CN101868809B - 具有计算机辅助检测和/或诊断的图像处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于对由如CT扫描仪(30)的成像设备生成的身体区域的图像原始数据进行评估的方法和图像处理设备(10)。从该图像原始数据，重建模块(12)根据由计算机辅助检测和/或诊断(CAD)模块(13)最佳设置的重建参数(p)来重建第一图像(I_CAD)。然后这一模块可以对根据其自身要求最佳重建的图像(I_CAD)进行评估，例如关于图像尺寸和/或分辨率，以寻找感兴趣的特征。

Description

具有计算机辅助检测和/或诊断的图像处理

技术领域

本发明涉及用于对由如CT扫描仪的成像设备生成的身体区域的图像原始数据进行评估的图像处理设备和方法。此外，它涉及包括这种图像处理设备的检查装置。

背景技术

通过引用并入本申请的US2004/0068167A1公开了一种用于处理由例如CT扫描仪所生成的图像数据的方法和系统，其中计算机辅助诊断系统识别图像数据中的感兴趣特征，然后任选地根据所识别的特征来生成新图像。

EP1 398 722 A2公开了一种用于基于由计算机辅助诊断(CAD)算法对初始图像的分析来生成并处理图像数据的方法和系统。该CAD算法执行各种类型的分析，包括分割、边缘以及结构识别。后处理增强了对图像中由CAD分析所识别的感兴趣特征的观察。可执行对图像数据的进一步处理以进一步增强图像。图像增强可以包括高亮感兴趣特征并改变空间分辨率，例如将所重建的图像放大或者缩小。

发明内容

基于这一情况，本发明的目的在于提供用于自动评估医学图像数据的可选择器件，其中期望实现关于计算机辅助检测和/或诊断的更好结果。

通过根据权利要求1的图像处理设备、通过根据权利要求8的检查装置、通过根据权利要求10的方法以及根据权利要求11的装置来实现这一目的。优选实施例在从属权利要求中公开。

根据其第一方面，本发明提供一种用于对由成像设备生成的身体区域的图像原始数据进行自动评估的图像处理设备，其中术语“身体区域”通常涉及被检查对象，具体涉及人体或者动物体的一部分。术语“图像原始数据”应涉及由例如计算机断层摄影(CT)扫描仪的成像设备所提供的数据或者信号。这些数据通常没有经过或者只经过有限的预处理，并且典型地不与身体区域的几何图像(例如，横截面)直接对应。图像处理设备包括以下部件，其可通过专用硬件、软件、或者两者的混合实现：

a)“数据输入模块”，其用于接收由适当的成像设备生成的感兴趣身体区域的图像原始数据。数据输入模块典型地包括标准化接口，成像设备可以与该接口耦连以传输其图像原始数据。此外，数据输入模块典型地包括一些存储器(例如，RAM、硬盘、或者诸如此类)，图像原始数据可以存储在其中以随后使用。

b)“重建模块”，其用于从由数据输入模块接收的图像原始数据来重建身体区域的图像，其中这一重建根据给定的重建参数来进行。该重建过程通常要求根据应用所提及的重建参数的给定算法来对图像原始数据进行精细计算。在图像原始数据与CT扫描仪所生成的投影对应的情况下，该重建将例如应用计算机断层摄影领域中公知的算法(例如，滤波反投影)来重建穿过被X射线照射的身体体积的剖面。

c)计算机辅助检测和/或诊断模块(以下简称CAD)，其用于对由重建模块重建的图像进行CAD评估。CAD过程对于医学图像数据处理领域的技术人员是公知的。计算机辅助检测描述了对医学图像数据中的异常和疾病症状的自动化定位，并使医生注意到它们的位置。计算机辅助诊断包括从支持鉴别诊断的图像素材中自动计算某些显著特征，例如不确定的异常是恶性的或是良性的。关于CAD的细节可以从文献中获得(例如，K.Doi，＂Current status and future potential of computer-aided diagnosis in medicalimaging＂，British Journal of Radiology，Special Issue78：p.3-19，2005；R.Wiemker，P.Roga1la，T.Blaffert，D.Sifri，O.Hay，E.Shah，R.Truyen，T.Fleiter，＂Aspects of computer-aided detection(CAD)and volumetry of pu1monarynodules using multislice CT＂，30 British Journal of Radiology78，p.46-56(2005)；Li Q.，Li F.，Armato SG III，Suzuki K.，Shiraishi J.，Abe H.，Enge1mannR.，Nie Y，MacMahon H.，Doi K.：＂Computer aided diagnosis in thoracic CT＂，Seminars in Ultrasound CT and MRI，26：357-363(2005))。

