CN100536775C - 计算机辅助图像获取和诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种计算机辅助图像获取和诊断系统，该系统对图像生成和存档，为读取和基于所获取的图像的诊断提供便利。用于从对象成像的投影数据获得诊断图像的X射线CT装置包括用于选择预期探测对象的选择装置(52)、用于从扫描装置(10)处获得的投影数据重建该对象图像的图像处理装置(40)、用于从该重建的图像中提取在选择装置(52)中所选定的探测对象的提取装置(54)和用于显示由提取装置(54)所提取的该探测对象的显示装置(34)。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助图像获取和诊断系统，更具体地，涉及一种对对象成像并从投影数据得到诊断图像的计算机辅助图像获取和诊断系统。
背景技术
对于断层图像成像装置而言，X射线CT(计算机断层扫描)装置是为人所熟知的，它通过发射X射线并探测透射过对象的X射线，基于计算生成断层图像。由于扫描图像的并行处理和扫描速度的提高，X射线CT能够一次对多个断层图像成像。
从X射线CT或者MRI(核磁共振成像)装置得到的断层图像可以用例如三维(3D)透视、结肠成像和3D MIP(最小密度投影)的方法进行处理以重建3D图像。
在图像处理过程中，图像处理的自动操作是主动进行的。例如，有一种计算机辅助图像诊断系统，其中，当用户选定显示单元上来自图像获取装置的断层图像上他或她认为不正常的一点时，一个预定的算法就会对围绕该不正常点附近的区域进行处理并提交给用户。这种计算机辅助图像诊断系统也被称为CAD(计算机辅助诊断)。还有一种正在发展中的系统，其中用户指向断层图像上主动脉的一点，该系统就会从该图像中自动提取出该血管并对图像进行处理生成将要显示在显示单元上的3D图像。
就以上所述的计算机辅助图像获取和诊断系统而言，已有一种系统能够对断层图像进行预定效果的处理以生成3D图像，从而所生成的3D图像随后被应用于确定和提取在显示器上显示的该不正常点的过程中(见专利参考文献1)。
使用图像获取系统的断层成像和使用CAD的图像处理是在单独的共享控制台上进行的。因此，用户可以对对象成像并对得到的断层图像立即进行处理而不必移动到其它地方或者等待一段时间。例如，通过共享用于存储X射线装置的投影数据的硬盘驱动器单元，为图像的重建提供了便利。
然而，当对多个断层图像成像时，从成像、探测对象提取、断层图像处理到读取和诊断最后一幅图像需要花费很长时间。当对多个图像成像或者对图像进行复杂效果的处理时，由于所获得和处理的图像不方便存储因而多有不便之处。
如上所述，图像系统和支持系统运行过程中，在从所获得的断层图像生成诊断中所需的有用图像并根据分类准则存储这些图像时，会出现问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种计算机辅助图像获取和诊断系统，该系统能够很容易地从断层图像和文件中生成用于读取和诊断的图像。
为了达到上述目的，根据本发明，该计算机图像获取和诊断系统涉及用于对对象成像和用于从该对象的投影数据得到诊断图像的计算机辅助图像获取和诊断系统，并包括用于在成像前对预期的探测对象进行选择的选择装置；用于对就位的对象进行扫描的扫描装置；用于从扫描装置获得的投影数据生成对象的断层图像的图像处理装置；用于从所生成的断层图像中在选择装置上提取所选定的探测对象的提取装置；和用于显示由断层图像和提取装置所提取的探测对象的显示装置。
根据本发明，在计算机辅助图像获取和诊断系统的一个方面中，在扫描之前选择装置选定预期的探测对象。
扫描装置扫描就位的该对象。
图像处理装置从扫描装置所获得的投影数据生成该对象的断层图像。
提取装置从所生成的该断层图像中提取由选择装置所选定的该探测对象。
显示装置显示由提取装置所提取的该探测对象。
根据本发明的计算机辅助图像获取和诊断系统，从获得的断层图像广泛用于读取和诊断的图像被生成和存档。
