專利名稱：用于改進(jìn)的計算機(jī)輔助診斷的硬件腫瘤體模的制作方法
用于改進(jìn)的計算機(jī)輔助診斷的硬件腫瘤體模本申請涉及診斷成像。其具體結(jié)合硬件體模和用于對惡性腫瘤的診斷進(jìn)行改進(jìn)的 方法來應(yīng)用，并且將參照這些方面來加以描述。對于良性和惡性腫瘤(例如，肺結(jié)節(jié))之間的鑒別診斷，針狀體(表面的不規(guī)則 性)和血管分布(腫瘤連接到周圍血管網(wǎng)絡(luò)的方式)是至關(guān)重要的臨床參數(shù)。癌變(惡 性)腫瘤需要充足的血液供應(yīng)，會引起血管增生，并且因此趨向于表現(xiàn)出比歸類為良性的 腫瘤具有更高的血管分布和針狀體。諸如計算機(jī)斷層攝影(CT)和磁共振(MR)的成像技術(shù)，可以用于對在對象體內(nèi)的 腫瘤的診斷。用于針狀體和血管分布的量化的自動計算機(jī)處理技術(shù)正在發(fā)展當(dāng)中，這種技 術(shù)將有利于使用在成像過程中所獲得的經(jīng)重建圖像的對腫瘤的計算機(jī)輔助診斷(CAD)。這 些技術(shù)將在對已知或懷疑具有腫瘤的對象的掃描期間所采集的圖像數(shù)據(jù)與先前所采集的 數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這些針狀體或血管(從其中可以采集用于診斷的數(shù)據(jù))趨向于相對較小， 至少在腫瘤生長的開始階段是這樣的。通過圖像處理操作，針狀體和血管分布的計算機(jī)處 理量化因此趨向于高度依賴于所選擇的CT (或MR)掃描協(xié)議(例如，管電流、節(jié)距、切片厚 度)、重建方法、圖像分辨率等等。因此，這關(guān)系到纖細(xì)的針狀體或血管可能由于某種成像/ 重建協(xié)議的分辨率或噪聲水平而被掩蓋。因此，所述量化結(jié)果在不同的CT掃描之間不可比 以及由此導(dǎo)致了錯誤的診斷結(jié)果。本申請?zhí)峁┝诵碌暮透倪M(jìn)的裝置和方法，所述裝置和方法克服了以上所提到的這 些和其它問題。根據(jù)一方面，提供了一種包括至少一個硬件體模的成像系統(tǒng)，所述硬件體模包括 模擬腫瘤的不同結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征。掃描器采集對象的感興趣區(qū)域以及該至少一個硬件 體模的圖像數(shù)據(jù)。重建處理器處理所述圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生表示感興趣區(qū)域和硬件體模的經(jīng) 重建的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)另一方面，提供了一種成像方法，所述方法包括在同一掃描中，一起采集對象 的感興趣區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)以及對于至少一個硬件體模的圖像數(shù)據(jù)。所述方法還包括處理所 述圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生呈現(xiàn)感興趣區(qū)域和至少一個硬件體模的經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)另一方面，提供了一種分析圖像數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括計算在對對象的 掃描中所采集的經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)中所呈現(xiàn)的候選腫瘤的結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，計算在對對象 的掃描中所采集的經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)中所呈現(xiàn)的至少一個硬件體模的結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，以 及根據(jù)所計算出的硬件體模的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對分辨候選腫瘤的至少一些結(jié)構(gòu)特征的能力 進(jìn)行估計。一個優(yōu)點是所述系統(tǒng)和方法能夠?qū)崿F(xiàn)對腫瘤更加精確的鑒別診斷。所公開的系統(tǒng)和方法的另一優(yōu)點是，計算機(jī)輔助診斷技術(shù)能夠解決作為診斷基礎(chǔ) 的結(jié)構(gòu)的探測能力的差別。另一優(yōu)點是，所述診斷能夠獨立于諸如厚度和骨密度的患者的解剖結(jié)構(gòu)、在掃描 器中的患者體位以及掃描參數(shù)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過閱讀和理解下面的詳細(xì)描述將認(rèn)識到本發(fā)明的更進(jìn)一步優(yōu)點。本發(fā)明通過各種部件和部件的布置，以及各種步驟和步驟的布置而變得顯而易 見。這些附圖僅僅是出于圖示說明優(yōu)選實施例的目的，并且不能夠理解為是對本發(fā)明的限 制。

