CN100543778C

CN100543778C - 子体积的虚拟网格对准

Info

Publication number: CN100543778C
Application number: CNB2005800363220A
Authority: CN
Inventors: S·拉卡雷; L·博戈尼
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Ag
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2009-09-23
Anticipated expiration: 2025-10-24
Also published as: CN101048804A

Abstract

用于为特征提取而对准子体积的方法包括：接收数据体积，提供子体积的多个参数(401)，并根据多个参数确定两个或更多个子体积中的每一个子体积的起始点(402)。该方法还包括确定这两个或更多个子体积的未对准量，移动每个子体积的起始点以将这些起始点与虚拟体积的网格对准(403)，以及确定已经被对准的两个或更多个子体积中的特征(407)。

Description

子体积的虚拟网格对准

本申请要求2004年10月22日提交的序列号为No.60/621,198的美国临时申请的优先权，该申请在此整体被引入作为参考。

技术领域

本发明涉及图像分析，并且尤其涉及用于体积采样的系统和方法。

背景技术

通常对子体积、而不是对整个数据体积进行数据处理以确定特征值或产生信数据，例如，三维计算机断层摄影(CT)扫描。通常，以这样的方式从原始体积中提取子体积，使得子体积的采样频率与原始体积的采样频率不匹配。例如，一些算法可能需要子体积各向同性，而原始体积可能不是各向同性的或者在不同的分辨率下各向同性。在这种情况下，通过以给定的采样频率对原始体积进行采样来从原始体积中提取子体积。由于该采样，原始体积中的体素与子体积中的体素不具有一一对应性。

当从原始体积中提取多个子体积时，子体积通常重叠。图1示出一个重叠实例。原始体积被示出为边界101。从该体积中提取两个子体积102和103。假设处理子体积的算法正在提取感兴趣区域(ROI)104上的特征。该感兴趣区域104对于两个重叠的子体积102和103来说可以是共有的，如图1中所示。理想地，如果两个或更多个子体积在其内部包括ROI的相同部分，则两个或更多个子体积的确定的特征值应当相同。类似地，当对子体积内部的ROI的相同部分进行显像时，它们应看起来相同。

实际上，对两个子体积所计算的特征值可能不同，并且两个子体积的显像可能看起来不同。该差异的原因如下。当提取了第一子体积时，原始体积被采样以获取子体积的所希望的采样频率。当提取了第二子体积时，重复采样过程。通过观察原始体积内部的两个子体积的样本位置，能够确定两个子体积的样本位置在它们重叠的区域中不匹配。例如，参见图2，其中第一和第二子体积202和203的样本位置分别是等距的，但是不匹配。作为结果，两个子体积的共有区域中的体素值不同。体素值的这种差异导致所确定的特征值的差异。

图2示出两个重叠的子体积的样本位置。线201表示原始样本的位置，线202表示第一子体积的样本位置，而线203表示第二子体积的样本位置。能够观察到，两个子体积202和203的样本位置不匹配。这导致特征值对于两个子体积来说是不同的。

因此，需要一种用于使多个子体积的采样同步的系统和方法，其中在子体积重叠的区域中样本位置相同。

发明内容

根据本公开内容的实施例，一种用于为了特征提取而对准子体积的计算机实施方法包括：接收数据体积、提供子体积的多个参数，以及根据多个参数确定两个或更多个子体积中的每一个子体积的起始点。该方法还包括确定两个或更多个子体积的未对准量，移动每个子体积的起始点以使这些起始点与虚拟体积的网格对准，并且确定已经被对准的两个或更多个子体积中的特征。

提供多个参数包括选择两个或更多个子体积中的每一个子体积的中心点，选择这两个或更多个子体积的尺寸和形状，以及选择这两个或更多个子体积中的体素之间的间距。该方法还包括将体素间距转换成体积单位。该方法包括在提取特征之前利用起始点和体积单位形式的体素间距从体积中提取两个或更多个子体积。

根据中心点、子体积和体素间距来执行确定这两个或更多个子体积的起始点。

相对于虚拟体积的网格确定未对准量，其中虚拟体积网格的间距是子体积的体素之间的间距，并且虚拟体积的网格的原点与世界坐标系(world coordinate system)的原点相符。

