CN1294535C - 诊断图像捕捉 - Google Patents
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Abstract
公开一种新型的医疗诊断显像系统、方法和装置。在一个实施例中，将基准图像(48)与图像流(24)中的各图像(42，44，46)相比较，计算反映它们之间相似程度的相似值。如果相似值足够高，就存储图像(42，44，46)以供日后诊断使用。在另一实施例中，从视频流(24)中保存(109-119)α个最匹配帧的运行表。为操作人员显示(121)表中图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于诊断显像的系统、方法和装置。更具体地说，将图像流与诊断对象的基准图像相比较，并存储与基准图像具有一定相似性的图像帧以供诊断医生用于与基准图像进行比较。
背景技术
在各种医疗领域内用显像来诊断和分析。在许多这种应用中，通常包括初始基线或“基准”图像及后续图像的诊断对象(例如牙齿、骨骼、肿瘤或胸腔)的一系列图像描述了特定结构的变化。对基线图像和后面得到的图像之间的相似性和差异进行检查和解释，以帮助诊断或研究。
这些用于诊断的工具的主要差异在于，在相同的照明条件和(尤其是涉及软组织时)对象内结构的位置下，从(至少大致)相同的角度、旋转和变焦/距离中获取基线和后面得到的图像。对于各次图像获取来说，已经采用了刚性框架来试图将摄像机和对象固定在同一相对位置上。然而这种框架通常会使病人感到非常不舒服，还可能产生与基线图像未很好地匹配的图像。与匹配得很好的图像相比，匹配差的图像在诊断和研究方面当然不太有用。
因此，需要一种可获取图像以用于诊断和研究的改进的系统、方法和装置。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于医疗诊断显像的新型显像系统、方法或装置。另一目的是提供一种比一些现有系统更容易使用的医疗诊断显像系统、方法或装置。还有一个目的是提供一种产生具有用于医疗诊断和研究的提高的适用性的时序图像的系统、方法或装置。
本发明的一种形式是独特的医疗诊断显像。
在本发明的另一形式中，将基准图像与图像流中的一系列捕捉图像进行比较。确定基准图像和捕捉图像之间的相似程度，并用它来决定是否存储该捕捉图像以供诊断使用。在此形式的一个实施例中，存储相关程度高于预定程度的所有捕捉图像。在另一实施例中，存储最佳的n个捕捉图像以供诊断使用。在一些实施例中，相似程度由数字、即相似值来表示。在一些实施例中，捕捉图像和基准图像之间的相似性评估是采用模拟技术来完成的，而在其它实施例中相似程度是采用数字技术来确定的。
本发明的另一形式是一种采集图像以供医疗诊断使用的方法，其中将基准图像与图像流中的捕捉图像相比较以确定两种图像之间的相似程度。根据此相似程度来决定保留还是丢弃此捕捉图像。在一些实施例中，在捕捉图像流时，例如在计算机监视器上的并排窗口中一起显示基准图像和图像流。在其它实施例中则在同一窗口中显示基准图像和图像流，其中两种图像中的各行交织在一起。在其它一些实施例中，在捕捉过程中显示基准图像和图像流之间的差异图像。在另一些实施例中，在捕捉过程中将一个图像的影子放在另一个图像上并显示出来。
在本发明的另一种形式中，一种系统包括：数据存储装置(含有诊断对象的基准图像)；显示了诊断对象的捕捉图像的图像流；与数据存储装置相连的处理器，它接收图像流；以及用处理器可执行的编程指令来编码的计算机可读媒体，这些指令用于(1)计算各捕捉图像的相似值；和(2)根据其相似值来确定是否存储该捕捉图像。
本发明提供一种诊断显像系统，包括：诊断对象在第一时间点的基准图像；图像捕捉装置，输出包括多个捕捉图像的图像流，各个捕捉图像显示了在迟于所述第一时间点的时间点的所述诊断对象；与所述图像捕捉装置通信的评估器，所述评估器采用所述基准图像和所述图像流作为输入，并且输出指明所述基准图像和各个所述捕捉图像之间的相似程度的相似性信号；显示所述图像流的至少一部分的显示器；以及图像库，用于自动响应所述相似性信号而存储从所述图像流中选择的一些捕捉图像。