圖1是根據(jù)一個實施例的一方面的成像系統(tǒng)的示意性立面圖；圖2是根據(jù)另一實施例的成像系統(tǒng)的示意性立面圖；圖3是根據(jù)另一實施例的硬件體模組件的放大的透視圖；圖4是根據(jù)另一實施例的硬件體模的集合的放大的截面圖；圖5是模擬針狀體的硬件體模的一個實施例的部分的極度放大后的透視圖；以及圖6是模擬血管分布的硬件體模的另一實施例的放大的透視圖。參照圖1，其中示出了成像系統(tǒng)1的功能框圖。所圖示說明的系統(tǒng)1通過允許對成 像系統(tǒng)分辨腫瘤結(jié)構(gòu)特征的能力的自動化或半自動化地評估來幫助對所成像的候選腫瘤 的計算機(jī)輔助診斷，以及因此允許使用基于所測量到的這些結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)的合理的推論 形成精確的診斷。在所圖示說明的方法中，這是通過使用從一個或多個具有已知結(jié)構(gòu)特征 的硬件體模所采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析實現(xiàn)的，所述結(jié)構(gòu)特征被設(shè)計為模擬被研究的腫 瘤的結(jié)構(gòu)特征，如下面將更詳盡描述的。所述成像系統(tǒng)包括掃描器10。所圖示說明的掃描器10是計算機(jī)斷層攝影成像掃 描器，盡管其它的醫(yī)學(xué)掃描設(shè)備，諸如磁共振(MR)、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)、以及單光 子發(fā)射斷層攝影(SPECT)掃描器也是可以預(yù)期的。掃描器10包括在成像期間用于支撐諸如醫(yī)學(xué)患者的對象14的對象支撐物12，例 如桌子、床、躺椅等等。支撐物12在掃描方向ζ上移動，進(jìn)入或位于檢測區(qū)域16內(nèi)，所述檢 測區(qū)域16是由旋轉(zhuǎn)臺架18所限定的(為便于圖示說明，以體模的形式示出)。輻射源20 向檢測區(qū)域16投射輻射。所述輻射源可以是布置在臺架18上，并向檢測區(qū)域16內(nèi)投射圓 錐形、楔形、或扇形的χ射線束的χ射線管，在檢測區(qū)域16內(nèi)，所述χ射線束將與成像對象 14發(fā)生作用。所述χ射線的一部分被成像對象14吸收，以生成通?？臻g變化的所述束的衰 減。二維χ射線探測器24設(shè)置在臺架18上，其跨過檢測區(qū)域16與χ射線管20相對，可以 在χ射線束22穿過檢測區(qū)域16之后，測量其空間變化強度。典型地，χ射線探測器24是 安裝在旋轉(zhuǎn)臺架18上的。因此，探測器24在成像期間相對于對象進(jìn)行移動。在另一個合 適的布置中，所述探測器環(huán)形地布置在圍繞所述旋轉(zhuǎn)臺架的靜止臺架上。驅(qū)動系統(tǒng)26控制對象支撐物12在ζ方向上的直線運動并控制臺架旋轉(zhuǎn)。在軸向 計算機(jī)斷層攝影成像中，在對象12保持靜止的同時，臺架18進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)χ射線管20 關(guān)于檢測區(qū)域16的環(huán)形軌跡。在體積的軸向成像中，對象支撐物12在ζ方向上重復(fù)直線 步進(jìn)，同時針對每一步執(zhí)行軸向掃描，以沿軸向方向采集多幅圖像切片。在螺旋掃描中，數(shù) 據(jù)是沿螺旋探測路徑進(jìn)行采集的，該路徑是由并行地臺架18的旋轉(zhuǎn)和支撐物12的直線推 進(jìn)形成的。所采集到的成像投影數(shù)據(jù)從探測器24發(fā)送，并存儲在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器30中。重 建處理器32使用經(jīng)濾波的背投影或另外的重建方法重建所采集到的投影數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生所 述對象或其所選擇部分的二維或三維圖像表示，所述二維或三維圖像表示被存儲在圖像存 儲器34中。所述圖像表示被渲染或者以其它方式由視頻處理器36進(jìn)行操控，以便產(chǎn)生人類可見的圖像37，圖像37在圖像用戶界面38或其他顯示設(shè)備、打印設(shè)備等設(shè)備上進(jìn)行顯 示，便于操作者進(jìn)行觀察。在一個實施例中，對圖形用戶界面38進(jìn)行編程，以為放射線學(xué)者 提供與計算機(jī)斷層攝影掃描器10交互的界面，從而使得所述放射線專家能夠執(zhí)行和控制 計算機(jī)斷層攝影成像會話。重建處理器32產(chǎn)生對象14的感興趣區(qū)域40的圖像數(shù)據(jù)表示。例如，當(dāng)搜索指示 肺癌的結(jié)節(jié)(腫瘤)時，感興趣區(qū)域40就是所述對象的肺。對于良性和惡性腫瘤(例如肺節(jié)結(jié))間的鑒別診斷，所述針狀體和血管分布趨向 于是最為重要的臨床參數(shù)。然而，針狀體和血管分布(以及可選的其它結(jié)節(jié)形狀的特征)的 自動計算機(jī)處理量化高度依賴于所選擇的掃描協(xié)議(管電流、節(jié)距、切片厚度)、重建方法、 圖像分辨率、患者特征等等。因此，在不同CT掃描間的所述量化結(jié)果可能是不可比的并由 此導(dǎo)致錯誤的診斷結(jié)果。所圖示說明的實施例通過同時掃描患者(或者與其緊密接近的) 和具有已知針狀體的硬件體模，從而使得候選/實際的患者腫瘤的針狀體的計算處理量化 能夠自動地參照所述體模腫瘤的針狀體進(jìn)行校準(zhǔn)，解決了該問題。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)獨立于 掃描協(xié)議的、并獨立于患者的量化和計算機(jī)輔助診斷。