專利名稱：生成多分辨率結(jié)構(gòu)以改進醫(yī)療成像工作流的方法和設(shè)備的制作方法
生成多分辨率結(jié)構(gòu)以改進醫(yī)療成像工作流的方法和設(shè)備
本申請是申請日為2006年7月13日、申請?zhí)枮?00610172950. 8、發(fā)明名稱為“生成多分辨率結(jié)構(gòu)以改進醫(yī)療成像工作流的方法和設(shè)備”的專利申請的分案申請。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及接收、管理和存儲大量的圖像數(shù)據(jù)，尤其涉及以可以容易地由應(yīng)用使用的無損格式存儲大量的圖像數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
隨著醫(yī)療成像技術(shù)的發(fā)展，所需的患者數(shù)據(jù)量也增加了。目前，是存儲和傳輸代表立體的完整數(shù)據(jù)集。替換的，可以壓縮或抽取完整的數(shù)據(jù)集以節(jié)省存儲空間并提高傳輸數(shù)據(jù)的速度，但是在壓縮過程中丟失了某些原始信息。此外，隨著圖像數(shù)據(jù)量的增加，訪問、處理和顯示該數(shù)據(jù)所需要的時間也增加了。
例如，第一應(yīng)用讀取完整的數(shù)據(jù)集，抽取數(shù)據(jù)以達到所需級別，然后處理該數(shù)據(jù)。 該過程由隨后每個訪問該數(shù)據(jù)集的應(yīng)用重復(fù)。因此，當(dāng)需要新的視圖時，重復(fù)該數(shù)據(jù)抽取過程。此外，可能會處理處于顯示器無法支持的級別的數(shù)據(jù)，這就導(dǎo)致時間和處理功耗的浪費。
另外，當(dāng)例如從采集系統(tǒng)向遠程觀察和處理工作站傳輸數(shù)據(jù)時，要傳輸整個數(shù)據(jù)集。這很耗時，并且需要處理工作站上的大量帶寬和存儲空間。
因此，就需要一種更加有效的方式來存儲和管理大量數(shù)據(jù)。本發(fā)明的特定實施例目的是滿足這些需要和其他目的，這從以下的描述和附圖中可以看出。發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，用于處理數(shù)據(jù)的方法包括采用整數(shù)小波分解將數(shù)據(jù)分解為多個分辨率級別。對包括多個按預(yù)定順序的分辨率級別的數(shù)據(jù)流進行編譯。訪問所述多個分辨率級別中至少一個與工作流應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的分辨率級別，并在所述至少一個分辨率級別上執(zhí)行該工作流應(yīng)用。
在另一個實施例中，用于處理圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)包括變換模塊，所述變換模塊采用整數(shù)小波變換對多維數(shù)據(jù)執(zhí)行正變換和逆變換。正變換產(chǎn)生多個分辨率級別。處理器編譯包含多個按預(yù)定順序的分辨率級別的數(shù)據(jù)流，存儲器存儲所述數(shù)據(jù)流。處理器基于工作流應(yīng)用訪問所述多個分辨率級別中至少一個分辨率級別。
在另一個實施例中，用于形成數(shù)據(jù)的多分辨率結(jié)構(gòu)的方法包括采用整數(shù)小波分解將數(shù)據(jù)分解為多個分辨率級別。所述數(shù)據(jù)包括至少三個維度，并且所述分辨率級別中的每一個都包括表示立體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊。對包括按照基于分辨率級別的順序排列的數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)流進行編譯。在與工作流應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的預(yù)定分辨率級別，訪問所述數(shù)據(jù)流中的第一組數(shù)據(jù)塊。對所述第一組數(shù)據(jù)塊執(zhí)行工作流應(yīng)用。


