CN102822831B - 组成像研究的数据处理 - Google Patents
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Abstract
一种用于处理多个对象的体积的系统包括体积输入（1），该体积输入用于接收包括被同时扫描的多个对象的输入体积图像数据集（13）。元数据输入（2）接收与所述对象的各个个体相关的元数据（15）。对象找寻器（3）识别所述输入体积图像数据集（13）的多个部分，每个部分包括所述对象之一。体积图像数据集生成器（4）生成多个单独体积图像数据集（16），每个单独体积图像数据集（7）包括所述输入体积图像数据集的所述部分之一。元数据操作器（5）将与对象相关的所述元数据（15）与包括含有所述对象的所述部分的所述单独体积图像数据集（7）相关联。
Description
技术领域
本发明涉及处理多个对象的体积。
背景技术
临床前研究的特点在于假设驱动程序以在生物过程中发现或者探索新的见解。这些程序的目的在于生物标记物、药物以及治疗的系统化的发现和发展，当生物标记物、药物以及治疗在临床前研究期间被证明是有前途的，那么其将最终从动物模型被转用于人类。人类疾病的小动物模型，尤其是基因改造的老鼠，在临床前研究中被广泛使用。进行对分布种群组的研究（接受药物的动物实验组vs.动物对照组）以证实该假设。
活体内成像允许以更加有意义的方式来在完好的活体对象中确定分子探针和相关生物过程的时间和空间生物分布。可能在扫描器中同时对多个对象成像，以便实现更高的吞吐量。可使用临床前工作站，例如来自PhilipsHealthcare的IMALYTICS工作空间，来执行所生成图像数据的处理、评估和可视化。
发明内容
有利的是具有对多个对象的体积的改进处理。为了更好的解决这一问题，本发明的第一方面提供一种系统包括
-体积输入，其用于接收包括被同时扫描的多个对象的输入体积图像数据集；
-元数据输入，其用于接收与所述对象的各个个体相关的元数据；
-对象找寻器，其用于识别所述输入体积图像数据集的多个部分，每个部分包括所述对象之一；
-体积图像数据集生成器，其用于生成多个单独体积图像数据集，每个单独体积图像数据集包括所述输入体积图像数据集的所述部分之一；以及
-元数据操作器，其用于将与对象相关的所述元数据与包括含有所述对象的所述部分的所述单独体积图像数据集相关联。
当在图像扫描器中同时扫描多个对象时，体积图像数据集可能得到其中可看到所有的被扫描对象。然而，组织或者评估这些数据是很困难的，因为该数据集包括多个对象，该对象可能具有适用于其的不同元数据。通过生成具有与单独体积图像数据集相关联的适当元数据的单独体积图像数据集，借助于相关联的元数据来搜索各个对象的图像成为可能。单个对象的可视化也得到改进，因为一个对象的视图并未受到其他对象的影响。
体积图像数据集生成器可包括文件生成器，文件生成器用于生成包括该单独体积图像数据集的文件。此外，该元数据操作器操作性地与该体积图像数据集生成器连接以将该元数据包含于该文件中。该文件为存储和/或传输该单独体积图像数据集的便利格式。
该单独体积图像数据集可为DICOM格式。该元数据可被表示为DICOM属性。这允许DICOM格式用于该单独体积图像数据集。因此，DICOM工具可用于该单独体积图像数据集的处理和/或数据挖掘。例如，该文件可是DICOM文件，其中该元数据可被存储为DICOM属性。
该体积输入可被布置为接收DICOM格式的输入体积图像数据集。这允许系统从DICOM成像装备，例如医学图像扫描器和/或基于DICOM的医学图像库，接收数据。
该多个对象可属于不同的研究组，该元数据可指示对象所属的研究组。这样，使得对不同对象组的扫描的搜索变得更加简单。在对象被并入包括来自不同研究组的对象的图像体积扫描中的情况下，很难搜索属于特定研究组的对象的扫描。
该元数据输入可包括用户接口元件，用户接口元件用于使得用户能够录入与该对象中的每个相关的信息段。这允许用户确定与该对象中的每个相关联的元数据。
