CN101959456A - 用于成像数据的配准的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种从组织区域获取成像数据的方法。通过将成像数据与组织区域的表面轮廓相关联并且利用组织区域的轮廓变化模型来转换数据以反映表面轮廓的变化，实施该方法。

Description

用于成像数据的配准的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于实现医疗成像数据配准的系统和方法，并且更具体地涉及实现组织成像数据的配准以便提高诊断分辨率的系统和方法。

背景技术

医疗成像常规地被用来对人体或其部分进行成像以用于临床或研究目的。

70多年来，医疗成像几乎唯一地依赖于传统胶片/屏幕X射线成像。然而，在过去的40年中，医疗成像经历了主要的技术增长，其导致新成像技术的发展和商业化。这样的技术包括X射线计算断层成像法、磁共振成像、数字减影血管造影、超声、热成像和核发射成像(例如，PET、SPECT等等)，现在它们被常规地用于检测和诊断疾病。

这种诊断技术的可用性给医师提供各种诊断工具以供从中选择并且也潜在地实现若干不同成像方法的关联(配准)，因而极大地增强了诊断的准确性。

具有供从中选择的各种诊断工具可以潜在地增强医师诊断疾病的能力，然而正是对来自若干成像方法的结果的关联在增强诊断准确性方面具有最大的潜力。

尽管患者可能经受多种成像方法(例如，x射线和超声)，但是所获取的图像彼此不容易被配准或关联。在尺度、位置方面或者在成像平面的定向方面的差异几乎不可避免。对于某些组织(例如乳房)，成像配准还因可能由成像技术产生的组织变形(例如乳腺摄影板之间的乳房组织的压缩)而受阻。

现有技术充满了用于实现医疗图像的配准的方法，大多数要求定向标记或模型的使用，所述定向标记或模型典型地使用3D(三维)成像方法(例如MRI)来构造。

现有技术配准方法典型地被设计用于配准通过x射线、超声或MRI所获取的成像数据。然而，在热图像成像的情况下，这样的方法不能提供准确的配准，原因在于热成像数据是从被成像的身体部分的表面而不是内部组织导出的。

典型地通过从受检者的身体接收在若干红外线波长范围中的任何一个波长上的辐射并且分析该辐射以提供表面的二维温度图，来获取热成像图像。热成像图像可以被表示为带有或没有对应温度数据的可视图像。来自用于红外线热成像的红外照相机的输出典型地提供包括多个像素数据点的图像，每个像素使用色码或者灰度码提供被可视地显示的相对温度信息。该信息可以被计算机软件进一步处理以例如通过对与所有像素或者其子集相关联的温度数据进行平均来生成所述图像或者所述图像的离散区域的平均温度。

由于身体温度的偏移可以指示病症的存在(例如，炎症造成温度的上升)，所以热成像图像可以被医师用来确定位置是否包括病症的存在。

在简化本发明进行实践的同时，本发明人发现表面轮廓数据尤其当与热成像数据组合时可以用于成像方式的配准。

发明内容

本发明提供一种用于从组织区域获取成像数据的方法，该方法包括：(a)获取处于第一状态的组织区域的第一表面轮廓；(b)从处于所述第一状态的所述组织区域获取第一成像数据并且将其与所述第一表面轮廓相关联；(c)获取处于第二状态的所述组织区域的第二表面轮廓；(d)使用所述第一表面轮廓和所述第二表面轮廓来对所述第二状态下的组织区域进行建模；以及(e)将所述第一成像数据转换成与处于第二状态的所述组织区域相关联的第二成像数据。

根据本发明的优选实施例，成像数据是热成像数据

根据本发明的优选实施例，成像数据是X射线成像数据

根据本发明的优选实施例，成像数据是超声成像数据

根据本发明的优选实施例，通过根据所述模型校正所述第一成像数据的成像平面来实施成像数据的转换。

本发明通过提供一种用于配准成像数据的简单但非常有效的方法成功地解决了当前已知配置的缺点。

除非另外被定义，在本文中所使用的所有技术和/或科学术语与本发明所属领域中的普通技术人员通常所理解的具有相同的含义。尽管与本文所描述的那些相似或者等效的方法和材料可以被用在对本发明的实践或测试中，但是下面描述合适的方法和材料。在冲突的情况下，将以本专利说明书(包括定义)为准(control)。另外，所述材料、方法和示例仅是示意性的而不是意图进行限制。