本发明还提供一种诊断显像系统，包括：诊断对象在第一时间点的基准图像；图像捕捉装置，输出包括多个捕捉图像的图像流，各个捕捉图像显示了在迟于所述第一时间点的时间点的所述诊断对象；与所述图像捕捉装置通信的评估器，所述评估器采用所述基准图像和所述图像流作为输入，并且输出指明所述基准图像和各个所述捕捉图像之间的相似程度的相似性信号；以及图像库，用于自动响应所述相似性信号而存储从所述图像流中选择的一些捕捉图像；其中所述相似性信号表示相似值；以及如果与给定的捕捉图像的评估对应的所述相似值超过预定阈值，则所述图像库存储所述给定的捕捉图像。
本发明又一种用于分析图像的系统，包括：包含诊断对象的基准图像的数据存储装置；包括显示所述诊断对象的多个捕捉图像的图像流；与所述数据存储装置通信并接收所述图像流的处理器；以及用编程指令编码并且与所述处理器通信的计算机可读媒体；所述编程指令可由所述处理器执行，从而：计算关于所述多个捕捉图像中每一个的相似值，其中关于特定捕捉图像的相似值反映了所述基准图像和所述特定捕捉图像之间的相似程度；以及根据所述多个捕捉图像中所选图像的相似值来选择和存储那些所选图像。
本发明再提供一种图像分析的方法，包括：接收包括m个显示医疗诊断对象的捕捉图像的图像流；将所述多个捕捉图像中的每一个与所述医疗诊断对象的基准图像进行比较，产生关于所述多个捕捉图像中每一个的比较结果值；根据所述m个捕捉图像中每一个的所述比较结果值来选择和存储所述m个捕捉图像中的n个图像，其中n＜m；以及传送所述n个选定并存储的图像中的至少一个以用于医疗诊断。
本发明还提供一种图像分析的方法，包括：捕捉包括m个显示医疗诊断对象的捕捉图像的图像流；将所述多个捕捉图像中每一个与所述医疗诊断对象的基准图像进行比较，产生关于所述多个捕捉图像中每一个的结果值；根据所述m个捕捉图像中每一个的所述结果值来自动选择和存储所述m个捕捉图像中的n个图像，其中n＜m；同时显示所述基准图像和所述n个选定并存储的图像中的至少一个；以及采用所述基准图像和所述n个选定并存储的图像中的至少一个来诊断病情。
优选地，所述显示包括在所述基准图像上重叠所述n个捕捉图像中的一个。
优选地，所述显示包括显示所述n个捕捉图像之一和所述基准图像之间的差异。
优选地，所述显示包括使所述基准图像和所述n个捕捉图像之一交织。
优选地，所述显示包括显示所述基准图像的n个拷贝，每个拷贝与所述n个捕捉图像中相应的一个并排显示。
优选地，所述比较还包括产生表明所述基准图像和当前捕捉图像之间的相似程度的相似性信号；以及所述选择根据所述相似性信号来进行。
优选地，所述存储包括在所述相似性信号表明与所述基准图像的相似程度处于或超过预定基准程度时、接受所述当前捕捉图像以供存储。
优选地，所述方法还包括：主观地比较所述n个捕捉图像中的至少一个与所述基准图像。
优选地，所述选择和存储包括接收来自操作人员的最优先信号以删除先前选择的图像。
本领域的技术人员可从下述附图和描述中明白其它的实施例、形式、变化、目的、特征和应用。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的诊断显像系统的框图。
图2A和2B是根据本发明一个实施例的自动选择处理的流程图的主要部分。
图3是用于本发明实施例的远程存取存储装置和分析系统的部分框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明原理，下面参照图中所示实施例来描述，并且采用具体的语言来描述此实施例。但是应当理解，本发明的范围并不受此限制；对本发明的相关领域内的技术人员来说，可以设想所示或所述实施例的任何变动或进一步修改以及这里所示本发明原理的任何其它应用。
本发明涉及用于得到医疗诊断图像的系统，其与相同结构的现有图像相比更简单。虽然此描述是针对口腔结构、如牙齿来给出的，然而本发明的原理可以容易地应用于其它医疗诊断情况，例如乳房造影法或内窥镜检查法。
此外，虽然所示实施例采用视频来获取新的图像流，然而本领域的技术人员可以理解，可以采用其它用于获取图像序列的装置(例如固定摄像机或自持帧接收器)，而无须进行过多的实验。
此外，虽然所示实施例和相关描述采用了术语“相关性”来显示两种图像之间相似性的量度(量化为“相关值”)，然而可采用本领域的技术人员已知的任何量度和方法来进行这种比较。术语“相似性”、“相似性计算”和“相似值”在这里指本领域的技术人员在本发明上下文中所使用的可用量度和方法的整个范围。例如，可以采用在美国专利No.5907641、No.5987162和No.5982915(这些专利通过引用结合于本文中，就如它们整体包括在内一样)中所示的各种相关性计算。
