用于医学报告的患者特异性解剖概图

摘要

本发明涉及一种基于模板产生图像数据中的对象的表示的系统(100)，所述模板耦合到所述对象的模型，所述系统包括针对所述图像数据中的对象调整模型的模型单元；以及基于模板和模型之间的耦合针对经调整的模型调整模板的模板单元。模板限定了比模型解释起来更为简单的对象的表示。可以布置模板用以强调对象的有用特征。模板包括大幅度减少的自由度，从而可以针对模型有效率地调整。因为本发明的模板耦合到模型，所以模板的位置、取向和/或形状由针对图像数据中的对象调整的模型确定。因此，针对图像数据调整模板。调整的模板能够表示对象及其个体特征，例如，对象的形状以及对象相对于例如基于图像数据限定的外部参考系统的位置和/或取向。

说明书

技术领域

本发明涉及使用对象的简化或示意性模型表示图像数据中的对象，并 且在本发明的特定方面中，涉及表示简化或示意性图像中的对象。

背景技术

在基于模型的图像数据分割中，分割的结果包括适于图像数据的模型。 这种模型通常包括许多细节。因此，当观察所述适于图像数据的模型时， 不能够在显示器上或在报告中容易地分析所述模型。使表示并可能强调感 兴趣结构的一方面的简化模型适于图像数据是不可行的，因为简化模型不 包括足够的细节以使其成功地适于图像数据。另一方面，不适于感兴趣结 构的简化模型不包括结构特异性信息。

发明内容

拥有一种能够针对图像数据中的对象调整表示感兴趣结构的一方面的 简化模型的系统将是有利的。

于是，在本发明的一方面中，提供了一种基于模板产生图像数据中的 对象的表示的系统，所述模板耦合到所述对象的模型，该系统包括：

-模型单元，其用于针对图像数据中的对象调整模型；以及

-模板单元，其用于基于模板和模型之间的耦合针对经调整的模型调整 模板。

模板限定了比模型解释起来更为简单的对象的表示。可以布置该模板 以强调对象的感兴趣特征。模板包括大幅度减少的自由度，并且因此能够 有效率地适于模型。由于本发明的模板耦合到模型，所以由适于图像数据 中的对象的模型确定模板的位置、取向和/或形状。因此，间接地针对图像 数据调整模板。经调整的模板能够表示对象以及对象的个体特性，例如， 对象的形状以及对象相对于外部，即独立于经调整的模型、参考系统的位 置和/或取向。例如，可以基于图像数据限定这样的外部参考系统。

在实施例中，该系统还包括用于产生模板的图像的图像单元。于是， 可以在从模板产生的图像中进一步示出由模板描述的图像数据中对象的个 体特征。

在该系统的实施例中，所述模板包括第一部分和第二部分，并且布置 图像单元用以使用第一视觉模式基于模板的第一部分产生图像的第一部 分，以及使用第二视觉模式基于模板的第二部分产生图像的第二部分。使 用不同的视觉模式，例如颜色或阴影，能够容易地看出是如何在图像中描 绘对象的不同部分的。

在实施例中，模板是刚性的并且可移动地耦合到模型。例如，模板可 以是平面的，并且可以由模型的特征限定的三个非共线的点限定模板的平 面。可以布置模板单元用以针对模型调整平面模板，使得(i)模板的平面 由经调整的模型的三个点确定，(ii)模板的中心由三个点的质心确定，(iii) 模板的轴由通过对经调整的模型的三个点应用线性回归获得的线确定。

在该系统的实施例中，所述模板包括多个控制点，所述模板刚性或弹 性地耦合到模型。例如，多个控制点的位置可以基于模型的特征。在刚性 耦合的情况下，控制点的坐标关于模型是固定的。在弹性耦合的情况下， 多个控制点的位置由它们与模型的弹性交互作用确定。可以由诸如调谐 (harmonic)力的弹力描述弹性交互作用。模板可以是使用例如内插法由控 制点限定的曲线或表面。本领域技术人员将理解，原则上，使用非弹性耦 合也是可能的。

在该系统的实施例中，所述模板是弹性的。例如，可以将模板实施为 包括多个节点的网格(mesh)。相邻节点可以经由弹性力彼此交互作用。弹 性力容易实施和计算。此外，弹性力适当地描述了对象的模型的变形导致 的模板的预期的变形。然而，本领域技术人员将认识到，在备选实施例中， 一些或全部节点可以经由非弹性力彼此交互作用。