附图说明

在本文中仅通过示例的方式、参考附图来描述本发明。现在详细地具体参考附图，强调的是，所示出的细节是作为示例并且仅用于示意性地讨论本发明的优选实施例的目的，并且是为了提供被认为是对本发明的原理和概念方面的最有用且容易理解的描述而被呈现。在这点上，没有尝试以比基本理解本发明所必需的细节更详细地示出本发明的结构细节，通过附图进行的描述使得实际中可以如何实现本发明的若干形式对本领域的技术人员显而易见。

在附图中：

图1A-D示意性地示出根据本发明系统的教导所构造的用于图像配准的系统。

图2示出可以被用作本发明的系统的校准目标的具有表面棋盘图案的三棱锥。

图3示出可以用来校准本发明的系统的热成像照相机的校准目标。

图4示出通过使用本发明的系统所构造的女性乳房的三维轮廓模型。

图5示出通过本发明所利用的热照相机所捕获的热图像。

图6示出由本发明的系统所构造的女性乳房的三维轮廓模型上的热数据的叠加。

具体实施方式

本发明是关于一种可以用于对通过若干成像方式所获取的数据进行关联和成像数据配准的系统和方法。

通过参考附图和伴随的描述可以更好地理解本发明的原理和操作。

在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，要理解，本发明在其应用方面不限于在以下描述中所阐述的或在示例中所举例说明的细节。本发明能够用于其它实施例或者能够以各种方式被实践或者实现。此外，要理解，本文所采用的短语和术语是用于描述的目的而不应当认为是限制。

医疗成像提供用于实现对患者的诊断的众多成像方式选项。然而，由于通过这样的方式所获取的图像彼此不容易被配准或关联，所以往往诊断依赖于单成像方式的使用或依赖于医师在各种成像数据之间进行关联的能力。

在尺度、位置方面或者在(二维图像的)投影平面的定向方面的差异不可避免，这使得图像之间的自由关联近乎不可能。对于某些组织(例如乳房)，成像配准还因可能由成像技术产生的组织变形(例如乳腺摄影板之间的乳房组织的压缩)而受阻。

在简化本发明进行实践的同时，本发明人设计出一种简单但有效的用于医疗成像配准的方法。这样的方法可以用来配准在任何时间且在任何设定下取得的成像方式数据，因而实现历史成像数据以及先前不可相关联的成像数据之间的关联。

因而，根据本发明的一个方面，提供一种用于从组织区域获取成像数据的方法。

如本文所使用的，短语“组织区域”指的是身体中的组织的任何区域，包括定义器官、肢体或感兴趣的解剖区域的区域。优选地，组织区域或其一部分的表面具有可以经由例如光成像(在外部即皮肤并置组织区域的情况下)或经由其他成像技术(例如在组织区域具有位于身体内的表面的情况下的热成像)来绘制的轮廓。

本发明的方法通过将第一状态的组织区域的表面轮廓数据与来自第一状态的组织区域的成像数据相关联而被实现。

如本文所使用的，短语“成像数据”指的是通过成像方法所获取的数据。这样的数据可以是二维或三维数据文件的形式，其可以被处理并呈现在诸如计算机屏幕的显示器上。这样的数据可以是超声数据、x射线数据、磁成像数据、核医学数据、热成像数据、光成像数据、电阻抗数据、声光成像数据、弹性数据、微波成像数据等等。

可以使用若干方法中的任何一种来收集表面轮廓信息。在皮肤突出的组织区域(例如乳房)的情况下，可以使用成像装置(例如CCD或CMOS可见光照相机)以及投影的或应用的颜色和/或几何图案来绘制皮肤的轮廓(进一步的描述参见下面的示例部分)。也可以使用坐标测量机器来获取皮肤轮廓信息(www.en.wikipedia.org/wiki/Coordinate-measuring_machine)。

