CN1819794A - 利用dicom格式的骨骼x－射线图像分析骨骼状况的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于诊断或监测患者骨骼或关节状况的方法和系统，在一站点获取患者骨骼区域的数字化的X－射线图像；将X－射线图像插入到DICOM文件的图像区，该DICOM文件还包括患者数据区；对数字化的X－射线图像运行骨骼分析软件，在该站点或另外站点，以获得关于骨骼或关节状况的数据；以及将获得的数据输入到DICOM文件的患者数据区。可在同一站点或在上述该站点的远程站点访问一个或者两个DICOM区域。另外，分析软件可安装在服务器中并用于分析数字化的X－射线图像，得到数据。所得数据可采用链接或报告文档的方式发送出去。

Description

利用DICOM格式的骨骼X-射线图像分析骨骼状况的方法及系统

本申请要求2003年6月19日递交的美国临时申请第60/480,306号和2004年3月8日递交的美国临时申请第60/551,623号作为优先权，此处将这两个申请包括其附图整合在一起。

技术领域

本发明涉及一种分析骨骼状况的方法和系统，如骨质疏松症或关节炎，该方法和系统采用骨骼分析软件分析符合DICOM标准的图像数据。

背景技术

在诊断和治疗多种骨骼和关节疾病如骨质疏松症或风湿性关节炎时，通常要拍摄患者的X-射线图像，例如患者的骨骼特征，然后直接“阅读”这些图像或者运用软件分析这些图像以获取感兴趣的信息。例如，在诊断或监测骨质疏松症时，可能要有选择地对部分骨骼拍摄X-射线图像，然后运用电脑分析某些图像特征，以确定骨骼体积、骨骼长度、骨骼几何学变化、骨骼强度状况、骨龄、骨皮质厚度以及骨骼中矿物质的量。申请人在其所共有的美国专利第6,246,745号(以下简称745号专利)描述了一种根据患者掌部的X-射线图像确定骨骼中矿物质密度的软件系统，其采用了骨骼分割与轮廓分析之算法(segmentation and contour analysisalgorithms)。在另一例子中，申请人在其所共有的美国专利申请第10/625,444号(以下简称444号申请)中描述了一种能够测量风湿性关节炎程度的软件系统，其依据对患者指或趾关节所进行的分割与轮廓分析之算法，该申请的名称为“鉴定关节畸形的方法、代码与系统”，申请日为2003年7月22日，并要求了2002年7月22日递交的美国临时申请第60/397,943号(以下简称943号申请)作为优先权。申请人在其所共有的美国专利第6,711,282号(以下简称282号专利)中描述了一种对指或趾进行分段的方法作为骨骼分析的一部分，该专利的名称为“对目标骨骼进行自动分段的方法”。本申请结合了本申请人所共有的上述三个专利与专利申请。

一般地，为了直接地阅读和解释X-射线图像，治疗医师会让患者去找放射学家；放射学家既要拍摄X-射线图像，又要解释该图像以获取所需要的骨骼信息，例如骨骼质量(bone mass)和骨骼轮廓的不正常(bonecontour irregularities)。任选地，在用电脑分析系统至少部分地进行了骨骼或关节分析后，可将放射学家准备的X-射线图像送回到治疗医师的电脑站点或其它电脑站点，以便用作电脑分析。

随着患者的图像和信息的每次转移，例如在治疗医师和放射学家之间转移，或在放射学家和电脑分析站点之间转移，可能有相当多的文件材料要转移，而且这种转移也可能在相距较远的站点之间进行，这就需要邮寄这些文件材料。这样的文件转移既增加了时间，又降低了效率，此外还具有丢失的危险，或者不得不在制备与分析X-射线图像时复制关键步骤。

目前，医学图像如X-射线片、CT、MRI、PET或超声波图像，可以利用医学数字图像通讯(Digital Image Communication in Medicine，简称DICOM)系统，从医师那里进行通讯。DICOM系统提供一种协议，其用以格式化并传送医学图像，使得用户如医师们可在许多不同的站点观看和打印医学图像，以及进一步向文件中添加补充的患者信息，包括诊断信息。然而，目前没有一个系统可以在DICOM患者数据文件中，对符合DICOM标准的放射吸收图像(radiographic absorptiometry image)进行电脑分析，以实现检测或诊断骨骼和/或关节状况的目的，以及插入分析中所获得的各种不同类型的骨骼信息，如骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼长度、骨皮质厚度、骨皮质量、轮廓不正常、关节间隙大小以及骨折危险几率等。

因此，有必要提供一种方法和系统，以整合骨骼X一射线照相过程，以便各种成像、分析以及报告过程都能有效地进行，而且没有丢失重要图像或数据信息的危险。

发明内容

一方面，本发明提供了一种用于诊断或监测患者骨骼或关节状况的方法，该方法利用X-射线吸收测量技术并结合符合DICOM标准的系统，其包括：(a)在一站点获取如下数字化的X-射线图像：(i)患者骨骼区域(例如一块骨骼或者骨骼群)以及(ii)用于校准骨骼区域的解剖学特征的参照楔(reference wedge)；(b)将所得到的X-射线图像插入到DICOM文件的图像区，该DICOM文件也包括患者数据区；(c)在该站点或另外站点中，对该数字化的X-射线图像运行骨骼分析软件，以获得关于骨骼或关节状况的数据；以及(d)将步骤(c)获得的数据输入到DICOM文件的患者数据区。一个或者两个DICOM区可在生成DICOM文件的站点处被访问，或者可在上述该站点或另外站点的至少一个远程站点处被访问。

在本发明的一实施方式中，在一站点中如获得数字化的X-射线图像的站点中，创建DICOM文件，并将其发送到第二站点，如治疗医师的站点。一般地，患者信息输入与图像数据的获得都是在原始站点处进行的。在该实施方式中，步骤(a)-(d)可以在原始站点执行，例如放射部门或者诊所。在另一实施方式中，步骤(a)-(b)可在该站点(原始站点)如放射部门处完成，而步骤(c)-(d)可在第二站点处执行，例如，在通过网络或者英特网接收DICOM文件的治疗医师处，此时，数字化的X-射线图像按DICOM格式从原始站点传送到第二站点或是从原始站点获取的。

