УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РАЗМЕРА ОБЪЕКТА
APPARATUS FOR DETERMINING CHANGE IN SIZE OF OBJECT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству, способу и компьютерной программе для определения изменения размера объекта.
Предшествующий уровень техники
Обычно узелок легкого в первом наборе данных изображения компьютерной томографии и в последующем наборе данных изображения компьютерной томографии выбираются вручную или автоматически, и выбранный узелок легкого сегментируется отдельно в обоих наборах данных изображения компьютерной томографии. Объем сегментированного узелка легкого в первом наборе данных изображения компьютерной томографии и объем сегментированного узелка легкого в последующем наборе данных изображения компьютерной томографии определяются и сравниваются для определения роста или уменьшения узелка легкого.
Так как сегментация осуществляется на каждом наборе данных изображения компьютерной томографии отдельно, приводя к присвоению числа объема узелка легкого в каждый момент времени, сегментированный объем может отличаться, даже если тот же самый узелок легкого, имеющий тот же самый размер и форму, присутствует в обоих наборах данных изображения компьютерной томографии, например, из-за маленьких изменений в значениях набора данных изображения из-за шума, металла или других артефактов, которые могут быть сгенерированы во время реконструкции наборов данных изображения компьютерной томографии. С математической точки зрения это может быть выражено как плохо изложенная проблема, так как маленькие изменения во входных данных, то есть значениях набора данных изображения компьютерной томографии, могут привести к большим изменениям в выходных данных, то есть сегментированных объемах, вызывая уменьшение точности определения изменения размера узелка легкого.
Сущность изобретения
Объект настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства, способа и компьютерной программы для определения изменения размера объекта, причем точность определения изменения размера объекта является улучшенной.
В первом аспекте настоящего изобретения представлено устройство для определения изменения размера объекта, причем устройство содержит:
- блок предоставления набора данных изображения для предоставления первого набора данных изображения, показывающего объект в первое время, и для предоставления второго набора данных изображения, показывающего объект во второе время, являющееся отличным от первого времени,
- блок предоставления области интереса для предоставления первой области интереса, в которой располагается объект, показанный в первом наборе данных изображения, в первом наборе данных изображения и для предоставления второй области интереса, в которой располагается объект, показанный во втором наборе данных изображения, во втором наборе данных изображения,
- блок регистрации для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга, причем блок регистрации выполнен с возможностью генерировать значение масштабирования, осуществляя, по меньшей мере, преобразование масштабирования для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга,
- блок определения значения изменения для определения значения изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного значения масштабирования.
Так как значение изменения может быть определено без сегментирования объекта в первом наборе данных изображения и втором наборе данных изображения, точность определения изменения размера объекта не уменьшается ошибками сегментации, таким образом, улучшается точность определения изменения размера объекта. Кроме того, значение изменения позволяет измерять изменение размера объекта.
Блок предоставления набора данных изображения предпочтительно является устройством обработки изображений, например устройством компьютерной рентгеновской томографии, устройством магнитно-резонансной томографии или устройством ядерной обработки изображений, таким как устройство компьютерной томографии, испускающее единственный фотон, или устройство томографии, испускающее позитрон. В других вариантах осуществления блок предоставления набора данных изображения является, например, блоком хранения, в котором хранятся первый набор данных изображения и второй набор данных изображения.
Первый набор данных изображения и второй набор данных изображения являются предпочтительно трехмерными наборами данных, в частности, показывающими легкое пациента, имеющее узелки. Таким образом, объект, изменение размера которого должно быть определено, является, предпочтительно, узелком легкого. В других вариантах осуществления объект может быть другим объектом, например повреждением или узелком в другой части пациента или, также, технического объекта. Кроме того, первый набор данных изображения и второй набор данных изображения могут также быть двумерным набором данных или четырехмерным набором данных. Измерение первого набора данных изображения и второго набора данных изображения может быть временем.
Если первый набор данных изображения и второй набор данных изображения являются трехмерными или четырехмерными наборами данных, область интереса является предпочтительно объемом интереса.
Предпочтительно, что блок регистрации выполнен с возможностью генерировать несколько значений масштабирования для различных измерений, осуществляя преобразование масштабирования в различных измерениях, причем различные измерения соответствуют предпочтительно различным ортогональным направлениям. В частности, блок регистрации выполнен с возможностью генерировать три значения масштабирования для трех измерений.
Если преобразовывается вторая область интереса, значение масштабирования предпочтительно задается как отношение длины непреобразованной второй области интереса к длине преобразованной второй области интереса в соответствующем измерении, или, если преобразовывается первая область интереса, значение масштабирования предпочтительно задается как отношение длины преобразованной первой области интереса к длине непреобразованной первой области интереса в соответствующем измерении.
В другом варианте осуществления блок регистрации может быть выполнен с возможностью генерировать значение масштабирования, осуществляя, по меньшей мере, изотропное преобразование масштабирования, в котором одно и то же масштабирование осуществляется в каждом измерении. В этом варианте осуществления блок определения значения изменения предпочтительно выполнен с возможностью определять значение изменения как значение масштабирования.
В предпочтительном варианте осуществления устройство дополнительно содержит блок ввода и предпочтительно графический пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю выбирать, в каких измерениях должно быть осуществлено преобразование масштабирования или должно ли быть осуществлено изотропное масштабирование.
