者顯示。按照這裡所示的實施方式，計算機15不僅具有用來控制拍攝單元19的控制單元StE，而且也有在附圖2中更為詳細描述的圖像處理單元14。此外計算機15以及拍攝單元19還具有接口 11，以便能夠將圖像數據Bd、控制值StW和算出的檢查參數UP之類的數據傳輸給相應的其它單元。既可以將控制單元StE以及圖像處理單元14設計成硬體，也可以將其設計成軟體。
[0050]可以在不同的設備上實現控制單元StE以及圖像處理單元14或者圖像處理單元14的各個單元。例如圖像處理單元14可以作為伺服器的一部分，而控制單元StE則可以作為醫療設備17的一部分。
[0051]此外本發明還包括一種用來執行附圖1中所述方法步驟的電腦程式產品，可利用一種計算機可讀的介質21將電腦程式產品加載到計算機15的內存之中。所述計算機可讀的介質21也可以是例如DVD、U盤、硬碟或者軟盤。
[0052]數據處理單元15與輸出單元13以及輸入單元4相連。所述輸出單元13例如是一個(或多個)LCD屏幕、 等離子屏幕或者OLED屏幕。輸出單元13上的輸出23可以包括例如用於手動分割的圖形化用戶界面，並且還可用來顯示原始圖像數據Bd以及所有處理後的數據。所述輸入單元4例如是鍵盤、滑鼠、觸控螢幕或者用於語音輸入的麥克風。
[0053]儘管已通過首選實施例詳細描述了本發明，但是本發明並不受所公開的示例的限制，專業人士也可以在並不脫離本發明保護範圍的情況下得出其它變異方案。尤其可以按照不同於所述順序的另一種順序執行所述的方法步驟。
[0054]附圖標記清單
[0055]I腫瘤中心
[0056]2腫瘤邊緣
[0057]3 器官
[0058]4輸入單元
[0059]5 患者
[0060]6掃描床面
[0061]8 輻射發射器
[0062]9 輻射探測器
[0063]11 接口
[0064]13 輸出單元
[0065]14 圖像處理單元
[0066]15 計算機[0067]16 掃描床
[0068]17 醫療設備
[0069]18 開口
[0070]19 拍攝單元
[0071]21 計算機可讀的介質
[0072]23 輸出
[0073]S-A 拍攝
[0074]S-BS通過分割確定
[0075]S-rR立體配準
[0076]S-BP通過投影確定
[0077]S-BA通過分析計算
[0078]StE控制單元
[0079]SE 分割單元
[0080]RE 配準單元
[0081]PE 投影單元
[0082]BE 計算單元
[0083]Stff控制值
[0084]Bd 圖像數據
[0085]sBd分割圖像數據
[0086]rBd配準圖像數據
[0087]pBd投影圖像數據
[0088]UP 檢查參數
【權利要求】
1.用於計算檢查參數的方法，包括以下步驟: -拍攝第一幅以及第二幅醫 學圖像，這些圖像各自記錄至少一個相同的檢查區域(S-A), -通過分割第一幅圖像確定第一幅圖像中的檢查區域(S-BS)， -立體配準第一幅以及第二幅圖像(S-rR)， -將分割檢查區域或者從中得出的信息從第一幅圖像投影到第二幅圖像之中，從而確定第二幅圖像中的檢查區域(S-BP)， -通過分析第二幅圖像中的檢查區域計算檢查參數(UP) (S-BA)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一幅以及第二幅圖像各自涉及一種造影劑輔助圖像。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述檢查參數(UP)涉及一種灌注參數。
4.根據權利要求1~3中任一項所述的方法，其中，分別在不同的造影劑增強階段拍攝第一幅和第二幅圖像。
5.根據權利要求1~4中任一項所述的方法，其中，所述檢查區域涉及腫瘤。
6.根據權利要求1~5中任一項所述的方法，其中，所述第一幅以及第二幅圖像各自涉及一種三維斷層掃描圖像。
7.根據權利要求1~6中任一項所述的方法，其中，分別在不同的X射線能量下通過CT設備(17)同時或者先後依次拍攝所述第一幅以及第二幅圖像。
8.根據權利要求1~6中任一項所述的方法，其中，通過不同的模態拍攝所述第一幅以及第二幅圖像。
9.電腦程式產品，可以調用到計算機(15)的內存之中，包括一種用於執行權利要求1~8所述方法步驟的電腦程式。
10.計算機可讀的介質，將權利要求9所述的電腦程式產品可執行地保存在該介質上。
11.用於計算檢查參數的系統，包括以下單元: -拍攝單元(19)，包括輻射發射器(8)以及輻射探測器(9)，用於拍攝第一幅以及第二幅醫學圖像， -控制單元(StE)，用於控制拍攝單元， -分割單元(SE)，用於分割第一幅圖像從而在該圖像中確定檢查範圍， -配準單元(RE)，用於立體配準第一幅以及第二幅圖像， -投影單元(PE)，用於將第一幅圖像中的分割檢查範圍投影到第二幅圖像之中，以及根據第二幅圖像中的投影確定檢查範圍， -計算單元(BE)，用於通過分析第二幅圖像中的檢查範圍計算檢查參數(UP)。
12.根據權利要求11所述的系統，其中，採用X射線發射器(9)形式的輻射發射器(8)以及X射線探測器形式的輻射探測器。
13.根據權利要求11所述的系統，其中，採用高頻線圈形式的輻射發射器(8)和輻射探測器(9)。
14.根據權利要求11~13中任一項所述的系統,用於執行權利要求1~8中任一項所述的方法。
【文檔編號】A61B6/03GK103720474SQ201210509666
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月12日 優先權日:2012年10月12日
【發明者】T·弗洛爾, B·施密特 申請人:西門子公司