附图说明
如附图中所示，在本发明的优选实施例的下面的详细描述中，可以很容易看出本发明的进一步的目的和优点。
图1是根据优选实施例的X射线CT装置1的示意框图。
图2示出如图1中所示根据本发明的优选实施例的X射线CT装置1的操作流程图。
图3示出根据优选实施例X射线CT装置1的操作流程图。
图4示出如图3所示的X射线CT装置1的操作示意框图。
图5示出如图3所示的X射线CT装置1的操作示意框图。
图6示出如图1所示的X射线CT装置1的操作流程图。
具体实施方式
参考附图，将给出实现本发明的一些优选实施例的详细描述。
参见图1，示出根据优选实施例X射线CT装置1的示意框图。根据本发明，该X射线CT装置1与计算机辅助图像获取和诊断系统的一个优选实施例有关。
该X射线CT装置1包括扫描架10，支架20和操作台30。该扫描架10也简称为“架”10。根据本发明，扫描架10与扫描装置的一个优选实施例有关。
扫描架10包括X射线发射源12和在对象的另外一侧与X射线探测器14相对的X射线源12。扫描架10以预定的旋转轴为中心围绕对象旋转，从X射线源12发射X射线，并由X射线探测器14探测透射过对象的X射线。根据本发明，X射线源12与X射线发射单元的一个优选实施例有关，并且，X射线探测器14与X射线探测单元的一个优选实施例有关。
支架20将被测者固定住。支架20被放置从而被测者的成像区域位于扫描架10的移动范围之内。支架20由操作台30控制其到扫描架10的相对距离。
操作台30与扫描架10和支架20都相连接。操作台30用来控制扫描架10的运动和扫描以及支架20和扫描架10之间的相对距离。操作台30可以由控制台、显示屏和键盘等实现。
操作台30包括控制单元32、显示设备单元34、中央处理单元36、存储设备单元38和图像处理单元40、数据采集单元46以及CAD50。
数据采集单元46与扫描架10的X射线探测器14和中央处理单元36相连接。数据采集单元46采集扫描架10的X射线探测器14所探测到的投影数据并输出给中央处理单元36。
存储设备单元38与中央处理单元36相连接。存储设备单元存储数据，例如日期、被测者姓名、成像区域以及重建的图像。里面存储的数据可以根据来自中央处理单元36的指令被重新得到到。存储设备单元38可以由(例如)内存来实现。
控制单元32与扫描架10、支架20和中央处理单元36相连接。控制单元32根据来自中央处理单元36的指令控制扫描架10和支架20的运转和定位。控制单元32可以由(例如)CPU来实现。
CAD50包括选择单元52和提取单元54。CAD50与中央处理单元36相连接，并按照来自中央处理单元36的指令进行操作。
CAD50(例如)选定预期的探测对象。CAD50同时提取从中央处理单元36输出的图像中的探测对象。CAD50可以由(例如)程序来实现。
选择单元52包括一个数据库，该数据库包含各种探测对象已知典型形状和阴影色调的存储参数。根据本发明，选择单元52与选择装置的一个优选实施例有关。
提取单元54从中央处理单元36输出的断层图像数据中提取由选择单元52所选定的探测对象。根据本发明，提取单元54与提取装置的一个优选实施例有关。
图像处理单元40包括一个第一重建单元42和一个第二重建单元44。图像处理单元40从中央处理单元36接收到投影数据以生成对象的断层图像。图像处理单元40接收到断层图像数据，并利用通过中央处理单元36在CAD50中所提取的探测对象，基于CAD50中的设置条件生成探测对象的图像。随后图像处理单元40将所生成的图像传输给中央处理单元36。图像处理单元40可以由(例如)程序来实现。此处应该注意的是图像处理单元40中的第一重建单元42和第二重建单元44可以由独立的程序构成。根据本发明，图像处理单元与图像处理装置的一个优选实施例有关。
