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处理断层扫描图像的方法、装置、设备及存储介质

阅读:187发布:2023-03-09

专利汇可以提供处理断层扫描图像的方法、装置、设备及存储介质专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及处理 断层 扫描图像的方法、装置、设备及存储介质。根据一 实施例 ,一种处理断层扫描图像的方法可包括:获取患者的多套断层扫描图像,所述多套断层扫描图像是在不同时间针对患者的相同或相邻 治疗 部位采集的,并且每套断层扫描图像包括该治疗部位的不同扫描 位置 的多幅断层扫描图像,基于预定规则将所述多套断层扫描图像转化为单个 图像序列 ,以及对所述单个图像序列进行 视频编码 ,以生成视频文件。本发明提供的方法可以高效的压缩多套断层扫描图像数据,将多套断层扫描数据转化为单个图像序列,最大程度的节省图像的存储空间。,下面是处理断层扫描图像的方法、装置、设备及存储介质专利的具体信息内容。

1.一种处理断层扫描图像的方法,包括:
获取患者的多套断层扫描图像,所述多套断层扫描图像是在不同时间针对患者的相同或相邻治疗部位采集的,并且每套断层扫描图像包括该治疗部位的不同扫描位置的多幅断层扫描图像;
基于预定规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列;以及
对所述单个图像序列进行视频编码,以生成视频文件。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述预定规则包括扫描时间优先规则和扫描位置优先规则。
3.如权利要求2所述的方法,其中,基于扫描位置优先规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列包括:
将所述多套断层扫描图像按扫描位置顺序排列,其中与同一扫描位置对应的多幅图像按扫描时间顺序排列,以生成单个图像序列。
4.如权利要求3所述的方法,其中,相邻扫描位置的多幅图像按彼此相反的扫描时间顺序排列。
5.如权利要求2所述的方法,其中,基于扫描时间优先规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列包括:
将所述多套断层扫描图像按扫描时间顺序排列,其中与同一扫描时间对应的多幅图像按扫描位置顺序排列,以生成单个图像序列。
6.如权利要求5所述的方法,其中,相邻扫描时间的多幅图像按彼此相反的扫描位置顺序排列。
7.如权利要求1所述的方法,还包括:
在将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列之前,对所述多套断层扫描图像进行配准以减小各套断层扫描图像之间的几何偏移。
8.如权利要求1所述的方法,其中,对所述单个图像序列进行视频编码包括:
使用MPEG-4、AVI、MOTION JEPG AVI、H.264算法之一对所述单个图像序列进行视频编码。
9.如权利要求1所述的方法,其中,所述多套断层扫描图像包括计算机断层扫描图像、计算机层析扫描图像、磁共振图像、超声图像、以及超声断层扫描图像。
10.一种处理断层扫描图像的装置,包括:
图像获取单元,用于获取患者的多套断层扫描图像,所述多套断层扫描图像是在不同时间针对患者的相同或相邻治疗部位采集的,并且每套断层扫描图像包括该治疗部位的不同扫描位置的多幅断层扫描图像;
序列化单元,用于基于预定规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列;以及视频编码单元,用于对所述单个图像序列进行视频编码,以生成视频文件。
11.如权利要求10所述的装置,其中,所述序列化单元配置为将所述多套断层扫描图像按扫描位置顺序排列,其中与同一扫描位置对应的多幅图像按扫描时间顺序排列,以生成单个图像序列。
12.如权利要求10所述的装置,其中,所述序列化单元配置为将所述多套断层扫描图像按扫描时间顺序排列,其中与同一扫描时间对应的多幅图像按扫描位置顺序排列,以生成单个图像序列。
13.如权利要求10所述的装置,还包括:
配准单元,用于在所述序列化单元将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列之前,对所述多套断层扫描图像进行配准以减小各套断层扫描图像之间的几何偏移。
14.一种断层扫描图像处理设备,包括:
存储器,其上存储有计算机指令;以及
处理器,配置为运行所述计算机指令以执行权利要求1-9中的任一项所述的方法。
15.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令在被处理器运行时使所述处理器执行权利要求1-9中的任一项所述的方法。