通常，操作人员(未示出)使用图1所示的系统20来获取诊断对象30(这里显示为牙齿)的一个或多个新图像，使得新图像从近似相同的角度和方位显示诊断对象30，并且具有与基准图像48相似的照明和放大倍数(和/或到对象30的距离)。操作人员将摄像机22对准诊断对象30的大致方向，摄像机22捕捉诊断对象30的视频流24。视频流24与基准图像48一起显示在监视器51上。操作人员采用此视频反馈来定位和控制摄像机22，使得视频信号的各帧与基准图像48近似。摄像机22输出的视频信号24包括图像帧42、44和46，它们由逻辑和存储单元50来处理。根据与基准图像48的相似程度来选择视频帧42、44和46中的一个或多个并将其存储到存储装置52中。然后采用所选择的帧来进行与诊断对象30有关的诊断或研究。
下面继续参考图1来详细讨论系统20。诊断对象30的视频流24由摄像机22获取，摄像机在此示例中为口腔内部摄像机，例如由SonyElectronics制造和销售的LS1型。当然也可采用其它的型号和制造商，本领域的技术人员可以理解，本发明可容易地应用于不同的医疗诊断场合。
视频流24包括一系列视频帧，这里表示为帧42、44和46。在操作中，医生、护士或技术人员(这里统称为“操作人员”)将摄像机22对准诊断对象30，使得视频流24中的大部分帧42、44和46显示了所有或部分诊断对象30。在操作人员控制摄像机22的位置、变焦、旋转、焦点和其它特性以使新捕捉图像的质量与基准图像匹配时，视频反馈技术(将在下面详细描述)可为他或她提供帮助，从而得到最佳的可能结果。
视频流24从摄像机传送给逻辑和存储单元50，在此示例中为通用计算机。相关器54接收视频流24，并将各帧42、44和46与存储在存储装置52中的基准图像48相比较。给定帧和基准图像48之间的相关程度由数字、即相关值来表示。相关值被传送给处理器56，处理器56如下所述地操作开关58以将与基准图像48最相关的视频帧42、44和46存储在存储装置52中。
视频处理器53从存储装置52中检索基准图像48和从视频帧42、44和46中先前选出的图像，然后采用本领域的技术人员已知的多种技术中的任一种将其显示在监视器51上。例如，所示实施例在3×3图像阵列的中心处显示基准图像(这里显示为基准图像48A)。先前捕捉的图像41、43、45、47显示在阵列的其它单元中，当前图像49显示在突出显示的单元中，如与显示于监视器51上的其它图像41、43、45、47相比在当前图像49周围加粗的边界线所示。在此示例中，从基准图像48A和视频流24的当前视频帧中画出图像49的隔行扫描线。因此，操作人员借助于图像49接收反馈，帮助实现摄像机22的正确定位、定向和控制，从而得到与基准图像48紧密匹配的诊断对象30的新图像49。
在其它实施例中，图像49通过将基准图像48遮在视频流24的当前帧上来形成。在另一些实施例中，操作人员观察图像49(只包括视频流24)，并人工地将其与监视器51上的基准图像48A进行比较，然后根据需要移动和控制摄像机22，从而得到视频流24中的当前视频帧和基准图像48A之间的良好匹配。
在所示实施例中，逻辑和存储单元50的各元件和部件的操作由处理器56根据在包括程序存储器55的计算机可读媒体上编码的编程指令来控制。除摄像机22之外，系统20也可采用其它的输入装置57(例如键盘、指示器、话筒和便携式数据存储单元)来从操作人员接收输入。除监视器51之外，系统20也可采用其它的输出装置59(例如声音合成器和扬声器、打印装置和附加的监视器)来与操作人员交互作用。
下述参考图2A和2B并继续参考图1所示的元件来描述由图1的系统20所实现的选择处理。处理100始于起始点101，采用任何适当的装置来获取或选择诊断对象30的基准图像48(输入框103)。将相关器54初始化(框105)并创建图像(及其相应的相关值)的空表，该表将随着处理100的进行而被填充。此表最好是以表中各视频帧的相关值作为关键字的优先队列实现。
处理100等待使用者启动视频捕捉例程(判定框107)。当用户表示(判定框107中的肯定结果)处理应开始时，从视频流24中抓取一帧(框109)。计算表示所抓取帧和基准图像48之间的相关程度的相关值(框111)。这种计算可采用本领域的技术人员可以想到的任何量度。(在框111内的相关性计算后，处理100通过点A继续进行图2B所示的部分。)
接着确定(判定框113)当前帧的相关值(在框111中计算出)是否好(高)得足以允许保存该帧。在判定框113的一种形式中，将当前帧的相关值与表中最不匹配的帧的相关值相比较。如果当前帧的相关值更高(判定框113的肯定结果)，则保存当前帧，这将参考框115-119来进行讨论。