在另一实施方式中，步骤(a)与(b)在原始站点执行，例如在放射部门，步骤(c)与(d)在分析站点执行；所得到的数据可在原始站点、分析站点或者第三站点(例如医生办公室)处获得。

在又一实施方式中，从(a)到(d)的每个步骤可以被各自的站点分别执行，直要数据或图像可以从一个站点传送到另一个站点或者可以存储在中央服务器并可以从不同站点处进行访问即可。

图像分析使用的软件可以打开DICOM格式的文件，以从DICOM文件的标头(header)中获得患者统计和图像信息，从DICOM的X-射线图像中提取感兴趣区域部分，并在运行软件后获得关于骨骼或关节状况的数据，以及将此类数据插入到DICOM患者数据组中。DICOM文件可以在PACS(Picture Archiving and Communications System)上被存储和/或访问。

为测定或监测患者骨骼中矿物质密度变化，执行步骤(a)获取(i)患者掌部一个或多个手指的数字化的X-射线图像，步骤(c)包括分割至少一个手指中节指骨的X-射线图像，以及在手指指骨的每个片段轮廓的基础上确定骨骼中矿物质密度值。

为测定或监测关节变性疾病如风湿性关节炎患者的骨骼中矿物质密度的变化，执行步骤(a)以获取(i)患者掌部一个或多个手指的数字化的X-射线图像，以及步骤(c)包括：

(i)确定手指中节指骨的至少一个中部区域的左右骨骼轮廓；

(ii)将患者手指中节指骨的中部区域的左右骨骼轮廓与数据库中的标准手指模板进行匹配，以确定与患者手指相匹配的标准手指模板；

(iii)将选定的标准手指模板的中节指骨层叠在患者手指中节指骨的图像上；

(iv)利用手指模板的轮廓确定中节指骨/邻近指骨(MP/PP)关节处的扫描框；

(v)在扫描框内扫描MP/PP关节，在平行于手指的轴线方向上扫描，以产生MP/PP关节处的中节指骨与邻近指骨的相对端的轮廓；

(vi)在扫描框里产生MP/PP骨骼端部轮廓之间的距离的外形；以及

(vii)分析(vi)所得的外形，确定MP/PP关节处的骨质缺失的程度，作为患者关节变性疾病程度或进展的指示。

DICOM文档的患者数据区包括用于标识各种类型患者信息的标签。本发明的方法可进一步包括在患者数据区增加标签，用以输入关于患者骨质疏松症状态的数据，包括以下内容的一个或多个：骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼长度、骨骼几何学变化、骨骼强度、骨龄、骨皮质厚度、骨皮质的量、小梁骨的量、T-分数(T-score)、Z-分数(Z-score)、骨折危险几率以及诊断结论。

另一方面，本发明提供了一种用于诊断或监测患者骨骼或关节状况的系统，该系统包括用于获取患者掌部骨骼区域的X-射线图像的模板，该模板可指引掌部在模板上的放置并指明用于校准骨骼区域解剖学特征的X-射线楔；该系统进一步包括可在一站点电脑上执行的软件。该软件可操作：(a)利用图像和患者信息创建一个新的DICOM格式文件；(b)传送数字形式的X-射线图像到DICOM文件的图像区；(c)对数字化的X-射线图像应用骨骼分析软件，以获取关于骨骼或关节状况的数据；以及(d)允许从步骤(c)输入数据至DICOM文件的患者数据区。在任何阶段时，该文件都可以传送到其它的电脑站点和/或存档站点，在这些站点文件可以被存储并被其他用户访问。

上述的软件可打开DICOM文件、将数字化的X-射线图像从该DICOM文件传输到站点电脑以及在应用软件获得关于骨骼或关节状况的数据后将这些数据从站点电脑传送到DICOM标头中的患者数据文件。该系统可存储和/或访问DICOM文件，其作为图片存档与通讯系统(PACS)上的元件目标模块(COM)。

再一种方面，本发明提供了一种用于分析骨骼状况的电脑系统，该电脑系统包括服务器，其中，该服务器包含骨骼分析软件，并被用户用于：接收包含骨骼图像的文件；利用服务器中的软件分析骨骼图像；以及将分析结果提交给用户。

又一方面，本发明提供了一种利用安装在服务器中的骨骼分析软件分析骨骼状况的方法，该方法包括以下步骤：发送包含骨骼图像的文件到安装有骨骼分析软件的服务器；利用服务器中的骨骼分析软件分析骨骼图像；以及从服务器接收分析结果。

通过结合附图对本发明进行详细描述，可以更加清楚地理解本发明上述的和其它的目的和特征。

附图说明

图1显示了本发明中一种符合DICOM标准的示范系统的各个元件与站点。

图2显示了本发明中用于拍摄患者掌部的X-射线图像的骨骼图像模板，其显示了代表性的骨骼区段。

图3显示了本发明一具体实施方式中确定骨骼中矿物质密度的系统的关键元件和操作。

图4显示了本发明另一具体实施方式中确定关节炎病理进展程度的系统的关键元件和操作。

图5显示了在最终的、保存的DICOM患者记录中的典型数据场。

图6显示了本发明用于建立DICOM格式文件并向其中添加患者数据和图像的关键元件和操作。

图7A和图7B分别是本发明系统软件中输入与输出转换模块执行的操作流程图。

图8显示了本发明系统软件的元件。

图9显示了本发明中另一种符合DICOM标准的示范系统的各个元件与站点。

图10显示了按照本发明在服务器中利用骨骼分析软件的各种示范元件与站点。

具体实施方式

图1显示了一依照本发明构造的系统20中的元件，该系统可用于多站点诊断或监测患者的骨骼或关节状况。该系统包括一个X-射线模板22(后面将参照图2予以描述)以及在一站点电脑上运行的软件，例如用于执行下面将详细描述的各种图像检索(image retrieval)和分析操作的电脑24、26、28。

X-射线模板用于拍摄患者灶位的X-射线图像，一般取掌部部分，特别是一个手掌掌部或一双手掌掌部的三个手指。如下面所阐述的，该模板包括一X-射线校准楔，通过该校准楔可校准感兴趣的患者骨骼区域的解剖特征。模板可以采用不同的模式，例如采用计算的X-射线照片(computedradiograph，CR)板或直接的X-射线照片(direct radiograph，DR)探测器32，以获取适当的数字图像。