d)控制链接，其例如由硬线连接或者软件模块之间的数据交换通道来实现，CAD模块能够通过该控制链接来为其所CAD评估的身体区域的第一重建图像设置重建参数。

所描述的图像处理设备具有的优点在于CAD算法可以确定(经由重建参数)它接收的用于评估的那个第一图像是如何重建的。这相对于与现有技术中已知的过程有着关键区别，在该已知的过程中，由图像原始数据重建并由CAD算法评估的第一图像根据医务人员的视觉检查要求来重建。这种可视化图像的生成甚至可以认为是在临床环境的工作流程中的标准步骤，因为这些图像允许放射线学家核查所生成的图像原始数据是否可接受，或者是否例如被患者的运动破坏。然而，必须处理这些图像(其生成以用于由人类观察员视觉检查)的CAD算法可能忽略该图像中的重要特征，但是在图像针对CAD算法的要求而最佳重建的情况下，该重要特征将会被探测到。即使CAD算法可随后要求图像的特定重建，但是由于第一个错误常常将随后的重建引导至错误方向，因此CAD算法的这一误差不能被校正。在此提出的图像处理设备是基于对这些问题的洞察，并经由控制链接而允许CAD模块规定其自身的最佳参数，以用于其获取以进行评估的身体区域第一图像的重建。

此外应注意，根据CAD模块的规定来重建的图像通常也可以由人类观察员用于核查，例如所生成图像原始数据的质量。可选择地，根据人类观察员要求的图像可被平行地重建，只要由CAD模块评估的第一图像已经根据这一模块的要求而重建。

已经指出，图像原始数据可优选对应于从不同方向获得的感兴趣身体区域的X射线投影。这种类型的X射线投影例如由(具有安装在可以绕轴旋转的通用C臂上的X射线源和X射线探测器的)旋转X射线设备并具体由CT扫描仪生成。

由重建模块重建的图像可以具有可被CAD模块处理的任意格式。典型地，这一图像与穿过感兴趣身体区域的二维剖面对应，其中这一剖面几何上描绘了如X射线吸收系数的特性素材参数的空间分布。优选地，重建模块适于重建身体区域的三维图像，因而提供关于所述区域的最完整信息。

可以由CAD模块设置的重建参数可优选包括所重建图像的尺寸、分辨率、厚度和/或间隔。它们可还包括附加处理步骤需求，由于放射线学家进一步延长了处理时间因使其通常不要求所述附加处理步骤。针对这种情况的例子是离焦(off-focal)辐射校正、迭代骨射束硬化校正或者附加自适应滤波器的应用。

重建模块例如可以要求具有高分辨率的包括感兴趣解剖结构的身体区域小的子体积的重建，因而对于感兴趣方面集中并最佳利用了数据处理能力。

根据本发明的另一实施例，由CAD模块设置的重建参数包括一标准，在重建期间根据该标准选择原始数据或者对其加权。应注意的是，在本文中原始数据的选择可以解释为加权的特殊情况(即，对所选择的数据给出1的权重，而对不选择的数据给出零的权重)。通过对图像原始数据进行加权，可以在所重建图像中使特定的感兴趣方面明显。

前述实施例的一特殊例子是这种情况：用于图像原始数据的选择或者加权的标准包括这些图像原始数据相对于周期性身体运动的相位。由于在不同时间点上获取的图像原始数据涉及身体区域的不同(移动)几何结构，因此诸如心跳或者呼吸的周期性身体运动将引起医学图像重建中的问题。所提出的实施例尝试着通过考虑图像原始数据在其间生成的周期性身体运动的相位来解决这一问题。因而可只选择CT扫描仪的那些与心脏节律和/或呼吸的同一相位对应的X射线投影用于重建。周期性身体运动的相位优选被同步记录以生成图像原始数据，例如，通过测量心电图(ECG)或者胸腔运动。在心电图门控重建过程中，只使用那些与ECG的同一峰值(大致)对应的X射线投影。这保证了所收集的图像原始数据与身体区域的同一几何结构大致对应。

在本发明的另一实施例中，CAD模块适于从给定的重建图像中提取出至少一部分相关联重建参数，并重新将它们作为经由控制链接设置的重建参数以用于第一重建图像。在这一情况下，“给定重建图像”可具体是根据放射线学家的视觉检查要求而重建的图像，并且CAD模块例如可从这些图像中提取出视场(FOV)和/或覆盖范围(即，在z方向上的体积范围)。重新使用这些参数具有的优点在于，由CAD模块评估的第一重建图像可以与给定图像尽可能地(即，对CAD过程没有不利影响)一致。