如圖1所示，硬件體模組件50配置用于與對象14 一起進(jìn)行掃描。所圖示說明的硬 件體模組件50包括獨立的硬件體?；驑颖?2、54、56、58等的集合，所述硬件體?；驑颖灸?擬腫瘤結(jié)構(gòu)和腫瘤物理屬性(在所圖示說明的CT實施例中，χ射線吸收/傳送特征)。所 述體模是三維結(jié)構(gòu)，他們的結(jié)構(gòu)特征是彼此不同的。這些不同的結(jié)構(gòu)特征包括體模和表面 奇點的尺寸，下面將更詳盡地加以描述。身體的不同區(qū)域具有不同的信噪比，所以期望將由硬件體模52、54、56、58所衰減 的χ射線通過身體的同一區(qū)域40，作為由被診斷的實際腫瘤所衰減的χ射線。例如，在圖1 的實施例中，硬件體模52、54、56、58被包含在外殼60內(nèi)或者由其支撐，所述外殼被定位在 緊密臨近感興趣區(qū)域40的位置。例如，當(dāng)感興趣區(qū)域40是肺時，外殼放置到患者的胸部。 通過這種方式，在給定的掃描中，硬件體模組件50和感興趣區(qū)域是大體上同時被掃描的。 因此，由硬件體模以及通過在感興趣區(qū)域40內(nèi)的腫瘤兩者所衰減的χ射線被探測器24進(jìn) 行接收，并且以類似的方式被處理。為了避免看到腫瘤狀結(jié)構(gòu)而引起的患者可能的焦慮，外 殼60可以由視覺上不透明、但對χ射線是透明的塑料形成，該外殼完全封閉各個硬件體模 52、54、56、58。外殼60可以與正在被檢查的器官具有可比的尺寸。對于肺腫瘤，外殼60可 以是大約20cm的長度，即肺的典型長度。在另一實施例中，體模組件50被安裝到支撐物12上，例如，安裝在支撐物的上面、 內(nèi)部或下面，使得它將隨著對象14運動通過檢測區(qū)域16。在一個實施例中，支撐物12作為 外殼60。這樣的實施例在圖2中示出，其與圖1中的系統(tǒng)相似地配置，除非另有說明，這里 將相似的元件賦予相同的標(biāo)號。這里，在支撐物的空腔62內(nèi)容納硬件體模52、54、56、58。 再一次，體模位于其中的空腔62通常位于靠近感興趣區(qū)域40的位置。在另一實施例中，硬 件體模52、54、56、58可以在成型期間被集成到所述支撐物中。在后續(xù)的實施例中，通過掃 描系統(tǒng)可將所述硬件體模區(qū)別于支撐物的材料，例如，通過在χ射線衰減中顯示出不同。此 外，每個硬件體模的精確定位被索引到支撐位置。所圖示說明的硬件體模52、54、56、58中的每一個都是三維結(jié)構(gòu)，其模擬實際腫瘤 的結(jié)構(gòu)(即，其本身并不是實際的腫瘤)。如圖3所圖示說明的，在該集合中的硬件體模52、54、56、58被布置為陣列，諸如4X4或8X64的體模陣列等等，每個體模52、54、56、58在結(jié) 構(gòu)特征上(例如尺寸和/或形狀)不同于在該設(shè)置中的其它硬件體模。硬件體模52、54、 56、58是由諸如橡膠或塑料的材料形成的，所述材料對輻射(的響應(yīng))具有與感興趣的腫瘤 相似的響應(yīng)。例如，所述材料可能具有與常規(guī)組織相似的密度。在使用CT掃描器10的情 況下，為所述體模選擇的材料與感興趣的腫瘤具有相似的χ射線衰減屬性。在MR中，所述 體模具有相似的MR響應(yīng)，對其它成像模式如此類推。在結(jié)構(gòu)特征和衰減屬性上與實際腫瘤的相似性使得可以這樣假設(shè)即如果硬件體 模52、54、56、58的其中一個的已知結(jié)構(gòu)特征已經(jīng)在掃描中被探測到(即，可以由系統(tǒng)1分 辨出)，那么很可能可以探測到對象中的具有相似尺寸和形狀的實際腫瘤，只要它們存在。 類似地，如果在掃描中沒有探測到硬件體模52、54、56、58的其中一個的已知特征，例如，因 為其尺寸在已選定的掃描設(shè)置下低于掃描器10的探測閾值，那么在同一掃描中相似尺寸 和形狀特征的腫瘤的也很可能無法被探測到，即使它們存在。在對重建的圖像的視覺觀察中，放射線專家或其他的醫(yī)學(xué)觀察者(例如)可以使 用該關(guān)于腫瘤的探測可能性的評估。在掃描中所獲取的所有硬件體模的重建圖像63，可以 顯示在屏幕上的鄰近候選腫瘤或其它感興趣的區(qū)域的圖像59處，以便進(jìn)行比較。需要告知 所述放射線專家，如果在所重建的圖像中可以見到(分辨出)更小的體模和/或體模的更 小的結(jié)構(gòu)特征，那么在候選腫瘤或所述對象的區(qū)域中沒有相似的特征可以推斷說明不存在 所述特征；然而，如果在所重建的圖像中不能見到所述硬件體模的某些結(jié)構(gòu)特征，那么放射 學(xué)專家不能夠得出關(guān)于在所述對象中缺少任意腫瘤的類似特征的任何結(jié)論。所述硬件體模組件50也可應(yīng)用于計算機(jī)輔助診斷。具體而言，它通過重構(gòu)那些可 視化診斷以相似的方式依賴于的推論，使得計算機(jī)輔助診斷變得更加精確。如圖1所示，計 算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)64與重建處理器32進(jìn)行耦合，并提供至少部分地基于經(jīng)重建圖像數(shù)據(jù) 的診斷。診斷系統(tǒng)64可以具體表現(xiàn)為軟件、硬件或這兩者的組合。在所圖示說明的實施例 中，診斷系統(tǒng)64訪問用于存儲由先前對腫瘤的掃描所得到的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。