在该系统的实施例中，模板包括至少一个曲线或表面。例如，模板可 以包括由平面基于表面模型的一部分界定的曲线或表面。

在本发明的另一方面中，该系统包括在用于生成报告的报告系统中， 该报告包括由所述系统的图像单元产生的模板的图像。

在本发明的另一方面中，该系统包括在图像采集设备中。

在本发明的另一方面中，该系统包括在工作站中。

在本发明的另一方面中，提供了一种基于模板产生图像数据中的对象 的表示的方法，所述模板耦合到所述对象的模型，所述方法包括：

-模型步骤，其用于针对图像数据中的对象调整模型；以及

-模板步骤，其用于基于模板和模型之间的耦合针对经调整的模型调整 模板。

在本发明的另一方面中，提供了一种将要由计算机布置加载的计算机 程序产品，该计算机程序产品包括基于模板产生图像数据中的对象的表示 的指令，所述模板耦合到所述对象的模型，所述计算机布置包括处理单元 和存储器，所述计算机程序产品在被加载之后将为所述处理单元提供执行 一下任务的能力：

-针对图像数据中的对象调整模型，

-基于模板和模型之间的耦合针对经调整的模型调整模板。

本领域技术人员应当认识到，可以通过任何被认为有用的方式组合两 个或更多上述本发明实施例、实施方式和/或各方面。

本领域技术人员基于本说明书可以执行对应于该系统的修改和变型的 报告系统、图像采集设备、工作站、方法和/或计算机程序产品的修改和变 型。

本领域技术人员应当认识到，该方法可以应用于通过各种采集器械采 集的多维图像数据，例如3维或4维图像，所述采集器械诸如是，但不限 于标准X射线成像、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声(US)、 正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和核 医学(NM)。

附图说明

从下文描述的实施方式和实施例并参考附图，本发明的这些方面和其 他方面将变得显而易见并得以阐明，在附图中：

图1示意性示出了系统的示范性实施例的方框图；

图2图示了由系统调整之前(a)和调整之后(b)的模板；

图3示意性示出了报告系统的示范性实施例；

图4示出了所述方法的示范性实施的流程图；

图5示意性示出了图像采集设备的示范性实施例；以及

图6示意性示出了工作站的示范性实施例。

在所有的附图中采用相同的附图标记表示相似的部分。

具体实施方式

图1示意性示出了系统100的示范性实施例的方框图，系统100用于 基于模板产生图像数据中的对象的表示，所述模板耦合到所述对象的模型， 该系统包括：

-模型单元110，其用于针对图像数据中的对象调整模型；以及

-模板单元120，其用于基于模板和模型之间的耦合针对经调整的模型调 整模板。

系统100的示范性实施例还包括以下单元：

-图像单元130，其用于产生模板的图像；

-控制单元160，其用于控制系统100中的工作流程；

-用户接口165，其用于与系统100的用户通信；以及

-存储单元170，其用于存储数据。

在系统100的实施例中，有用于输入数据的三个输入连接器181、182 和183。将第一输入连接器181布置成接收来自数据存储器件的数据，所述 数据存储器件例如可以是、但不限于硬盘、磁带、闪速存储器或光盘。将 第二输入连接器182布置成接收来自用户输入装置的数据，所述用户输入 装置例如可以是、但不限于鼠标或触摸屏。将第三输入连接器183布置成 接收来自诸如键盘的用户输入装置的数据。将输入连接器181、182和183 连接至输入控制单元180。

在系统100的实施例中，有用于输出数据的两个输出连接器191和192。 将第一输出连接器191布置成向诸如硬盘、磁带、闪速存储器或光盘的数 据存储器件输出数据。将第二输出连接器192布置成向显示装置输出数据。 输出连接器191和192经由输出控制单元190接收相应的数据。

本领域技术人员应当理解，有很多方式将输入装置连接至系统100的 输入连接器181、182和183，以及将输出装置连接至输出连接器191和192。 这些方式包括但不限于有线和无线连接、诸如但不限于局域网(LAN)和 广域网(WAN)的数字网络、因特网(Internet)、数字电话网和模拟电话网。