说明书全文

处理断层扫描图像的方法、装置、设备及存储介质

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及图像处理领域,更特别地,涉及一种处理断层扫描图像的方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

[0002] 断层扫描图像,包括计算机断层扫描图像、磁共振图像和超声图像等,在不同领域(如医学和工业)都有应用。以医学中的肿瘤放疗过程为例,断层扫描图像可用于测量患者每次治疗时的摆位误差,如果发现误差过大,可以先调整患者肿瘤和放疗机之间的相对位置,然后再开始治疗;还可用于评估治疗过程中肿瘤状态(大小、位置、形状、功能等)的变化,如果发现状态变化过大,可以在线调整治疗计划,开展自适应放疗,也可以实时修正放疗机和患者肿瘤的相对位置,开展实时跟踪放疗。无论具体采用何种应用方式,其目的是相同的,都是为了实现精确治疗。
[0003] 在实际治疗过程中,可能需要针对患者的同一个治疗部位,在不同的时间点,采集多套断层扫描图像。以锥形束断层扫描图像(CONE-BEAM COMPUTERIZED TOMOGRAPHY,CBCT)为例,根据临床规范,病人在放疗的第一周每天进行一次基于CBCT的摆位验证,在其后的2-3周每5天进行一次基于CBCT的摆位验证。这样对一个病人而言,将有8-10套CBCT图像。如果每套图像尺寸在50M-100M左右,那么一个病人CBCT的存储量为0.5G-1G。对一个肿瘤医院的放疗科,以年治疗5000病人估算,这就需要2.5T-5T的存储空间。目前由于没有很好的存储方案,CBCT数据只是简单的进行备份,这极大地浪费了医院宝贵的计算机资源。
[0004] 目前对每个断层扫描图像只是按照静态图像压缩方法简单地保存成单独的医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine,DICOM)文件。DICOM文件采用的基本上是基于离散余弦变换(discrete cosine transform)和小波变换(wavelet transform)的JPEG的无损压缩方法。由于是无损压缩方法,图像的质量可得到保证,但是图像的压缩率很低。由于病人的治疗周期相对较长,断层扫描图像占用的存储空间较大,对图像的压缩比要求较高。
[0005] 因此,如何有效地压缩断层扫描图像,使其能够完全满足临床治疗的要求,又能最大程度地节省图像的存储空间,仍是一个具有重要的应用价值但尚未解决的难题。

