掃描區(qū)域確定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定要由掃描系統(tǒng)掃描的對象的掃描區(qū)域的掃描區(qū)域確定裝置、掃描區(qū)域確定方法以及掃描區(qū)域確定計算機程序。本發(fā)明還涉及一種用于訓(xùn)練掃描區(qū)域確定裝置的訓(xùn)練裝置、訓(xùn)練方法以及訓(xùn)練計算機程序，并且涉及一種用于掃描對象的區(qū)域的掃描系統(tǒng)、掃描方法以及掃描計算機程序。
【背景技術(shù)】
[0002]US 2009/0290776 Al公開了一種用于自動確定用于執(zhí)行隨后的醫(yī)學(xué)成像研究的視場的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于采集一幅或多幅二維定位器圖像并且用于執(zhí)行隨后的三維醫(yī)學(xué)成像研究的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。所述系統(tǒng)還包括:身體掩膜生成單元，其用于對定位器圖像進(jìn)行閾值處理并且識別最大連通分量；邊界掩膜獲得單元，其用于從所生成的身體掩膜的邊界獲得邊界掩膜；以及視場確定單元，其用于將矩形邊界框調(diào)整到獲得的邊界掩膜，其中，確定的視場由醫(yī)學(xué)成像設(shè)備使用，以執(zhí)行隨后的醫(yī)學(xué)圖像研究。對視場的該確定可能是不可靠的，尤其是如果定位器圖像示出不同物體并且應(yīng)當(dāng)關(guān)于這些物體中的某個確定視場。由所述系統(tǒng)使用的確定技術(shù)因此能夠是缺乏穩(wěn)定性的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于確定要由掃描系統(tǒng)掃描的對象的掃描區(qū)域的掃描區(qū)域確定裝置、掃描區(qū)域確定方法以及掃描區(qū)域確定計算機程序，其允許對掃描區(qū)域的更穩(wěn)定的確定。本發(fā)明的另外的目的是提供一種用于訓(xùn)練掃描區(qū)域確定裝置的訓(xùn)練裝置、訓(xùn)練方法以及訓(xùn)練計算機程序，以及用于掃描對象的掃描區(qū)域的掃描系統(tǒng)、掃描方法以及掃描計算機程序。
[0004]在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于確定要由掃描系統(tǒng)掃描的對象的掃描區(qū)域的掃描區(qū)域確定裝置，其中，所述掃描區(qū)域確定裝置包括:
[0005]-概覽圖像提供單元，其用于提供對象的概覽圖像，
[0006]-元素位置指示符確定單元，其用于確定元素位置指示符，所述元素位置指示符指示要被掃描的所述對象的元素的位置，其中，所述元素位置指示符確定單元適于關(guān)于并且基于所述概覽圖像來確定所述元素位置指示符，
[0007]-模板圖像提供單元，其用于提供模板對象的模板圖像，所述模板對象對應(yīng)于要被掃描的所述對象，并且所述模板圖像提供單元用于提供包括模板元素的模板掃描區(qū)域，所述模板元素對應(yīng)于要被掃描的所述對象的所述元素，其中，所述模板圖像提供單元適于提供模板掃描區(qū)域，所述模板掃描區(qū)域關(guān)于所述模板圖像被定義，