下面将详细描述的站点电脑24、26中的软件设计成可把患者的X-射线图像格式化为符合DICOM标准(以下简称DICOM格式)的文件。更具体地，每台站点电脑都被设计成可以检索和查看DICOM格式文件，还可选择进一步设计成具有分析DICOM格式文件的功能，DICOM格式文件既包括DICOM格式的患者X-射线图像的图像数据区，又包括患者数据区，在该患者数据区里输入的是患者信息以及图像分析产生的分析信息。

图1举例说明了用于接收CR或DR模式图像数据以及患者信息的站点电脑24、26。图像与患者信息一起形成了DICOM患者文件，其可以被传送到其他站点，以便进行分析和/或检索与查看。站点电脑软件可以进一步包括分析模块，用以对储存的图像进行多种的图像分析，例如对于患者掌部图像而言，可进行指骨分割(phalange segmentation)、确定骨骼中矿物质密度、和/或关节变性(joint degeneration)分析等。作为可供选择的方案，该系统可能包括该站点或另外的站点电脑，例如站点电脑24、26，其软件被设计成用于建立患者的DICOM文件，而其它的站点电脑，例如电脑28，其包含用来与DICOM格式文件通讯的分析软件，用于从图像文件确定骨骼和/或关节信息，以及用于修改选取的文件以便补充骨骼分析的信息，例如骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼中矿物质密度、骨骼长度、骨皮质厚度、骨皮质的量、小梁骨的量、T-分数、Z-分数、骨折危险几率以及诊断结论。

因此，在站点电脑(例如24、26)创建的患者DICOM文件可能包含或可能不包含从文件图像产生的分析信息。无论哪种情况，图像都可以存储在本地服务器中，在图中以标号32标出，其用于存储图像并将图像传送到其它的站点电脑。在所示的系统中，从本地服务器传送文件以便在一个可普遍访问的存档系统中将文件存档，例如图片存档与通讯系统(简称PACS)，在图中以标号34标出。所述的存档文件允许所有的PACS用户访问该文件，这样就向许多不同站点上的医师提供了普通的文件传送。这一特征表示在该图的右侧，其表示在几个不同站点的医务人员可从他们的站点电脑例如电脑28分别地访问该文件。如上所述，该文件图像可在该站点或另外站点上用于分析的目的，或者若图像分析已经在另一个站点进行，则用于解释和/或患者咨询。在使用之后，该文件可被送回源档案(PACS或原始站点服务器)。

图2显示了本发明中采用的用于产生患者掌部区域X-射线图像的骨骼图像模板(OsteoGram template)36。该模板设有多个导向(guide)，例如导向38，在拍摄X-射线图像时，该导向可以引导患者的食指及邻近三个手指的放置，例如患者手指40。这保证了关键的掌部骨骼构造能够近似地按照希望的方式放置。在图中，每个手指的三个指骨，例如末段、中段以及手指40的邻近的指骨42、44、46，分别地被显示出来，揭示了模板导向与感兴趣的指骨结构之间的关系。特别地，重要指骨结构包括该三个手指中的一根或多根的中节指骨，如指骨42和邻近的指骨，如指骨44。

模板中还包括一个无线电不能穿透的用于校准的校准楔46(calibration wedge)。校准楔46包括一个窄的上端47、以及沿着其一侧开设的多个凹口(notch)49。

模板的校准楔用来调整X-射线设备、曝光设备、胶片类型、以及显影程序之间的差分，以及用于调整数字X-射线模块中采用的预处理信息。具体地，该X-射线图像中的校准楔的尺寸与图像密度可用来校准图像中的骨骼特征的尺寸与图像密度。在骨骼和/或关节分析中校准楔的使用方法的更详细的描述已经在上面提到的745号专利与282号专利中介绍了。如上所述，在骨骼图像模板上取用的患者X-射线图像可以是DR或CR格式，将数字图像改变为适于格式化成DICOM格式的文件格式。

图3揭示了本发明在本地站点电脑上处理患者图像以便确定骨骼中矿物质密度(简称BMD)的系统元件。一个DICOM文件既包含储存在远程服务器站点(remote server site)的数字图像又包含患者信息，例如前面提到的PACS。该文件在标号50处被检索，并被本地站点电脑上的DICOM读取器(reader)52读取。使用DICOM读取器，用户能打开储存的输入图像，在标号56处，以及患者信息文件(标头信息，header information)，在标号54处。标头信息可存放于包含患者信息的数据库57内，例如，一个给定诊所或医院的所有病患的患者信息。

该输入图像可由人工处理或者由自动分析程序处理。在操作方面，输入图像既要在标号58处被转换成设备无关点位图(device-independentbitmap，简称DIB)，其接下来在标号60处显示给用户，又要转换成标签图像文件格式(TIFF)以便进行分析。用户也可以在标号61处人工处理或分析图像，例如，分割图像，或分割患者骨骼，如指骨，或者定义与测量骨骼形状和尺寸，具体地如骨骼轮廓和尺寸。处理过的图像接着被放回DICOM图像文件中，在标号62处，以便返回到该文件的档案来源，在标号64处。

由于只有图像的一部分可作为BMD分析，例如，一个手指中节指骨，这部分可被提取，连同校准楔一起，在标号66处以子图像(subimage)显示。如图所示，该子图像在标号58处转换成DIB图像，用于显示，或者用作标号68处的远程站点电脑的一个程序的图像输入以便自动的确定BMD。

如图所示，程序68包括四个模块，其在前面提到的745号专利和282号专利中详细介绍了。简单地说，图像处理模块70的功能是用于校准骨骼大小和密度(灰度像素值)，使用校准楔来标准化密度与骨骼大小。

分割模块72接着对三个手指分别进行分割并找出每个手指的中心轴线与校准楔，找出每个手指的左右骨骼边缘，从左右骨骼边缘定位关节边缘点以便确定该中节指骨(middle phalange)的上下左右的骨骼轮廓，以及利用该信息形成一个中节指骨轮廓。该模块接下来输出三个中节指骨轮廓与校准楔轮廓以便进行骨骼密度分析。