Дополнительно является предпочтительным, что блок определения значения изменения выполнен с возможностью определять значение изменения, в зависимости от нескольких значений масштабирования, сгенерированных для различных измерений. Предпочтительно, блок регистрации выполнен с возможностью генерировать три значения масштабирования для трех измерений, и блок определения значения изменения выполнен с возможностью определять значение изменения, на основе трех значений масштабирования. Дополнительно является предпочтительным, что блок определения значения изменения выполнен с возможностью определять значение изменения, в зависимости от произведения нескольких значений масштабирования. В частности, значение изменения является произведением нескольких значений масштабирования. Если было сгенерировано только одно значение масштабирования, значение изменения является, предпочтительно, этим сгенерированным значением масштабирования. Это позволяет определять значение изменения, которое может быть расценено как фактор изменения, причем значение изменения, равное 1.0, указывает, что размер объекта не изменился, значение изменения, которое меньше чем 1.0, указывает уменьшение, и значение изменения, которое больше чем 1.0, указывает рост.
Дополнительно является предпочтительным, что блок регистрации выполнен с возможностью осуществлять аффинное преобразование, которое включает в себя преобразование масштабирования, для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга. Аффинное преобразование предпочтительно включает в себя, в дополнение к масштабированию, по меньшей мере, одно, в частности все, из следующего: трансляции, вращения и сдвига, то есть преобразование осуществляется вплоть до 12 градусов свободы, причем одно или несколько значений масштабирования, полученных аффинным преобразованием, используются для определения значения изменения.
В варианте осуществления блок предоставления области интереса выполнен с возможностью выбрать объект в первом наборе данных изображения и/или во втором наборе данных изображения. Этот блок предоставления области интереса предпочтительно выполнен с возможностью позволять человеку вручную выбирать и/или автоматически распознавать и выбирать объект в первом наборе данных изображения и/или во втором наборе данных изображения. Блок предоставления области интереса, предпочтительно, дополнительно выполнен с возможностью позволять ручное и/или автоматическое определение первой области интереса и/или второй области интереса, причем каждая из этих областей интереса включает в себя объект, в первом наборе данных изображения и/или во втором наборе данных изображения, соответственно.
Дополнительно является предпочтительным, что блок предоставления области интереса содержит:
- блок предоставления первого расположения для предоставления первого расположения объекта в первом наборе данных изображения,
- блок предоставления области расположения для предоставления области расположения, включающей в себя первое расположение объекта, причем объект показан в первом наборе данных изображения,
- блок выравнивания для выравнивания области расположения со вторым набором данных изображения, причем центр выровненной области расположения задает второе расположение объекта во втором наборе данных изображения,
причем блок предоставления области интереса выполнен с возможностью предоставлять первую область интереса, вокруг первого расположения объекта и предоставлять вторую область интереса, вокруг второго расположения объекта.
Блок предоставления первого расположения и блок предоставления области расположения содержат, предпочтительно, блок выбора, выполненный с возможностью вручную или автоматически выбирать первое расположение объекта в первом наборе данных изображения и определять вручную или автоматически область расположения, которая включает в себя первое расположение объекта, причем объект показан в первом наборе данных изображения, в первом наборе данных изображения. Второе расположение объекта, то есть расположение во втором наборе данных изображения, которое соответствует первому расположению объекта в первом наборе данных изображения, тогда определяется блоком выравнивания, осуществляя регистрацию области расположения со вторым набором данных изображения, в частности со всем вторым набором данных изображения. Эта регистрация приводит к грубому выравниванию расположений объекта в первом наборе данных изображения и во втором наборе данных изображения. Блок предоставления области интереса предпочтительно выполнен с возможностью предоставлять первую область интереса вокруг первого расположения объекта и предоставлять вторую область интереса вокруг второго расположения объекта так, что первая область интереса и вторая область интереса меньше чем область расположения. Дополнительно является предпочтительным, что, рассматривая форму первых и вторых областей интереса, размер первой области интереса и второй области интереса выбирается так, что они по существу включают в себя только объект. Например, если первые и вторые области интересов являются прямоугольными, длины стороны прямоугольных областей интереса выбираются так, что области интересов включают в себя только объект. Если объект является узелком легкого, область расположения является предпочтительно кубовидной, имеющей длину стороны 10 см, тогда как области интересов являются кубовидными, имеющими меньшие длины стороны. Блок выравнивания предпочтительно выполнен с возможностью осуществлять, по меньшей мере, только одну из работы трансляции и вращательной работы.
Это грубое выравнивание расположений объекта и соответствующих первых и вторых областей интереса приводит к двум четко заданным областям интересов, в которых обычно по существу центрируется объект. Это улучшает качество регистрации, осуществляемой блоком регистрации, потому что первая область интереса и вторая область интереса имеют большое количество общей информации.
Дополнительно является предпочтительным, что блок выравнивания выполнен с возможностью определять геометрическое расположение первого расположения объекта относительно системы координат, которая является общей для первого набора данных изображения и второго набора данных изображения, определять промежуточное второе расположение объекта, определяя геометрическое расположение во втором наборе данных изображения, используя систему координат, и запускать, то есть инициализировать, выравнивание области расположения со вторым набором данных изображения, располагая область расположения во второй набор данных изображения так, что центр области расположения является промежуточным вторым расположением объекта. Это дает блоку выравнивания начальное расположение для выравнивания области расположения со вторым набором данных изображения, что уменьшает вычислительные затраты для процедуры выравнивания.