第一重建单元42基于选择单元52中预定义的断层图像生成条件，对中央处理单元36所输出的投影数据进行图像重建处理，生成每个层面的断层图像。随后第一重建单元42将所生成的断层图像输出给中央处理单元36。第一重建单元42中所生成的图像在此处的下文中被称为“断层图像”。
第二重建单元44接收到通过中央处理单元36从CAD50中提取出的探测对象的图像数据。第二重建单元基于选择单元52中所设置的条件，对图像数据或者由CAD50所提取的投影数据进行图像重建处理。更具体地，第二重建单元44利用改变后的视图区域和由第一重建单元42所生成的断层图像的阴影范围生成探测对象的图像。第二重建单元44进一步区分出探测对象及其周围之间的边界。随后第二重建单元44将所生成的图像输出给中央处理单元36。第二重建单元44所生成的图像在此处的下文中被称为“探测对象图像”。
显示设备单元34与中央处理单元36相连接。显示设备单元34基于来自中央处理单元36的指令，显示图像处理单元40所生成的图像、CAD50所提取的探测对象和其它信息。显示设备单元34基于来自中央处理单元36的指令，以不同于周围区域的颜色显示出探测对象。根据本发明，显示设备单元34与显示装置的一个优选实施例有关。
中央处理单元36将输入到数据采集单元46中的投影数据输出给图像处理单元40。中央处理单元36将来自图像处理单元40的图像数据输出给CAD50。
中央处理单元36同样将由图像处理单元40和CAD50生成和提取的图像输出给存储设备单元38。
更进一步地，中央处理单元将图像处理单元40生成的图像和CAD50探测到的探测对象输出给显示设备单元34。中央处理单元36计算出基于3D图像所提取的探测对象的体积。
此处下文中将根据优选实施例更加详细地描述X射线装置1的操作。
图2示出根据本发明的优选实施例X射线CT装置的操作流程图。
首先，用户运行操作台30在CAD50的选择单元52中通过中央处理单元36为被测者选定预期的探测对象。如果要为被测者的肺部成像，肺肿瘤就被设定为被测对象。
同时，用户设定视图区域(FOV)、窗口水平(W/L)、窗口宽度(W/W)、放大比率等参数来生成断层图像和探测对象图像。
例如，如表1所示可以为参数设定下面的一组条件来生成被测者的断层图像和探测对象图像。
表1
| 断层图像 | 探测对象图像 |
| FOV | 35mm | 10cm |
| W/W | 1000 | 1000 |
| S/L | -700 | -700 |
当生成探测对象图像时，通过设定一个较小的FOV，探测对象区域可以被放大以得到较高分辨率的图像。同样地，通过设定一个较小的W/W，CT值的上限和下限被限定在狭窄的范围内，从而在探测对象图像中得到较高的对比度。
然后，用户将被测者固定在支架上(ST2)。随后，用户运行控制台30选择完成步骤ST1和ST2。这样，下面的步骤将在中央处理单元36的控制下完成。
然后，扫描架10在中央处理单元36的控制下移动，同时从X射线源12发射X射线对被测者进行扫描(ST3)。X射线探测器14依次采集X射线强度的模拟数据。随后X射线探测器14对所采集的模拟数据进行转换并将其作为投影数据输出给数据采集单元46。
数据采集单元46通过中央处理单元36将投影数据输出给图像处理单元40。同时，中央处理单元36会将投影数据输出给存储设备单元38。存储设备单元38将投影数据存储起来。
图像处理单元40的第一重建单元42基于表1中所示参数重建投影数据以根据被测者的图像区域中的层厚生成多个断层图像(ST4)。图像处理单元40将所生成的断层图像数据输出给中央处理单元36。中央处理单元36将该断层图像数据输出给显示设备单元34，如有需要则在显示设备单元34上显示该断层图像。基于对断层图像的观察，用户可以选择是否继续进行后面的处理。
中央处理单元36将所生成的多个断层图像的数据输出给CAD50的提取单元54。提取单元54从该断层图像数据中提取出由CAD50的选择单元52所设定的探测对象(ST5)。
例如，当肺部肿瘤以前在选择单元52中被设定为探测对象时，提取单元54利用存储在选择单元52中的特征参数，例如形状、局部形状和肺部肿瘤的阴影，在每个断层图像数据中搜索匹配部分。
