CN114002244A - 一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块 - Google Patents

一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，运动模块为气动形式的运动模块，包括滑轨底座、研究模体和运动气缸。能够与模体子模块进行组合。采用气动驱动的形式，无需外接电源，通过高压气体提供动力，实现物体的往返运动。而且，内置采用的是非导磁材料结构，因此，该运动模块支持MRI扫描成像，能够用于评估运动因素对MRI图像的影像特征值稳定性的影像。

Description

一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块
本申请是名为《评价影像组学纹理特征稳定性的纹理模拟装置及运动模块》的专利申请的分案申请，本申请为针对原申请的第一次审查意见通知书提出的分案申请，原申请的申请日为2019年08月12日，申请号为201910738934.8。
技术领域
本发明涉及医学图像处理中的影像组学技术领域，特别涉及一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块。
背景技术
影像组学是基于影像特征进行定量分析的技术。利用CT、MRI图像的影像组学在肿瘤诊断、肿瘤治疗、预测治疗效果等方面具有非常重要的意义。目前，影像组学在预测口咽癌的远处转移、预测肝细胞癌的血管损伤和预后；以及通过影像组学预测上皮性卵巢癌的预后和分子表型等方面具有重要的临床意义。此外，还有基于MRI图像的影像组学在反应甲状腺癌组织病理学参数；利用CT影像特征判断直肠癌患者淋巴结有无远处转移；利用影像特征预测胰腺神经内分泌肿瘤的组织学分级等方面的应用研究。
在影像组学的研究中能够应用于临床的影像特征应具有三个特征：可重复性、非冗余性、信息量丰富。可重复性是影像组学中最基本、最重要的问题。整个影像组学工作流程中扫描设备、扫描参数、图像重建方式、重复成像的时间、感兴趣区域分割、特征的提取等都会对影像特征的稳定性造成影响。稳定性好的图像纹理才能用于后续研究。因此，影像组学的研究流程中如何寻找可重复的影像特征是非常重要的问题。
目前，寻找稳定影像特征的方法主要分为2类：一，基于人造模体的研究方法。二，基于患者的研究方法。相关研究中使用的模体，比如Mackin等的CCR模体，采用十种不同的材料制作成的均匀的盒式模体。该模体虽然采用集成的结构，但是内部材料比较少，不支持材料的扩展，更重要的是每个盒子内部都为均匀的物质，在研究物体形状类的影像特征中存在较大缺陷。Zhao等利用多种不同形状的材料放置于类人型的胸部模体中。该模型虽能用于研究形状特征，但是由于模型体积较大，会产生较多的散射，干扰实验的结果。其次，简单的将不同形状的物体放入人形模体内，在移动过程中位置会受影响，不利于模型多研究中心之间的使用。另外，还有研究使用人形的固体水模型，该类材料不仅仅价格昂贵，而且内部密度及纹理变化较少。第二种基于人体扫描图像的方法寻找稳定的纹理。在Fave等关于CBCT纹理稳定性研究中，使用15例患者间隔15分钟重复进行CT扫描。该方法成本高，难以实现。该方法使得患者接受的额外的扫描剂量，并无法进行多中心之间的纹理值的稳定性研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，以实现影像组学纹理特征稳定性的研究，确定可重复的影像特征类型。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，所述运动模块包括滑轨底座、研究模体和运动气缸；所述运动气缸和所述研究模体均设置在所述滑轨底座上，所述运动气缸的输出端与所述研究模体连接，用于驱动所述研究模体在滑轨底座的滑轨上做往复运动。
可选的，所述运动模块还包括接近开关、流量调节阀和导管；
储气瓶内的气体通过所述流量调节阀和所述导管与所述运动气缸连通，所述接近开关设置在所述滑轨底座上的运动气缸运动范围的上限位置。
可选的，通过调整接近开关的位置调整CT扫描的运动范围。
可选的，通过调整运动气缸的运动范围调整核磁影像的运动范围。
可选的，所述运动模块还包括运动模块外壳，所述运动模块外壳的顶部设置有用于矫正位置的十字线，所述运动模块外壳的一组相对的两个侧面均设置有用于矫正位置的一字线；所述运动模块外壳的另外一组相对的两个侧面均设置有四个连接孔。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，运动模块为气动形式的运动模块，包括滑轨底座、研究模体和运动气缸。能够与模体子模块进行组合。采用气动驱动的形式，无需外接电源，通过高压气体提供动力，实现物体的往返运动。而且，内置采用的是非导磁材料结构，因此，该运动模块支持MRI扫描成像，能够用于评估运动因素对MRI图像的影像特征值稳定性的影像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的模体子模块外壳的结构图；