发明内容

[0006] 本发明的一个方面在于提供一种处理断层扫描图像的方法、装置、设备及存储介质。该方法可以高效的压缩断层扫描图像,最大程度的节省图像的存储空间。
[0007] 根据一示例性实施例,提供一种处理断层扫描图像的方法,包括:获取患者的多套断层扫描图像,所述多套断层扫描图像是在不同时间针对患者的相同或相邻治疗部位采集的,并且每套断层扫描图像包括该治疗部位的不同扫描位置的多幅断层扫描图像;基于预定规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列;以及对所述单个图像序列进行视频编码,以生成视频文件。
[0008] 在一种实施方式中,所述预定规则包括扫描时间优先规则和扫描位置优先规则。
[0009] 在一种实施方式中,基于扫描位置优先规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列包括:将所述多套断层扫描图像按扫描位置顺序排列,其中与同一扫描位置对应的多幅图像按扫描时间顺序排列,以生成单个图像序列。
[0010] 在一种实施方式中,相邻扫描位置的多幅图像按彼此相反的扫描时间顺序排列。
[0011] 在一种实施方式中,基于扫描时间优先规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列包括:将所述多套断层扫描图像按扫描时间顺序排列,其中与同一扫描时间对应的多幅图像按扫描位置顺序排列,以生成单个图像序列。
[0012] 在一种实施方式中,相邻扫描时间的多幅图像按彼此相反的扫描位置顺序排列。
[0013] 在一种实施方式中,该方法还包括:在将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列之前,对所述多套断层扫描图像进行配准以减小各套断层扫描图像之间的几何偏移。
[0014] 在一种实施方式中,对所述单个图像序列进行视频编码包括:使用MPEG-4、AVI、MOTION JEPG AVI、H.264算法之一对所述单个图像序列进行视频编码。
[0015] 在一种实施方式中,所述多套断层扫描图像包括计算机断层扫描图像、计算机层析扫描图像、磁共振图像、超声图像、以及超声断层扫描图像。
[0016] 根据另一示例性实施例,提供一种处理断层扫描图像的装置,包括:图像获取单元,用于获取患者的多套断层扫描图像,所述多套断层扫描图像是在不同时间针对患者的相同或相邻治疗部位采集的,并且每套断层扫描图像包括该治疗部位的不同扫描位置的多幅断层扫描图像;序列化单元,用于基于预定规则将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列;以及视频编码单元,用于对所述单个图像序列进行视频编码,以生成视频文件。
[0017] 在一种实施方式中,所述序列化单元配置为将所述多套断层扫描图像按扫描位置顺序排列,其中与同一扫描位置对应的多幅图像按扫描时间顺序排列,以生成单个图像序列。
[0018] 在一种实施方式中,所述序列化单元配置为将所述多套断层扫描图像按扫描时间顺序排列,其中与同一扫描时间对应的多幅图像按扫描位置顺序排列,以生成单个图像序列。
[0019] 在一种实施方式中,本发明提供的装置,还包括:配准单元,用于在所述序列化单元将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列之前,对所述多套断层扫描图像进行配准以减小各套断层扫描图像之间的几何偏移。
[0020] 根据另一示例性实施例,提供一种断层扫描图像处理设备,包括:存储器,其上存储有计算机指令;以及处理器,配置为运行所述计算机指令以执行本发明实施例提供的方法。
[0021] 根据另一示例性实施例,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令在被处理器运行时使所述处理器执行本发明实施例提供的方法。
[0022] 本发明提供一种处理断层扫描图像的方法,可以高效的压缩多套断层扫描图像数据,将多套断层扫描数据转化为单个图像序列,最大程度的节省图像的存储空间。
[0023] 本发明提供的方法,在将多套断层扫描数据转化为单个图像序列之前,还对多套断层扫描图像进行配准,从而减小图像间的几何偏移,提高图像间的相似性。附图说明
[0024] 图1示出了本发明一示例性实施例的处理断层扫描图像方法的方法流程图
[0025] 图2示出了本发明一示例性实施例的图像序列化步骤的示意图。
[0026] 图3示出了本发明另一示例性实施例的图像序列化步骤的示意图。
[0027] 图4示出了本发明一示例性实施例的处理断层扫描图像的装置的功能框图
[0028] 图5示出了本发明另一示例性实施例的处理断层扫描图像的设备的结构框图。