该方法包括将所移动的起始点转换成体积坐标，其中每个子体积的(0，0，0)位置作为原点。这两个或更多个子体积可以具有不同的分辨率，并且数据体积可以包括代表不同模态的两个或更多个数据体积。

仅相对于子体积的一个或两个轴执行移动起始点。子体积可以是二维的并且在二维子体积上确定显像以及特征。在三维或更多维上确定起始点的对准。在多维体积的情况下，该方法包括选择一维或多维，其中在选定维上确定起始点的对准。在多模态体积的情况下，应用起始点的对准以跨越已经被预先记录的不同模态。

根据本公开内容的实施例，一种程序存储设备被设置为机器可读，切实地包含可由该机器执行的指令程序，以执行用于为了特征提取而对准子体积的方法步骤。该方法步骤包括：接收数据体积，提供子体积的多个参数，以及根据多个参数确定两个或更多个子体积中的每一个子体积的起始点。该方法还包括：确定这两个或更多个子体积的未对准量，移动每个子体积的起始点以将这些起始点与虚拟体积的网格对准，以及确定已经被对准的两个或更多个子体积中的特征。

根据本公开内容的实施例，一种用于为了显像而对准子体积的计算机实施方法包括：接收数据体积，提供子体积的多个参数，并且根据多个参数确定两个或更多个子体积中的每一个子体积的起始点。该方法包括：确定这两个或更多个子体积的未对准量，移动每个子体积的起始点以将这些起始点与虚拟体积的网格对准，并且显示具有被对准的起始点的子体积，其中每个子体积中的感兴趣区域具有相同的体素值。

提供多个参数包括：选择两个或更多个子体积中的每一个子体积的中心点，选择这两个或更多个子体积的尺寸和形状，以及选择这两个或更多个子体积中的体素之间的间距。该方法包括将体素间距转换成体积单位。该方法包括在显示子体积之前利用起始点和体积单位形式的体素间距从体积中提取两个或更多个子体积。

根据本公开内容的实施例，一种程序存储设备被设置为机器可读，切实地包含可由机器执行的指令程序以执行用于为了显像而对准子体积的方法步骤。用于为了显像而对准子体积的方法包括：接收数据体积，提供子体积的多个参数，以及根据多个参数确定两个或更多个子体积中的每一个子体积的起始点。该方法包括：确定两个或更多个子体积的未对准量，移动每个子体积的起始点以将这些起始点与虚拟体积的网格对准，以及显示具有被对准的起始点的子体积，其中每个子体积中的感兴趣区域具有相同的体素值。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例：

图1是示出从体积中提取的重叠的子体积的图示；

图2是两个重叠的子体积的样本位置的图示；

图3是根据本公开内容的实施例的、在虚拟网格上的输入体积的图示；

图4是根据本公开内容的实施例的、在两个子体积重叠的区域中相同的子体积样本位置的图示；

图5是根据本公开内容的实施例的方法的流程图；以及

图6是根据本公开内容的实施例的系统的框图。

具体实施方式

根据本公开内容的实施例，用于提取具有为多个具有重叠区域的子体积确定的基本上相同的特征值的子体积的系统和方法假设重叠区域覆盖整个感兴趣区域(ROI)、例如结节，其中正在该感兴趣区域上确定特征。该系统和方法使多个子体积的采样同步，其中在子体积重叠的区域中样本位置基本上相同。

参考图3，通过在虚拟网格303上对原始输入体积32进行采样而创建了虚拟体积301。虚拟网格303的原点(0，0，0)与世界坐标系304的原点相符。此外，网格间距基本上与子体积的所需网格间距相同。从虚拟体积301中提取所需子体积。由于没有进一步对虚拟体积301进行采样，所以子体积重叠的区域中的体素基本上相同。

不需要创建虚拟体积，以便节省存储器资源。能够从原始体积中直接提取与虚拟体积网格对准的所需子体积。如果确定有足够的存储器可用，那么能够创建虚拟体积并且能够从虚拟体积中提取子体积。通过使用不对整个原始体积进行重新采样的虚拟体积，根据本公开内容的实施例的方法允许用于子体积的高采样频率。这能够提高处理子体积的效率和精度。