[0008]-空間變換確定單元，其用于確定空間變換，所述空間變換定義所述概覽圖像和所述模板圖像關(guān)于彼此的配準(zhǔn)，其中，所述概覽圖像和所述模板圖像初始通過使用所確定的元素位置指示符而被配準(zhǔn)，所確定的元素位置指示符指示要被掃描的所述對象的所述元素關(guān)于所述概覽圖像的所述位置，
[0009]-掃描區(qū)域確定單元，其用于通過使用所確定的空間變換將所述模板掃描區(qū)域投影到所述概覽圖像上，從而確定最終掃描區(qū)域。
[0010]由于空間變換確定單元確定定義所述概覽圖像和所述模板圖像關(guān)于彼此的配準(zhǔn)的空間變換，其中，所述概覽圖像和所述模板圖像初始通過使用所確定的元素位置指示符而被配準(zhǔn)，所確定的元素位置指示符指示要被掃描的所述對象的所述元素關(guān)于所述概覽圖像的所述位置，因此提供針對概覽圖像和模板圖像關(guān)于彼此的配準(zhǔn)的好的初始化，所述初始化顯著降低配準(zhǔn)流程被困于局部最小化的概率。配準(zhǔn)以及因此對空間變換的確定因此是非常穩(wěn)定的，并且允許通過使用所確定的空間變換將模板掃描區(qū)域投影到概覽圖像上對最終掃描區(qū)域進(jìn)行穩(wěn)定的確定。此外，由于所述概覽圖像和所述模板圖像關(guān)于彼此的配準(zhǔn)基于所確定的元素位置指示符而被良好地初始化，所確定的元素位置指示符指示要被掃描的所述對象的所述元素關(guān)于所述概覽圖像的所述位置，對空間變換的確定并且由此對最終掃描區(qū)域的確定能夠是相對快的。
[0011]掃描系統(tǒng)優(yōu)選地是計算機斷層攝影系統(tǒng)，并且概覽圖像優(yōu)選地是對象的二維投影圖像，所述二維投影圖像也可以被稱為定位器圖像。此外，掃描區(qū)域優(yōu)選地是規(guī)劃框。對象優(yōu)選地是生物，例如人或動物，并且要被掃描的元素優(yōu)選地是器官或生物的另一個元素。概覽圖像優(yōu)選地示出要被掃描的元素，以及對象的至少周圍部分。
[0012]元素位置指示符確定單元優(yōu)選地適于將在概覽圖像中的元素的至少中心確定為元素位置指示符。元素位置指示符確定單元能夠適于確定另外的元素位置指示符，例如包圍要被掃描的元素并且將所述元素的所確定的中心定為中心的中間掃描區(qū)域。
[0013]如果元素位置指示符確定單元將概覽圖像中的元素的至少中心確定為元素位置指示符，則能夠通過將模板圖像的中心與概覽圖像中的元素的所確定的中心疊加來使模板圖像與概覽圖像之間的配準(zhǔn)初始化。此外，如果元素位置指示符確定單元還確定將概覽圖像中的元素的所確定的中心定為中心的中間掃描區(qū)域，其中，所述中間掃描區(qū)域包括概覽圖像中的元素，則能夠?qū)⒅虚g掃描區(qū)域與模板掃描區(qū)域或者與由模板圖像提供單元提供的另一參考區(qū)域進(jìn)行比較，以便確定縮放參數(shù)和/或旋轉(zhuǎn)參數(shù)，所述縮放參數(shù)和/或旋轉(zhuǎn)參數(shù)能夠額外地用于提供模板圖像關(guān)于概覽圖像的初始配準(zhǔn)。
[0014]掃描區(qū)域優(yōu)選地是被定義在概覽圖像上的規(guī)劃框，即中間掃描區(qū)域，模板掃描區(qū)域和最終掃描區(qū)域全部能夠是被定義在概覽圖像上的矩形框，尤其是二維框。具體地，元素位置指示符確定單元能夠適于將包括元素并且將概覽圖像中的元素的所確定的中心定為中心的邊界框確定為中間掃描區(qū)域。
[0015]中間掃描區(qū)域優(yōu)選地是對概覽圖像中包括要被掃描的元素(尤其是包括要被掃描的器官)的區(qū)域的粗略估計。該粗略估計提供初始坐標(biāo)，所述初始坐標(biāo)能夠被稱為最終掃描區(qū)域的初始坐標(biāo)，并且能夠被用作模板圖像與概覽圖像關(guān)于彼此配準(zhǔn)的開始。