更具体地，选择单元52为每个特征参数设定一个预定义的阈值。提取单元54从该断层图像数据中提取出具有超过所设定的阈值的CT值的一个矩阵。然后，提取单元54在所提取的矩阵中计算出一个连续区域以形成肿瘤形状和部分形状的候选，并将其与选择单元52中所存储的形状进行比较。提取单元54选定一个匹配形状作为探测对象。另外，提取单元54可以计算出该连续区域的表面区域将其选定为探测对象。
探测对象从断层图像数据中被提取出来以后，CAD50将断层图像数据输出给中央处理单元36。然后中央处理单元36将具有所提取的探测对象的断层图像输出给显示设备单元34，用户可以对带有所提取的探测对象的断层图像进行观察，以决定是否进行下面的步骤。
当提取没有成功完成时，中央处理单元36基于来自提取单元54的指令重新得到来自存储设备单元38的所存储的投影数据，将该投影数据输出给第一重建单元42，从断层图像生成(ST4)步骤重新进行处理(ST6)。存储设备单元38中的数据存储将在后面介绍。
如果所提取的探测对象与所预期的不一样，可以根据用户的决策从所需步骤再次进行处理。例如，可以在步骤ST1中选定一个预期的探测对象来从存储在第一重建单元42中的投影数据提取探测对象，或者可以通过在步骤ST2中改变扫描区域重新得到投影数据。
接着，中央处理单元36将带有所提取的探测对象的断层图像输出给第二重建单元44。第二重建单元44随之按照步骤ST1中在选择单元52中所设定的条件，生成带有围绕所提取的探测对象区域的图像(ST7)，该探测对象由断层数据或者投影数据放大形成。由第一重建单元42所生成的图像和由第二重建单元44所生成的图像可以被合成，因此该条件，例如FOV和W/W，是不同的。
当为所生成的探测对象图像设定了与每个矩阵有关的CT值的阈值时，第二重建单元44能够探测出超过预定义阈值的值，或者通过确定相连的矩阵之间CT值的差别从周围区域中识别出探测对象。
随后，第二重建单元44将所生成的放大的探测对象图像输出给中央处理单元36。中央处理单元36随之将探测对象的放大的图像输出给显示该图像的显示设备单元34。这时，显示设备单元34为该探测对象使用一个和周围颜色不同的颜色。
此后，用户可以读取和诊断显示在显示单元上的该探测对象。
在上面的处理步骤中，用户仅仅需要在步骤ST1和步骤ST2中选定成像条件并固定被测者，并选择是否进行图像处理，就可以得到探测对象的被提取和放大的图像。
现在参见图1和图2，将详细描述图像数据的数据存储。
在图2中，基于根据探测对象为选择单元52所设定的条件(ST1)生成图像(ST7)后，中央处理单元36将图像数据包括由第一重建单元42和第二重建单元44所生成的投影数据和二维图像输出给存储设备单元38。存储设备单元38将该数据存储(ST8)。图像数据是指投影数据、二维图像数据和后面将要描述的三维图像数据。
存储设备单元38连同该图像数据一起存储任何数据，包括成像条件(例如计算出的探测对象的体积)、成像日期、成像目的、被测者性命、成像角度以及图像数量。
存储在存储设备单元38中的数据可以在中央处理单元36的控制下重新得到。
从前面所述可以看到，由于存储设备单元38除了存储图像数据外，还存储以前在探测对象上选定的数据项，因此比较步骤(后面介绍)的数据获取更便利。
现在参见图3至图5，更加详细地介绍生成以前选定的探测对象的三维图像的步骤。
图3示出根据优选实施例计算机辅助图像获取和诊断系统的操作流程图。
首先，用户按照与图2中步骤ST1类似的方式设定条件，并指定显示区域和探测对象的显示放大倍数。
然后，通过使用图2的步骤ST2至ST6，探测对象在操作台30上被提取出来。
随后，第二重建单元44生成所提取的探测对象的三维图像。生成三维图像有两种方法，即第一处理A和第二处理B。
用户在选定探测对象的步骤ST1中选择生成三维图像，并且前面已经选定了生成三维图像的两种方法中的任意一种。相应地，当上述步骤ST6完成时，第二重建单元44基于以前所选定的处理方法将生成三维图像。