Общая система координат является предпочтительно системой координат, которая задается относительно структуры, причем геометрическое отношение между структурой и каждым расположением значения изображения первого набора данных изображения и геометрическое отношение между той же структурой и каждым расположением значения изображения второго набора данных изображения являются известными. Эта структура является, например, признаком устройства компьютерной томографии или признаком, которым может быть идентифицирована в обоих наборах данных изображения, как целое легкое или сосуд.
Дополнительно является предпочтительным, что общая система координат является известной системой координат сканера, если и первый набор данных изображения, и второй набор данных изображения получаются одним и тем же устройством обработки изображений. Если расположение пациента равно или очень подобно первому набору данных изображения и второму набору данных изображения, пациент имеет то же самое расположение относительно системы координат сканера в обоих наборах данных изображения, и соответствующие расположения в первом наборе данных изображения и во втором наборе данных изображения могут быть определены, определением того же геометрического расположения в первом наборе данных изображения и во втором наборе данных изображения относительно общей системы координат.
Дополнительно является предпочтительным, что
- блок регистрации выполнен с возможностью осуществлять первую регистрацию для регистрации первой области интереса на вторую область интереса, причем блок регистрации выполнен с возможностью генерировать первое значение масштабирования, осуществляя, по меньшей мере, преобразование масштабирования для регистрации первой области интереса на вторую область интереса,
- блок определения значения изменения выполнен с возможностью определять первое значение изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного первого значения масштабирования,
- блок регистрации выполнен с возможностью осуществлять вторую регистрацию для регистрации второй области интереса на первую область интереса, причем блок регистрации выполнен с возможностью генерировать второе значение масштабирования, осуществляя, по меньшей мере, преобразование масштабирования для регистрации второй области интереса на первую область интереса,
- блок определения значения изменения выполнен с возможностью определять второе значение изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного второго значения масштабирования.
Если блок регистрации выполнен с возможностью генерировать несколько значений масштабирования, первые значения масштабирования генерируются осуществлением, по меньшей мере, преобразования масштабирования для регистрации первой области интереса на вторую область интереса, и первое значение изменения определяется в зависимости от этих сгенерированных первых значений масштабирования, и вторые значения масштабирования генерируются осуществлением, по меньшей мере, преобразования масштабирования для регистрации второй области интереса на первую область интереса, и второе значение изменения определяется в зависимости от сгенерированных вторых значений масштабирования. Это позволяет контролировать точность определения изменения размера объекта, проверяя, являются ли первое значение изменения и второе значение изменения обратными друг другу.
Дополнительно является предпочтительным, что устройство содержит:
- блок определения подобия для определения того, подобны ли одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения относительно меры подобия,
- блок вывода для вывода сигнала, если блок определения подобия определил, что одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения не подобны относительно меры подобия.
Устройство вывода является, например, устройством отображения, который отображает различие между одним из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсией другого из первого значения изменения и второго значения изменения. Вместо, или в дополнение к устройству отображения, устройство вывода может также быть выполнено с возможностью выводить звуковой сигнал, если блок определения подобия определил, что одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения не подобны относительно меры подобия.
Мера подобия предпочтительно определяется предварительно. Блок определения подобия предпочтительно выполнен с возможностью определять, что одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения не подобны, если их абсолютная разность больше чем предварительно заданная пороговая величина. Предпочтительно, пороговая величина равна или меньше чем 20%, более предпочтительно равна или меньше чем 15%, еще более предпочтительно равна или меньше чем 10% и наиболее предпочтительно равна или меньше чем 5%, относительно значения изменения, что указывает отсутствие изменения размера объекта.
В дополнительном аспекте настоящего изобретения представляется способ определения изменения размера объекта, причем способ содержит этапы, на которых:
- предоставляют первый набор данных изображения, показывающий объект в первое время, и предоставляют второй набор данных изображения, показывающий объект во второе время, являющееся отличным от первого времени,
- предоставляют первую область интереса, в которой располагается объект, показанный в первом наборе данных изображения, в первом наборе данных изображения и предоставляют вторую область интереса, в которой располагается объект, показанный во втором наборе данных изображения, во втором наборе данных изображения,
- регистрируют первую область интереса и вторую область интереса относительно друг друга, причем значение масштабирования сгенерировано осуществлением, по меньшей мере, преобразованием масштабирования для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга,
- определяют значение изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного значения масштабирования.
В дальнейшем аспекте настоящего изобретения представлена компьютерная программа для определения изменения размера объекта, причем компьютерная программа содержит средства программного кода для побуждения устройства по п.1 к осуществлению этапов способа по п.10, когда компьютерная программа запущена на компьютере, управляющем устройством.
Следует понимать, что устройство по п.1, способ по п.10 и компьютерная программа по п.11 имеют подобные и/или идентичные предпочтительные варианты осуществления, которые заданы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения может также быть любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения по отношению к независимым пунктам формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидны из и объяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные в дальнейшем. На последующих чертежах:
Фиг. 1 показывает схематично и примерно вариант осуществления устройства для определения изменения размера объекта,
Фиг. 2 показывает примерную схему последовательности операций, иллюстрирующую вариант осуществления способа для определения изменения размера объекта,
Фиг. 3 показывает схематично и примерно первый набор данных изображения, второй набор данных изображения, объект в этих наборах данных изображения и область расположения, и
Фиг. 4 показывает схематично и примерно первый набор данных изображения, второй набор данных изображения, объект в этих наборах данных изображения, первую область интереса и вторую область интереса.