在任何情况下，一旦表面轮廓信息被获取，其就被处理以产生例如如图4所示的表面轮廓的三维模型。这样的轮廓模型表示组织区域的三维外观，并因而可以被用作从组织区域内的组织获取的成像数据的参考图。

也使用诸如超声、MRI、CT等等的方式来对相同的组织进行成像以便获取成像数据。要明白，本方法学的该步骤可以在获取表面轮廓信息的步骤之前、与其同时或在其之后实施。

在任何情况下，以使得能够实现组织区域的表面轮廓和经由成像所获取的数据之间的关联的方式来收集表面轮廓信息和成像数据。一种可以用来实现这种关联的方法涉及校准目标的使用。这种目标提供一个或多个参考点，其可以用来映射所捕获的轮廓和成像数据的空间定向并因而对用成像方式装置/系统进行表面轮廓捕获的装置进行校准。校准目标的使用在下面的针对经由可见光成像所获取的轮廓数据的示例部分中被进一步详细解释。

校准目标的使用使得能够实现对用于轮廓和成像数据捕获的装置的校准，在这种情况下这些装置的位置和定向可以被校准以使得它们对相同的平面和区域进行成像，或者可选地这种校准可以用来通过把轮廓或成像数据映射到相同的参考点来校正轮廓或成像数据。在任何情况下，一旦装置或通过其获取的图像被校准，通过其获取的图像是完全可相关联的并且可以用来提供组合的图像(参见图6)。

例如，将超声数据与表面轮廓数据进行关联可以产生以下这样的信息，该信息可以用来关联US成像与通过其他方式(例如，热成像、X射线)获取的成像。标准的US成像通过由从US探头中的发射器发射的超声波平面定义的二维平面体现。超声波被身体组织反射回到通常也位于探头内的接收器。超声波以由探头的位置和角度所确定的方式传播；探头位置也确定对身体中的哪个平面进行成像。因此，如果探头的角度、从其发射的波平面的方向和探头的位置之间的关系在获取图像时是已知的，则可以确定图像平面相对于身体的位置。

由于US探头被手动地定位在身体上并且由于探头和(需要成像的)皮肤之间的接触导致轮廓变形，因此US图像的平面随着每个图像捕获而变化。结果，对于每个图像，捕获组织的不同几何结构。这种图像与单个组织区域/结构的相关联可以通过应用基于变形模型的变形函数来实现。除了表面上的空间位置之外，这些模型可以被应用于组织内部的空间位置。

通过使用本文描述的3D(轮廓)建模来证明组织区域的状态(例如变形状态)并且把位置和/或状态与成像数据(例如US图像平面)进行关联，人们可以在不同组织状态时取得的若干图像平面之间进行关联。可以借助于变形转换在参考3D图像和每个US图像之间进行关联，因而每个US图像平面可以与3D图像中的位置以及因而与组织区域中的位置相关联。

一旦成像方式与使用本发明获取的表面轮廓数据相关联，组织区域的表面轮廓的任何偏移(即状态的偏移)可以用来‘校正’成像数据。

校准目标必须具有若干特性以实现表面和成像数据的共同校准。

(i)其必须对用于采集表面轮廓和成像数据的装置‘可见’；例如，在目标上提供的空间参考点应当被包括在由此获取的数据中。

(ii)其必须准确地确定装置的空间位置和角度(成像或投影)。

(ii)由此获取的数据必须可与预先采集的3D数据(例如MRI数据)相关联。

医疗成像数据包括感兴趣的数据点(例如，表示诸如肿瘤块的异常组织的数据点)的集合。在比较各种成像方式时医师主要关心的是在不同方式之间或通过在若干不同时间点上采集相同成像数据而发生的组织或成像数据的偏移或移动。具体而言，当不同的组织平面被成像时和/或当组织区域经受可能由不同的成像位置等等产生的不同力量时，感兴趣的数据点不出现在相同的图像区域。