本发明还涉及包括以下部件的检查装置：

a)成像设备，具体是CT扫描仪，其用于生成身体区域的图像原始数据，

b)以上描述的图像处理设备类型，其用于评估前述的图像原始数据，即，设备具有：数据输入模块，其用于接收图像原始数据；重建模块，其用于根据给定的重建参数来从该图像原始数据重建身体区域的图像；CAD模块，其用于评估所重建的图像；以及控制链接，CAD模块通过该控制链接能够为它评估的第一重建图像来设置重建参数。

此外，本发明涉及用于对由成像设备所生成的身体区域的图像原始数据进行评估的方法，包括以下步骤：

a)接收该图像原始数据；

b)根据给定的重建参数来从该图像原始数据重建该身体区域的图像；

c)通过CAD——即计算机辅助检测和/或诊断——模块来对所重建的图像进行CAD评估；

其中，该CAD模块通过控制链接为其所CAD评估的该身体区域的第一重建图像设置重建参数。

此外，本发明涉及用于对由成像设备(30)生成的身体区域的图像原始数据进行评估的装置，包括：

a)用于接收所述图像原始数据的模块；

b)用于根据给定的重建参数(p)来从所述图像原始数据重建所述身体区域的图像的模块；

c)用于通过CAD——即计算机辅助检测和/或诊断——模块(13)来对所重建的图像进行CAD评估的模块；

其中，所述CAD模块(13)通过控制链接为其所CAD评估的所述身体区域的第一重建图像(I_CAD)设置所述重建参数(p)。

图像处理设备典型地将是可编程的，例如，它可包括微处理器或者FPGA。因此，本发明还包括计算机程序产品，当在计算设备上执行时，其提供根据本发明的任意方法的功能。

另外，本发明包括数据载体，例如软盘、硬盘、或者光盘(CD-ROM)，其以机器可读形式存储计算机产品，并且当存储在数据载体中的程序在计算设备上被执行时，其执行本发明的方法中的至少一个。

现今，这种软件通常在因特网或者公司内部网上提供以用于下载，因而本发明也包括在局域网或者广域网上传输根据本发明的计算机产品。计算设备可包括个人计算机或者工作站。计算设备可包括微处理器和FPGA中的一个。

以上的检查装置、方法、计算机程序产品、数据载体和传输过程包括作为基本部件的以上描述的图像处理设备的概念。因此为了关于这些元件的细节、优点和变型的更多信息，提及了以上描述。

附图说明

通过参考下文中描述的(各)实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。将以举例的方式，在附图的帮助下描述这些实施例，该附图示意性示出了根据本发明的医学检查装置的各部件。

具体实施方式

检查装置的一个部件是作为成像设备的CT扫描仪30。CT扫描仪30通常包括可以沿着环绕患者1的圆周旋转的X-射线源和X射线探测器(未示出)，因而从不同方向生成患者身体区域的X射线投影。

CT扫描仪30与例如工作站的图像处理设备10耦连。在图像处理设备10之内示出的各方框主要涉及数据处理过程中的不同逻辑步骤。它们可通过不同和/或共同的硬件和/或软件单元实现。

图像处理设备10的第一部件是从CT扫描仪30接收图像原始数据(即，X射线投影)的数据输入模块11。该数据输入模块11通常包括用于存储图像原始数据的存储器。

下一个部件是重建模块12，其访问以接收数据输入模块11中的图像原始数据，并可以根据例如滤波反投影的给定重建算法来处理图像原始数据。因而重建模块12生成被CT扫描仪30X射线照射的身体区域的图像。所重建的图像具体可是身体的二维剖面图像和/或身体体积的三维重建(例如，由一系列剖面组成)。

将由重建模块12重建的图像I_CAD提供给计算机辅助检测和/或诊断(CAD)模块13，该模块13主要包括用于自动图像处理和用于图像中特定特征提取的软件。

该图还以虚线示出从重建模块12到计算机监视器21的链接，放射线学家可以从该计算机监视器21观察所重建的图像I_v，并例如决定曝光是否可接收或者其是否必须被重复(例如，由于患者1已经移动)。

在如肺结节探测的已知CAD过程中，放射线学家指定重建模块12所使用的重建参数，并在这些图像传递到CAD系统之前首先看看该图像。因而重建参数根据放射线学家的个人偏好来选择，并且对于CAD系统可能并非是最佳的。具体而言，常常对如图像尺寸、图像厚度和图像重叠的参数进行选择，以在诊断值和对于放射线学家回顾图像所必需的时间之间提供合理的权衡。另一方面，CAD系统具有不同的权衡曲线，并且在很多情况下，由于算法具有对于重建非最佳的设置，因此CAD的结果不是最佳的。