图2为本发明提供的模体子模块200的结构图；
图3为本发明提供的模体子模块201的结构图；
图4为本发明提供的模体子模块202的结构图；
图5为本发明提供的模体子模块203的结构图；
图6为本发明提供的模体子模块204的结构图；
图7为本发明提供的模体子模块205的结构图；
图8为本发明提供的模体子模块206的结构图；
图9为本发明提供的模体子模块207的结构图；
图10为本发明提供的模体子模块208的结构图；
图11为本发明提供的模体子模块209的结构图；
图12为本发明提供的模体子模块210的结构图；
图13为本发明提供的模体子模块211的结构图；
图14为本发明提供的运动模块的结构图；
图15为本发明提供的运动模块外壳的结构图；
图16为本发明提供的“凹”字型散射材料顶部的结构图；
图17为本发明提供的“凹”字型散射材料底部的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种评价影像组学纹理特征稳定性的纹理模拟装置及运动模块，以实现影像组学纹理特征稳定性的研究，确定可重复的影像特征。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
实施例1
本发明提供一种评价影像组学纹理特征稳定性的纹理模拟装置，所述纹理模拟装置包括多个模体子模块；多个所述模体子模块分别用于模拟不同的纹理；
所述模体子模块为长方体结构，所述模体子模块的顶部设置有用于矫正位置的十字线，所述模体子模块的一组相对的两个侧面均设置有用于矫正位置的一字线；所述模体子模块的另外一组相对的两个侧面均设置有四个连接孔；多个所述模体子模块通过所述连接孔采用插棒连接的方式连接成单行排列的形式。
具体的，考虑到物体在扫描成像时的特点，为减少成像时物体与物体之间的相互干扰，并且避免CT成像时模型自身的散射，本发明采用了多个模体子模块单行排列的排布方式。综合考虑纹理模拟装置的便携性同时又能满足影像组学对感兴趣区域体积的要求，本发明的纹理模拟装置中将每个模体子模块的尺寸定义为10*10*5cm。每个模体子模块相对的两侧面有用于模块与模块之间相互衔接的装置。模体子模块之间通过插棒连接。模体子模块与模体子模块之间位置可以自由组合，形成不同的组合模体。使得模体具有可变性。模体子模块上面有摆位用“十”字，另外相对的两侧有摆位用“一”字。配合设备内部或者治疗室内的激光灯，提高模型扫描位置的重复性。此外，两侧摆位“一”在模块拼插成型后，能够练成一条直线，用于保证模体拼接的质量。
本发明的所述模体子模块包括模体子模块外壳，所述模体子模块外壳采用ABS-ESD7材料打印而成。所述模体子模块外壳内填充有碎木屑、梧桐木、橡胶、丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物或聚醚酰亚胺树脂中的一种或几种。
本发明的每个模体子模块外壳均采用ABS-ESD7(丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物)材料打印。如图1所示，模体子模块外壳顶部10及底部11厚度10mm，其余侧面12为3mm。每个模体顶部10和底部11预留有四个深度为10mm，直径5mm连接孔13。配合插棒14，实现模体相对位置的自由组合及模体各部分的自由选取组合使用。子模体顶部有摆位用“十”字15，两侧有摆位用“一”字16。配合设备内部或者治疗室内的激光灯，提高模型扫描位置的重复性。此外，两侧摆位“一”在模块拼插成型后，能够练成一条直线，用于保证模体拼接的质量。
每个模体子模块由不同的填充材料组成。考虑到人体各组织和器官的密度变化范围，对于同一种填充材料的模体子模块，本发明还设置了不同密度，便于后期采集分析不同密度范围内的影像特征。根据人体组织的密度及材料的稳定性，为每个模体子模块选择了合适的填充材料。
如图2所示，模体子模块200内部采用碎木屑的填充，作为一种不稳定纹理，能够用于单次扫描的稳定性研究。
如图3所示，模体子模块201内部采用一块质地较为紧密的梧桐木300填充。作为一种自然纹理，300的纹理在一定时期内具有很好的重复性。可以用于多中心、多设备之间的研究。两种木块用于数据的对比。因此201通过四个插棒14与200进行连接。