该轮廓信息在BMD分析模块74中用于确定每根指骨的骨骼中矿物质密度。简单地讲，该模块首先计算校准楔的校准因子，然后把每根指骨分成四个相位(phase)，并为每个相位选择轮廓。该模块接下来计算每根指骨的在每个相位中的骨骼中矿物质的量和骨骼体积，来计算每根指骨的骨骼密度。报告模块(report module)76用于从DICOM文件的患者数据区产生一份包含患者信息的骨骼图像报告，以标号80表示，以及关于以下内容的信息：骨骼中矿物质密度、T分数(表示高于或低于年轻正常成年人的平均BMD的标准偏差)、以及骨骼状态。如图所示，该报告信息可提供至患者信息数据库，在标号82处，而且也可以增加到DICOM文件的患者信息区，在标号80处。修改过的DICOM文件可被传送到DICOM存档站点和/或其它的远程站点，如标号64处。

参照图3，其描述的操作揭示了一种可与本发明系统一起运行的典型的动作分布(distribution of activities)，其中可在一个站点创建患者文件，在同一站点或者一第二站点拍摄数字化的X-射线图像，在另一站点运行图像分析，以及在又一站点进行报告和患者咨询。在图示的具体实施方式中，远程站点电脑设有具有以下功能的整合软件包：(i)能够打开DICOM格式的文件以便检索X-射线图像和患者信息；(ii)能够对检索到的图像进行骨骼分析；(iii)能够输入新的患者信息到患者数据文件中，例如骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼中矿物质密度、T-分数、Z-分数、骨折预测、以及诊断说明；(iv)将修改的文件传送给其它的站点，例如存档站点(archival site)。

可选择地，该软件包也可设计成能够建立一个新的DICOM文件，并将X-射线图像和患者信息输入到对应的两个文件区。也就是，将软件包设计成允许系统的至少一部电脑可以执行创建、使用、以及发送该DCOM格式文件的每个过程。

图4举例说明了本发明的另一种方案，其中DICOM文件在操作中用于确定和监测患者关节病理学特征，例如，变性(degeneration)、关节炎。该图的左边显示的元件和操作，包括检索存储的DICOM文件、以及在一部远程站点电脑上提取图像和患者数据，与图3中的相同标号的元件类似。一部远程站点电脑，例如从DICOM图像区域建构的子图像66被输入到用以自动分析关节状况的电脑程序84，例如，关节变性情况如风湿性关节炎。该程序在前面提到的943号专利申请中详细介绍了。

简单地讲，图像处理和分割模块86的功能是校准数字图像、将每根手指的图像分割成三个指骨并找出每根手指的中心轴线、以及确定每个手指中节指骨的至少一个中部的左右轮廓。一匹配模块(matching module)87用于访问标准手指模板(normal-finger templates)数据库89，以找出与目标手指(subject finger)最匹配的模板。在扫描模块88中，该模板被层叠在患者手指中节指骨的图像上面，用以在中节指骨/邻近指骨(MP/PP)关节确定一扫描框。然后模块88扫描该框，在充分平行于手指的轴线方向上扫描，以产生MP/PP关节处的中节指骨与邻近指骨的相对端(confrontingend)的轮廓。

程序中的第四模块90产生所述扫描框里的MP/PP骨骼端部轮廓之间的距离的外形(profile)，并根据该外形，确定MP/PP关节处的骨质缺失的程度，作为患病程度的指示器或者关节变性病的进展。由报告模块92产生的患者报告，可能包括关节变性程度的信息、关节状况随着时间的变化、以及用于骨质疏松症的T-分数值和Z-分数值。参照图3对该实施方式进行介绍，该报告数据可以增加到患者数据库57、94，同时还增加到患者DICOM文件的患者数据区，如在标号96处。修改的DICOM文件可被传送到DICOM存档站点和/或另外的远程站点，如在标号98处。

参照图3对该实施方式进行介绍，这里描述的操作揭示了可与本发明的系统一起运作的活动(activities)的分布状态，在该实施方式中，用于监测与诊断关节疾病的状况，其中创建文件、拍摄X-射线图像、进行关节状况自动分析、以及医师报告与患者咨询是在两个或者更多个站点进行的，优选的方式是至少一部电脑上配有一个可以在一个单独站点执行上述所有操作的软件包。

因此，如上述两种系统所揭示，其中一个站点可被装备成能够处理所有必需的电脑操作，而其他站点的处理能力可以进行一些限制，例如，仅具有图像查看特权或仅具有增加图像和患者信息的能力。当然，所有的站点，都将具有接收与查看DICOM格式文件的能力。

图5揭示了本发明的一位患者的DICOM格式的文件100。该文件中分别包括标头子文件(header subfile)102、患者人口统计子文件104、诊断结果子文件106。标头子文件包括患者与文件识别信息，例如患者的名字、年龄、住址、咨询医师、以及类似信息。患者人口统计子文件是用于接收患者统计学信息，例如与X-射线图像有关的信息：何时、何地、如何拍摄、由谁拍摄；以及以前的病史，包括咨询或者治疗医师的名字或住址。

如图所示，诊断子文件106包含字段(fields)或标签用于分别指示BMD的T-分数值与Z-分数值、骨折危险几率、骨骼密度、以及医生意见。该程序还可允许用户创建新的标签，例如代表以下信息的标签：骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼长度、骨皮质厚度、骨皮质的量以及小梁骨的量。子文件被设计成以DICOM格式接收文件信息，也就是，程序产生适当的Java脚本命令与JPEG图像以便在文件中输入和储存文件信息及图像，后面将马上进行介绍。

图6揭示了用于在DICOM格式文件中移动(移入或移出)患者数据和图像的程序元件。首先，创建新的DICOM文件，通过一输入转换模块118将原始X-射线图像与患者信息格式的患者信息110转换成DICOM格式并存放在前面提到的DICOM文件的适当子文件中。如上所述，系统软件包括能够产生DICOM命令、Java脚本命令、JPEG图像以便格式化DICOM文件中的患者信息和X-射线图像的转换模块。更具体地，参照后面的图7A，该模块把X-射线图像放入文件的图像信息区内，在标号122处，将患者信息放入DICOM标头内，在标号120处。

程序中的输出转换模块124，参照后面的图7B，该模块包括必需的格式以便从DICOM文件中检索图像和患者信息，并且将这些内容转换成在电脑程序的其中一个中可用的图像和信息文件，例如上述的骨骼或关节分析程序。同样地，通过转换模块118任何新图像或患者信息或诊断信息都能放入现存的DICOM文件内，而且可以通过转换模块124从文件中检索。

