专利名称：生成多分辨率结构以改进医疗成像工作流的方法和设备的制作方法
生成多分辨率结构以改进医疗成像工作流的方法和设备
本申请是申请日为2006年7月13日、申请号为200610172950. 8、发明名称为“生成多分辨率结构以改进医疗成像工作流的方法和设备”的专利申请的分案申请。技术领域
本发明一般涉及接收、管理和存储大量的图像数据，尤其涉及以可以容易地由应用使用的无损格式存储大量的图像数据。
背景技术：
随着医疗成像技术的发展，所需的患者数据量也增加了。目前，是存储和传输代表立体的完整数据集。替换的，可以压缩或抽取完整的数据集以节省存储空间并提高传输数据的速度，但是在压缩过程中丢失了某些原始信息。此外，随着图像数据量的增加，访问、处理和显示该数据所需要的时间也增加了。
例如，第一应用读取完整的数据集，抽取数据以达到所需级别，然后处理该数据。 该过程由随后每个访问该数据集的应用重复。因此，当需要新的视图时，重复该数据抽取过程。此外，可能会处理处于显示器无法支持的级别的数据，这就导致时间和处理功耗的浪费。
另外，当例如从采集系统向远程观察和处理工作站传输数据时，要传输整个数据集。这很耗时，并且需要处理工作站上的大量带宽和存储空间。
因此，就需要一种更加有效的方式来存储和管理大量数据。本发明的特定实施例目的是满足这些需要和其他目的，这从以下的描述和附图中可以看出。发明内容
在一个实施例中，用于处理数据的方法包括采用整数小波分解将数据分解为多个分辨率级别。对包括多个按预定顺序的分辨率级别的数据流进行编译。访问所述多个分辨率级别中至少一个与工作流应用相关联的分辨率级别，并在所述至少一个分辨率级别上执行该工作流应用。
在另一个实施例中，用于处理图像数据的系统包括变换模块，所述变换模块采用整数小波变换对多维数据执行正变换和逆变换。正变换产生多个分辨率级别。处理器编译包含多个按预定顺序的分辨率级别的数据流，存储器存储所述数据流。处理器基于工作流应用访问所述多个分辨率级别中至少一个分辨率级别。
在另一个实施例中，用于形成数据的多分辨率结构的方法包括采用整数小波分解将数据分解为多个分辨率级别。所述数据包括至少三个维度，并且所述分辨率级别中的每一个都包括表示立体数据的数据块。对包括按照基于分辨率级别的顺序排列的数据块的数据流进行编译。在与工作流应用相关联的预定分辨率级别，访问所述数据流中的第一组数据块。对所述第一组数据块执行工作流应用。
图I示出根据本发明的实施例的计算机系统的框图2示出根据本发明的实施例的CT成像系统的框图3示出根据本发明的实施例所形成的数据体；
图4示出根据本发明的实施例采用整数小波分解的正变换过程；
图5示出根据本发明的实施例的逆变换过程；
图6示出根据本发明的实施例采用IWMR对三维立体数据集的多级别分解所进行的数据重组；
图7示出根据本发明的实施例包括三个多分辨率级别的数据流；
图8示出根据本发明的实施例使用整数小波分解的方法的流程图9示出根据本发明的实施例的工作流应用的矩阵，其获益于使用通过IWMR结构处理与保存的数据；
图10示出根据本发明的实施例CAD过程；
图11示出根据本发明的实施例的数据的分割过程的流程图12示出根据本发明的实施例的特征提取过程；和
图13示出根据本发明的实施例可以在特征分类过程中使用的预先训练的分类算法。
在结合附图进行阅读时，会更好地理解先前的综述以及以下对本发明特定实施例的详细描述。应该理解本发明并不局限于附图所示的配置和仪器。
具体实施方式
图I示出根据本发明的实施例的计算机系统10的框图。仅仅作为示例，计算机系统10可以是PACS或者其他处理工作站。计算机系统10包括的组成部分例如有与存储器 14和显示器16相连的计算机12。计算机12通过输入/输出接口 20进行通信来与其他计算机、处理工作站和诸如医疗诊断系统的数据获取系统共享信息和数据。接口 20可以与例如LAN、WAN或者因特网相互连接。变换模块18可以集成到计算机12中或者与计算机12 相互连接。变换模块18对数据集执行正/反整数小波变换，以形成多分辨率数据集。对分辨率数据集排序并将其存储在如下所述的数据流中，形成整数小波多分辨率(IWMR)结构， 该结构可以存储在存储器14中。所需级别的多分辨率数据集可以由计算机12进行访问和处理，然后输出到显示器16上。
图2示出根据本发明的实施例的CT成像系统50的框图。应该理解CT成像系统 50仅仅用作例子，也可以使用其他数据获取系统，例如MRI，超声和核医学。CT成像系统50 的控制子系统具有与台架相关联的控制模块52，控制模块52包括为X射线源56提供功率和计时信号的X射线控制器54，以及控制台架60的旋转速度和位置的支电机控制器58。数据获取模块62从检测器阵列64接收投影数据，并将该数据转换为用于随后的计算机处理的数字形式。分解模块66可以从数据获取模块62或者计算机68接收数据，并使用整数小波变换将该数据分解成多分辨率数据集，以下将进一步讨论该多分辨率数据集。X射线控制器54、支电机控制器58、数据获取模块62以及分解模块66都连接到计算机68。应该理解的是，可以由计算机68实现分解模块66的功能。