参考图4，包括数据体积和定义要提取的子体积的多个参数的输入被提供401。这些参数包括例如以坐标表示的、世界坐标系中的中心点(C_W)、所需子体积尺寸(D_W)、以及子体积的体素间距(VS_W)。这些参数可以由用户提供或者可以被预先确定。利用中心点、子体积尺寸和体素间距，确定世界坐标系中的子体积S_W的起始点402：

S_W＝C_W-D_W＊VS_W

子体积的起始点被移动以将其与虚拟体积的网格对准403，例如，如下表示：

Δ＝S_W mod VS_W

如果(Δ>VS_W/2)

S_W＝S_W+(VS_W-Δ)

否则

S_W＝S_W-VS_W

所述确定将子体积的起始点与虚拟体积的网格对准。虚拟体积网格的间距VS_W与所需子体积的网格间距相同。Δ是子体积相对于虚拟体积网格的未对准量。为了减小起始点的移动量，将Δ与(VS_W/2)进行比较。这限制从原始起始点到+/-VS_W/2的移动。

起始点被转换为体积坐标404，其中原始体积的(0，0，0)位置作为原点。

所需体素间距从毫米被转换为原始体积单位405。

利用在模块404和405中所确定的起始点和体积单位形式的体素间距，从原始体积中提取子体积406。利用所提取的(例如对准的)子体积可以在数据体积上确定特征。

图5是示出在两个子体积重叠的区域中子体积的样本位置相同的图示。为简单起见，仅示出了垂直采样线。在图5中，根据本公开内容基于图2中所示的情况示出了结果。能够观察到，两个子体积202和203的原始体积中的样本位置相同。作为结果，重叠区域中的体素在共用该区域的子体积之间相同。

给定对准的子体积，对于子体积来说在共用的ROI 104上所确定的任何特征都将相同。这种特征不变性取决于ROI的位置并且基于这样的假设，即不在共用的ROI内的体素并不有助于特征计算和值，并且在子体积之间共用整个ROI。

应当理解的是，本发明可以以硬件、软件、固件、专用处理机或它们的组合的各种形式来实施。在一个实施例中，本发明可以以软件被实施为切实包含在程序存储设备上的应用程序。该应用程序可以被上载到包括任何合适结构的机器上并且由该机器执行。

参考图6，根据本公开内容的实施例，用于执行用于使多个子体积的采样同步的方法的计算机系统601尤其包括中央处理单元(CPU)602、存储器603和输入/输出(I/O)接口604。该计算机系统601通常通过I/O接口604耦合到显示器605和诸如鼠标和键盘的各种输入设备606上。该显示器605能够显示虚拟体积和所记录的图像的视图。辅助电路可以包括诸如高速缓冲存储器、电源、时钟电路和通信总线。存储器603可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁盘驱动器、磁带驱动器等等或者它们的组合。本发明能够被实施为程序607，其被存储在存储器603中并且由CPU 602执行以处理来自信号源608的信号。同样，计算机系统601是通用计算机系统，当执行本发明的程序607时，该计算机系统成为专用计算机系统。

计算机平台601还包括操作系统和微指令代码。在此所描述的各种方法和功能可以是微指令代码的一部分或者是经由操作系统执行的应用程序的一部分(或者它们的组合)。另外，各种其它外围设备、诸如附加数据存储设备和打印设备可以被连接到该计算机平台上。

应进一步理解的是，由于一些在附图中所描绘的构成系统的部件和方法步骤可以以软件来实施，所以系统部件(或者方法步骤)之间的实际连接可以根据本发明被编程的方式而不同。给定在此所提供的本发明的教导，相关领域的普通技术人员将能够设想到本发明的这些和相似实施方案或配置。

在此所描述的系统和方法较好地适合于宽范围的应用，例如，处理子体积以便确定特征的应用。其它实例应用包括用于人体内各种器官的计算机辅助诊断(CAD)应用。

在此所描述的系统和方法已经在两种应用中被实施：结肠病变的测量；以及结肠CAD中的特征检测。

在结肠病变的测量中，用户选择单击点，该单击点用作用于子体积提取的中心点。处理该子体积并且自动检测子体积中的病变。在检测到病变时，测量病变的尺寸并向用户报告。由于用户能够自由点击病变周围的任何地方，所以输入到该应用中的单击点变化。作为结果，多个单击点产生多个子体积。根据本公开内容的实施例，多个子体积将各自返回病变的相同测量。