在系统100的实施例中，系统100包括存储单元170。将系统100布置 成经由输入连接器181、182和183中的任一个接收来自外部装置的输入数 据，并将接收到的输入数据存储到存储单元170中。将所述输入数据加载 到存储单元170内允许系统100的各单元快速访问相关的数据部分。例如， 所述输入数据可以包括图像数据。可以通过诸如但不限于随机存取存储器 (RAM)芯片、只读存储器(ROM)芯片和/或硬盘驱动器和硬盘的装置实 现存储单元170。还可以将存储单元170布置成存储输出数据。例如，所述 输出数据可以包括经调整的模板数据。还可以将存储单元170布置成经由 存储总线175从系统100的各单元接收数据和/或向系统100的各单元提供 数据，所述系统100包括模型单元110、模板单元120、图像单元130、控 制单元160和用户接口165。还将存储单元170布置成使输出数据能够经由 输出连接器191或192中的任一个为外部装置所用。将来自系统100的各 单元的数据存储在存储单元170内可以有利地改善系统100的各单元的性 能以及从系统100向外部装置传输输出数据的速率。

备选地，系统100可以不包括存储单元170和存储总线175。可以通过 连接至系统100的各单元的诸如外部储存器或处理器的至少一个外部装置 提供系统100使用的输入数据。类似地，可以将系统100产生的输出数据 提供给连接至系统100的各单元的诸如外部储存器或处理器的至少一个外 部装置。可以将系统100的各单元布置成经由内部连接或经由数据总线接 收彼此的数据。

在系统100的实施例中，系统100包括用于控制系统100中的工作流 程的控制单元160。可以将控制单元布置成接收来自系统100的各单元的数 据以及向所述单元提供控制数据。例如，在针对图像数据中的对象调整模 型之后，可以将模型单元110布置成向控制单元160提供控制数据“模型 已调整”，并且可以将控制单元160布置成向模板单元120提供控制数据“针 对模型调整模板”。备选地，可以在系统100的一单元中实现控制功能。

在系统100的实施例中，系统100包括用于和系统100的用户通信的 用户接口165。可以将用户接口165布置成接收用于选择模型和/或耦合到 模型的模板的用户输入。用户接口还可以为用户提供信息，例如，可以显 示经调整的模板的视图。任选地，用户接口可以接收用于选择系统的工作 模式的用户输入，例如，用于选择将模板耦合到模型的耦合力。本领域技 术人员应当理解，在系统100的用户接口165中可以有利地实现更多功能。

在实施例中，采用系统100对患者的腰椎建模。该模型包括腰椎的可 变形的网格模型，用于在患者的CT图像数据中针对腰椎对象进行调整。例 如，在如下文献中描述了这种模型：Tobias Klinder，Cristian Lorenz，Jens von  Berg，Sebastian P.M.Dries，Thomas Bülow，Ostermann：Automated  Model-Based Rib Cage Segmentation and Labeling in CT Images，MICCAI(2) 2007：pp 195-202。模板包括腰椎的轮廓线。该轮廓线由腰椎模型的表面的 平面截面界定并由模型表面上的多个控制点描述。

在模型单元110调整模型之后，模板单元120在椎骨表面模型上找到 模板轮廓线的控制点的新位置。这些控制点限定经调整的模板的经调整的 轮廓线。布置经调整的轮廓线以考虑患者椎骨的个体特征并可以示出例如 椎骨压迫或骨折。图2图示了由本发明的系统100调整之前(a)和之后(b) 的腰椎的示范性模板。经调整的腰椎轮廓线图示出调整之前(a)模板中可 见的腰椎横突21在调整后的模板(b)中断裂了。

本领域技术人员应当理解，经调整的腰椎模板可以是非平面的，因为 经调整的模型表面上的其新位置处的控制点不需要是共平面的。于是，在 实施例中，系统100还包括图像单元130，将图像单元130布置成产生经调 整的模板的图像，即被建模的对象的图解表示。例如，图像可以是通过使 位于其新位置中的控制点与所述平面之间距离平方之和最小化而计算得到 的经调整的模板在平面上的正交投影。

在实施例中，采用系统100对患者的心脏建模。该模型包括心脏的可 变形网格模型，用于针对患者CT图像数据中的心脏对象进行调整。例如， 在如下文献中描述了这样的模型以及其调整：Cristian Lorenz，Jens von Berg， A comprehensive shape model of the heart，Medical Image Analysis，Vol.10， Issue 4，2006，pp 657-670。模板包括示意性表示心脏左心室的表面。例如， 使用薄样条内插法，由模型的左心室表面上的多个控制点限定该表面。控 制点形成网格模型的网格顶点集合的子集。

在模型单元110调整模型之后，基于经调整的网格模型的顶点位置确 定心脏模型上模板的控制点的新位置。将模板单元120布置成基于这些新 的控制点位置，使用样条内插计算左心室表面。将系统100的用户接口165 布置成提供模板的视图。可以使用户能够利用用户接口165平移和旋转模 板，以获得模板的更多视图。任选地，可以将图像单元130集成到用户接 口165中，图像单元130用于产生模板的图像，例如模板沿着模板惯性张 量主轴的三个正交投影。