计算机68还管理台面电机控制器70的运行，台面电机控制器70沿着z轴74移动患者台面72。计算机68可以连接到图像重构器76，图像重构器76根据现有技术中的已知方法执行高速图像重构。
计算机68通过操作员控制台78接收命令和扫描参数，操作员控制台78通常是能够使操作者输入CT扫描参数并显示重构图像的CRT显示器和键盘。大容量存储设备80是用于存储操作程序的装置。
在数据获取过程中，CT成像系统50在搜集数据时可以用作传统的锥型束系统。在一步一照(step-and-shoot)获取方法中，当X射线源56和检测器阵列64沿着台架60围绕穿过患者84的z轴74进行整圈的旋转时，台面72保持静止。在多个角度位置中的每一个位置，数据获取模块62从包括检测器阵列64的检测器82接收衰减数据。在完成一整圈旋转之后，计算机68命令台面电机控制器70将台面72沿着z轴74前进到另一个位置，并对患者84执行另一次旋转扫描。重复进行该过程直到完全扫描了患者84的期望部分。可替换的是，CT成像系统50可以采用螺旋状的获取模式获取数据，其中在X射线源56和检测器阵列64旋转并获得扫描数据时，台面电机控制器70推进台面72。在螺旋状的获取模式中，通过滑动环技术传输扫描数据。分解模块66采用整数小波分解将三维扫描数据分解成多个分辨率级别。
图3示出根据本发明的实施例所形成的数据体100。数据体100仅仅是代表性的。 应该理解诸如图像数据的数据可以作为一系列表示体素的值存储在数据块中。将数据体 100从逻辑上分为用字母a-h表示的八个数据子集。如果数据体100包括图像数据，每个数据子集a-h表示感兴趣对象的一部分,例如患者84的一部分。
整数小波分解包括并向滤波和次采样过程，该过程产生一组分层的子带。单个级别的分解导致一个低频率子带和三个高频率子带。典型地，小波变换是实数(浮点数)滤波器，其结果也是实数值。直到最近，只有S变换(改进的哈尔小波)提供了基于整数的变换和重构。从该变换的本质可以了解到，保留浮点数据操作的精确性是非常困难的。最近， Calderbank等人提出了称为“提升(lifting) ”的技术，该技术能够用于任何小波变换，将其变为完全可逆的基于整数的变换。
一维中的一阶小波正变换是基于以下等式的
Z( ) = |_(C(2 ) + C(2 + l))/2j^*ne
以及
H (n) = C(2n)-C(2n+1),
其中，对于i e [O, N-1]的C(i)表示输入数据，L和H是所分解的低频和高频分量，C是输入数据。运算生成比输入数据的大小为‘N’的运算对象小的最大整数。一阶小波正变换的逆变换是一阶小波逆变换，用以下等式描述
C{2n) = L{n) + [(//( ) +1) / 2」；以及
C(2n+1) = C(2n)_H(n)
在上述等式中隐含地假设数据大小“η”为偶数。即使是对于理论分析和描述有效， 这个假设也不能满足实际中遇到的无数的数据集。因此，在将一维变换扩展到二维(2D)变换时就必须处理输入数据的奇数和偶数大小。
以上所述小波正变换和小波逆变换的等式是用于一维单阶变换的。对每一个级别上的“LL”分量递归地执行单阶小波变换。用于变换的级别的数量由最小分辨率的固定的行和/或列大小确定。这个级别值由将原始图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骤确定。如果“η”是这个级别变量，则采用以下等式
n = Iog2 (max (行，列))-Iog2 (dsize)
其中“η”是分解的级别数量，“行”和“列”是原始图像尺寸，Iog2是以2为底的对数，dsize是最小分辨率图像的可配置大小。
在每个级别执行对奇数行或列的特殊处理。对奇数行或者奇数列进行复制，目的是强制其变为偶数，从而使小波变换算法成为无缝单元。该添加增加了图像存储的大小，然而，由于高频子带的所添加的行或列都会为0，所以在执行压缩时忽略此添加。
采用以下等式管理2D正变换
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)
逆变换过程是采用最小分辨率“LL”频带并将该频带与和它相关联的“HL”、“LH” 和“HH”频带合并以生成下一个更高的分辨率。重复这个过程直到实现了图像的全分辨率或者获得特定的分辨率级别。
采用以下等式管理2D逆变换
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)
该逆变换是涉及单个级别重构的模块，允许用户从最小分辨率到全分辨率中指定所需级别用于重构。
图4示出根据本发明的实施例采用整数小波分解的三维(3D)正变换过程。该变换可以以任意顺序执行，只要正变换和逆变换以彼此相反的顺序执行。例如，变换模块18 或者分解模块66采用整数小波变换过程，在Z，X然后Y维对图3中的数据体100执行正变换，结果形成第一级变换102 (图3)。输入数据104代表数据体100的八个数据子集a-h。 对输入数据104在Z维上执行三维变换并得到中间结果106，该过程可以由以下等式完成