首先确定(判定框115)是否表中已有最大允许数量的图像。如果是这样(判定框115的肯定结果)，则删除表中的最差图像(框117)。然后(或在判定框115的否定结果之后)将当前帧插入(框119)表中。
在插入(框119)或确定相关值太低而不准备保存图像(判定框113的否定结果)后，更新(121)监视器51上的图像/帧显示，以反映出“最佳”图像的当前列表。处理100检查(判定框123)操作人员是否发出信号表明结束图像获取阶段。如果是这样(判定框123的肯定结果)，处理100在结束点199处结束。如果不是这样(判定框123的否定结果)，处理100继续进行(经点B回到图2A)，并从视频流24中抓取(框109)另一图像。
在本发明中可使用许多其它的显示方案。在一种设置中，在监视器51上显示单个图像；而在其它设置中，同时(并排、按阵列等)或以隔行扫描的形式来显示两个或两个以上图像。在上述任一设置中，所显示的图像可以是基准图像、视频流24、一个或多个先前选择的图像(如图像41、43、45或47)或采用本领域的技术人员可想出的任何装置、设置、格式和技术通过交织各行或重叠上述任一种图像来形成的组合。
在图3所示的另一实施例中(在这里与图1、2A和2B中相似的部件采用相同的标号来表示)，在逻辑和存储单元50(图1)中所示和讨论的处理以及处理100(除图2A和2B中框121的显示外)由独立服务卖方(ISV)201距诊断对象30远程地完成。视频流24和基准图像48从病人所在地203经网络205(如因特网)传送给ISV 201。ISV 201如上文结合图1、2A和2B(具体见图2A和2B中的框111、113、115、117和119)所述从视频流24中选择最佳图像207。然后ISV 201将这些最佳图像207经网络205发回病人所在地203。
可以增添其它的互连、处理器和组网元件，或用它们来代替这里所述的元件。此外，逻辑和存储单元50的所有或一些元件(如相关器54和开关58)可在处理器56执行的软件中实现。
在本发明的一些实施例中，可使用其它输入装置57(见图1)来从操作人员中接收最优先输入。例如，如果操作人员认为“最佳”图像的当前列表中的一幅图像是无法接受的(或者只是比另一图像更不可取)，则与此图像相关的最优先输入信号触发处理器56从要存储的图像的当前列表中删除此图像。本领域的技术人员也可采用其它的操作人员最优先信号，而无须进行过多的实验。
在本发明的各种实施例中，这里所公开的一些或全部部件、结构和任务可由一个或多个通用计算机来完成，例如由Dell、Compaq或IBM制造的计算机。在一些实施例中，这里所公开的一些或全部部件、结构和任务可由一个或多个专用集成电路(ASIC)来完成。此外，在许多实施例中，相关性计算可由一个或多个模拟部件来完成。
对本发明的特定实现来说，可以适当地采用其它的布线、连网和存储结构，这是本领域的技术人员可想到的。
本领域的技术人员会想到的对本公开内容和权利要求的修改可在本发明的范围内进行。虽然上面的公开是结合优选实施例作出的，但是本发明的范围由所附权利要求来定义。
Claims (21)
1.一种诊断显像系统，包括：
诊断对象在第一时间点的基准图像；
图像捕捉装置，输出包括多个捕捉图像的图像流，各个捕捉图像显示了在迟于所述第一时间点的时间点的所述诊断对象；
与所述图像捕捉装置通信的评估器，所述评估器采用所述基准图像和所述图像流作为输入，并且输出指明所述基准图像和各个所述捕捉图像之间的相似程度的相似性信号；
显示所述图像流的至少一部分的显示器；以及
图像库，用于自动响应所述相似性信号而存储从所述图像流中选择的一些捕捉图像。
2.如权利要求1所述的诊断显像系统，其特征在于，所述显示器还呈现所述基准图像。
3.如权利要求2所述的诊断显像系统，其特征在于，所述显示器还呈现存储在所述图像库中的p个所述捕捉图像，其中p至少为1。
4.如权利要求3所述的诊断显像系统，其特征在于，p至少为2。
5.一种诊断显像系统，包括：
诊断对象在第一时间点的基准图像；
图像捕捉装置，输出包括多个捕捉图像的图像流，各个捕捉图像显示了在迟于所述第一时间点的时间点的所述诊断对象；
与所述图像捕捉装置通信的评估器，所述评估器采用所述基准图像和所述图像流作为输入，并且输出指明所述基准图像和各个所述捕捉图像之间的相似程度的相似性信号；以及