Подробное описание вариантов осуществления
Фиг. 1 показывает схематично и примерно устройство 17 для определения изменения размера объекта. В этом варианте осуществления устройство для определения изменения размера объекта является системой компьютерной томографии. Система компьютерной томографии включает в себя гентри 1, которая способна к вращению вокруг оси R вращения, которая продолжается параллельно z-направлению. Источник 2 излучения, который является, в этом варианте осуществления, рентгеновской трубкой, монтируется на гентри 1. Источник 2 излучения предоставляется с коллиматором 3, который формирует, в этом варианте осуществления, конический луч 4 излучения из излучения, сгенерированного источником 2 излучения. Излучение пересекает зону 5 исследования, которая, в этом варианте осуществления, является цилиндрической и которая, в этом варианте осуществления, содержит пациента или технический элемент. После пересечения зоны 5 исследования, луч 4 излучения падает на устройство 6 обнаружения, которое содержит двумерную поверхность обнаружения. Устройство 6 обнаружения монтируется на гентри 1.
Система компьютерной томографии содержит два двигателя 7, 8. Гентри приводится в движение на предпочтительно постоянной, но корректируемой угловой скорости двигателем 7. Двигатель 8 предоставляется для перемещения, в этом варианте осуществления, пациента, который располагается на столе пациента в зоне 5 исследования, параллельно направлению оси R вращения или оси Z. Эти двигатели 7, 8 управляются блоком 9 управления, например, так, что источник 2 излучения и зона 5 исследования перемещаются относительно друг друга вдоль спиральной траектории. Однако также возможно, что зона 5 исследования, содержащая, в этом варианте осуществления, пациента, не перемещается, а поворачивается только источник 2 излучения, то есть источник излучения перемещается вдоль круговой траектории относительно зоны 5 исследования, в частности в этом варианте осуществления, относительно пациента. Кроме того, в другом варианте осуществления, коллиматор 3 может быть выполнен с возможностью формировать другую форму луча, в частности веерный луч, и устройство 6 обнаружения может содержать поверхность обнаружения, которая формируется, чтобы соответствовать другой форме луча, в частности веерному лучу.
Во время относительного перемещения источника 2 излучения и зоны 5 исследования, устройство 6 обнаружения генерирует данные измерений, в зависимости от излучения, падающего на поверхность обнаружения устройства 6 обнаружения. Данные измерений, которые являются, в этом варианте осуществления, данными проекции, предоставляются устройству 10 формирования изображения для генерирования набора данных изображения из данных измерений, то есть из данных проекции. В этом варианте осуществления устройство 10 формирования изображения выполнено с возможностью реконструировать набор данных изображения из данных измерений, используя алгоритм обратной проекции. Однако, в других вариантах осуществления, другие алгоритмы могут использоваться для реконструкции набора данных изображения из данных измерений, например инверсии радона.
Источник излучения 2, элементы для перемещения источника 2 излучения относительно зоны 5 исследования, в частности двигатели 7, 8 и гентри 1, устройство 6 обнаружения и устройство 10 формирования изображения формируют блок 18 предоставления набора данных изображения для предоставления первого набора данных изображения, показывающего объект в первое время и для предоставления второго набора данных изображения, показывающего объект во второе время, являющееся отличным от первого времени. В другом варианте осуществления блок 18 предоставления набора данных изображения может быть блоком хранения, в котором уже хранятся первый набор данных изображения и второй набор данных изображения. В этом случае устройство для определения изменения размера объекта не нуждается в источнике излучения, устройстве обнаружения, элементах для перемещения источника излучения относительно зоны исследования и устройства формирования изображения, или другой системы для получения данных измерений и для генерирования набора данных изображения из данных измерений. Устройство для определения изменения размера объекта, в варианте осуществления, рабочая станция, содержащая, по меньшей мере, блок хранения для хранения первого и второго наборов данных изображения, блок предоставления области интереса, блок регистрации и блок определения значения изменения, который будет описан дополнительно ниже.