该元数据输入可被布置为接收指示该对象的个体的标识符的元数据。标识符是元数据的有用形式，因为其识别了该对象。也可包括其他元数据。
该元数据操作器可被布置为将该输入体积图像数据集的标识符与该单独体积图像数据集相关联。这允许根据该单独体积图像数据集追溯该输入体积图像数据集。
该系统可还包括用于接收查询的查询输入，以及搜索引擎，所述搜索引擎用于搜索一个或多个单独体积图像数据集，所述一个或多个单独体积图像数据集的元数据与该查询匹配。这允许基于该元数据来找寻该单独体积图像数据集。
所阐明的系统可被包含于临床前工作站中。
图像采集设备可还包括图像扫描器，图像扫描器用于采集包括被同时扫描的多个对象的输入体积图像数据集。这允许采集该输入体积图像数据集，并且用该同一设备生成该单独体积图像数据集。
本发明的另一方面提供了一种处理多个对象的体积的方法，包括
-接收包括被同时扫描的多个对象的输入体积图像数据集；
-接收与所述对象的各个个体相关的元数据；
-识别所述输入体积图像数据集的多个部分，每个部分包括所述对象之一；
-生成多个单独体积图像数据集，每个单独体积图像数据集包括所述输入体积图像数据集的所述部分之一；以及
-将与对象相关的所述元数据与包括含有所述对象的所述部分的所述单独体积图像数据集相关联。
本发明的另一方面提供了一种计算机程序产品，其包括用于令处理器系统执行所阐明的方法的指令。
本领域技术人员将意识到本发明的上述特征、实施例、实现方式和/或方面中的两个或者更多个可以任何被视为有用的方式来组合。
本领域技术人员可以基于本描述来实现与所描述的该系统的修改和变型相应的图像采集设备、工作站、系统、方法和/或计算机程序产品的修改和变型。
本领域技术人员将意识到该方法可应用于多维图像数据，例如二维（2-D）、三维（3-D）或者四维（4-D）图像，该多维图像数据由各种采集模态采集，例如但不限于，标准X射线成像、计算机断层摄影（CT）、磁共振成像（MRI）、超声（US）、正电子发射断层摄影（PET）、单光子发射计算机断层摄影（SPECT），以及核医学（NM）。
附图说明
参照下文描述的实施例本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且将得到阐述。在图中，
图1是用于处理多个对象的体积的系统的示意图；
图2是处理多个对象的体积的方法的示意图；
图3是包括两个对象的图像数据集的可视化；
图4是用于在体积中找寻多个对象的示例性过程的示意图；
图5示出了输入体积图像数据集的中间切片的略图；以及
图6示出了三维图像体积数据集的二维略图。
具体实施方式
在下文中，将更加详细地描述本发明的方面。然而，将理解的是描述仅用作举例说明本发明的可能实施例和它们的优点。这些实施例的修改是本领域技术人员的能力所及的。
图1图示了用于处理多个对象的体积的系统。该系统可以不同的方式来实现，例如借助于适当编程的计算机。其他实现方式也是可能的，包括专用电子电路。
该系统可包括用于接收输入体积图像数据集13的体积输入1，该输入体积图像数据集13可包括被同时扫描的多个对象。例如，体积输入1包括与图像库的磁盘接口或者网络连接。体积输入1也可包括与图像扫描器14的直接连接。该系统可还包括元数据输入2，元数据输入用于接收与对象的各个个体相关的元数据15。
对象找寻器3可被布置为分析输入体积图像数据集13。该对象找寻器3可尝试着识别输入体积图像数据集13的多个部分，每个部分包括对象之一。如果该尝试不成功，那么可能停止处理输入体积图像数据集13，因为它可能只包括一个对象。可选地，该系统可包括用户接口元件以使得用户能够指示该部分。当已经识别出该部分时，可能将它们传送至体积图像数据集生成器4，用于生成多个单独体积图像数据集16。每个单独体积图像数据集7包括该输入体积图像数据集的该部分之一。这样，每个单独体积图像数据集包括对象之一。
元数据操作器5可被布置为将适当的元数据15与单独体积图像数据集16相关联。具体而言，将针对特定对象接收的元数据15与相应的包括含有那一特定对象的部分的单独体积图像数据集7相关联。在本文中，“部分”指的是该输入体积图像数据集的部分。