图像库，用于自动响应所述相似性信号而存储从所述图像流中选择的一些捕捉图像；
其中所述相似性信号表示相似值；以及
如果与给定的捕捉图像的评估对应的所述相似值超过预定阈值，则所述图像库存储所述给定的捕捉图像。
6.如权利要求1所述的诊断显像系统，其特征在于，所述诊断对象为口腔结构。
7.如权利要求1所述的诊断显像系统，其特征在于，所述图像捕捉装置具有手持的镜头部分。
8.一种图像分析的方法，包括：
捕捉包括m个显示医疗诊断对象的捕捉图像的图像流；
将所述多个捕捉图像中每一个与所述医疗诊断对象的基准图像进行比较，产生关于所述多个捕捉图像中每一个的结果值；
根据所述m个捕捉图像中每一个的所述结果值来自动选择和存储所述m个捕捉图像中的n个图像，其中n＜m；
同时显示所述基准图像和所述n个选定并存储的图像中的至少一个；以及
采用所述基准图像和所述n个选定并存储的图像中的至少一个来诊断病情。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述显示包括在所述基准图像上重叠所述n个捕捉图像中的一个。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述显示包括显示所述n个捕捉图像之一和所述基准图像之间的差异。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述显示包括使所述基准图像和所述n个捕捉图像之一交织。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述显示包括显示所述基准图像的n个拷贝，每个拷贝与所述n个捕捉图像中相应的一个并排显示。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述比较还包括产生表明所述基准图像和当前捕捉图像之间的相似程度的相似性信号；以及
所述选择根据所述相似性信号来进行。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述存储包括在所述相似性信号表明与所述基准图像的相似程度处于或超过预定基准程度时、接受所述当前捕捉图像以供存储。
15.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
主观地比较所述n个捕捉图像中的至少一个与所述基准图像。
16.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述选择和存储包括接收来自操作人员的最优先信号以删除先前选择的图像。
17.一种用于分析图像的系统，包括：
包含诊断对象的基准图像的数据存储装置；
包括显示所述诊断对象的多个捕捉图像的图像流；
与所述数据存储装置通信并接收所述图像流的处理器；以及
用编程指令编码并且与所述处理器通信的计算机可读媒体；所述编程指令可由所述处理器执行，从而：
计算关于所述多个捕捉图像中每一个的相似值，其中关于特定捕捉图像的相似值反映了所述基准图像和所述特定捕捉图像之间的相似程度；以及
根据所述多个捕捉图像中所选图像的相似值来选择和存储那些所选图像。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述编程指令还可由所述处理器执行，从而：
同时显示所述基准图像和一个或多个所存储的图像。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，
所述图像流包括m个捕捉图像；以及
所述编程指令可由所述处理器执行，从而选择和存储n个最佳图像，其中n＜m。
20.一种图像分析的方法，包括：
接收包括m个显示医疗诊断对象的捕捉图像的图像流；
将所述多个捕捉图像中的每一个与所述医疗诊断对象的基准图像进行比较，产生关于所述多个捕捉图像中每一个的比较结果值；
根据所述m个捕捉图像中每一个的所述比较结果值来选择和存储所述m个捕捉图像中的n个图像，其中n＜m；以及
传送所述n个选定并存储的图像中的至少一个以用于医疗诊断。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，
越高的比较结果值表明与所述基准图像的越大相似性；以及
所述选择和存储用以存储具有最高比较结果值的n个图像。
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