診斷系統(tǒng)64 針對之前定位的可疑腫瘤比較圖像數(shù)據(jù)，并且對每個被觀察的腫瘤提供鑒別診斷，以便確 定其在尺寸和形狀上的改變，從這些改變中，可以推論出這些腫瘤可能是良性的或惡性的 概率。在另一實施例中，診斷系統(tǒng)64將被檢查的新的腫瘤的圖像數(shù)據(jù)與在數(shù)據(jù)庫66中 存儲的之前所采集的其它腫瘤的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較?；谒霰容^，診斷系統(tǒng)64提供對被檢查 腫瘤的鑒別診斷，諸如，所述腫瘤可能是良性的還是惡性的概率。診斷系統(tǒng)64可以是完全自動化的或部分自動化的。例如，在部分自動化的系統(tǒng) 中，放射線專家在圖像中識別任意腫瘤候選(疑似腫瘤)的位置。在一個實施例中，放射線 專家也在同一圖像中或來自同一掃描的臨近圖像中識別體模52、54、56、58的位置。放射線 專家隨后對腫瘤候選與硬件體模進(jìn)行比較，以便幫助診斷。如果所述放射線專家不能夠在 圖像中見到硬件體模的較小的特征，則關(guān)于候選腫瘤的狀態(tài)的推論將相應(yīng)地受到影響。在更加自動化的實施例中，自動地識別體模和候選腫瘤的位置。例如，體模的位置 是根據(jù)由在外殼60上適當(dāng)定位的標(biāo)記68創(chuàng)建的圖像，通過外殼本身，諸如外殼邊緣，或者 通過分析體模自身的已知相對位置，來確定的。因此，由于其尺寸較小，在圖像中不存在或 很難進(jìn)行探測的結(jié)構(gòu)的位置，可以使用適當(dāng)?shù)闹亟ㄜ浖M(jìn)行確定。一般而言，最少需要三個標(biāo)記68或外殼的位置來固定所有這些結(jié)構(gòu)的位置，因為這些結(jié)構(gòu)保持在外殼內(nèi)(或上)的 已知的固定位置。在一個實施例中，每個結(jié)構(gòu)具有其獨有的相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記，如圖3所示。在集合中的硬件體模52、54、56、58可以通過其來彼此區(qū)別的結(jié)構(gòu)特征包括通常 用于將腫瘤表征為良性或惡性的特征，并包括設(shè)計用于測試掃描器10的探測能力的特征。 這些特征中的其中一個是硬件體模的尺寸。如圖4所示，硬件體模的集合(八個體模52、54、 56、58、70、72、74和76已經(jīng)以示例的方式示出了)包括多個不同尺寸的硬件體模(已經(jīng)以 示例的方式示出了四個不同的尺寸Sl、S2、S3*S4)。例如，體模尺寸可以確定為各個硬件體 模的主體部分80的直徑。例如，在集合中的硬件體模52、54、56、58的尺寸在大約l_30mm、 或更小的范圍。例如，可以采用從大約3mm到大約30mm(例如，3mm、5mm、IOmm和30mm的體 模)的體模。這些尺寸是在癌性肺部組織中找到的小結(jié)節(jié)所具有的典型尺寸，小結(jié)節(jié)使用 當(dāng)前的成像技術(shù)是可探測的。其它尺寸可能適于不同類型的腫瘤和/或?qū)Τ上裣到y(tǒng)1的分 辨率有不同限制的地方。其它的結(jié)構(gòu)特征有硬件體模表面的不規(guī)則性，其在腫瘤的情況下，通常被稱作針 狀體。針狀體的等級可以根據(jù)腫瘤的一個或多個結(jié)構(gòu)特征的某些測量進(jìn)行限定。在諸如肺 結(jié)節(jié)的腫瘤中，針狀物(細(xì)的、常為錐形的、刺突狀的突出)從腫瘤的主體部分向各個方向 擴(kuò)展?；谙惹暗慕?jīng)驗，即這些參數(shù)的每一個對診斷的的重要性，針狀物的不同參數(shù)的一些 函數(shù)的測量被用于鑒別診斷。例如，可以將針狀物的直徑(寬度)、高度、體積、和/或數(shù)目 (等參數(shù))中的一個或多個用作診斷。在使用硬件體模的情況下，至少一些體模具有不同級別的表面不規(guī)則性，以便模 擬不同等級的針狀體。如圖4所示，例如，體模52、54、56、70、72和74包括刺突82，刺突82 從各自的主體部位80向外輻射，以便模擬在腫瘤體上的針狀物。體模58、76中的一個或多 個可以是平滑的，并且不具有刺突或其它突出。如圖5所圖示說明的，刺突82在形狀上通常是圓錐形的，并且具有能夠根據(jù)諸如 高度、寬度、錐度、體積、或這些參數(shù)的一些組合來表示的尺寸。所圖示說明的刺突具有高度 h(例如，在垂直于主體80的表面的方向上測量的)、寬度w (其可以表示為平均直徑，最小 或最大直徑或其它適當(dāng)?shù)囊恢麓_定的寬度測量)。所圖示說明的刺突82也可以是錐狀的， 正如以角度θ所圖示說明的，從尖端84到底部86的刺突，以與自然形成的針狀物相似的 方式形成。刺突82從主體沿多個方向延伸，這樣，如果它們在系統(tǒng)1的分辨范圍內(nèi)，所重建 的圖像應(yīng)當(dāng)顯示至少一些刺突。在不同的體模間的針狀體的不同等級明顯具有不同的參 數(shù)(例如)，諸如刺突的高度h、寬度w和/或錐度θ不同，并且可選的，還有它們的數(shù)目不 同。在集合中的一個或多個體模具有這樣的刺突，其中諸如最小的刺突82的高度、寬度、或 體積的大小的參數(shù)的值，通常大約在所期望的對成像系統(tǒng)1的分辨率的限制附近。這使得 成像系統(tǒng)能夠分辨可從硬件體模的重建圖像中探測出的小的針狀物。例如，如圖4所示，體 模的集合包括具有不同寬度/錐度的刺突的體模，諸如具有第一寬度/錐度的刺突的第一 體模54，具有第二寬度/錐度但具有相似的高度的第二體模56，等等。類似地，第一體模具 有第一高度的刺突，并且另一體模具有第二高度以及可能具有相似的錐度的刺突。體模的 不同結(jié)構(gòu)特征，除了能夠?qū)崿F(xiàn)對成像系統(tǒng)分辨率的進(jìn)行評估并將其考慮進(jìn)鑒別診斷之外， 也有助于系統(tǒng)的校準(zhǔn)，該校準(zhǔn)是通過提供已知尺寸Sl、S2, S3, S4的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，從該結(jié)構(gòu)中 可以計算在圖像中的腫瘤和針狀物的尺寸。