Блок 16 обработки, который также содержит устройство 10 формирования изображения, содержит блок 12 предоставления области интереса для первой области интереса, в которой располагается объект, в первом наборе данных изображения и для предоставления второй области интереса, в которой располагается объект, во втором наборе данных изображения. В этом варианте осуществления блок 12 предоставления области интереса содержит блок 30 предоставления первого расположения для первого расположения объекта в первом наборе данных изображения, блок 32 предоставления области расположения, для предоставления области расположения, включающей в себя первое расположение объекта и объект, и блок 31 выравнивания для выравнивания области расположения со вторым набором данных изображения, причем центр выровненной области расположения определяет второе расположение объекта во втором наборе данных изображения и причем блок предоставления области интереса выполнен с возможностью предоставлять первую область интереса вокруг первого расположения объекта и предоставлять вторую область интереса вокруг второго расположения объекта. Блок 30 предоставления первого расположения и блок 32 предоставления области расположения содержат блок выбора, выполненный с возможностью выбирать расположение объекта в первом наборе данных изображения, то есть первое расположение объекта, и определять область расположения в первом наборе данных изображения так, что она включает в себя первое расположение объекта и выбранный объект. Блок 30 предоставления первого расположения и блок 32 предоставления области расположения предпочтительно содержат или состоят из одного и того же блока выбора, который выполнен с возможностью предоставлять первое расположение объекта и область расположения, и обозначается на Фиг. 1 пунктирным квадратом. Например, блок выбора содержит графический интерфейс пользователя и блок ввода, такой как клавиатура или мышь для выбора объекта в первом наборе данных изображения, который показан на устройстве 11 отображения. Блок выбора может также быть выполнен с возможностью автоматически обнаруживать и выбирать первое расположение объекта в первом наборе данных изображения, например узелке легкого в первом наборе данных изображения, показывая легкое пациента. Для этого автоматического обнаружения и выбора первого расположения объекта, в частности узелка легкого, предпочтительно используется алгоритм, который определяется в M.S. Brown, M.F. McNitt-Gray, J.G. Goldin, R.D. Suh, J.W. Sayre, и D.R. Aberle, "Patient-specific models for lung nodule detection and surveillance in CT images," IEEE Trans. Med. Imag., том 20, номер 12, стр. 1242-1250, Декабрь 2001; J.P. Ko и M. Betke, "Chest CT: automated nodule detection and assessment of change over time - preliminary experience," Radiology, том 218, номер 1, стр. 267-273, 2001; R. Wiemker, P. Rogalla, A. Zwartkruis, и T. Blaffert, "Computer aided lung nodule detection on high resolution CT data," Proc. SPIE, том 4684, стр. 677-688, 2002; C.I. Fetita, F. Preteux, C. Beigelman-Aubry, и P. Grenier, "3-D automated lung nodule segmentation in HRCT," в Lecture Notes in Computer Science. Берлин, Германия: Springer - Verlag, 2003, том 2878, Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, стр. 626-634; или R. Wiemker, A. Speck, D. Kulbach, H. Spitzer и J. Beinlein (1997): "Unsupervised robust change detection on multispectral imagery using spectral and spatial features", in Proceedings from the Third International Airborne Remote Sensing Conference and Exhibition, Copenhagen, Denmark, том 1, стр. 640-647, которые включены в данную заявку посредством ссылки.
Блок выбора предпочтительно дополнительно выполнен с возможностью позволять пользователю вручную задавать область расположения и/или первую область интереса или автоматически задавать область расположения и/или первую область интереса, которая включает в себя выбранный объект. Форма области расположения и/или области интереса, которая является предпочтительно объемом интереса, может быть выбрана произвольно, но может быть прямоугольной. Размер области расположения и/или области интереса может быть предписан пользователем, например, щелчком по объекту и перетаскиванием до достижения требуемого радиуса, или он может быть реализован как константа согласно типичному размеру, в определенном объеме, выбранного объекта, в частности узелка легкого.
В предпочтительном варианте осуществления область расположения больше, чем первая область интереса. Кроме того, блок предоставления области интереса выполнен так, что первая область интереса, в частности размер и в частности форма, выбираются пользователем, тогда как размер и форма области расположения задаются предварительно так, что вид объекта, который должен быть включен в область расположения, находится точно в области расположения. Например, в случае, когда объект является узелком легкого, область расположения является предпочтительно кубовидной, и ее центр является первым расположением объекта и ее длина стороны составляет 10 см.
Блок 30 предоставления первого расположения предоставляет первое расположение объекта в первом наборе данных изображения и блок 32 предоставления области расположения предоставляет область расположения, включающую в себя первое расположение объекта и объект. Затем блок 31 выравнивания определяет геометрическое расположение первого расположения объекта относительно системы координат, которая является общей для первого набора данных изображения и второго набора данных изображения, чтобы определить промежуточное второе расположение объекта, определяя геометрическое расположение во втором наборе данных изображения при использовании системы координат. Таким образом, блок выравнивания определяет промежуточное второе расположение объекта во втором наборе данных изображения, которое должно соответствовать первому расположению объекта в первом наборе данных изображения, находя геометрическое расположение, которое было определено в первом наборе данных изображения, во втором наборе данных изображения относительно общей системы координат. Эта общая система координат может быть определена геометрией устройства компьютерной томографии, которое использовалось для генерирования первого и второго наборов данных изображения. Кроме того, структуры, такие как целое легкое или сосуды, показанные в первом и во втором наборе данных изображения, могут использоваться для определения промежуточного второго расположения объекта, которое соответствует первому расположению объекта. Это определение промежуточного второго расположения объекта при использовании общей системы координат и/или структур, показанных в обоих наборах данных изображения, является обычно грубым определением только, в частности, если объект перемещается между генерированием первого набора данных изображения и второго набора данных изображения, в частности, если объект является узелком легкого пациента.
Блок 31 выравнивания начинает выравнивать область расположения со вторым набором данных изображения, располагая область расположения во второй набор данных изображения так, что центр области расположения является промежуточным вторым расположением объекта. Область расположения теперь преобразовывается, в частности транслируется и/или поворачивается, во втором наборе данных изображения так, что мера подобия, которая описывает подобие между областью расположения в первом наборе данных изображения и преобразованной областью расположения во втором наборе данных изображения, оптимизируется. Центр преобразованной области расположения во втором наборе данных изображения, который соответствует оптимизированной мере подобия, является вторым расположением объекта, которое будет использоваться для задания второй области интереса. Мерой подобия является предпочтительно сумма различий в квадрате. В других вариантах осуществления могут использоваться другие меры подобия, такие как тип корреляции, изображение на основе градиента или измерения взаимной информации.