如图4所示，模体子模块202内部也采用质地与201接近的梧桐木301填充。301的纹理与300类似，不仅能用于寻找重复性好的纹理，通过201和202纹理值的比较，能发现两者之间的差异，用于判断木材本身的性质是否发生变化。
如图5所示，模体子模块203内部采用橡胶填充302填充。302橡胶密度并非均匀，CT成像后会有连续的灰度变化。模仿稳定可重复的纹理。可以用于多中心、多设备、多种扫描参数之间的研究。
如图6所示，模体子模块204内部采用ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物)立体网状填充15％体积的303填充。303内部网状结构较多，密度约为0.156g/cm3，等效人体肺部CT成像的密度。用于评估低密度区域影像特征的稳定性。可用于寻找可重复的纹理。可以用于多中心、多设备、多种扫描参数之间的研究。
如图7所示模体子模块205内部ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物)立体网状填充30％体积的304模块。304的密度约为0.315g/cm3。用于评估低密度区域影像特征的稳定性。可用于寻找可重复的纹理。可以用于多中心、多设备、多种扫描参数之间的研究。
如图8所示，模体子模块206内部ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物)立体网状填充60％体积的305模块。305模块的密度约为0.63g/cm3。用于评估中低密度区域影像特征的稳定性。可用于寻找可重复的纹理。可以用于多中心、多设备、多种扫描参数之间的研究。
如图9所示，模体子模块207内部由ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯聚合物)立体网状填充95％体积的306模块填充。306模块的密度约为1g/cm3，等效人体组织CT成像的密度。用于评估肌肉组织区域影像特征的稳定性。可用于寻找可重复的纹理。可以用于多中心、多设备、多种扫描参数之间的研究。
如图10所示，模体子模块208内部由ULTEM 9085树脂(聚醚酰亚胺)立体网状填充95％体积的方块状307填充。307的密度为1.28-1.3。其密度约为人体骨组织的密度。用于评估骨组织的密度区域影像特征的稳定性。可用于寻找可重复的纹理。可以用于多中心、多设备、多种扫描参数之间的研究。
如图11所示，模体子模块209由ABS+ULTEM 9085树脂组成的填充物310。ABS材料打印的方格308内部镶嵌一个椭圆的ULTEM 9085树脂309。该材料成像以后，用于评估基于形状的影像特征的稳定性。可以用于多中心、多设备，多种扫描参数之间的研究。
如图12所示，模体子模块210由ABS+ULTEM 9085树脂组成的311填充ABS材料打印的312内部镶嵌一个不规则多棱角的ULTEM 9085树脂313。该材料打印以后，用于评估基于形状的影像特征的稳定性。可以用于多中心、多设备，多种扫描参数之间的研究。
如图13所示，模体子模块211是采用使用ABS打印的空盒体。211顶部10为可拆卸的。该盒装部分为空盒状态。给科研人员选择适合自己的研究材料。该盒可以多个叠加。实现本模型的拓展性。
所述纹理模拟装置还包括运动模块212，所述运动模块212与多个所述模体子模块采用插棒连接的方式连接成单行排列的形式。
如图14-15所示，所述运动模块包括滑轨底座401、研究模体402和运动气缸403；所述运动气缸403和所述研究模体402均设置在所述滑轨底座401上，所述运动气缸403的输出端与所述研究模体402连接，用于驱动所述研究模体402在滑轨底座401的滑轨上做往复运动。所述运动模块还包括接近开关406、流量调节阀405和导管404；储气瓶内的气体通过所述流量调节阀405和所述导管404与所述运动气缸403连通，所述接近开关406设置在所述滑轨底座上的运动气缸运动范围的上限位置。所述运动模块还包括运动模块外壳407为透明壳体，所述运动模块外壳407的顶部设置有用于矫正位置的十字线408，所述运动模块外壳的一组相对的两个侧面均设置有用于矫正位置的一字线409；所述运动模块外壳的另外一组相对的两个侧面均设置有四个连接孔410，通过插棒与模体子模块连接。形成一个整体。此外外部通过尼龙高压储气瓶提供气体动力。