为解决这一问题并改善CAD的结果，在此提出CAD模块13可以要求它自己的重建。在这一方法中，可以从提供给放射线学家的通常图像I_v中提取如视场和覆盖范围的参数，同时可以经由CAD模块13和重建模块12之间的控制链接14来根据CAD系统的已知需要来要求如图像尺寸、图像厚度和平面内分辨率的其它重建参数p。因而重建模块12可以从一开始就给CAD模块13提供针对计算机辅助检测和/或诊断最佳重建的图像I_CAD。

如果原始数据的原设定例如是心脏扫描，并且如果完成CAD以寻找附带发现，那么CAD系统甚至可以额外要求门控重建以适当评估心脏的附近区域，在该区域中非门控重建经受由跳动心脏引起的肺运动。

最后指出，在本申请中，术语“包括”不排除其它元件或者步骤，“一”或者“一个”不排除多个，并且单独的处理器或者其它单元可实现几个器件的功能。本发明在于各个和每一个新的特性特征，以及特性特征的各个和每一个组合。此外，权利要求中的附图标记不应解释为对它们范围的限制。

Claims (11)

1.一种用于对由成像设备(30)生成的身体区域的图像原始数据进行评估的图像处理设备(10)，包括

a)数据输入模块(11)，其用于接收所述图像原始数据；

b)重建模块(12)，其用于根据给定的重建参数(p)来从所述图像原始数据重建所述身体区域的图像；

c)CAD——即计算机辅助检测和/或诊断——模块(13)，其用于对所重建的图像进行CAD评估；

d)控制链接(14)，所述CAD模块(13)能够通过所述控制链接来为其所CAD评估的所述身体区域的第一重建图像(I_CAD)设置所述重建参数(p)。

2.根据权利要求1所述的图像处理设备(10)，其特征在于，所述图像原始数据与从不同方向获取的所述身体区域的X射线投影对应。

3.根据权利要求1所述的图像处理设备(10)，其特征在于，所述重建模块适于重建所述身体区域的二维剖面图像和/或三维图像。

4.根据权利要求1所述的图像处理设备(10)，其特征在于，所述重建参数(p)包括所述第一重建图像(I_CAD)的尺寸、分辨率、厚度和/或间隔，和/或应用包括射束硬化校正或者离焦辐射校正的附加处理步骤的请求。

5.根据权利要求1所述的图像处理设备(10)，其特征在于，所述重建参数(p)包括在重建期间根据其而对图像原始数据进行选择或者加权的标准。

6.根据权利要求5所述的图像处理设备(10)，其特征在于，所述标准包括所述图像原始数据相对于如心跳或者呼吸的周期性身体运动的相位。

7.根据权利要求1所述的图像处理设备(10)，其特征在于，所述CAD模块(13)能够从给定的重建图像(I_V)中提取出对应的重建参数中的至少一部分，并重新将它们作为经由所述控制链接(14)设置的重建参数(p)以用于所述第一重建图像(I_CAD)。

8.一种检查装置，包括：

a)成像设备，其用于生成身体区域的图像原始数据；

b)根据权利要求1所述的图像处理设备(10)，其用于评估所述图像原始数据。

9.根据权利要求8所述的检查装置，其特征在于，所述成像设备是CT扫描仪(30)。

10.一种用于对由成像设备(30)生成的身体区域的图像原始数据进行评估的方法，包括以下步骤：

a)接收所述图像原始数据；

b)根据给定的重建参数(p)来从所述图像原始数据重建所述身体区域的图像；

c)通过CAD——即计算机辅助检测和/或诊断——模块(13)来对所重建的图像进行CAD评估；

其中，所述CAD模块(13)通过控制链接为其所CAD评估的所述身体区域的第一重建图像(I_CAD)设置所述重建参数(p)。

11.一种用于对由成像设备(30)生成的身体区域的图像原始数据进行评估的装置，包括：

a)用于接收所述图像原始数据的模块；

b)用于根据给定的重建参数(p)来从所述图像原始数据重建所述身体区域的图像的模块；

c)用于通过CAD——即计算机辅助检测和/或诊断——模块(13)来对所重建的图像进行CAD评估的模块；

其中，所述CAD模块(13)通过控制链接为其所CAD评估的所述身体区域的第一重建图像(I_CAD)设置所述重建参数(p)。

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