Затем блок 12 предоставления области интереса предоставляет первую область интереса вокруг первого расположения объекта и предоставляет вторую область интереса вокруг второго расположения объекта. Это предпочтительно осуществляется использованием первой области интереса, которая была выбрана пользователем, использующим блок выбора, и центрированием второй области интереса, имеющей геометрические измерения первой области интереса вокруг определенного второго расположения объекта во втором наборе данных изображения.
В другом варианте осуществления блок предоставления области интереса является блоком хранения, в котором уже хранятся форма и расположение первой области интереса и/или второй области интереса.
Блок 16 обработки дополнительно содержит блок 13 регистрации для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга, причем блок 13 регистрации выполнен с возможностью генерировать значение масштабирования, которое может также быть расценено как коэффициент масштаба, осуществляя, по меньшей мере, преобразование масштабирования для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга. В этом варианте осуществления блок регистрации выполнен с возможностью осуществлять аффинное преобразование, которое включает в себя преобразование масштабирования, для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга. Аффинное преобразование включает в себя, в этом варианте осуществления, масштабирование, трансляцию, вращение и сдвиг, то есть преобразование выполняется с 12 градусами свободы.
Регистрационная схема в блоке 13 регистрации берет следующие данные как ввод: первая область интереса, вторая область интереса и вектор преобразования, который описывает преобразование первой области интереса или второй области интереса. Вектор преобразования инициализируется с нулевыми значениями для любой трансляции, вращения или сдвига и со значением, равным одному для любого масштабирования, то есть первоначального значения масштабирования, являются единицей. Регистрация первой области интереса со второй областью интереса осуществляется со схемой оптимизации, в которой преобразование применяется ко второй области интереса, причем вектор преобразования изменяется так, что мера подобия применяется к первой области интереса, и преобразованная вторая область интереса оптимизируется. В других вариантах осуществления преобразование может быть применено к первой области интереса для преобразования первой области интереса, причем вектор преобразования изменяется так, что мера подобия применяется к преобразованной первой области интереса, и вторая область интереса оптимизируется. Мерой подобия является предпочтительно сумма различий в квадрате. В других вариантах осуществления могут использоваться другие меры подобия, такие как тип корреляции, изображение на основе градиента или измерения взаимной информации. Результатом регистрации, осуществляемой блоком 13 регистрации, является оптимизированный вектор преобразования, по меньшей мере, с одним оптимизированным значением масштабирования.
Блок 16 обработки дополнительно содержит блок 14 определения значения изменения для определения значения изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного значения масштабирования. В этом варианте осуществления блок 13 регистрации выполнен с возможностью генерировать три значения масштабирования и блок определения значения изменения выполнен с возможностью умножать три значения масштабирования, которые соответствуют трем измерениям, для определения значения изменения.
Устройство для определения изменения размера объекта дополнительно содержит блок 17 ввода, такой как клавиатура или мышь, который позволяет пользователю выбирать, в каком измерении значение масштабирования должно быть вычислено, или должно ли быть определено изотропное значение масштабирования. Устройство предпочтительно содержит графический пользовательский интерфейс, который показан на устройстве 11 отображения и который содержит меню, в котором пользователь может сделать свой выбор, щелкая по соответствующим меткам в меню. Блок 14 определения значения изменения предпочтительно выполнен с возможностью определять значение изменения на основе выбора значений масштабирования, сделанных пользователем.
Определенное значение изменения и предпочтительно также одно или несколько сгенерированных значений масштабирования показаны на устройстве 11 отображения.
В варианте осуществления блок 13 регистрации выполнен с возможностью осуществлять первую регистрацию для регистрации первой области интереса на вторую область интереса, причем блок 13 регистрации выполнен с возможностью генерировать первое значение масштабирования, осуществляя, по меньшей мере, преобразование масштабирования для регистрации первой области интереса на вторую область интереса, и блок определения значения изменения выполнен с возможностью определять первое значение изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного первого значения масштабирования. Кроме того, блок 13 регистрации предпочтительно выполнен с возможностью осуществлять вторую регистрацию для регистрации второй области интереса на первую область интереса, причем блок 13 регистрации выполнен с возможностью генерировать второе значение масштабирования, осуществляя, по меньшей мере, преобразование масштабирования для регистрации второй области интереса на первую область интереса, и блок определения значения изменения выполнен с возможностью определять второе значение изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного второго значения масштабирования.
Первое значение изменения и второе значение изменения должны быть непротиворечивыми, то есть первое значение изменения должно быть подобным инверсии второго значения изменения или наоборот.
Блок 15 определения подобия определяет, дается ли вышеупомянутое подобие, то есть подобно ли одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения относительно меры подобия. Блок 15 определения подобия предпочтительно выполнен с возможностью определять, что одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения не подобны, если их абсолютная разность больше чем предварительно заданная пороговая величина. Предпочтительно, пороговая величина равна или меньше чем 20%, более предпочтительно равна или меньше чем 15%, еще более предпочтительно равна или меньше чем 10% и наиболее предпочтительно равна или меньше чем 5%, относительно значения изменения, что указывает отсутствие изменения размера объекта, то есть отсутствие роста и отсутствие уменьшения.