因而，成像方式的有效配准必须考虑到组织变形以及成像平面以进行有效的图像配准。

通过把成像数据映射到表面轮廓数据，本发明实现了有效但简单的图像配准以及针对组织变形的对成像数据的校正和对从不同角度和位置进行的成像方式的匹配。

对成像数据的这种校正或配准可以通过采用组织变形模型而被进一步增强，所述组织变形模型可以与由本方法获取的轮廓数据相关。这种补充的变形校正可以应用于其中被成像的组织由于成像装置(例如乳腺摄影装置)而变形并且组织区域内的组织由于组织的不均匀性而未展现一致变形的情况。

组织变形模型在本领域中是熟知的，示例包括有限元方法和线性弹性理论。这样的模型可以用来通过补偿组织区域内的各种组织的不同变形来进一步增强组织内的数据点位置的校正。

也可以通过组合3D轮廓采集以及热成像来采集这样的数据。这可以通过从第一状态的组织区域(例如乳房)(优选地从不同角度)捕获多个热图像并且确定组织内的若干热标志(优选可容易地识别且在整个组织中均匀间隔开的标志)的位置来实现。然后当组织经受受控变形(即组织区域处于第二状态)时捕获相同图像并且再次确定标志的位置。通过比较两个状态下标志的位置，可以为被成像的个体构造相对组织顺应性(对所施加力的)图。这样的图可以用来建模组织区域内的组织并且预测组织区域变形时组织区域内的离散位置的偏移。

本发明可以用来校正和配准从任何成像方式获取的数据。可以从本方法中受益的一个特定方式是热成像。

热成像可以用来成像外部和内部组织区域；其提供非常准确的且敏感的温度图并因而提供所感兴趣的组织区域的病理状态。

经由热成像装置被常规成像的组织包括乳房、血管和肌肉以及内部器官。

当应用于热成像配准时，本方法实现热成像数据到如本文所描述的那样获取的表面轮廓数据上的叠加。这样的叠加提供两个好处：热成像数据的配准以及将这种数据与从其他成像方式获取的数据进行关联(如上文中描述的)的这种能力；以及(被成像的)表面热数据和该数据的实际内部源之间的更准确的关联。

热照相机捕获二维图像。其输出对应于射到其检测器的光子的数量。根据入射光子的数量而生成电信号。照相机把该信号‘转变’成可以表示温度值或相对灰度级值的数值。

在3D对象的2D热图像中，对应于(相对于照相机以一角度定位的)倾斜区域的像素缺乏信息，因为红外线辐射是从照相机所检测的且其未知的较大区域发射的。

在本方法中，进行从热照相机获取的值和所观察的对象之间的进一步的连接，从而进一步增强从标准热图像采集的2D信息。如本文进一步描述的，热照相机用3D成像系统进行校准并且对象的3D和热图像被获取(参见下面的示例部分)。校准允许来自2D热图像的像素值到3D对象中的对应区域的匹配。该区域通常大于一个像素的大小，因此根据来自3D对象的信息，该信息与较大的区域相匹配。这更准确地反映对象的发射，因为3D结构被考虑在内并且看似为2D热图像的单个像素的内容与真实区域大小相关联因而产生附加的热信息。

本方法学可以使用具有软件和硬件部件的系统来实现。

图1a-d示出在本文中被称为系统10的用于成像数据的配准的系统。系统10是在乳房成像的背景下描述的，然而应当注意，本发明的系统10也可以用于诊断其他身体区域，包括例如胃、后背等等。

如图1a所示，系统10包括投影仪12和可见光照相机14。系统10还包括与投影仪12和照相机14通信的处理单元18。处理单元18被配置用于传送投影的图案到投影仪12同时采集和处理由照相机14捕获的数据。在这一点上，处理器18存储投影文件并且执行实现数据收集和处理的软件。意思是，诸如MatLab^TM之类的软件套件可以被配置用于处理所捕获的图像以便生成轮廓模型。