体积图像数据集生成器4可包括文件生成器6。该文件生成器6可被布置为生成文件，例如文件系统中的文件。文件生成器6可被布置为为此调用适当的操作系统调用。在另一例子中，该文件可作为数据流被传输。该文件包括单独体积图像数据集7。元数据操作器5操作性地与体积图像数据集生成器4相连接，从而在该文件中包括适当的元数据，并且单独体积图像数据集包括该相应对象。然而，也可能将元数据与相应的单独体积图像数据集7的参考一起存储在表或者数据库中。将元数据与单独体积图像数据集7相关联的其他方式也是可能的。由文件生成器6生成的文件可是DICOM文件。然而，这并不是限制性的。存储和/或传输单独体积图像文件的其他文件格式对于本领域技术人员而言是显而易见的。
通常，单独体积图像数据集7可为DICOM格式，其中元数据被表示为DICOM属性。例如，单独体积图像数据集7可被表示为可通过例如网络传输的DICOM流。
体积输入1可被布置为接收DICOM格式的输入体积图像数据集13。因此，图像扫描器14可被布置为生成DICOM格式的输入体积图像数据集13。
DICOM是“医学数字成像和通信”的简写。它是定义了在医学中使用的不同类型图像数据的格式的行业标准。
可能的是在输入体积图像数据集中包括的多个对象属于不同的研究组。例如，一些对象可属于第一研究组，而一些其他的可属于第二研究组。元数据15可指示对象所属的研究组。例如，元数据15可包括对象的适当研究组的标识符。元数据操作器可被布置为将那一元数据，也即那一标识符，与包括那一对象的单独体积图像数据集相关联。这一关联可以在本文中描述的方式完成，例如通过被包含在文件或者DICOM文件中，或者以任意其他方式完成。
根据权利要求1的系统，其中元数据输入2包括用户接口元件8，用户接口元件用于使得用户能够录入与任意或者每个对象相关的一个或多个信息段。
元数据输入2可被布置为接收指示对象的个体的标识符的元数据15。这一标识符15可以上文中描述的方式通过元数据操作器5与单独体积图像数据集7相关联。此外，元数据操作器2可被布置为将输入体积图像数据集的标识符与单独体积图像数据集相关联。
该系统可还包括用于执行数据挖掘的子系统，该数据挖掘是，除其他外，对由该系统从一个或多个输入体积图像数据集生成的单独体积图像数据集的数据挖掘。这种数据挖掘子系统可包括用于接收查询的查询输入9。例如，查询输入9被布置为接收来自用户的查询。可选地，可从另一来源检索预定义的查询。搜索引擎10可被布置为搜索其元数据与该查询匹配的一个或多个单独体积图像数据集7。
该系统可被实现为计算机工作站，例如临床前工作站。
图像扫描器14操作性地与体积输入1耦合以提供输入体积图像数据集。图像扫描器14可被布置为生成MR、PET、SPECT、超声或者CT图像。也可使用其他成像模态。图像扫描器14可包括适合于扫描人类的医学图像扫描器。图像扫描器14可允许用于多个对象例如小动物被同时扫描的足够空间，生成包括多个对象的表示的输入体积图像数据集。用于处理多个对象的体积的系统可包括图像扫描器14以形成图像采集设备。
图2图示了处理多个对象的体积的方法。该方法包括步骤201，其接收包括被同时扫描的多个对象的输入体积图像数据集。可例如从存储器或者从图像扫描器接收该输入体积图像数据集。在步骤202中，接收与对象的各个个体相关的元数据。该方法可包括使得用户能够输入该元数据。可选地，该方法可包括从存储器或者从另一来源例如从图像扫描器检索该元数据。该方法可还包括步骤203，其识别该输入体积图像数据集的多个部分，每个部分包括对象之一。这一步骤可独立于接收元数据的步骤来执行。可选地，该元数据指示在输入体积图像数据集中对象的数量，并且这一信息用于识别相应数量的部分。在识别步骤203中可使用在该元数据中的其他信息，例如关于对象形状或者对象在输入体积图像数据集中的位置的信息。该方法可还包括步骤204，其生成多个单独体积图像数据集，每个单独体积图像数据集包括该输入体积图像数据集的部分之一。因此，每个单独体积图像数据集包括对象之一。该方法可还包括步骤205，其将与对象相关的元数据与包括含有该对象的部分的单独体积图像数据集相关联。为此，元数据可包括关于对象在该输入体积图像数据集中的相对和/或绝对位置的信息。这种信息可用于将正确的元数据与正确的单独体积图像数据集相关联。