Если блок 15 определения подобия определил, что одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения не подобны относительно меры подобия, это будет обозначено на устройстве 11 отображения. Например, красная индикация может быть отображена, если первое значение изменения и второе значение изменения не являются непротиворечивыми, и зеленая индикация может быть отображена, если они являются непротиворечивые.
В другом варианте осуществления, вместо или в дополнение к устройству 11 отображения, другое устройство вывода, например акустическое устройство вывода, может использоваться для вывода сигнала, если блок 15 определения подобия определил, что первое значение изменения и второе значение изменения не являются непротиворечивыми, то есть что, по меньшей мере, одно из первого значения изменения и второго значения изменения и инверсии другого из первого значения изменения и второго значения изменения не подобны относительно меры подобия.
В последующем, способ определения изменения размера объекта будет описан со ссылкой на схему последовательности операций, показанную на Фиг. 2.
На этапе 101 первый набор данных изображения и второй набор данных изображения предоставляются блоком 18 предоставления набора данных изображения. В этом варианте осуществления первое сканирование компьютерной томографии грудной клетки было осуществлено для генерирования первого набора данных изображения, показывая легкое пациента, и позже последующее сканирование компьютерной томографии грудной клетки было осуществлено для генерирования второго набора данных изображения, показывая легкое пациента в более позднее время.
На этапе 102 блок 12 предоставления области интереса предоставляет первую область интереса 22, в которой располагается объект 23, в первом наборе 20 данных изображения и предоставляет вторую область интереса 25, в котором располагается объект 24 с измененным размером, во втором наборе 21 данных изображения. Блок 12 предоставления области интереса содержит блок 30 предоставления первого расположения, который предоставляет первое расположение 35 объекта в первом наборе 20 данных изображения, блок 32 предоставления области расположения, который предоставляет область расположения 36, включающую в себя первое расположение 35 объекта и объект 23, и блок 31 выравнивания. Блок 31 выравнивания определяет геометрическое расположение первого расположения 35 объекта относительно системы координат, которая является общей для первого набора 20 данных изображения и второго набора 21 данных изображения для определения промежуточного второго расположения объекта, определяя геометрическое расположение во втором наборе 21 данных изображения, используя систему координат. Затем блок 31 выравнивания начинает выравнивать область расположения 36 со вторым набором 21 данных изображения, располагая область расположения 36 во втором наборе 21 данных изображения так, что центр области расположения является промежуточным вторым расположением объекта. После завершения этого выравнивания центр выровненной области расположения задает второе расположение 37 объекта во втором наборе 21 данных изображения. Блок 12 предоставления области интереса затем предоставляет первую область интереса 22 вокруг первого расположения 35 объекта и вторую область интереса 25 вокруг второго расположения 37 объекта.
Блок 30 предоставления первого расположения содержит, предпочтительно, блок выбора, выполненный с возможностью выбирать первое расположение 35 объекта, который является предпочтительно узелком легкого, в первом наборе 20 данных изображения. Блок выбора может также быть выполнен с возможностью определять первую область интереса 22 в первом наборе 20 данных изображения. Блок выбора может содержать, например, графический пользовательский интерфейс для позволения пользователю выбирать первое расположение 35 объекта в первом наборе 20 данных изображения. Затем первая область интереса 22, которая включает в себя выбранное первое расположение 35 объекта и предпочтительно объект 23, определяется вручную пользователем или автоматически. Форма первой области интереса 22, который является предпочтительно объемом интереса, может быть произвольно выбрана, но может быть прямоугольной. Размер первой области интереса 22 может быть предписан пользователем, например, щелкая по объекту 23 и перетаскивая, до достижения требуемого радиуса, или он может быть реализован как константа согласно типичному размеру, в определенном объеме, выбранного объекта 23, в частности узелка легкого. Область расположения предпочтительно больше, чем первая область интереса и предпочтительно автоматически выбирается вокруг первого расположения объекта, например, при использовании предварительно заданного размера области расположения, или также выбирается пользователем, использующим блок выбора. Первый набор 20 данных изображения с объектом 23 и первое расположение 35 объекта, включенное в область расположения 36, и второй набор 21 данных изображения с объектом 24 и второе расположение 37 объекта в другой момент времени являются примерными и схематично показаны на Фиг. 3. Фиг. 4 показывает схематично и примерно первый набор 20 данных изображения с объектом 23, включенным в первую область интереса 22 и второй набор 21 данных изображения с объектом 24 во второй области интереса 25.
На этапе 103 блок 13 регистрации регистрирует первую область интереса и вторую область интереса относительно друг друга, причем блок регистрации выполнен с возможностью генерировать значение масштабирования, осуществляя, по меньшей мере, преобразование масштабирования для регистрации первой области интереса и второй области интереса относительно друг друга. В этом варианте осуществления блок регистрации генерирует три значения масштабирования для трех измерений, которые предпочтительно соответствуют трем ортогональным пространственным направлениям. В другом варианте осуществления пользователь может выбрать, для каких измерений должны быть определены размеры значения масштабирования, или должно ли быть определено изотропное значение масштабирования, и блок 13 регистрации выполнен с возможностью генерировать одно или несколько значений масштабирования в соответствии с этим выбором.