系统10的部件可以被包括在单个外壳中或者被提供为单独封装的但互连的装置。

在成像数据采集之前，使用如在下文中的示例部分的示例1中描述的校准目标(在图2中被举例说明)来校准系统10以使得投影仪12和照相机14被共同对准。在校准后，然后利用系统10来从目标组织(图1a所示的乳房20)捕获图像信息。由照相机14捕获的图像信息包括多个所捕获的帧，每个帧包括投影在组织区域的表面上的不同图案22。所捕获的帧然后被处理单元18处理以产生3D轮廓数据(其示例在图4中被示出)。

在设定后，可以连同任何成像方式一起利用系统10从而实现成像数据的配准。

图1b示出系统10在配准由超声探头采集的图像数据中的使用。

如上所述的那样采集乳房轮廓数据并且在超声成像之前生成乳房轮廓模型。超声探头24然后用来扫描乳房组织并且在一个或多个US扫描平面处采集一个或多个图像。对于每个图像/平面，系统10采集信息，该信息包括由于超声探头导致变形的乳房的轮廓以及超声探头的角度及因而其投影平面以及因此所采集的超声图像的平面。

在超声成像之前和在超声成像期间所收集的数据然后被用来将超声图像关联到轮廓模型并且把所获取的超声图像校正至在超声检查之前获取的未变形乳房模型。

图1c示出系统10在由X射线成像器采集的图像数据的配准中的使用。

在乳房的X射线成像(乳腺摄影术)中，乳房组织在板之间被压缩并因而变形。在乳房压缩之前，如上所述的那样采集乳房轮廓数据并且生成乳房轮廓模型。

在生成这样的模型后，乳房20在乳腺摄影板26之间被压缩并且然后采集乳房的x射线图像。乳房20也使用系统10被成像且为变形的状态下的乳房20生成轮廓模型。轮廓模型可以将这些板及其相应定位考虑进去以便改进轮廓建模。

变形乳房20的轮廓模型然后可以与采集的x射线数据相关联并且根据在乳房20压缩之前采集的轮廓数据被校正。

图1d示出系统10在由热成像装置采集的图像数据的配准中的使用。

在这样的配置中，系统10利用对照相机14和热成像装置28两者都敏感的校准目标。这样的校准目标在图3中被举例说明。

一旦系统中的所有装置都被校准到相同轴(照相机14、投影仪12和热成像装置28)并且乳房的轮廓模型被采集，就利用热成像装置28进行热图像捕获并且由处理单元18生成叠加到轮廓数据上的热数据的组合图像(在下面的示例部分中进行详细描述)。

因而，通过上述成像方法所采集的数据与共同采集的轮廓数据相结合并且用于数据校正，因而能够实现使用本发明的系统10所采集的各种成像方式之间的关联。

例如，经由US(以及系统10)采集的成像数据可以使用(由系统10生成的)3D轮廓模型进行校正(例如，就成像平面、深度等等进行调节)并且然后将校正后的成像数据与类似地校正后的热或x射线数据相关联。类似地，在使用本发明的系统10时采集的热数据可以与X射线数据配准以便例如诊断乳癌。

要明白，可以实施成像数据的校正以使得校正后的数据表示在单个标准化状态下的组织区域(例如，在乳房组织的情况下这样的状态可以是在直立的受检者中观测的状态)，或者可选地，可以实施校正以使得由一种方法采集的成像数据被校正为表示使用第二方法成像的组织的组织状态(变形状态)。例如，X射线数据在被提供在胶片上并因而不能被容易地操纵的情况下可以与以下这样的US图像进行比较，该US图像经校正以使得校正后的US图像表示在与X射线成像的变形状态等同的变形状态(例如，在板内被压缩)下被成像的组织。

在任何情况下，成像数据的这种共同配准可以通过简单地叠加两个配准的图像(如软件文件或硬拷贝)来手动地实施，或者通过结合成像数据和隔离感兴趣的数据点以计算的方式来实施，所述成像数据的这种共同配准使得治疗医师能够以增大的置信度核实病状的存在，因而极大地增强诊断准确性。