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常用于腫瘤的鑒別診斷的另一結(jié)構(gòu)特征是血管分布。這涉及到血管連接到腫瘤的 程度。在一個實施例中，至少一些腫瘤體模被構(gòu)造為圖6的硬件體模90所示的結(jié)構(gòu)。體模 90中的每一個意在模擬不同等級的血管分布，并且具有針狀的突出92，突出92通常從球形 主體部分80向外延伸。第一體?？赡芫哂械谝缓穸萾的突出92，并且第二體?？赡芫哂信c 第一厚度不同的第二厚度的突出92，等等。示例性的突出92類似于刺突82，但可選地為空 心的并通常缺少錐度。應(yīng)該理解，這里所提出的由腫瘤體模所模擬的針狀體和血管分布的變化僅僅是示 例性的。在其它的實施例中，可以有不同的可區(qū)別的結(jié)構(gòu)特征，諸如在單一體模上的不同類 型的刺突(例如，在高度、寬度和/或錐度上不同)。主體部分80可能具有與所示的球形不 同的形狀。刺突82和/或針狀突出92可以是彎曲的，而不是如所示的規(guī)則的圓錐或圓柱 狀的。刺突或突出可以是不均勻地分布在主體周圍，而不是所示的均勻布置。刺突可以是 被平截掉尖端的圓錐。事實上，需要在對腫瘤的自動或手動的鑒別診斷中考慮的任意的結(jié) 構(gòu)特征可能是不同硬件體模中的兩個或多個參數(shù)值所代表的特征。示例性的診斷系統(tǒng)64包括校準(zhǔn)部件100，校準(zhǔn)部件100接收腫瘤體模的結(jié)構(gòu)特征 (刺突、突出等等)的已知位置和參數(shù)(直徑等等)作為輸入。參數(shù)可以存儲在相關(guān)的存儲 器102中。校準(zhǔn)部件將每個體模與其位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并確定在所重建圖像中的體模的對應(yīng) 可識別結(jié)構(gòu)特征的維度，以便為圖像提供校準(zhǔn)參數(shù)。這使得可以基于從腫瘤體模的已知維 度中所導(dǎo)出的校準(zhǔn)參數(shù)，確定真實腫瘤的結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，例如主體尺寸，針狀物高度和寬 度等等。示例性的計算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)64還包括探測部件104，探測器部件104接收針對 圖像的校準(zhǔn)作為輸入，并識別體模的任意結(jié)構(gòu)特征(例如，刺突、突出或甚至整個體模)，這 些結(jié)構(gòu)特征已經(jīng)由于它們的確定的位置被探測到了，但他們在所重建的圖像數(shù)據(jù)中至少部 分缺失?；谠撔畔ⅲ綔y器部件更新分類器106。分類器106至少部分地基于腫瘤的結(jié)構(gòu) 特征，使用在數(shù)據(jù)庫66中所存儲的在之前所采集的關(guān)于經(jīng)分類的腫瘤的數(shù)據(jù)，來對腫瘤分 類(例如，分類為具有是惡性還是良性的概率)。在一個實施例中，CAD系統(tǒng)64也有助于對圖像中的候選腫瘤的鑒別。在該實施例 中，系統(tǒng)64包括搜索和比較例程108，搜索和比較例程108將對象的圖像的子區(qū)域與體模的 圖像進(jìn)行比較，以便識別類似于一個或多個體模的腫瘤候選。標(biāo)記部件110為每個腫瘤候 選做標(biāo)記。例如，標(biāo)記部件110可以致使視頻處理器36在每個腫瘤候選周圍畫圓?？梢詫?圓周進(jìn)行彩色編碼，以便識別與所標(biāo)記的候選類似的體模。作為另一示例，可以產(chǎn)生由圖像 坐標(biāo)和體模的相似性表示的腫瘤候選列表。其它使得腫瘤學(xué)專家能夠在診斷圖像中找到并 檢查每個候選腫瘤的標(biāo)記技術(shù)也是可以預(yù)期的。在一個實施例中，患者診斷例程112分析 對應(yīng)于每個體模的候選的數(shù)目，并且產(chǎn)生惡性的概率或其它所建議的診斷結(jié)果。示例性方法的如下所述模擬不同的腫瘤尺寸并改變腫瘤針狀體/血管分布等級 的硬件體模組件50，與患者一起被掃描(例如，使用CT或MR掃描器)。在掃描期間所采集 的圖像數(shù)據(jù)由重建處理器32進(jìn)行處理，以產(chǎn)生一幅或多幅經(jīng)重建的圖像。測量硬件體模在 經(jīng)重建的圖像中所表現(xiàn)出的維度和其它參數(shù)。隨后，使用硬件體模的已知尺寸，執(zhí)行針對圖 像的校準(zhǔn)。這使得能夠相對于在圖像中所示的長針和/或突出的已知尺寸確定所成像的腫 瘤的針狀物和/或血管的高度、寬度、錐度等等?？梢宰R別在圖像數(shù)據(jù)中不可探測的硬件體 模的已經(jīng)結(jié)構(gòu)特征(諸如在某種高度和/或?qū)挾人揭韵碌耐怀?。該信息被用于修改在鑒別診斷和/或?qū)υ\斷的置信評估中所使用的推論。例如，通過在圖像中識別其灰度級(衰 減)和結(jié)構(gòu)特征與一個或多個硬件體模的重建圖像的灰度級(衰減)和結(jié)構(gòu)特征類似的形 狀，識別在圖像中的候選腫瘤?