现在参见图3和图4，将更加详细描述第一处理方法A。
图4(a)和图4(b)是第一处理方法A的示意图。如图4(a)所示，第二重建单元44根据步骤ST1中定义的条件，和步骤ST7类似，利用带有所提取的探测对象的每个断层图像生成多个二维图像(ST21)。二维图像的生成条件可以如表1所示。
然后，如图4(b)所示，第二重建单元44对带有放大的探测对象的多个二维图像进行插值，生成探测对象的三维图像(ST22)。随后，第二重建单元44将所生成的三维图像通过中央处理单元36输出给显示设备单元34，根据步骤ST1中所确定的显示条件来显示图像。
然后，中央处理单元36从所生成的三维图像计算出探测对象的体积(ST25)。
现在参见图3和图5，将更加详细描述第二处理方法B。
图5(a)和图5(b)是第二处理方法B的示意图。
如图5(a)所示，第二重建单元44从中央处理单元36接收二维图像的数据，该二维图像由第一重建单元42重建并带有提取单元54所提取的探测对象。第二重建单元44对所接收到的二维图像进行插值，生成三维图像(ST23)。
然后，如图5(b)所示，第二重建单元44基于步骤ST1中所设定的条件，为所生成的三维图像生成探测对象图像。中央处理单元36将该探测对象图像输出给显示设备单元34，显示设备单元34随后根据指定的位置或放大倍数显示所生成的三维图像。
然后，中央处理单元36从所生成的三维图像中计算出该探测对象的体积(ST25)。
下面将结合图2和图6更加详细地描述对所提取的探测对象和前面同一对象的同一区域图像数据进行比较的处理步骤。
图6是根据本发明的优选实施例对X射线CT装置进行操作的流程图。
当用户在步骤1中确定了是否进行比较并且第二重建单元44在步骤ST7或ST25中生成了该探测对象的二维或三维图像后，在中央处理单元36的控制下将进行处理步骤。
首先，存储设备单元38按照来自中央处理单元3的指令，在图像数据中搜索与被测者同名的图像数据(ST41)。并且，存储设备单元38还搜索与被测者同名的同一探测对象的图像数据。
然后，将根据当前的选择和显示条件对过去的图像数据进行处理并显示在显示设备单元34上(ST42)。
中央处理单元36将所存储的过去的图像数据(例如投影数据)从第一重建单元42输出给第一重建单元42。
存储设备单元38按照和图2中步骤ST4类似的方式生成断层图像。
第一重建单元42通过中央处理单元36将所生成的断层图像数据输出给CAD50的提取单元54。然后，按照与图2中步骤ST5类似的方式，根据步骤ST1中所定义的条件，提取单元54从过去的图像数据所生成的断层图像中提取出探测对象。
中央处理单元36将带有提取出的探测对象的图像从提取单元54输出给第二重建单元44。然后，基于在选择单元52中选定的当前条件，第二重建单元44生成该探测对象的图像。例如，第二重建单元44将生成一个三维图像，中央处理单元36将从所生成的三维图像中计算出该探测对象的体积。
中央处理单元36将过去的图像和已经处理过的数据从第二重建单元44输出给显示设备单元34。
中央处理单元36对该当前成像时间的图像数据和信息数据与过去成像时间的处理过的图像数据和信息数据进行比较(ST43)。
例如，中央处理单元36将当前时间内成像的探测对象的三维图像覆盖于过去时间内成像的探测对象的三维图像之上，识别出两个三维图像的重叠区域。然后，中央处理单元36将识别结果输出给显示设备单元34。显示设备单元34基于从中央处理单元36所接收到的数据，以不同的颜色显示出两个三维图像的重叠区域和不重叠区域。图像处理单元49利用该三维图像计算出两个时间内探测对象的体积，并将计算结果显示在显示设备单元34上。
从前文中可以看到，操作台30对探测对象的尺寸和相似度进行比较并将结果显示出来，为用户识别该探测对象(例如肿瘤)的生长提供便利。另外，可以利用预期的探测对象的典型情况进行该比较。