该方法可被实现为计算机程序产品。
在本文中描述的技术除其他外，可允许对图像扫描和有关组研究的定量结果的容易访问和/或数据管理。在成像扫描中多个对象的存在给临床前研究工作流程提出了挑战。当存在多个对象时，将相关对象ID、组名称和分析数据与对象相关联可能变得很麻烦。可以基于诸如品系名称、组名称的组属性来检索存档的单独体积图像数据集，尤其是在元数据中包含那些属性的情况下。可以定制现有临床前应用的图像分析用户接口以将分析数据或者统计结果与给定的对象成像数据相关联。这可以得到定量数据与成像研究的更好整合。
用户接口可使得能够收集关于探索项目的信息集，例如主要研究者、在研究中所涉及的组，以及与每个组相关联的对象。可通过项目名称来访问和存储该探索项目，允许与给定项目相关联的对象数据被存储在一起。
在临床前组研究中的数据层次可包括在研究所中执行的不同项目。项目可包括多组对象。每个组可被暴露于不同类型的实验。每个组可包括多个对象。对于成像装备的高吞吐量使用，可同时扫描多个对象。例如，图3示出了包括两个对象的输入体积图像数据集的可视化。这些对象不一定属于同一个组和/或项目。这可使得数据使用起来很麻烦，因为该输入体积图像数据集不属于单个的组和/或项目。
在成像扫描中，多个对象以及来自不同研究组的对象的存在给工作流程提出了挑战。当成像研究中存在来自研究组的对象时，将相关对象ID、组名称和分析数据与对象相关联变得很麻烦。例如，诸如DICOM的图像格式可以存储关于单个对象的信息。在本文中描述的技术便于从包含多个对象的体积数据的成像扫描中生成每个对象的体积数据，并且将对象的体积数据存储为单独的DICOM序列。该方法可自动地确定在给定扫描中多个对象的存在，并且生成每个对象的新的体积数据。为了更好的工作流程管理以及（在该工作流程的稍后部分中）所生成的分析数据与对象的整合，所生成的每个对象的体积数据可以被保存为新的DICOM序列。
与对象相关联的元数据属性可包括，例如项目ID、项目名称、项目描述、主要研究者、研究、研究ID、研究描述、技术人员、模态类型、扫描类型、采集协议、重建协议、品系名称，和/或研究类型（个体或者组）。
返回图1，可以很多不同的方式来实现对象找寻器3。例如可使用分割算法来分割对象，并且确定对象周围的边界框。
图4示出了可由对象找寻器3来执行的示例性过程。图5图示了输入体积图像数据集的中间切片，并且图6图示了三维图像体积数据集的示例性二维略图，将参考图5和图6中示出的例子来说明这一过程。首先，在步骤401中接收输入体积图像数据集。在已经知道其包括多于一个的对象的情况下，该流程进行至步骤408。否则，首先核查在输入体积图像数据集中是否存在多于一个的对象。例如，步骤402-406可如下使用。在步骤402中，可从通过医学成像模态采集的体积数据集中提取出中间切片501。在步骤404中，可使用射线总和技术来生成沿着中间切片的两个轴的概率分布函数。对于中间切片501中图像元素的每一列502或者行503，可通过计数具有的强度值大于阈值的像素的数量来计算出射线总和。计算射线总和的其他方式也是可能的。在步骤405中，可通过在所估计的概率分布（也即，行概率分布504或者列概率分布505）之一或者两者中多个峰值的存在而检测在成像研究中多个对象的存在。在图5的例子中，列概率分布505中的两个峰值506和507指示在图像数据集中具有两个对象。在步骤406中，在未检测到多个对象的情况下，该过程终止于终止框407，否则过程继续识别输入体积图像数据集的多个部分，每个部分包括对象之一。例如，这可由如下文中所描述的步骤408-409来完成。