尽管已经在医疗成像的背景下描述了本发明，但是要明白，本方法和系统在其他领域(包括例如机械工程等等)中找到用途。

预期的是，在本专利的期限期间许多相关的成像方式将被开发，因此术语成像数据的范围旨在包括由这样的先验新技术获取的数据。

如本文所使用的，术语“大约”指的是±10％。

本发明的其他目标、优点和新颖特征对于本领域的普通技术人员来说在验证以下示例后将变得显而易见，所述示例并不意图进行限制。另外，如上文中描绘的且如在下面的权利要求书部分中要求保护的、本发明的各个实施例和方面的每个在以下示例中找到实验支持。

示例

现在参考以下示例，其连同上面的描述一起以非限制的方式示出本发明。

示例1

具有叠加的热数据的轮廓模型

女性乳房的表面轮廓的模型被生成并且被用来把热数据映射到其上。

材料和方法

使用投影仪(Mitsubishi电子装置型号XD206U)和照相机(Pixelink型号PL-B741F)来获取三维轮廓数据。使用热照相机(FLIR型号PHOTON OEM)来获取热图像。

为了获取在表面轮廓上叠加的热数据，热照相机和可见光照相机必须使用单个校准目标进行共同校准。仅需要校准系统一次，此后每个装置的位置是固定的。(视频和热)照相机的校准通过将这些照相机捕获的图像中存在的像素与已知的空间参考点相关联来实现。类似地，通过将投影的像素与这样的空间参考点相关联来校准投影仪。为了重构对象的三维特征，由投影仪投影到对象上的图案的图像被照相机捕获并且所捕获的图像的像素被分析(如下文中被进一步解释)并且与空间参考点进行匹配。

被选择用于校准的空间参考点可以呈现在校准目标上，诸如具有表面棋盘图像的三棱锥(图2)。

如下那样实施装置的校准。在校准目标上选择原点，例如在锥的中部突出的点(图2)。用于校准视频照相机的参考点是方形的拐角；被选择用于热照相机的参考点是方形中心。

在所捕获的图像中，每个参考点由一组像素坐标(u，v)来表征。相对于所定义的原点，它们的空间坐标(x，y，z)是已知的。这两种坐标都可以由齐次坐标来表示以简化计算。校准矩阵P是通过在像素坐标(u，v)和它们的空间位置(x，y，z)之间进行关联来构造的。该矩阵解开以下方程：

$\left(\begin{array}{c}u\\ v\\ 1\end{array}\right)=P\·\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ 1\end{array}\right)$

其大小是(3，4)并因此其包括由装置内部参数(像素大小、焦距等等)和外部参数(装置的位置；在空间中与所选择的原点相比的角度和位移)组成的12个元素。另外，矩阵包括透视实施方式。

尽管矩阵包含12个元素，但是仅存在11个未知参数(5个内部的和6个外部的)。如从上面的方程中显而易见的，每个(x，y，z)点提供图像中的两个坐标(u和v)和两个单独的方程(每个像素坐标有一个)。为校准每个照相机，仅需要校准目标的一个图像。在这个图像中，选择6个像素来求解12个方程并且提取矩阵P的12个元素。实际上，在图像中选择不止6个点以获取更高的精度。

通过把图像中的像素与空间位置相关联、求解方程并且构造校准矩阵，使用与视频照相机相同的过程来校准热照相机。热照相机和视频照相机之间的差别在于，当校准热照相机时从热图像中选择像素并且校准目标上的参考点是热可见的(以热学方式可见的)。在本系统中，被选择用于校准热照相机的参考点是在用于校准视频照相机的相同的三棱校准目标上的棋盘图案上的方形中心。