[0016]模板圖像能夠是示出具有模板元素的模板對象的概覽圖像。模板圖像也能夠是圖譜，尤其是統(tǒng)計圖譜。例如，模板圖像能夠表示示出模板圖像內(nèi)的模板對象的典型概覽圖像的統(tǒng)計平均和中值強度和形狀。
[0017]模板對象對應(yīng)于要被掃描的對象，如果它們是相同種類的，即，如果例如模板對象是人，并且要被掃描的對象也是人，而例如不是動物。模板元素對應(yīng)于要被掃描的對象的元素，如果它們是相同種類的。例如，如果要被掃描的元素是某個器官，則模板元素是相同器官，即，例如如果元素是某人的心臟，則模板元素是模板心臟，這可以已經(jīng)通過研究不同人的心臟的若干圖像而被生成。模板圖像和概覽圖像能夠示出對象的相同部分或整個對象。然而，優(yōu)選地，模板圖像示出對象的較小的區(qū)域，尤其是圍繞模板元素的區(qū)域。該區(qū)域優(yōu)選地比由模板元素所覆蓋的區(qū)域大一點，使得典型圖像特征在模板圖像中被示出，所述典型圖像特征在概覽圖像中通常也是可見的。模板圖像也能夠示出不在概覽圖像中示出的模板元素的部分，例如，在概覽圖像不完全覆蓋目標(biāo)元素的情況下。
[0018]掃描區(qū)域確定裝置能夠適于確定針對對象的諸如單個器官的單個元素的單個掃描區(qū)域和/或掃描區(qū)域確定裝置能夠適于確定針對對象的諸如若干器官的若干元素的若干掃描區(qū)域。如果掃描區(qū)域確定裝置適于確定針對對象的若干元素的若干掃描區(qū)域，則概覽圖像提供單元適于提供示出對象的不同元素的概覽圖像，并且元素位置指示符確定單元適于確定若干元素位置指示符，其中，每個元素位置指示符指示要被掃描的對象的相應(yīng)元素的位置，并且其中，若干元素位置指示符關(guān)于并且基于示出若干元素的概覽圖像而被確定。模板圖像提供單元適于提供對應(yīng)于實際對象的模板對象的若干模板圖像，其中，每幅模板圖像示出相應(yīng)元素，并且所述模板圖像提供單元適于提供針對若干模板圖像的若干模板掃描區(qū)域，所述若干模板掃描區(qū)域關(guān)于若干模板圖像而被定義。此外，在該范例中，空間變換確定單元適于確定定義概覽圖像和相應(yīng)的模板圖像關(guān)于彼此的配準(zhǔn)的若干空間變換，其中，概覽圖像和相應(yīng)的模板圖像基于元素位置指示符而被初始配準(zhǔn)，所述元素位置指示符已經(jīng)針對相應(yīng)元素被確定并且指示要被掃描的對象的相應(yīng)元素關(guān)于概覽圖像的位置。因此，在該范例中，針對每幅模板圖像，空間變換被確定，所述空間變換定義概覽圖像和相應(yīng)模板圖像關(guān)于彼此的配準(zhǔn)。掃描區(qū)域確定單元適于通過使用相應(yīng)確定的空間變換將若干模板掃描區(qū)域投影到概覽圖像上，從而確定若干最終掃描區(qū)域。
[0019]如果掃描區(qū)域確定裝置已經(jīng)確定針對在概覽圖像中示出的若干元素的若干最終掃描區(qū)域，則掃描區(qū)域確定單元能夠適于執(zhí)行一致性檢查。具體地，掃描區(qū)域確定單元能夠適于將一致性規(guī)則應(yīng)用于所確定的最終掃描區(qū)域，以便確定最終掃描區(qū)域是否一致。一致性規(guī)則能夠定義元素之間的空間關(guān)系，其必須由最終掃描區(qū)域來反映。