圖I示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的計算機系統(tǒng)的框圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的CT成像系統(tǒng)的框圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例所形成的數(shù)據(jù)體；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例采用整數(shù)小波分解的正變換過程；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的逆變換過程；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例采用IWMR對三維立體數(shù)據(jù)集的多級別分解所進行的數(shù)據(jù)重組；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例包括三個多分辨率級別的數(shù)據(jù)流；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例使用整數(shù)小波分解的方法的流程圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的工作流應(yīng)用的矩陣，其獲益于使用通過IWMR結(jié)構(gòu)處理與保存的數(shù)據(jù)；
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實施例CAD過程；
圖11示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的數(shù)據(jù)的分割過程的流程圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的特征提取過程；和
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的實施例可以在特征分類過程中使用的預(yù)先訓(xùn)練的分類算法。
在結(jié)合附圖進行閱讀時，會更好地理解先前的綜述以及以下對本發(fā)明特定實施例的詳細描述。應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于附圖所示的配置和儀器。
具體實施方式
圖I示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的計算機系統(tǒng)10的框圖。僅僅作為示例，計算機系統(tǒng)10可以是PACS或者其他處理工作站。計算機系統(tǒng)10包括的組成部分例如有與存儲器 14和顯示器16相連的計算機12。計算機12通過輸入/輸出接口 20進行通信來與其他計算機、處理工作站和諸如醫(yī)療診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)共享信息和數(shù)據(jù)。接口 20可以與例如LAN、WAN或者因特網(wǎng)相互連接。變換模塊18可以集成到計算機12中或者與計算機12 相互連接。變換模塊18對數(shù)據(jù)集執(zhí)行正/反整數(shù)小波變換，以形成多分辨率數(shù)據(jù)集。對分辨率數(shù)據(jù)集排序并將其存儲在如下所述的數(shù)據(jù)流中，形成整數(shù)小波多分辨率(IWMR)結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)可以存儲在存儲器14中。所需級別的多分辨率數(shù)據(jù)集可以由計算機12進行訪問和處理，然后輸出到顯示器16上。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的CT成像系統(tǒng)50的框圖。應(yīng)該理解CT成像系統(tǒng) 50僅僅用作例子，也可以使用其他數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，例如MRI，超聲和核醫(yī)學(xué)。CT成像系統(tǒng)50 的控制子系統(tǒng)具有與臺架相關(guān)聯(lián)的控制模塊52，控制模塊52包括為X射線源56提供功率和計時信號的X射線控制器54，以及控制臺架60的旋轉(zhuǎn)速度和位置的支電機控制器58。數(shù)據(jù)獲取模塊62從檢測器陣列64接收投影數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用于隨后的計算機處理的數(shù)字形式。分解模塊66可以從數(shù)據(jù)獲取模塊62或者計算機68接收數(shù)據(jù)，并使用整數(shù)小波變換將該數(shù)據(jù)分解成多分辨率數(shù)據(jù)集，以下將進一步討論該多分辨率數(shù)據(jù)集。X射線控制器54、支電機控制器58、數(shù)據(jù)獲取模塊62以及分解模塊66都連接到計算機68。應(yīng)該理解的是，可以由計算機68實現(xiàn)分解模塊66的功能。