图7A是输入转换模块118执行操作的流程框图，即创建并增加患者信息到DICOM格式文件。第一模块126的功能是将患者文件报告与经过处理的图像变成增强型图元文件(enhanced metafile，简称EMF)，依照已知的文件转换方法。该EMF接着被插入标准的DICOM文件中，在标号128处。用户可在标号132处为该标准DICOM文件指定增加新标签，例如骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼中矿物质密度、骨骼长度、骨皮质厚度、骨皮质的量、小梁骨的量、T-分数、Z-分数、和骨折危险几率。通过这些步骤，程序产生一个修改的DICOM文件，如在标号132，其包含患者标头信息、增加的患者信息的新标签、以及任何的图像文件。图7B揭示了模块124执行的读取现存的DICOM文件到用户远程站点电脑(例如，个人电脑(PC))上的操作。来自DICOM文件的图像数据最初读取到电脑存储元件，在标号134处，而且该图像被电脑程序转换成DIB格式并显示在电脑荧屏上，在标号136处。然后用户在屏幕图像上框出一个兴趣区域(region of interest，简称ROI)，在标号138处，该图像可被修剪并转换成TIFF格式，在标号140处。用户可以复制该TIFF文件到剪贴板并粘贴以在电脑存储元件中生成新的子图像，如在标号142处。对该子图像进行分析运算，如在标号144处，以获得希望的骨骼分析信息，如前面参照图3与图4讨论的内容。

图8揭示了在上述各种具体实施方式中描述的系统软件的元件和文件，并且主要是通过虚线框160里面的元件和文件揭示。这些操作和功能由一台远程站点电脑执行。用于创建新的或经过修改的患者DICOM文件162的患者输入由CR或DR系统30提供，并形成一个数据输入站161。可供选择地，可以从PACS或其它的DICOM存档系统34中检索现有的DICOM格式文件。存档的或者新建的DICOM文件被电脑中的转换模块118访问，以格式化图像子文件164与患者信息子文件166的患者图像和信息，如上面参照图7A描述的内容。如上所述，转换模块118个将患者图像和数据信息转换成适于在电脑中处理的格式。例如，164处的图像数据可在170处被处理，在171处对用户显示，例如，选择一个合适的子图像进行图像分析。经过处理的图像也可被储存在172处以包含在一个被修改的DICOM文件中。图中的框180表示一个或多个分析运算法则用以分析从170或171提供的患者图像，以便确定或测定各种骨骼或关节状况，例如BMD或关节变性，如前面参照图3与图4描述的内容。分析结果与转换文件166中的患者信息相结合以产生患者报告，在标号176。最后，该报告像172中经过处理的图像一样可以通过模块124转换成DICOM格式用以修改或者增加到DICOM文件162中。

图9揭示了本发明的另一个符合DICOM标准的示范系统中的不同元件与站点。骨骼分析软件(例如，一图像处理软件、骨骼图像)安装在X-射线设备站点220的CR模式218或DR模式214的工作站204。当一个图像被CR或DR捕获时，其被保存到工作站的存储器内或被格式化成DICOM格式的文件并保存到专门的目录中。软件将对该图像进行分析并产生报告。该报告可立刻在设备220中为患者打印出来或者保存成DICOM格式文件同时将结果插入到该文件的标头中。该文件可通过局域网(LAN)、广域网(WAN)或英特网212传送给不同站点206的医生。如果需要的话医生也可以使用本地打印机打印该报告。

在另外的一个具体实施方式中，软件安装在医生办公室208的一台电脑中。当一个图像在X-射线设备站点222被CR218或DR214捕获时，其以DICOM文件被保存同时患者信息被埋入到该文件的标头中并且该文件直接通过局域网、广域网或英特网212从设备222的工作站210传送到医生的办公室208。在医生的办公室208中接收到该图像之后，软件将用来进行分析并生成一项报告。该报告可以使用本地打印机打印或者为了存档将其保存成DICOM文件。

如上所述，本发明的各种对象和特征都介绍了。该系统可用于各种骨骼诊断和治疗活动，包括开始的患者咨询、准备X-射线图像、为诊断而分析图像、解释输出数据、以及医师会诊和治疗，这些活动可以在同一站点或不同的远程站点实施，可以由多个卫生保健专家在同一站点或不同的站点有效地实施，并且没有丢失重要X-射线图像、患者信息、写入患者记录的诊断结论的风险。进一步地，全部的文件在以后都能容易地被任何医师检索到，为更新患者状况的目的，或者随着时间的推移估计患者状况的变化。

本发明的另一种方案是直接在服务器安装骨骼分析软件，该服务器进行分析并向用户递送分析结果。骨骼分析软件包括骨骼图像软件，该软件包括的内容在前面提到的745号专利、943号专利申请、以及282号专利中介绍了。

如图10所示，一目标物的骨骼数字图像在诊所200或202获得。该图像连同其它的信息一起(例如，目标物的或患者的信息)，被格式化成一个文件(例如，一个DICOM文件)，例如通过已知的医学数字图像通讯系统。该文件通过输入装置190经由有线或无线网路协议发送并保存在服务器188中。该协议的一个例子是图片存档与通讯系统(PACS)。在另外的一个具体实施方式中，文件保存到媒介中(例如，磁盘、存储卡、CD光盘、DVD光盘)并且该媒介被发送给在服务器188位置的用户或者在位置198的用户。然后用户就下载文件到服务器188中并运用安装在服务器188的骨骼分析软件进行分析。

这里使用的或本申请中使用的输入设备可以包括用于接受和处理用户输入信息的多种已知设备中的任意一种，无论人工还是机器，无论本地还是远程。这些输入信息包括骨骼的数字图像、适于格式化成DICOM文件的数字图像、DR模式数字图像、CR模式数字图像、关于目标物的信息其骨骼状况被骨骼分析软件分析。例如，这些输入设备包括：工作站、调制解调器卡、网络接口卡、声卡、键盘、扫描仪、CD读取器/写入器、DVD读取器/写入器、存储卡、闪卡(flash card)、数字转换器设备、或具有已知的多种输入功能中的任何一种的其他类型的控制器。