相似地，对于结肠CAD来说，对结肠内的不同候选位置提取子体积。针对每个子体积，确定特征。根据本公开内容的实施例，所确定的特征值不随着候选位置的细微改变而改变。这导致更稳健的特征值。

可以使用不同的模态来对准已经被确定的子体积：CT、磁共振(MR)、超声、单光子发射型CT(SPECT)以及正电子发射断层摄影(PET)。可以实施对准的子体积，以提取具有基本上相同的特征值的特征，例如从而在肿瘤检测方法中减少假阳性或者提高特征检测方法的精度。根据本公开内容的实施例，可以实施对准的子体积以用于分割和处理各种类型的、例如具有不同分辨率的数据。

已经描述了用于使多个子体积的采样同步的系统和方法的实施例，应当注意到，本领域技术人员根据教导能够进行修改和变化。因而应理解的是，在所公开的本发明的特殊实施例中可以进行改变，所述实施例在如由所附的权利要求所定义的本发明的范围和精神之内。因而已经详细地和尤其根据专利法的要求描述了本发明，要求和希望得到专利证书保护的内容在所附的权利要求中被阐明。

Claims

1.一种用于为了特征提取而对准子体积的计算机实施方法，包括：

接收数据体积；

提供子体积的多个参数；

根据所述多个参数确定两个或更多个子体积中的每一个子体积的起始点；

确定所述两个或更多个子体积的未对准量；

移动每个子体积的起始点以将这些起始点与虚拟体积的网格对准；以及

确定已经被对准的两个或更多个子体积中的特征。

2.根据权利要求1的计算机实施方法，其中提供多个参数包括：

选择两个或更多个子体积中的每一个子体积的中心点；

选择所述两个或更多个子体积的尺寸和形状；以及

选择所述两个或更多个子体积中的体素之间的间距。

3.根据权利要求2的计算机实施方法，还包括将体素间距转换成体积单位。

4.根据权利要求3的计算机实施方法，还包括在提取特征之前利用所述起始点和体积单位形式的体素间距从体积中提取两个或更多个子体积。

5.根据权利要求2的计算机实施方法，其中，根据中心点、子体积和体素间距，执行两个或更多个子体积中的每一个子体积的起始点的确定。

6.根据权利要求1的计算机实施方法，其中，相对于虚拟体积的网格确定未对准量，其中虚拟体积网格的间距是子体积的体素之间的间距，并且虚拟体积的网格的原点与世界坐标系的原点相符。

7.根据权利要求1的计算机实施方法，还包括将所移动的起始点转换成体积坐标，其中每个子体积的(0，0，0)位置作为原点。

8.根据权利要求1的计算机实施方法，其中，所述两个或更多个子体积具有不同的分辨率。

9.根据权利要求1的计算机实施方法，其中，所述数据体积包括代表不同模态的两个或更多个数据体积。

10.根据权利要求1的计算机实施方法，其中，仅相对于子体积的一个或两个轴执行起始点的移动。

11.根据权利要求1的计算机实施方法，其中，所述子体积是二维的。

12.根据权利要求11的计算机实施方法，其中，在二维子体积上确定特征。

13.根据权利要求1的计算机实施方法，其中，在三维或更多维上确定起始点的对准。

14.根据权利要求1的计算机实施方法，还包括选择一维或多维，其中在选定维上确定起始点的对准。

15.根据权利要求1的计算机实施方法，其中应用起始点的对准，以跨越已经预先记录的不同模态。

16.一种用于为了显像而对准子体积的计算机实施方法，包括：

接收数据体积；

提供子体积的多个参数；

确定所述两个或更多个子体积的未对准量；

显示具有被对准的起始点的子体积，其中每个子体积中的感兴趣区域具有相同的体素值。

17.根据权利要求16的计算机实施方法，其中提供多个参数包括：

选择两个或更多个子体积中的每一个子体积的中心点；

选择所述两个或更多个子体积的尺寸和形状；以及

选择所述两个或更多个子体积中的体素之间的间距。

18.根据权利要求17的计算机实施方法，还包括将体素间距转换成体积单位。

19.根据权利要求18的计算机实施方法，还包括在显示子体积之前利用所述起始点和体积单位形式的体素间距从体积中提取两个或更多个子体积。