可以使用若干方法以便产生对热照相机来说可见的这种点：

●使用热电致冷器(TEC)，其在连接到直流电源时生成可由热照相机检测的温差。

●在校准目标中使用发热电阻器。

●用具有显著不同的发射率的材料来涂敷校准目标，从而产生明暗方形的图案。

在图3中示出被修改用于热成像照相机的校准目标。

投影仪的校准也通过将其像素与空间参考点进行匹配来获得。由于投影仪投影像素而不是捕获它们，所以定义其像素要求更复杂的过程。投影仪的校准是通过把特定图案投影到校准目标上并且用视频照相机捕获所有图案(编码光方法)来实现的。通过这样，投影仪的每个像素被分配唯一码。这使得能够实现投影仪的像素到由照相机所获取的图像之间的关联。不同光码可以用于这个过程。在我们的系统中，我们使用由明暗条带图案组成的二进制格雷(Gray)码来执行三维表面成像[Sato和Inokuchi，J.of Robotic Systems 2(1)27-39；1985]。当水平和垂直Gray码图案序列被投影到校准目标上并且被照相机捕获时，归于投影仪的每个像素具有其自己的由一和零构成的二进制码。当利用Gray码时，投影所需的图案数量取决于投影仪上的像素数量。因而，如果投影仪具有1024个像素(210)，则投影10个Gray码图案以便每个像素具有其唯一序列。由于像素可以被识别，因此将它们对应于世界上具有已知位置的点、求解方程并且定义校准矩阵的过程被实施，同时所选择的参考点是校准目标上的方形拐角(与视频照相机一样)。

当所有三个校准矩阵(每个装置有一个)被获得时，它们可以用来将二维图像中的点与三维结构相关联。这些装置在位置上相对于彼此是固定的，原因在于它们的矩阵是依据(除了其他参数以外)它们的位置和角度构造的。

结果

利用投影仪来把多个光图案顺序地投影到女性乳房上，同时利用照相机(相对于投影仪具有已知的位置)来捕获反射的图案。所投影的光图案是Gray码图案序列，其给每个像素提供一和零的唯一序列。投影到女性乳房上的这些图案点在这种情况下位于捕获的图像中并且用来提取轮廓信息。

通过三角测量法来获得三维数据的重构。照相机和投影仪被并排放置(与一个在另一个的上面相对)以使得投影仪投影垂直条带(Gray码图案)并且以水平方式实施三角测量法。三角测量法的基础在于通过照相机图像像素与来自投影仪的平面(平面是因为投影的是条带而不是点)的相交而形成的三角形。每个照相机像素与从投影仪投影的平面在空间中的特定点处相交在被投影对象的表面上。

在本系统中，通过将照相机的像素(u，v)与根据所投影的图案已知的来自投影仪的它们的原点相关联来促进三角测量法。如在照相机所捕获的图像中所看到的，通过选择(u，v)像素并检查其Gray码，把每个空间归于照相机像素。三角测量法计算的结果是点的空间位置(x，y，z)。

被重构成三维信息的空间点仅仅是既在照相机的视场中又在投影仪的视场中的那些空间点。

使用上述的方法，本发明人构造了女性乳房的三维轮廓模型(图4)。

一旦获得轮廓模型，热照相机如上所述的那样被校准并且用来从乳房组织中捕获热数据。

温度大于绝对零度的每个对象都发射辐射。所发射的辐射的量取决于对象的温度和发射率。材料的发射率是由材料辐射的能量与由处于相同温度的黑体辐射的能量之比。人类皮肤具有高发射率并且被认为接近1。对象所发射的辐射量随其温度而增加，因此可以通过热成像来分析对象的温度。热成像器仅检测并显示表面温度，其可以被表示为灰度级或彩色图像。在灰度级图像中常见的是，热的东西看起来较白而较冷的东西看起来较黑，但是这仅取决于装置的设定。

热成像照相机是一种将由对象发射(以及还有反射的)的热红外线辐射转换成可以被图形地显示的图像的装置。其功能类似于普通的数字照相机，所述数字照相机通过检测可见光来产生图像。代替可见光的400-750纳米的范围，红外线照相机以从750到长达14,000nm(14μm)的波长进行工作，因此它们的镜头必须对红外线辐射透明(各种照相机对红外线区域的不同波长范围而不是整个红外线区域敏感)。处于正常体温的人类在波长大约10μm的红外线范围中辐射最强烈。与任何数字照相机一样，辐射由光学器件聚焦到对红外线辐射进行响应的红外线检测器上。该辐射被转换成电信号，所述电信号被处理并转变成可以在标准视频监视器上查看的图像。热照相机的输出是以温度为单位被校准的。