服务器188，安装有骨骼分析软件，接收和存档文件。服务器188通过自动或手动处理进行数字图像分析并生成代表分析数据的报告。对于自动处理情况，服务器对收到的文件自动地启动电脑辅助分析，若收到的文件包含指令信息(例如，文件标头中的专门的标签)则触发服务器开始分析程序。对于人工处理情况，用户(例如，医生)在办公室区域200可以将文件上传到服务器188，利用服务器188中安装的软件引导骨骼分析，并且获得一个分析结果。对于另一人工情况，服务器向输出设备198发出通知以告知用户(例如，一个放射学家)文件的抵达。分析用户接着可通过任何一种网络协议类型访问该服务器，有线或者无线，以便使用安装在软件188中的软件分析图像。

可供选择地，服务器188不是必须要发出通知。分析用户可例行地或者周期性地访问该服务器188并且分析到达服务器的任何图像或者任何安装的图像。这里或者本申请中使用的输出设备可以包括用于提交信息给用户的多种已知设备中的任意一种控制器，无论人工还是机器，无论本地还是远程。例如这些输出设备包括：调制解调器卡、网络接口卡、声卡、显示设备(显示器或打印机)、传真机、蜂鸣器、移动电话、电脑媒介、磁盘、CD读取器/写入器、DVD读取器/写入器、存储卡、blackberries、掌上电脑、或具有已知的多种输出功能中的任何一种的其他类型的控制器。如果一个显示装置提供可视信息，这种信息一般将被逻辑上和/或物理上地组织成图片元素阵列，有时称作像素。

在执行完分析之后，服务器188生成代表分析结果的报告。该报告也可包括文件中的信息，例如目标物的信息和数字图像。根据服务器中的软件使用情况与在分析图像中参与的用户(例如，放射学家)情况还可以生成清单。服务器188可以传送该关于分析的信息给提交该图像或文件的原始用户。其间，该原始文件、报告、以及清单被保存在服务器的存档系统或数据库中。

在本发明一个具体实施方式中，服务器188可将报告和/或清单打印到办公室或诊所200的一输出设备(例如，打印机、传真机)中。服务器188可将文件格式的报告和/或清单通过一输出设备以电子学方法传送给原始用户。这种情况下，用户接收输出设备(例如，移动电话、电脑终端机、电子邮件文件夹、blackberries以及掌上电脑)中的报告和/或清单。文件可以是任何的格式，如此，JPEG、GIF、EMF、BMP、TIFF、Postscript(附录)、PDF、WORD、以及其它的DICOM文件。

在本发明另一个具体实施方式中，服务器188可向输出设备192或196发出通知、链接、或项目号并且告知用户生成的报告和/或清单。用户可以通过任何一种网络协议类型访问该服务器，有线或者无线，与链接或项目号一起确定该报告/清单，通过网络下载文件格式的报告和/或清单，经由网络协议向另一用户发送链接(例如，保险公司)，或直接在输出设备打印报告/清单。

输出设备192预想地可以与输入设备190在同一个场所。可供选择地，输出设备196可以与输入设备194在不同的场所。报告和/或清单也预想地通过人工邮政服务发送给用户(例如，医师)。

运用安装在服务器中的骨骼分析软件进行分析，用户(例如，医生)就不需要先购买软件。更好的是，在按次计费(pay-per-use)的基础上用户能完全利用软件的每个功能。

报告包含骨骼分析结果和目标物信息，其容易地帮助医生或放射学家诊断骨骼状况或者骨骼状况的素因(predisposition to a bone condition)。该结果包含了所有骨骼状况诊断中熟知的参数，例如骨骼体积、骨骼长度、骨骼几何学变化、骨骼强度，骨龄、骨骼外皮层的厚度、骨骼中矿物质的量、T-分数、Z-分数、以及骨骼中矿物质密度(BMD)。

在服务器中生成的报告简化了在诊所或医生办公室中的费用偿还程序。例如，通常骨骼诊断服务要由保险公司偿还费用。由于分析结果、图像与患者信息、以及有关服务器的使用清单都已经保存在服务器的存档系统中了，用户可以访问该服务器提取这些信息以便填写催询单。另外，报告、清单、以及目标物信息可以简单的定制和重新格式化成自动地与每个保险公司的要求一致的文件。为催款，用户(例如一个医师)可以直接地通过电子学方法发送该文件或该文件的链接给保险公司，或者打印并寄出物质形式上的副本(physical copy)。

前面提到的包含骨骼分析软件的服务器系统可以用于诊断骨骼状况。骨骼状况包括：关节炎疾病(例如，风湿性关节炎、骨关节炎、有传染性的关节炎、骨髓炎)、脊柱侧凸(scoliosis)、骨折、痛风(gout)、骨囊肿(bone cysts)、骨质疏松症、骨胳石化症(osteopetroses)、骨硬化(osteoscleroses)、颅小管发育不正常(craniotubular dysplasias)、颅小管骨肥大(craniotubular hyperostoses)、和硬化性狭窄(sclerosteosis)。另外，骨骼状况包括：骨龄、骨骼体积、骨骼长度、骨骼几何学变化、骨骼强度、骨皮质厚度、以及骨骼中矿物质的量。此外，骨骼状况包括牙齿症状，例如蛀牙、牙齿斑块、牙髓炎、根尖周脓肿、以及牙周病(例如，齿龈炎与牙周炎)。

本发明的方法和系统也可用于诊断伴随着目标物的细胞、组织或器官光密度变化的疾病或症状。材料的光密度与材料原子的惰性趋向(sluggishtendency)有关，在作为新的电磁干扰重发射以前该惰性趋向将电磁波的吸收能维持在震荡电子的形式。材料的光密度与穿过材料的波的速率相反。由于患病的组织或者器官将因为疾病而发生光密度变化，患病的组织或者器官将投射出与正常组织或者器官不同的数字化的X-射线图像。因此，可采用本发明的方法和系统分析该X-射线图像并用于确定疾病的发作、素因(predisposition)、或病期。这里的疾病包括：传染性疾病、心血管障碍(cardiovascular disorders)、肺部障碍、肠胃失调(gastrointestinaldisorders)、肝胆失调(hepatic and biliary disorders)、肌骨骼与结缔组织障碍(musculoskeletal and connective tissue disorders)、神经障碍(neurologicdisorders)、眼科障碍、皮肤病、牙齿与口腔障碍(例如，齿龈炎和牙周炎)、组织或器官创伤、以及肿瘤(例如，良性瘤与癌症)。