計算機68還管理臺面電機控制器70的運行，臺面電機控制器70沿著z軸74移動患者臺面72。計算機68可以連接到圖像重構(gòu)器76，圖像重構(gòu)器76根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的已知方法執(zhí)行高速圖像重構(gòu)。
計算機68通過操作員控制臺78接收命令和掃描參數(shù)，操作員控制臺78通常是能夠使操作者輸入CT掃描參數(shù)并顯示重構(gòu)圖像的CRT顯示器和鍵盤。大容量存儲設(shè)備80是用于存儲操作程序的裝置。
在數(shù)據(jù)獲取過程中，CT成像系統(tǒng)50在搜集數(shù)據(jù)時可以用作傳統(tǒng)的錐型束系統(tǒng)。在一步一照(step-and-shoot)獲取方法中，當(dāng)X射線源56和檢測器陣列64沿著臺架60圍繞穿過患者84的z軸74進行整圈的旋轉(zhuǎn)時，臺面72保持靜止。在多個角度位置中的每一個位置，數(shù)據(jù)獲取模塊62從包括檢測器陣列64的檢測器82接收衰減數(shù)據(jù)。在完成一整圈旋轉(zhuǎn)之后，計算機68命令臺面電機控制器70將臺面72沿著z軸74前進到另一個位置，并對患者84執(zhí)行另一次旋轉(zhuǎn)掃描。重復(fù)進行該過程直到完全掃描了患者84的期望部分?？商鎿Q的是，CT成像系統(tǒng)50可以采用螺旋狀的獲取模式獲取數(shù)據(jù)，其中在X射線源56和檢測器陣列64旋轉(zhuǎn)并獲得掃描數(shù)據(jù)時，臺面電機控制器70推進臺面72。在螺旋狀的獲取模式中，通過滑動環(huán)技術(shù)傳輸掃描數(shù)據(jù)。分解模塊66采用整數(shù)小波分解將三維掃描數(shù)據(jù)分解成多個分辨率級別。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例所形成的數(shù)據(jù)體100。數(shù)據(jù)體100僅僅是代表性的。 應(yīng)該理解諸如圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)可以作為一系列表示體素的值存儲在數(shù)據(jù)塊中。將數(shù)據(jù)體 100從邏輯上分為用字母a-h表示的八個數(shù)據(jù)子集。如果數(shù)據(jù)體100包括圖像數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)子集a-h表示感興趣對象的一部分,例如患者84的一部分。
整數(shù)小波分解包括并向濾波和次采樣過程，該過程產(chǎn)生一組分層的子帶。單個級別的分解導(dǎo)致一個低頻率子帶和三個高頻率子帶。典型地，小波變換是實數(shù)(浮點數(shù))濾波器，其結(jié)果也是實數(shù)值。直到最近，只有S變換(改進的哈爾小波)提供了基于整數(shù)的變換和重構(gòu)。從該變換的本質(zhì)可以了解到，保留浮點數(shù)據(jù)操作的精確性是非常困難的。最近， Calderbank等人提出了稱為“提升(lifting) ”的技術(shù)，該技術(shù)能夠用于任何小波變換，將其變?yōu)橥耆赡娴幕谡麛?shù)的變換。
一維中的一階小波正變換是基于以下等式的
Z( ) = |_(C(2 ) + C(2 + l))/2j^*ne
以及
H (n) = C(2n)-C(2n+1),
其中，對于i e [O, N-1]的C(i)表示輸入數(shù)據(jù)，L和H是所分解的低頻和高頻分量，C是輸入數(shù)據(jù)。運算生成比輸入數(shù)據(jù)的大小為‘N’的運算對象小的最大整數(shù)。一階小波正變換的逆變換是一階小波逆變換，用以下等式描述
C{2n) = L{n) + [(//( ) +1) / 2」；以及
C(2n+1) = C(2n)_H(n)
在上述等式中隱含地假設(shè)數(shù)據(jù)大小“η”為偶數(shù)。即使是對于理論分析和描述有效， 這個假設(shè)也不能滿足實際中遇到的無數(shù)的數(shù)據(jù)集。因此，在將一維變換擴展到二維(2D)變換時就必須處理輸入數(shù)據(jù)的奇數(shù)和偶數(shù)大小。
以上所述小波正變換和小波逆變換的等式是用于一維單階變換的。對每一個級別上的“LL”分量遞歸地執(zhí)行單階小波變換。用于變換的級別的數(shù)量由最小分辨率的固定的行和/或列大小確定。這個級別值由將原始圖像的行或列大小的最大值分解成所需最小分辨率尺寸所必需的步驟確定。如果“η”是這個級別變量，則采用以下等式
n = Iog2 (max (行，列))-Iog2 (dsize)
其中“η”是分解的級別數(shù)量，“行”和“列”是原始圖像尺寸，Iog2是以2為底的對數(shù)，dsize是最小分辨率圖像的可配置大小。