На этапе 104 блок 14 определения значения изменения определяет значение изменения, которое указывает изменение размера объекта, в зависимости от сгенерированного значения масштабирования. В этом варианте осуществления блок 13 регистрации генерирует три значения масштабирования, соответствующие трем измерениям, и блок 14 определения значения изменения умножает эти три значения масштабирования для определения значения изменения.
Определенное значение изменения и предпочтительно также сгенерированные значения масштабирования отображаются на устройстве 11 отображения.
На этапе 105 блок 13 регистрации и блок 14 определения значения изменения определяют второе значение изменения. Для определения второго значения изменения регистрация осуществляется в противоположном направлении относительно регистрации, осуществляемой на этапе 103. Если, например, на этапе 103 первая область интереса была зарегистрирована на вторую область интереса, на этапе 105 вторая область интереса регистрируется на первую область интереса. Этап 105 приводит к второму значению изменения, которое должно быть обратным первому значению изменения, определенному на этапе 104.
Также второе значение изменения предпочтительно отображается на устройстве 11 отображения.
На этапе 106 блок 15 определения подобия определяет, подобны ли первое значение изменения и обратное второе значение изменения относительно вышеупомянутой меры подобия, причем устройство 11 вывода, в этом варианте осуществления устройство отображения, выводит сигнал, если блок 15 определения подобия определил, что первое значение изменения и обратное второе значение изменения не подобны относительно меры подобия.
Устройство, способ и компьютерная программа для определения изменения размера объекта позволяют оценку роста для легочных узелков, что является важным параметром, для различия злокачественных узелков и доброкачественных. Оценка роста обычно делается сравнением последующих исследований компьютерной томографии пациента обычно с интервалом в три-шесть месяцев. Для этой оценки узелки сегментируются a) в первом наборе данных изображения и b) в последующем наборе данных изображения, и определяется объем сегментированных узелков. Как упомянуто выше, сегментация обычно ошибочна, таким образом, уменьшается точность определения роста или уменьшения узелков. Напротив, вышеописанное устройство и способ настоящего изобретения позволяют оценивать рост или уменьшение узелков без сегментации. Этап сегментации заменяется специализированной аффинной регистрацией локальных областей этих двух исследований.
Устройство для определения изменения размера объекта может быть интегрировано в консоли сканера компьютерной томографии, рабочие станции обработки изображений и рабочие станции PACS. В частности, устройство и способ могут быть использованы как часть системы компьютерного диагноза (CAD) для определения злокачественных и доброкачественных опухолей, таких как легочные узелки.
Значения масштабирования и значение изменения предпочтительно определяются так, что значение изменения x, с x>1, равно росту объекта на 100(x-l)%, и так, что значение изменения y, с y<1, равно уменьшению объекта на 100y%.
Устройство для определения изменения размера объекта может быть выполнено с возможностью показывать в дополнение к значению изменения и предпочтительно, по меньшей мере, одному значению масштабирования, объект в первой области интереса, объект во второй области интереса и изображение вычитания, в котором зарегистрированные первая и вторая область интересов вычитаются друг из друга, на устройстве 11 отображения.
Хотя в вышеупомянутых описанных вариантах осуществления блок предоставления набора данных изображения является предпочтительно блоком для получения данных проекции компьютерной томографии и для генерирования набора данных изображения компьютерной томографии из этих данных проекции, в особенности для генерирования набора данных изображения компьютерной томографии грудной клетки, в других вариантах осуществления блок предоставления набора данных изображения может быть любым блоком, который предоставляет первый набор данных изображения и второй набор данных изображения, показывающие один и тот же объект. Блок предоставления набора данных изображения может быть только блоком хранения, в котором хранятся соответствующие наборы данных изображения, блоком приема, который принимает первый набор данных изображения и второй набор данных изображения от другого блока, например, через интернет-соединение, или блок предоставления набора данных изображения может быть другой системой обработки изображений такой как система магнитно-резонансной томографии, ядерная система обработки изображений, оптическая система обработки изображений, ультразвуковая система обработки изображений и так далее.
Другие изменения к раскрытым вариантам осуществления могут быть поняты и произведены специалистами в данной области техники при осуществлении заявленного изобретения, из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения.
В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и неопределенные артикли «а» или «an» не исключают множество.
Единственный блок или устройство может осуществлять функции нескольких элементов, упомянутых в формуле изобретения. Простой факт, что определенные меры рассказываются в различных зависимых пунктах формулы, не указывает, что комбинация этих мер не может использоваться для преимущества.
Вычисления и определения, такие как выравнивание, регистрация, определение значения изменения и процедуры определения подобия, осуществляемые одним или несколькими блоками или устройствами, могут быть осуществлены любым другим числом блоков или устройств. Например, выравнивание, регистрация, определение значения изменения и процедуры определения подобия могут быть осуществлены единственным блоком или любым другим числом различных блоков. Вычисления и определения и/или управление устройством для определения изменения размера объекта в соответствии со способом определения изменения размера объекта могут быть реализованы как средства программного кода компьютерной программы и/или как выделенные аппаратные средства.
Компьютерная программа может быть сохранена/распределена на подходящей среде, такой как оптический носитель или твердотельный носитель, предоставленный вместе с или как часть других аппаратных средств, но может также быть распределена в других формах, например через Интернет или другие проводные или беспроводные системы связи.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны быть рассмотрены как ограничивающие контекст.