本发明的运动模块采用气动驱动。212利用高压气体作为动力。通过高压气体产生的推动力，带动气缸403做往返运动。当使用CT扫描的时候，通过调整接近开关406的位置调节运动幅度。当用在核磁影像时，通过更换不同运动范围的气缸实现不同的运动范围。将配合平台搭载的不同填充物的研究模块实现不同的科研目的。作为第一款影像组学专用的运动平台的，本发明的运动模块的优势有：1，气动的动力输出，避免铁质部件，能够实现MRT扫描。2，能够与模体子模块连接在一起，通过一次扫描即可得到相关的运动图像，节约扫描时间，降低实验成本。3，搭配的配套模型种类丰富，能够实现多种功能。同时，平台支持扫描模型的再拓展，允许科研人员自己搭建合适的科研成像材料。4，运动模块外壳带有摆位用的“十”字，和‘一’字，多次扫描时能够保证准确的扫描位置的一致性。5，运动模块支持速度的可调节，能够实现不同的运动频率及运动幅度。用于研究不同的运动频率及运动幅度对影像特征的影响。
如图16-17所示，所述纹理模拟装置还包括散射配件，多个所述模体子模块设置在所述散射配件的内部。所述散射配件由双“凹”字型等效水材料组成，包括“凹”字型散射材料底部504和“凹”字型散射材料顶部506，“凹”字型散射材料底部504有四个连接孔505，“凹”字型散射材料顶部506也有四个连接孔507两部分通过505和507空搭配插棒14连接。用于研究散射对纹理的影响。
所述纹理模拟装置还包括散射配件，多个所述模体子模块设置在所述散射配件的内部。所述模体外散射配件包括“凹”字型散射材料顶部506和“凹”字型散射材料底部504，所述“凹”字型散射材料顶部506和所述“凹”字型散射材料底部504相互对称，所述“凹”字型散射材料顶部506的厚度为2cm、4cm或6cm，所述“凹”字型散射材料底部504的厚度为2cm、4cm或6cm，所述“凹”字型散射材料顶部506和所述“凹”字型散射材料底部504的厚度不同。
实施例2
本发明还提供一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，所述运动模块包括滑轨底座、研究模体和运动气缸；所述运动气缸和所述研究模体均设置在所述滑轨底座上，所述运动气缸的输出端与所述研究模体连接，用于驱动所述研究模体在滑轨底座的滑轨上做往复运动。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中均采用模体子模块，方便多次重复扫描。通过内置的多种纹理的材料及多种形状、密度的物质，单次扫描即可评估多种影像特征的重复性。
本发明中的模体子模块采用集成式的制造方法，便于携带和移动。能够实现多中心之间医学图像的影像特征值的稳定行研究。
本发明中的模体子模块均采用单层排列的方式，在研究过程中能够最大程度减少散射对影像特征稳定性的影响。
本发明模体子模块配套的散射配件，通过不同厚度的等效水材料，能够评估不同程度散射对影像特征值稳定性的影响。
本发明中气动力的运动模块可以与模体子模块配合使用，也可以单独使用，能够进行CT及MRI影像特征受运动影响的研究。
本发明中的摆位辅助标记能够实现多中心的扫描时位置的标准化，最大限度减少扫描位置差异对影像特征值的影响。
本发明中各模块之间通过插棒自由衔接，并留有可扩展的平台，允许科研人员根据自己需求合理搭配组合及自己增添成像材料。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，其特征在于，所述运动模块包括滑轨底座、研究模体和运动气缸；所述运动气缸和所述研究模体均设置在所述滑轨底座上，所述运动气缸的输出端与所述研究模体连接，所述运动气缸用于驱动所述研究模体在滑轨底座的滑轨上做往复运动。
2.根据权利要求1所述的评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，其特征在于，所述运动模块还包括接近开关、流量调节阀和导管；
储气瓶内的气体通过所述流量调节阀和所述导管与所述运动气缸连通，所述接近开关设置在所述滑轨底座上的运动气缸运动范围的上限位置。
3.根据权利要求2所述的评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，其特征在于，通过调整接近开关的位置调整CT扫描的运动范围。
4.根据权利要求1所述的评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，其特征在于，通过调整运动气缸的运动范围调整核磁影像的运动范围。
5.根据权利要求1所述的评价影像组学纹理特征稳定性的运动模块，其特征在于，所述运动模块还包括运动模块外壳；所述运动模块外壳的顶部设置有用于矫正位置的十字线，所述运动模块外壳的一组相对的两个侧面均设置有用于矫正位置的一字线；所述运动模块外壳的另外一组相对的两个侧面均设置有四个连接孔。
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