在每個級別執(zhí)行對奇數(shù)行或列的特殊處理。對奇數(shù)行或者奇數(shù)列進行復(fù)制，目的是強制其變?yōu)榕紨?shù)，從而使小波變換算法成為無縫單元。該添加增加了圖像存儲的大小，然而，由于高頻子帶的所添加的行或列都會為0，所以在執(zhí)行壓縮時忽略此添加。
采用以下等式管理2D正變換
Il = L(L(a + b)!2\ + L(c + J)/2j)/2j；
hl = \({a-b) + {c-d))l2\\
//i=L(a + 6)/2」-L(C + i/)/2」;以及
hi = (a-b)-(c-d)
逆變換過程是采用最小分辨率“LL”頻帶并將該頻帶與和它相關(guān)聯(lián)的“HL”、“LH” 和“HH”頻帶合并以生成下一個更高的分辨率。重復(fù)這個過程直到實現(xiàn)了圖像的全分辨率或者獲得特定的分辨率級別。
采用以下等式管理2D逆變換
a= ll + L(hl+l)/2j +L(Ih+L(hh+l)/2j)+l)/2i
b = ll + \{hl +1) / 2」+\_{{lh + \{hh +1) / 2 J) +1) / 2」-(lh + [(M + l)/2j)；
c = // + [(hi +1) / 2」-A/ + l(lh + l(hh +1) / 2」-AA +1) / 2.」;以及
d = (11 + [(hi + l)/2]-hl + [(lh + [(hh +1)/2」_ M + l)/2j) - ((Ih + \_{hh + l)/2j) - hh)
該逆變換是涉及單個級別重構(gòu)的模塊，允許用戶從最小分辨率到全分辨率中指定所需級別用于重構(gòu)。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例采用整數(shù)小波分解的三維(3D)正變換過程。該變換可以以任意順序執(zhí)行，只要正變換和逆變換以彼此相反的順序執(zhí)行。例如，變換模塊18 或者分解模塊66采用整數(shù)小波變換過程，在Z，X然后Y維對圖3中的數(shù)據(jù)體100執(zhí)行正變換，結(jié)果形成第一級變換102 (圖3)。輸入數(shù)據(jù)104代表數(shù)據(jù)體100的八個數(shù)據(jù)子集a-h。 對輸入數(shù)據(jù)104在Z維上執(zhí)行三維變換并得到中間結(jié)果106，該過程可以由以下等式完成
L1 = \_(a + e) / 2 J ；
H1 = a~e ；


式完成
式完成
權(quán)利要求
1.一種用于處理數(shù)據(jù)的方法，包括 對三維立體數(shù)據(jù)執(zhí)行正向整數(shù)小波變換和逆向整數(shù)小波變換，以形成具有多個分辨率級別(150)的多分辨率數(shù)據(jù)集，在逆向整數(shù)小波變換中，變換是按照與正向整數(shù)小波變換相反的順序進行的； 對多分辨率數(shù)據(jù)集進行排序并將其存儲在數(shù)據(jù)流中，以形成整數(shù)小波多分辨率IWMR結(jié)構(gòu)，其中對所述數(shù)據(jù)流進行排序以保持DICOM多幀格式，在DICOM多幀格式中，一個全局文件標(biāo)題被采用并且包括數(shù)據(jù)流中每個數(shù)據(jù)體塊的信息，接著是來自原始數(shù)據(jù)格式中的多個圖像的數(shù)據(jù)； 編譯(280)包含按照預(yù)定順序的所述多個分辨率級別(150)的數(shù)據(jù)流(260)； 訪問所述多個分辨率級別(150)中與工作流應(yīng)用有關(guān)的僅一個分辨率級別(266-268);以及 對所述僅一個分辨率級別(266-268)執(zhí)行所述工作流應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 識別處于所述僅一個分辨率級別的所述數(shù)據(jù)內(nèi)的感興趣項； 識別表示所述感興趣項的數(shù)據(jù)塊(264)； 訪問所述數(shù)據(jù)塊(264)以執(zhí)行工作流應(yīng)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，所述工作流應(yīng)用與獲取(202)、處理(212)、分析(224)、顯示(234)、存檔/檢索(242)、連接(248)以及超出3D(254)中的一個的功能域有關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括 訪問所述僅一個分辨率級別； 利用顯示(234)功能域的至少一個所述工作流應(yīng)用處理所述僅一個分辨率級別以形成三維圖像；以及 