电脑和服务器。希望的目标是骨骼分析可以通过电脑或者服务器系统的使用而自动地进行处理，或者再加上与本发明一致的服务器、输入设备与输出设备的参与。

本发明的电脑系统(例如，服务器系统)是指一电脑或一电脑可读媒介其被设计并配置成可以运行这里所揭示的部分或者所有方法。这里使用的电脑(例如，服务器)可以是各种类型的多用途电脑中的任何一种，例如：个人电脑、网络服务器、工作站、或今后将发展出的其他电脑平台。作为本领域熟知的技术，电脑一般包括以下的部分元件或者全部元件，例如，处理器、操作系统、电脑存储器、输入设备、以及输出设备。电脑还可进一步包括其它的元件，例如高速缓冲存储器、数据备份单元、以及许多其他设备。本领域的技术人员都知道电脑元件具有很多种可能的配置方式。

这里采用的处理器可以包括一个或多个微处理器、现场可编程序存储器(field programmable logic arrays)、或者一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuit)。示范处理器包括但不限制于：Intel公司的Pentium系列处理器、Sun微系统(Microsystems)的SPARC处理器、Motorola公司的PowerPC处理器、MIPS技术公司的MIPs处理器、Xilinx公司的处理器、现场可编程序存储器的最高端系列、以及今后将可能发展出的其它处理器。

这里使用的操作系统包括机器代码，其一旦被处理器执行，就将调整和运行电脑中其它元件的功能并帮助处理器执行多种电脑程序的功能。电脑程序可以是采用各种程序语言编写的。除了管理电脑其他元件之间的数据流外，操作系统还提供工作调度(scheduling)、输入输出控制、文件和数据管理、存储管理、以及通讯控制与相关服务，这些都是已知的技术。示范的操作系统包括，例如，微软公司的Windows操作系统、可从很多供应商那里获得的Unix或Linux类型操作系统、其它的或者未来的操作系统、以及上述操作系统的组合。

这里使用的电脑存储器可以是各种已知的或将来出现的记忆存储设备中的任何一种。示例包括任何通用的可获得的随机存取存储器(RAM)、磁介质如固定硬盘或磁带、光学介质如读写光盘、或其它的记忆存储设备。记忆存储设备可以是各种已知的或未来设备中的任何一种，包括光盘驱动器、磁带驱动器、可移动硬盘驱动器或软盘驱动器。这些记忆存储设备一般地为可读取电脑程序存储介质，和/或可写入电脑程序存储介质，这里的电脑程序存储介质包括：光盘、磁带、移动硬盘或软盘。任何一种上述的电脑程序存储介质，或者其它或将来发展出来的电脑程序存储介质，都被考虑作为电脑程序产品。可以理解，这些电脑程序产品一般存储电脑软件程序和/或数据。电脑软件程序一般被存储在系统存储器和/或记忆存储设备中。

对于熟悉本领域的技术人员来说，很明显地本发明的电脑软件程序可以通过安装(采用输入设备安装)到系统存储器和/或记忆存储设备的方式运行。另一方面，全部或部分的软件程序也可以存储在只读存储器或类似的记忆存储设备中，这些设备不需要首先使用输入设备将软件程序装入该设备中。熟悉本领域的技术人员都知道软件程序或它的一部分可以采用已知的技术由处理器载入到系统存储器和/或者高速缓冲存储器，以便运行并用于分析骨骼状况。

在发明的一种具体实施方式中，骨骼分析软件被储存在电脑服务器，其连接到一用户终端，通过数据线、无线连接、或者网络系统连接到一输入或输出设备。作为本领域已知的技术，网络系统包括硬件和软件用以在电脑或设备之间实现电子学的通讯。网络系统的示例可包括：英特网、以太网(Ethernet)10/1000、IEEE802.11x、IEEE1394、xDSL、Bluetooth、3G、PACS、或任何其它的ANSI许可的标准。

虽然本发明是参照具体实施方式和应用进行描述的，但可以理解，在不偏离本发明精神的情况下，完全可以做出各种改变和改进。

Claims (24)

1、一种用于诊断或监测患者骨骼或关节状况的方法，该方法包括：

(a)获取如下数字化的X-射线图像：(i)患者骨骼区域；以及(ii)用于校准该骨骼区域的解剖学特征的参照楔；

(b)将所述的X-射线图像输入到DICOM文件的图像区，该DICOM文件还包括患者数据区；

(c)对所述的数字化的X-射线图像运行骨骼分析软件，以获得关于骨骼或关节状况的数据；以及

(d)将步骤(c)获得的数据输入到DICOM文件的患者数据区。

2、如权利要求1所述的方法，其包括：在第一站点创建DICOM文件；在该第一站点的患者数据区增加患者信息；以及发送所述文件到第二站点，在该第二站点处对所述的数字化的X-射线图像进行分析。

3、如权利要求2所述的方法，其中，步骤(c)-(d)在该第二站点执行。

4、如权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)与(b)在第一站点执行，步骤(c)与(d)在第二站点执行。

5、如权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)-(d)在同一站点执行。

6、如权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括：传送DICOM格式文件中的数字化的X-射线图像到一站点电脑，并在该站点电脑运用所述软件，获得关于骨骼或关节状况的数据；以及步骤(d)包括：从该站点电脑将这些数据传送到DICOM患者数据文件。

7、如权利要求6所述的方法，其中，所述站点电脑中的软件可操作打开DICOM文件、将DICOM文件中数字化的X-射线图像输入到该站点电脑、以及在运行所述软件得到关于骨骼或关节状况的数据后将这些数据从该站点电脑传送到DICOM患者数据文件。

8、如权利要求7所述的方法，其中，所述DICOM各区在图片存档与通讯系统(PACS)上作为元件对象模块(COM)被访问。

9、如权利要求1所述的方法，其测定或监测患者骨骼中矿物质的密度变化，其中，执行步骤(a)获取(i)患者掌部一个或多个手指的数字化的X-射线图像；以及步骤(c)包括：分割所述X-射线图像中至少一个手指的中节指骨，并在所述手指指骨的每个片段轮廓的基础上，确定骨骼中矿物质的密度值。