；谛?zhǔn)，可以確定諸如每個候選腫瘤的結(jié)構(gòu)特征的維度的 參數(shù)，正如其在圖像中所表現(xiàn)的。因此可以自動地對照硬件體模的針狀體對真實的患者腫 瘤的針狀體的計算機(jī)處理量化進(jìn)行校準(zhǔn)。將所校準(zhǔn)的腫瘤參數(shù)與來自根據(jù)診斷進(jìn)行歸類的 先前的評估的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。從硬件體模獲得的信息被用于確保診斷并不是基于不正確的 推論。具體而言，當(dāng)體模圖像數(shù)據(jù)指示某類針狀體是不可探測的時，可以避免基于沒有此類 小針狀體而得到的推論?；谠摫容^輸出鑒別診斷。鑒別診斷可能采用帶有置信評估的、 腫瘤是惡性的概率的形式。例如，一個輸出可能是所探測到的腫瘤或腫瘤集具有80%的概 率是惡性的，并且對該評估的置信度是90%。或者，診斷可以采用所計算的數(shù)據(jù)的形式，該 數(shù)據(jù)可以被放射學(xué)專家和/或其他醫(yī)學(xué)人員利用，作為形成診斷的基礎(chǔ)。一般而言，當(dāng)確定 成像系統(tǒng)的分辨率較高時，例如，當(dāng)在硬件體模上的較多最小的突出是可探測的時候，置信 評估將增加。在另一實施例中，放射學(xué)專家檢查所重建的圖像，以便識別在圖像中對應(yīng)于腫瘤 的形狀，并做出手動的診斷估計，諸如腫瘤是惡性的還是良性的。在該實施例中，腫瘤體模 的重建圖像63，或者其表示，可以同時顯示在屏幕上，以便于與感興趣的腫瘤進(jìn)行比較。也 可以基于硬件腫瘤體模的計算，顯示所計算的關(guān)于期望在圖像中見到的腫瘤針狀體上的最 小尺寸的信息。放射學(xué)專家可以基于針對相似類型的腫瘤先前的經(jīng)驗，或通過對圖像中的 腫瘤與從相同腫瘤或感興趣區(qū)域所采集的之前圖像進(jìn)行比較得出診斷結(jié)果。在一個實施例中，計算機(jī)程序產(chǎn)品對指令編碼，當(dāng)由計算機(jī)執(zhí)行該指令時，執(zhí)行由 計算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)64所執(zhí)行的計算機(jī)實施的步驟。該計算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于執(zhí)行至 少一些用于執(zhí)行以上所描述的示例性鑒別診斷方法的步驟。該計算機(jī)程序產(chǎn)品可以是在其 上面記錄了控制程序的有形的計算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，諸如磁盤、硬盤驅(qū)動，或可能是可傳輸 載波，在傳輸載波中，控制程序表現(xiàn)為數(shù)據(jù)信號。通常形式的計算機(jī)可讀介質(zhì)包括，例如， 軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶、或其它任意的磁性存儲介質(zhì)，CD-ROM、DVD、或任意其它的光學(xué)介 質(zhì)，RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPR0M、或其它存儲芯片或單元存儲，傳輸介質(zhì)，例如聲或光波 長(例如那些在無線電波以及紅外數(shù)據(jù)通信期間所產(chǎn)生的)等等，或計算機(jī)可以讀取并使 用的任意其它介質(zhì)。示例性的實施例能夠在CT/MR掃描器中應(yīng)用，以及與在CT/MR/PET掃描器控制臺、 成像工作站(例如 Extended Brilliance Workspace, ViewForum)、以及 PACS 工作站(例 如iSite)上的CAD軟件包一起使用。所公開的系統(tǒng)和方法能夠在初步診斷的背景下和隨 后的監(jiān)測中使用。本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選的實施例加以描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過閱讀和理解先前 的詳細(xì)描述，可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或變更。旨在將本發(fā)明解讀為包括所有的此類修改和 變更，只要他們落在隨附權(quán)利要求或其等同替代的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種成像系統(tǒng)(1)，其包括至少一個硬件體模(52、54、56、58、70、72、74、76、90)，其包括模擬腫瘤的不同結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征(s、82、92)；掃描器(10)，其采集對象(14)的感興趣區(qū)域(40)和所述至少一個硬件體模的圖像數(shù)據(jù)；以及重建處理器(32)，其處理所述圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生代表所述感興趣區(qū)域和所述硬件體模的經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，還包括診斷系統(tǒng)(64)，其基于所述經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)，計算識別到的腫瘤的結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)， 以形成關(guān)于所述腫瘤的診斷，其中，所述成像系統(tǒng)分辨所述至少一個硬件體模的不同結(jié)構(gòu) 特征的能力給出所述診斷。