在步骤408中，可执行对象体积数据的自动分割和标记。可使用阈值和3D连通区域标记算法来分割和标记该体积数据集中的对象。该连通区域标记扫描该体积数据集，并且基于体素连通性（具有类似强度特性的体素）而将其体素分组成区域。在连接区域标记的最后，可对每个对象体积数据给予独特的标记。在步骤409中，可针对每个对象定义感兴趣体积。例如，可针对每个标记计算边界框（借助于角坐标（X最小,Y最小,Z最小）和（X最大,Y最大,Z最大））。图6图示了三维图像体积数据集600的示例性二维略图，其针对相应对象601和602具有两个边界框603和604。所计算的边界框表示对象的感兴趣体积或者包含该对象的体积数据的子体积。在步骤410中，将三维图像体积数据集600以及边界框603和604传送至体积图像数据集生成器4，体积图像数据集生成器可将每个对象的每个子体积保存为单独体积图像数据集7，例如被格式化为新的DICOM序列。
将意识到的是本发明也应用于计算机程序，尤其是载体上或者中的适于将本发明付诸实践的计算机程序。该程序的形式可为源代码、目标代码、代码中间源以及例如部分编译形式的对象代码、或者适于在根据本发明方法的实现方式中使用的任何其他形式。也将意识到的是这种程序可具有很多不同的结构设计。例如，实现根据本发明方法或者系统的功能的程序代码可被再细分为一个或多个子例程。对本领域技术人员而言，将该功能分布于这些子例程之中的很多不同方式将是显而易见的。该子例程可被一起存储在一个可执行文件中以形成自包含程序。这种可执行文件可包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或解释器指令（例如，Java解释器指令）。可选地，所有的子例程或者一个或多个子例程可被存储在至少一个外部库文件中并且与主程序静态或者动态地链接，例如在运行时。该主程序包含对至少一个子例程的至少一个调用。该子例程也可包括对彼此的函数调用。与计算机程序产品相关的实施例包括与在本文中阐明的方法中的至少一个的每个处理步骤对应的计算机可执行指令。这些指令可被再细分为子例程和/或被存储在可静态或者动态链接的一个或多个文件中。与计算机程序产品相关的另一实施例包括与在本文中阐明的系统和/或产品中的至少一个的每个器件对应的计算机可执行指令。这些指令可被再细分为子例程和/或被存储在可静态或者动态链接的一个或多个文件中。
计算机程序的载体可是能够装载程序的任何实体或者装置。例如，该载体可包括存储介质例如ROM，如CD ROM或者半导体ROM，或者磁性记录介质，例如软盘或者硬盘。此外，该载体可是能传送载体，例如电或者光信号，其可经由电缆或者光缆或者通过无线电或者其他手段被传送。当程序被包含于这种信号中时，该载体可由这种线缆或者其他装置或器件组成。可选地，该载体可是其中包含有程序的集成电路，该集成电路适于执行相关方法，或者用于相关方法的执行。
应注意，上述实施例举例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计很多可选实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，放入圆括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除未在权利要求中列出的元件或步骤的存在。在元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可借助于包括几个截然不同元件的硬件来实现，以及借助于适当的编程计算机来实现。在列举几个器件的装置权利要求中，这些器件中的几个可以通过一件且同一件硬件来具体实现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的这一仅有事实，并不表示不能将这些措施的组合加以利用。
Claims (13)
1.一种用于处理多对象的体积的系统，包括
-体积输入(1)，其用于接收包括被同时扫描的多个动物或患者的输入体积图像数据集(13)；