热像照相机包括两种类型之一的检测器：冷却型或非冷却型。

冷却型热检测器是基于量子效应；光子撞击检测器并且激发电子，电子具有的能量由光子的频率确定。红外线辐射的能量低，因此两个能级之间的差很小，因而检测器非常容易受热噪声影响。

非冷却型热检测器由对不同方式的热、电容器的加载、电阻的变化(辐射热计)、气体的膨胀等等做出响应的材料组成。非冷却型热检测器可以在室温下使用，但是通常比冷却型热检测器更不敏感。

在这个示例中，本系统利用具有作为检测器的辐射热计(微辐射热计)的非冷却型热照相机。当红外线辐射撞击检测器时，检测器的电阻发生变化。该电阻变化被测量并且可以被处理成可以被以图形方式表示的温度。图5示出通过由本发明所利用的热照相机所捕获的结果热图像。

该热图像然后与3D位置点(表示表面)相关联以获取热图像中的对应于空间中的(x，y，z)点的(u，v)坐标。这实际上导致3D表面到热照相机的图像平面上的投影。一旦3D位置点和热图像被共同定位到相同平面，它们可以被相互关联。使用内插，将每个(x，y，z)3D位置与来自热图像的值相关联。热图像中的值不是对象的绝对温度，而是表示从对象发射的且由热照相机检测的红外线通量的灰度级。所得到的图像现在包括具有四个坐标(x，y，z，t)的数据点。‘t’坐标指的是被添加到3D图像作为彩色或灰度级点(图6)的热图像中的数值。

要明白，为清楚起见在单独实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以被组合地提供在单个实施例中。相反，为简明起见在单个实施例的上下文中描述的本发明的各个特征也可以被单独地或以任何合适的子组合被提供。

尽管结合本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是很明显许多可选方案、修改和变型对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，旨在涵盖落在所附权利要求的精神和广义范围内的所有这种可选方案、修改和变型。在本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请在本文中通过引用被全部并入说明书中，与每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地且单独地被指示以通过引用被并入本文一样。另外，本申请中任何参考的引用或者标识不应当被解释为承认这种参考作为现有技术对本发明可用。

Claims (9)

1.一种用于从组织区域获取热数据的方法，包括：

(a)获取处于第一状态的所述组织区域的第一表面轮廓；

(b)从处于所述第一状态的所述组织区域获取第一热数据并且将其与所述第一表面轮廓相关联；

(c)获取处于第二状态的所述组织区域的第二表面轮廓；

(d)使用所述第一表面轮廓和所述第二表面轮廓来对所述第二状态下的组织区域进行建模；以及

(e)将所述第一热数据转换成与处于第二状态的所述组织区域相关联的第二热数据。

2.权利要求1的方法，其中所述组织区域是乳房。

3.权利要求1的方法，其中使用至少一个照相机来实施(a)。

4.权利要求1的方法，其中通过捕获投影到所述组织区域的表面上的图案的图像来实施(a)。

5.权利要求4的方法，其中所述图案是编码的光图案。

6.权利要求4的方法，其中使用处理单元来处理所述图案的所述图像。

7.一种用于从组织区域获取成像数据的方法，包括：

(a)获取处于第一状态的组织区域的第一表面轮廓；

(b)从处于所述第一状态的所述组织区域获取第一成像数据并且将其与所述第一表面轮廓相关联；

(c)获取处于第二状态的所述组织区域的第二表面轮廓；

(d)使用所述第一表面轮廓和所述第二表面轮廓来对所述第二状态下的所述组织区域进行建模；以及

(e)将所述第一成像数据转换成与处于第二状态的所述组织区域相关联的第二成像数据。

8.权利要求7的方法，其中所述第一成像数据是超声成像数据。

9.权利要求8的方法，其中通过根据所述模型校正所述第一成像数据的成像平面来实施(e)。

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