3.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，還包括診斷系統(tǒng)(64)，其將所述體模的所述結(jié)構(gòu)特征(s、82、92)與所述對象的所述圖像進(jìn)行 比較，以識別腫瘤候選。
4.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述至少一個硬件體模包括硬件體模的集合。
5.如權(quán)利要求4所述的成像系統(tǒng)，其中，所述硬件體模中的至少一些的所述結(jié)構(gòu)特征 包括從所述硬件體模的各自主體(80)延伸的突出(82)，所述硬件體模中的至少一個的所 述突出與所述硬件體模中的至少另一個的所述突出不同。
6.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，還包括外殼(60)，所述外殼(60)容納所述至少一個 硬件體模。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述外殼包括多個標(biāo)記(68)，所述標(biāo)記(68)使得 能夠確定硬件體模在所重建的圖像中的位置。
8.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述掃描器包括用于支撐所述對象的支撐物 (12)，所述至少一個硬件體模被安裝到所述支撐物上，用于隨之移動。
9.如權(quán)利要求8所述的成像系統(tǒng)，其中，所述支撐包括空腔(62)，其保持所述至少一個 硬件體模。
10.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，其中，所述至少一個硬件體模是由表現(xiàn)為與所述感 興趣區(qū)域內(nèi)的實際腫瘤對所述掃描器相似響應(yīng)的材料形成的。
11.如權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng)，其中，所述掃描器包括計算機(jī)斷層攝影掃描器，并 且其中，所述至少一個硬件體模的所述材料以與所述感興趣區(qū)域內(nèi)的實際腫瘤相似的方式 衰減X射線。
12.如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)，還包括存儲器(102)，該存儲器(102)存儲所述至 少一個硬件體模的所述結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，所述診斷系統(tǒng)將在所述經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)中的所 述至少一個硬件體模的所述結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)與所述存儲的參數(shù)進(jìn)行比較。
13.一種硬件體模(52、54、56、58、70、72、74、76、90)，其用于在如權(quán)利要求1所述的成像系統(tǒng)中使用。
14.如權(quán)利要求13所述的硬件體模，其中，所述硬件體模包括硬件體模的集合，所述硬 件體模中的至少一些的結(jié)構(gòu)特征包括從所述硬件體模的各自主體(80)延伸的突出(82)， 所述硬件體模中的至少一個的所述突出與所述硬件體模中的至少另一個的所述突出不同。
15.一種成像方法，其包括在同一掃描中，一起采集對象(14)的感興趣區(qū)域(40)的圖像數(shù)據(jù)和至少一個硬件體 模(52、54、56、58、70、72、74、76、90)的圖像數(shù)據(jù)；以及處理所述圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生代表所述感興趣區(qū)域和所述至少一個硬件體模的經(jīng)重建的 圖像數(shù)據(jù)。
16.如權(quán)利要求15所述的成像方法，還包括根據(jù)所述經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)，計算在所述感興趣區(qū)域內(nèi)所識別的腫瘤候選的結(jié)構(gòu)特征 的參數(shù)；根據(jù)所述經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)，計算所述至少一個硬件體模的結(jié)構(gòu)特征(s、82、92)的參 數(shù)；以及根據(jù)所計算出的所述硬件體模的所述結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，對分辨所述腫瘤候選的所述結(jié) 構(gòu)特征中的至少一些的能力進(jìn)行估計。