-元数据输入(2)，其用于接收与所述动物或患者的各个个体相关的元数据(15)；
-对象找寻器(3)，其用于识别所述输入体积图像数据集(13)的多个部分，每个部分包括所述动物或患者之一；
-体积图像数据集生成器(4)，其用于生成多个单独体积图像数据集(16)，每个单独体积图像数据集(7)包括所述输入体积图像数据集的所述部分之一；以及
-元数据操作器(5)，其用于将与动物或患者相关的所述元数据(15)与包括含有所述动物或患者的所述部分的所述单独体积图像数据集(7)相关联。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述体积图像数据集生成器(4)包括文件生成器(6)，所述文件生成器用于生成包括所述单独体积图像数据集(7)的文件，并且所述元数据操作器(5)操作性地与所述体积图像数据集生成器(4)连接以将所述元数据(15)包含于所述文件中。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述单独体积图像数据集(7)为DICOM格式，并且其中，所述元数据被表示为DICOM属性。
4.如权利要求1或3所述的系统，其中，所述体积输入(1)被布置为接收DICOM格式的所述输入体积图像数据集(13)。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个动物或患者属于不同的研究组，并且所述元数据(15)指示动物或患者所属的所述研究组。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述元数据输入(2)包括用户接口元件(8)，所述用户接口元件用于使得用户能够录入与所述动物或患者中的每个相关的信息段。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述元数据输入(2)被布置为接收指示所述动物或患者的个体的标识符的元数据(15)。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述元数据操作器(5)被布置为将所述标识符与所述单独体积图像数据集相关联。
9.如权利要求1所述的系统，还包括：
-查询输入(9)，其用于接收查询；
-搜索引擎(10)，其用于搜索一个或多个单独体积图像数据集(7)，所述一个或多个单独体积图像数据集的元数据与所述查询匹配。
10.一种包括图像扫描器(14)和如权利要求1所述的系统的图像采集设备，所述图像扫描器用于采集包括被同时扫描的多个动物或患者的输入体积图像数据集。
11.一种包括如权利要求1所述的系统的临床前工作站。
12.一种处理多对象的体积的方法，包括：
-接收(201)包括被同时扫描的多个动物或患者的输入体积图像数据集；
-接收(202)与所述动物或患者的各个个体相关的元数据；
-识别(203)所述输入体积图像数据集的多个部分，每个部分包括所述动物或患者之一；
-生成(204)多个单独体积图像数据集，每个单独体积图像数据集包括所述输入体积图像数据集的所述部分之一；以及
-将与动物或患者相关的所述元数据与包括含有所述动物或患者的所述部分的所述单独体积图像数据集相关联(205)。
13.一种处理多对象的体积的装置，包括：
-用于接收(201)包括被同时扫描的多个动物或患者的输入体积图像数据集的模块；
-用于接收(202)与所述动物或患者的各个个体相关的元数据的模块；
-用于识别(203)所述输入体积图像数据集的多个部分的模块，每个部分包括所述动物或患者之一；
-用于生成(204)多个单独体积图像数据集的模块，每个单独体积图像数据集包括所述输入体积图像数据集的所述部分之一；以及
-用于将与动物或患者相关的所述元数据与包括含有所述动物或患者的所述部分的所述单独体积图像数据集相关联(205)的模块。
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