例如，如果在概覽圖像中示出的元素是胸部、腹部和骨盆，則一致性規(guī)則能夠定義，關(guān)于足部-頭部方向，胸部掃描區(qū)域應(yīng)在腹部掃描區(qū)域之上，并且腹部掃描區(qū)域應(yīng)在骨盆掃描區(qū)域之上。類似地，這些掃描區(qū)域之間的間隙和交疊能夠以一致的方式被最小化。例如，如果在例如根據(jù)一致性規(guī)則應(yīng)當(dāng)是鄰近的優(yōu)選地是方框的兩個最終掃描區(qū)域之間存在間隙，則每個最終掃描區(qū)域能夠延伸間隙尺寸的一半，使得兩個最終掃描區(qū)域彼此接合。類似地，如果在應(yīng)當(dāng)是鄰近的兩個最終掃描區(qū)域之間存在交疊，則每個最終掃描區(qū)域在尺寸上能夠減小交疊尺寸的一半，使得兩個最終掃描區(qū)域彼此接合。
[0020]概覽圖像提供單元能夠是其中對象的概覽圖像已被存儲的存儲單元，或者用于從例如概覽圖像生成設(shè)備接收概覽圖像的接收單元。此外，概覽圖像提供單元也能夠適于基于從包括例如輻射源和探測設(shè)備的掃描裝置接收的探測值，來生成概覽圖像，其中，所述掃描裝置適于提供指示在已經(jīng)穿過對象之后的輻射的探測值。
[0021]模板圖像提供單元也能夠是存儲單元，其中，所述存儲單元可以包括模板圖像和模板掃描區(qū)域，并且可以適于提供存儲的模板圖像和模板掃描區(qū)域。模板圖像提供單元也能夠是用于從另一個設(shè)備接收模板圖像和模板掃描區(qū)域的接收單元。
[0022]優(yōu)選地，元素位置指示符確定單元還適于使用V1la-Jones算法來確定元素位置指示符，尤其是概覽圖像中的元素的中心以及包括要被掃描的元素的中間掃描區(qū)域。V1la-Jones算法優(yōu)選地已經(jīng)通過使用訓(xùn)練概覽圖像的數(shù)據(jù)庫而被訓(xùn)練，其中，能夠已經(jīng)存在已經(jīng)手動增加的訓(xùn)練掃描區(qū)域。在訓(xùn)練概覽圖像中，訓(xùn)練掃描區(qū)域包圍相應(yīng)元素，例如相應(yīng)器官，或相應(yīng)元素的部分。V1la-Jones算法非?？?，例如，其在標(biāo)準(zhǔn)個人計算機上僅需幾毫秒，從而進(jìn)一步增加確定掃描區(qū)域的速度。
[0023]還優(yōu)選地，元素位置指示符確定單元適于a)使用元素位置指示符確定算法來確定元素位置指示符，b)提供元素位置指示符確定規(guī)則，其用于如果所述元素位置指示符確定算法揭示若干可能的元素位置指示符，則選擇最可能的元素位置指示符，以及c)將所述元素位置指示符確定規(guī)則應(yīng)用到所確定的若干可能的元素位置指示符，以確定要由所述空間變換單元使用的所述元素位置指示符。例如，元素位置指示符確定單元能夠適于針對每個元素位置指示符確定得分，其中，元素位置指示符確定規(guī)則能夠定義，具有最高得分的元素位置指示符應(yīng)當(dāng)被選擇。得分能夠是元素位置指示符確定算法的直接結(jié)果。得分也能夠以另一方式來確定。例如，其能夠取決于空間鄰近的元素位置指示符的分組來確定。例如，得分是概率或置信度值。使用元素位置指示符確定規(guī)則能夠提高對元素位置指示符的確定的準(zhǔn)確性。
[0024]在實施例中，空間變換確定單元適于將基于強度的配準(zhǔn)算法應(yīng)用到所述概覽圖像和所述模板圖像以確定所述空間變換，其中，基于圖像強度的配準(zhǔn)算法基于所確定的元素位置指示符而被初始化，所確定的元素位置指示符指示所述要被掃描的對象的所述元素的關(guān)于所述概覽圖像的所述位置?；?