17.如權(quán)利要求16所述的成像方法，還包括基于所計算出的所述腫瘤候選的所述結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，形成關(guān)于所識別的腫瘤候選的 診斷，所述診斷是通過所估計的分辨所述腫瘤候選的所述結(jié)構(gòu)特征的能力獲知的。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述至少一個硬件體模的所述結(jié)構(gòu)特征包括刺 突和突出(82、89)中的至少一個，其從所述至少一個硬件體模中的至少一個的主體部分 (80)延伸。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述至少一個硬件體模的所述結(jié)構(gòu)特征的所述 參數(shù)包括下列組中的至少一個，所述組包括所述突出(82)的高度、寬度、錐度以及體積。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述腫瘤候選的所述結(jié)構(gòu)特征包括針狀物和血 管中的至少一個。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，對分辨所述腫瘤候選的結(jié)構(gòu)特征中的至少一些 的能力進(jìn)行估計包括估計參數(shù)值，其中，低于所述參數(shù)值，認(rèn)為不能分辨出所述針狀物，或 者高于所述參數(shù)值，認(rèn)為能夠分辨出針狀物。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述腫瘤候選的所述結(jié)構(gòu)特征的所述參數(shù)包括 下列組中的至少一個，所述組包括所述針狀物或血管的高度、寬度、錐度以及體積。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述腫瘤候選的所述結(jié)構(gòu)特征的所述參數(shù)還包 括所述針狀物或血管的數(shù)目。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述至少一個硬件體模包括不同硬件體模的集I=I ο
25.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括根據(jù)所述經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)，計算所述硬件體模中的第一個的結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，以及 計算所述硬件體模中的第二個的結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括電子地比較所述硬件體模與所述對象的所述圖像，以便識別腫瘤候選。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括在存儲器中存儲所述硬件體模的所述結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)，以及根據(jù)所存儲的參數(shù)評估所 述腫瘤候選，以產(chǎn)生建議的診斷。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，關(guān)于所述腫瘤候選的所述診斷的形成包括確定 所述腫瘤是惡性的概率。
29.一種計算機(jī)可讀介質(zhì)，其承載用于控制診斷成像系統(tǒng)控制處理器以執(zhí)行如權(quán)利要 求16所述的方法的程序。
30.一種分析圖像數(shù)據(jù)的方法，包括計算呈現(xiàn)在對象(14)的掃描中所采集的經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)中的候選腫瘤的結(jié)構(gòu)特征 的參數(shù)；計算呈現(xiàn)在所述對象的所述掃描中所采集的經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)中的至少一個硬件體 模(52、54、56、58、70、72、74、76、90)的結(jié)構(gòu)特征(s、82、92)的參數(shù)；以及根據(jù)所計算出的所述硬件體模的所述結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)對分辨所述腫瘤候選的所述結(jié) 構(gòu)特征的至少一些的能力進(jìn)行估計。
31.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其對指令進(jìn)行編碼，當(dāng)所述指令在計算機(jī)上運行時，其執(zhí)行 如權(quán)利要求30所述的方法。
全文摘要
一種成像系統(tǒng)(1)，其包括至少一個硬件體模(52、54、56、58)，所述硬件體模包括模擬腫瘤不同結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征(s、82、92)。掃描器(10)采集對象(14)的感興趣區(qū)域(40)內(nèi)和所述至少一個硬件體模的圖像數(shù)據(jù)。重建處理器(32)處理所述圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生代表感興趣區(qū)域以及所述硬件體模的經(jīng)重建的圖像數(shù)據(jù)。
文檔編號A61B6/00GK101902964SQ200880122304
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
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