10、如权利要求1所述的方法，其根据患者骨骼中矿物质的密度变化，测定或监测关节变性疾病如风湿性关节炎和骨质疏松的进展情况，其中，执行步骤(a)获取(i)患者掌部一个或多个手指的数字化的X-射线图像；以及步骤(c)包括：

(i)确定手指中节指骨的至少一个中部区域的左右骨骼轮廓；

(ii)将所述的患者手指中节指骨的中部区域的左右骨骼轮廓与标准手指模板进行匹配，以确定与所述患者手指相匹配的标准手指模板；

(iii)将该标准手指模板的中节指骨层叠在所述患者手指中节指骨的图像上；

(iv)利用所述手指模板的轮廓确定中节指骨/邻近指骨(MP/PP)关节处的扫描框；

(v)在该扫描框内扫描该MP/PP关节，在基本上平行于所述手指的轴线方向上扫描，以在所述MP/PP关节处产生中节指骨与邻近指骨的相对端轮廓；

(vi)在所述扫描框里产生所述MP/PP骨骼端部轮廓之间距离的外形；以及

(vii)分析(vi)所得的外形，确定所述MP/PP关节处的骨质缺失的程度，作为患者关节变性疾病程度或其进展的指示。

11、如权利要求1所述的方法，其中，所述患者数据区包括用于标识各类患者信息的标签，该方法进一步包括在该患者数据区增加标签，用于输入与患者骨质疏松状态有关的数据，包括以下一组信息中的一个或多个：骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼长度、骨骼几何学变化、骨龄、骨骼强度、骨皮质厚度、骨皮质的量、小梁骨的量、T-分数、Z-分数、骨折危险几率以及诊断结论。

12、一种用于诊断或监测患者骨骼或关节状况的系统，该系统包括：

(1)用于获取患者掌部骨骼区域的X-射线图像的模板，该模板可指引掌部在模板上的放置，并在该模板上指引用于校准患者掌部的X-射线图像中骨骼区域解剖学特征的X-射线楔；以及

(2)在一站点电脑上执行的软件，该软件可操作：(a)将数字形式的所述X-射线图像传送到或传送出DICOM文件的图像区，该DICOM文件也包括患者数据区；(b)对所述数字化的X-射线图像应用骨骼分析软件，得到关于骨骼或关节状况的数据；以及(c)允许从步骤(b)输入数据至所述DICOM文件的患者数据区。

13、如权利要求12所述的系统，其测定或监测患者骨骼中矿物质的密度变化，其中，所述模板用于获取(i)患者一个掌部的一个或多个手指的数字化的X-射线图像；步骤(b)包括：分割所述X-射线图像中至少一个手指的中节指骨，以及在所述手指指骨的每个片段轮廓的基础上确定骨骼中矿物质的密度值。

14、如权利要求12所述的系统，其根据患者骨骼中矿物质的密度变化，测定或监测关节变性疾病如风湿性关节炎和骨质疏松的进展情况，其中，所述模板用于获取(i)患者一个掌部的一个或多个手指的数字化的X-射线图像；步骤(b)包括：

(i)确定手指中节指骨的至少一个中部区域的左右骨骼轮廓；

(ii)将所述的患者手指中节指骨的中部区域的左右骨骼轮廓与标准手指模板进行匹配，以确定与所述患者手指相匹配的标准手指模板；

(iii)将该标准手指模板的中节指骨层叠在所述患者手指中节指骨的图像上；

(iv)利用所述手指模板的轮廓确定中节指骨/邻近指骨(MP/PP)关节处的扫描框；

(v)在该扫描框内扫描该MP/PP关节，在基本上平行于所述手指的轴线方向上扫描，以在所述MP/PP关节处产生中节指骨与邻近指骨的相对端轮廓；

(vi)在所述扫描框里产生所述MP/PP骨骼端部轮廓之间距离的外形；以及

(vii)分析(vi)所得的外形，确定所述MP/PP关节处的骨质缺失的程度，作为患者关节变性疾病程度或其进展的指示。

15、如权利要求12所述的系统，其中，所述的软件可操作打开DICOM文件、将DICOM文件中数字化的X-射线图像输入到该站点电脑、以及在运行所述软件得到关于骨骼或关节状况的数据后将这些数据从该站点电脑传送到DICOM患者数据文件。

16、如权利要求15所述的系统，其中，所述的软件可操作访问在图片存档与通讯系统(PACS)上作为COM的DICOM文件。

17、一种用于分析骨骼状况的电脑系统，其包括服务器，其中，该服务器包含骨骼分析软件，其被用户用于：

(i)接收包含骨骼图像的文件；

(ii)利用服务器中的软件分析骨骼图像；以及

(iii)向用户提交分析结果。

18、如权利要求17所述的电脑系统，其中，所述分析结果包括报告。

19、如权利要求17所述的电脑系统，其中，所述的骨骼状况选自于如下一组：骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼长度、骨骼几何学变化、骨龄、骨骼强度、骨皮质厚度、骨皮质的量、小梁骨的量、T-分数、Z-分数、关节炎疾病、脊柱侧凸、骨折、痛风、骨囊肿、骨质疏松症、骨石化症、骨硬化、颅小管发育不正常、颅小管骨肥大以及硬化性狭窄。

20、如权利要求17所述的电脑系统，其中，所述骨骼分析软件为骨骼图像(OsteoGram)软件。

21、一种利用安装在服务器中的骨骼分析软件分析骨骼状况的方法，该方法包括以下步骤：

(i)发送包含骨骼图像的文件到安装有骨骼分析软件的服务器；

(ii)利用该服务器中的骨骼分析软件分析骨骼图像；以及

(iii)接收该服务器的分析结果。

22、如权利要求21所述的方法，其中，所述的分析结果包括报告。

23、如权利要求21所述的方法，其中，所述的骨骼状况选自于如下一组：骨骼中矿物质的量、骨骼体积、骨骼长度、骨骼几何学变化、骨龄、骨骼强度、骨皮质厚度、骨皮质的量、小梁骨的量、T-分数、Z-分数、关节炎疾病、脊柱侧凸、骨折、痛风、骨囊肿、骨质疏松症、骨石化症、骨硬化、颅小管发育不正常、颅小管骨肥大以及硬化性狭窄。

24、如权利要求21所述的方法，其中，所述的骨骼分析软件为骨骼图像软件。

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