有利地，系统100可以包括在报告系统300中。于是，系统100的图 像单元130计算的视图可以与检查图像数据的医生做出的注释一起，包括 在报告单元310生成的医学报告中。在实施例中，报告系统300包括用于 获得用于系统100的数据的报告系统第一输入连接器301以及用于获得其 他数据的报告系统第二输入连接器302，其他数据诸如是用户注释、患者姓 名和年龄、其他测试和检查结果、准备报告的医生做的说明等。将报告单 元310布置成从系统100接收经调整的模板并从第二单元302接收其他数 据以准备报告。经由报告系统输出连接器303输出报告。

本领域技术人员还应当理解，系统100的其他实施例也是可能的。还 有可能重新限定系统的各单元，以及重新分配其功能。尽管所描述的实施 例应用于医学图像，不涉及医学应用的系统的其他应用也是可能的。

可以使用处理器实现系统100的各单元。一般而言，在软件程序产品 的控制下执行各单元的功能。在执行期间，通常将软件程序产品加载到诸 如RAM的存储器内，并从该处执行所述软件程序产品。可以从诸如ROM、 硬盘或者磁和/或光存储器的后台存储器加载所述程序，或者可以经由诸如 因特网的网络加载所述程序。任选地，专用集成电路可以提供所描述的功 能。

图4示出了方法400的示范性实施的流程图，方法400基于模板产生 图像数据中的对象的表示，所述模板耦合到所述对象的模型。方法400开 始于模型步骤410，模型步骤410用于针对图像数据中的对象调整模型。在 模型步骤410之后，该方法继续到模板步骤420，模板步骤420用于基于模 板和模型之间的耦合针对经调整的模型调整模板。在方法100的图示的实 施例中，在模板步骤420之后，方法400继续到图像步骤430，图像步骤 430用于产生模板的图像。在图像步骤430之后，方法400终止。

在不背离本发明意指的理念的情况下，本领域技术人员可以改变一些 步骤的顺序或采用线程模型、多处理器系统或多个进程同时执行一些步骤。 任选地，可以将本发明的方法的两个或更多步骤组合到一个步骤中。例如， 可以将模型步骤410和模板步骤420组合成一个包括多个部分调整步骤的 调整步骤，其中，每个部分调整步骤被布置成针对图像数据中的对象调整 模型，接下来针对模型调整模板，直到满足预定条件，例如，直到部分调 整步骤的数目等于预定的数目。任选地，可以将本发明的方法的步骤拆分 成多个步骤。

图5示意性示出了采用系统100的图像采集设备500的示范性实施例， 所述图像采集设备500包括经由内部连接与系统100连接的CT图像采集单 元510、输入连接器501和输出连接器502。这一布置有利地提高了图像采 集设备500的能力，即为所述图像采集设备500提供了系统100的有利能 力。

图6示意性示出了工作站600的示范性实施例。该工作站包括系统总 线601。处理器610、存储器620、磁盘输入/输出(I/O)适配器630和用户 接口(UI)640可操作地连接到系统总线601。磁盘存储装置631可操作地 耦合到磁盘I/O适配器630。键盘641、鼠标642和显示器643可操作地耦 合到UI 640。将本发明的作为计算机程序实施的系统100存储到磁盘存储 装置631中。将工作站600布置成将所述程序和输入数据加载到存储器620 中，并在处理器610上执行所述程序。用户可以使用键盘641和/或鼠标642 向工作站600输入信息。将工作站布置成向显示装置643和/或磁盘631输 出信息。本领域技术人员应当理解，现有技术中已知有很多工作站600的 其他实施例，并且本实施例的目的是例示本发明，决不应被解释为将本发 明限制为这一具体实施例。

应当注意，上述实施例旨在对本发明进行举例说明，而不是对其做出 限制，并且本领域技术人员能够在不背离权利要求的范围的情况下设计出 备选的实施例。在权利要求中，不应当将置于括号内的任何附图标解释断 为限制所述权利要求。“包括”一词不排除权利要求或说明书中未列举的元 件或步骤的存在。元件前的不定冠词“一”或“一个”不排除存在复数个 这样的元件。可以利用包括若干分立元件的硬件，也可以利用经编程的计 算机实施本发明。在列举了若干单元的系统权利要求中，这些单元中的若 干个可以具体化为硬件或软件中的一个或相同内容。第一、第二、第三等 词语的使用不表示任何顺序排列。可以将这些词语解释为名称。