根据本发明的计算机辅助图像获取和诊断系统，用户在对将要被检查的被测者进行扫描之前，选定图像生成条件，包括预期的探测对象、断层图像和探测对象图像的FOV、W/W、W/L以及相似的条件。操作台30从扫描得到的投影数据生成断层图像，并利用所提取的探测对象从所生成的断层图像生成探测对象图像，这样使得用户便于读取和诊断。用户在扫描之前仅仅需要选定该条件。由于从X射线CT装置的操作台30可以指令进行任何操作，因此提高了成像效率。
根据上文描述的计算机辅助图像获取和诊断系统，当探测对象被预测，并且该图像生成条件以前已经被用户从操作台30选定以后，即使要对对大量图像进行成像，也能够节省从成像到读取所花费的时间。
根据本发明，该成像装置不限于上述优选实施例。
例如，根据本发明，已经用X射线CT装置中的特定实施例对该成像装置进行了描述，本发明同样适用于血管造影成像、MRI和任何具有扫描架的成像装置。
在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以实施本发明的许多在很大程度上不相同的实施例。本发明应被理解为不限于说明书中所述的特定实施例，但附属权利要求中所定义的除外。
Claims (9)
1.用于对主题成像和用于从其投影数据中获取诊断图像的一种计算机辅助图像获取和诊断系统，包括：
用于选择探测对象，以便在成像前进行预期的选择设备(52)；
用于扫描置于适当位置的所述主题的扫描装置(10)；
用于从由所述扫描装置获取的投影数据生成所述主题的断层图像的图像处理设备(40)；
用于从生成的所述断层图像中提取在所述选择设备中选定的所述探测对象的提取设备(54)；
用于显示通过所述提取设备从所述断层图像所提取的所述探测对象的显示设备(34)。
2.根据权利要求1的计算机辅助图像获取和诊断系统，其中
所述扫描装置(10)包括：
X射线发射单元(12)；和
与所述X射线发射单元相对的X射线探测单元(14)；并且
从所述X射线发射单元(12)发射的X射线透射过所述主题并被所述X射线探测单元(14)探测到，从而扫描所述主题的预定的区域。
3.根据权利要求1的计算机辅助图像获取和诊断系统，其中：
所述选择设备(52)包括用于存储关于需要预期的所述探测对象的特征参数的一个数据库；并且
所述提取设备(54)将所述特征参数与所述图像处理设备(40)所生成的所述断层图像进行比较，以便提取出所述探测对象。
4.根据权利要求1的计算机辅助图像获取和诊断系统，其中：
所述选择设备(52)设定所述探测对象的图像生成条件；并且
所述图像处理设备(40)进一步基于所述选择设备(52)中设定的条件生成从所述断层图像中提取出的所述探测对象的图像。
5.根据权利要求4的计算机辅助图像获取和诊断系统，其中：
所述选择设备(52)设定所述探测对象的图像获取视图；
所述图像处理设备(40)基于所述设定的图像获取视图从所述断层图像生成所述探测对象的图像；并且
所述显示设备(34)显示所述探测对象的图像。
6.根据权利要求1或5的计算机辅助图像获取和诊断系统，其中：
所述显示设备(34)用不同于其它区域的颜色显示所述探测对象。
7.根据权利要求1的计算机辅助图像获取和诊断系统，进一步包括：
用于存储从所述扫描装置获得的投影数据和由所述提取设备所提取的所述探测对象的数据的至少任意其中之一的存储设备(38)；和
用于为所述一个探测对象在多个图像和图像数据中进行比较的比较设备(36)。
8.根据权利要求7的计算机辅助图像获取和诊断系统，其中：
所述比较设备(36)将所述提取设备(54)提取的所述探测对象的数据与存储在所述存储设备(38)中的过去时间内的所述探测对象的数据进行比较。
9.根据权利要求8的计算机辅助图像获取和诊断系统，其中：
所述显示设备(34)显示存储在所述存储设备(38)中在过去时间内的所述探测对象的图像和数据的至少任意其中之一。
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