L1 = \_(a + e) / 2 J ；
H1 = a~e ；
式完成
式完成
权利要求
1.一种用于处理数据的方法，包括 对三维立体数据执行正向整数小波变换和逆向整数小波变换，以形成具有多个分辨率级别(150)的多分辨率数据集，在逆向整数小波变换中，变换是按照与正向整数小波变换相反的顺序进行的； 对多分辨率数据集进行排序并将其存储在数据流中，以形成整数小波多分辨率IWMR结构，其中对所述数据流进行排序以保持DICOM多帧格式，在DICOM多帧格式中，一个全局文件标题被采用并且包括数据流中每个数据体块的信息，接着是来自原始数据格式中的多个图像的数据； 编译(280)包含按照预定顺序的所述多个分辨率级别(150)的数据流(260)； 访问所述多个分辨率级别(150)中与工作流应用有关的仅一个分辨率级别(266-268);以及 对所述仅一个分辨率级别(266-268)执行所述工作流应用。
2.根据权利要求I所述的方法，还包括 识别处于所述仅一个分辨率级别的所述数据内的感兴趣项； 识别表示所述感兴趣项的数据块(264)； 访问所述数据块(264)以执行工作流应用。
3.根据权利要求I所述的方法，所述工作流应用与获取(202)、处理(212)、分析(224)、显示(234)、存档/检索(242)、连接(248)以及超出3D(254)中的一个的功能域有关。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括 访问所述仅一个分辨率级别； 利用显示(234)功能域的至少一个所述工作流应用处理所述仅一个分辨率级别以形成三维图像；以及 在显示器(16)上显示所述三维图像。
5.根据权利要求I所述的方法，所述工作流应用访问次分辨率级别，所述工作流应用形成代表采用更高的分辨率级别所创建的图像的快速预览图像以及用于验证至少一个获取参数和所述数据内容的质量控制图像中的一个。
6.根据权利要求I所述的方法，还包括 利用具有用于传输图像数据的滑动环的计算机X线断层摄影术(CT成像系统50)获取(272)所述数据；以及 基本上同时地执行分解(278)和获取(272)步骤，以减小由所述滑动环传输的所述图像数据的带宽。
7.根据权利要求I所述的方法，还包括 识别所述仅一个分辨率级别(266-268)的一部分；以及 利用所述工作流应用分析所述部分，其中所述工作流应用是计算机辅助检测、计算机辅助诊断、分割和模式识别中的一个。
8.根据权利要求I所述的方法，还包括 识别所述数据内的感兴趣区域ROI，所述ROI包括一段时间中的二维图像数据、三维图像数据、一段时间中的三维图像数据以及代表多个能量级别的图像数据中的一个；以及识别在所述仅一个分辨率级别(266-268)包含所述ROI的所述数据流(260)内的至少一个数据块(264)，所述执行步骤还包括对所述至少一个数据块(264)执行所述工作流应用。
9.一种用于处理图像数据的系统，包括 变换模块(18)，用于对三维立体数据执行正向整数小波变换和逆向整数小波变换以形成具有多个分辨率级别(150)的多分辨率数据集，并且对多分辨率数据集进行排序并将其存储在数据流中以形成整数小波多分辨率IWMR结构，其中在逆向整数小波变换中，变换是按照与正向整数小波变换相反的顺序进行的，并且其中对所述数据流进行排序以保持DICOM多帧格式，在DICOM多帧格式中，一个全局文件标题被采用并且包括数据流中每个数据体块的信息，接着是来自原始数据格式中的多个图像的数据； 处理器(12)，用于编译包含按照预定顺序的所述多个分辨率级别(150)的数据流(260);以及 存储器(14)，用于存储所述数据流(260)，所述处理器(12)基于工作流应用访问所述多个分辨率级别(150)中的仅一个分辨率级别(266-268)。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括 所述变换模块(18)对所述多维数据执行所述正变换，以形成第一级分解； 所述处理器(12)识别在所述第一级分解内的第一数据块(264)，所述第一数据块(264)包括所述多维数据的子集；以及 所述变换模块(18)对所述第一数据块(264)执行所述正变换，以形成第二级分解。
全文摘要
本发明涉及生成多分辨率结构以改进医疗成像工作流的方法和设备。本发明提供了用于医学成像系统的具有纵轴的患者台面(26)的方法和系统。患者台面(26)包括具有第一端(46)、轴向放置的第二端(48)以及在两者之间延伸的第一和第二轴向定向的侧边缘的主体，该主体还包括延伸经过该主体的至少一个孔，和从第一和第二轴向定向的侧边缘中至少一个侧边缘延伸出来的槽(60)，以及配置为使用第一端(46)和第二端(48)中至少一个与该主体相连接的基台。
文档编号H04N7/26GK102984511SQ201210174570
公开日2013年3月20日 申请日期2006年7月13日 优先权日2005年7月13日
发明者S·A·西罗海, G·B·阿维纳什 申请人:通用电气公司