在顯示器(16)上顯示所述三維圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，所述工作流應(yīng)用訪問次分辨率級別，所述工作流應(yīng)用形成代表采用更高的分辨率級別所創(chuàng)建的圖像的快速預(yù)覽圖像以及用于驗證至少一個獲取參數(shù)和所述數(shù)據(jù)內(nèi)容的質(zhì)量控制圖像中的一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 利用具有用于傳輸圖像數(shù)據(jù)的滑動環(huán)的計算機X線斷層攝影術(shù)(CT成像系統(tǒng)50)獲取(272)所述數(shù)據(jù)；以及 基本上同時地執(zhí)行分解(278)和獲取(272)步驟，以減小由所述滑動環(huán)傳輸?shù)乃鰣D像數(shù)據(jù)的帶寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 識別所述僅一個分辨率級別(266-268)的一部分；以及 利用所述工作流應(yīng)用分析所述部分，其中所述工作流應(yīng)用是計算機輔助檢測、計算機輔助診斷、分割和模式識別中的一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括 識別所述數(shù)據(jù)內(nèi)的感興趣區(qū)域ROI，所述ROI包括一段時間中的二維圖像數(shù)據(jù)、三維圖像數(shù)據(jù)、一段時間中的三維圖像數(shù)據(jù)以及代表多個能量級別的圖像數(shù)據(jù)中的一個；以及識別在所述僅一個分辨率級別(266-268)包含所述ROI的所述數(shù)據(jù)流(260)內(nèi)的至少一個數(shù)據(jù)塊(264)，所述執(zhí)行步驟還包括對所述至少一個數(shù)據(jù)塊(264)執(zhí)行所述工作流應(yīng)用。
9.一種用于處理圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括 變換模塊(18)，用于對三維立體數(shù)據(jù)執(zhí)行正向整數(shù)小波變換和逆向整數(shù)小波變換以形成具有多個分辨率級別(150)的多分辨率數(shù)據(jù)集，并且對多分辨率數(shù)據(jù)集進行排序并將其存儲在數(shù)據(jù)流中以形成整數(shù)小波多分辨率IWMR結(jié)構(gòu)，其中在逆向整數(shù)小波變換中，變換是按照與正向整數(shù)小波變換相反的順序進行的，并且其中對所述數(shù)據(jù)流進行排序以保持DICOM多幀格式，在DICOM多幀格式中，一個全局文件標(biāo)題被采用并且包括數(shù)據(jù)流中每個數(shù)據(jù)體塊的信息，接著是來自原始數(shù)據(jù)格式中的多個圖像的數(shù)據(jù)； 處理器(12)，用于編譯包含按照預(yù)定順序的所述多個分辨率級別(150)的數(shù)據(jù)流(260);以及 存儲器(14)，用于存儲所述數(shù)據(jù)流(260)，所述處理器(12)基于工作流應(yīng)用訪問所述多個分辨率級別(150)中的僅一個分辨率級別(266-268)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括 所述變換模塊(18)對所述多維數(shù)據(jù)執(zhí)行所述正變換，以形成第一級分解； 所述處理器(12)識別在所述第一級分解內(nèi)的第一數(shù)據(jù)塊(264)，所述第一數(shù)據(jù)塊(264)包括所述多維數(shù)據(jù)的子集；以及 所述變換模塊(18)對所述第一數(shù)據(jù)塊(264)執(zhí)行所述正變換，以形成第二級分解。
全文摘要
本發(fā)明涉及生成多分辨率結(jié)構(gòu)以改進醫(yī)療成像工作流的方法和設(shè)備。本發(fā)明提供了用于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的具有縱軸的患者臺面(26)的方法和系統(tǒng)?；颊吲_面(26)包括具有第一端(46)、軸向放置的第二端(48)以及在兩者之間延伸的第一和第二軸向定向的側(cè)邊緣的主體，該主體還包括延伸經(jīng)過該主體的至少一個孔，和從第一和第二軸向定向的側(cè)邊緣中至少一個側(cè)邊緣延伸出來的槽(60)，以及配置為使用第一端(46)和第二端(48)中至少一個與該主體相連接的基臺。
文檔編號H04N7/26GK102984511SQ201210174570
公開日2013年3月20日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者S·A·西羅海, G·B·阿維納什 申請人:通用電氣公司