具体实施方式

[0029] 下面,将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。这里,需要注意的是,在附图中,将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分,并且将省略关于它们的重复描述。注意,附图可能不是按比例绘制的。
[0030] 显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,而不是本申请的全部实施例,应理解,本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
[0031] 图1示出根据本申请一实施例的处理断层扫描图像的方法100的流程图。如图1所示,方法100可包括步骤S101,获取患者的多套断层扫描图像,其可包括计算机断层扫描图像、计算机层析扫描图像、磁共振图像、超声图像、以及超声断层扫描图像等。如前所述,患者的多套断层扫描图像可以是在治疗期间在不同时间点针对患者的相同或相邻治疗部位采集的,并且每套断层扫描图像可包括治疗部位的不同扫描位置(例如不同扫描深度)的多幅断层扫描图像。例如,如前所述,这些多套断层扫描图像可以是用于摆位验证的多套断层扫描图像,也可以是用于放射治疗规划或放射治疗的多套断层扫描图像。
[0032] 在获得患者的多套断层扫描图像之后,在步骤S102中,可以对这多套断层扫描图像进行序列化,以获得单个图像序列。该序列化步骤可以基于预定规则来进行,典型地,可包括扫描时间优先规则和扫描位置优先规则。下面将以一部患者的10套CBCT图像为例来进行说明。
[0033] 该患者的10套CBCT图像可通过依次从治疗计划系统或图像采集系统中导出来获得,导出的图像以例如DICOM格式存储在各自的文件夹中,依次标记为1-10号文件夹,每套CBCT图像包含100张图片,依次标记为1-100号图片。每张图片对应患者扫描部位不同深度的断层图像,层厚为5mm,平面像素分辨率为1.25mm。应理解,这仅是示例,也可以将这10套CBCT图像存储在同一个文件夹中,而通过每幅图像的命名来进行区分,例如3-056表示第3套CBCT图像中的第56幅图像。
[0034] 在将这些多套断层扫描图像转化为单个图像序列之前,还可以对多套断层扫描图像进行配准,以减小各套图像之间的几何偏移。例如,在多套断层扫描图像之间,患者的位置可能不是完全一致,导致治疗部位例如肺部在图像中的位置可能有所偏移。通过图像配准步骤,可以使得在多套断层扫描图像中治疗部位都基本上处于图像的相同位置处,从而可以减小多套图像间的几何偏移,提高相互之间的相似性,进一步提高压缩比。
[0035] 然后,可以基于预定规则将多套图像转化为单序列图像。以扫描时间优先规则为例,每套断层扫描图像对应一扫描时间,将多套断层扫描图像按扫描时间顺序排列,其中与同一扫描时间对应的多幅图像(即,同一套内的多幅图像)按扫描位置顺序排列。作为示例,相邻扫描时间的多幅图像(即,相邻套内的多幅图像)按彼此相反的扫描位置顺序排列,从而可以进一步增大相邻图像之间的相似性。这样,可以生成单个图像序列,如图2所示。
[0036] 作为示例,上述序列化步骤可通过对每幅图像进行特定命名来实现。例如,前述第一号文件夹里的文件序号保持不变,其后的第二号文件夹的文件序号将增加100,并且将文件名的首尾互换,即第101号文件和200号文件互换,150号文件和151号文件互换。这样第一号文件夹的最后一个文件就可以和第二号文件夹的最后一个文件相邻。类似的操作将在第四,第六,第八,第十号文件夹进行,其结果就如图2所示。
[0037] 在基于扫描位置优先的另一示例中,可以将多套断层扫描图像按扫描位置顺序排列,其中与同一扫描位置对应的多幅图像按扫描时间顺序排列,以生成单个图像序列。在一些示例中,相邻扫描位置的多幅图像可以按彼此相反的扫描时间顺序排列,如图3所示,以进一步提高相邻图像之间的相似性。同样,该序列化步骤可以通过图像文件命名来实现。例如,第一号文件夹里的文件序号间隔由1增加为10,即文件序号为1、11、21、…、1001。第二号文件夹里的文件序号间隔由1增加为10,并且序号增加1,即文件序号为2、12、22、…、1002。第三号文件夹里的文件序号间隔由1增加为10,并且序号增加2,即文件序号为3、13、23、…、
1003。依次类推,第十号文件夹里的文件序号间隔由1增加为10,并且序号增加9,即文件序号为10、20、30、…、1010。将对应的每个文件夹的同一序号的文件进行首尾互换,只对偶数序号的文件进行互换,奇数序号的文件保持不变。即每个文件夹序号为2、4、…、100的文件进行互换,而1、3、…、99的文件不进行互换。这样将所有10个文件夹中的文件放入一个文件夹时,文件将按照图3所示的方式排列。
[0038] 在得到序列化后的单套CBCT图像集之后,在步骤S103中,可以对该图像集进行视频压缩处理。在一些实施例中,在进行视频图像压缩处理之前,可以对所有的DICOM图像进行解析,将其中的图像矩阵导出,存入计算机系统内存供视频图像压缩算法使用。例如,DICOM的图像解析可以通过MATLAB软件的DICOMREAD功能实现。
[0039] 在视频压缩处理步骤S103中,可以利用图像压缩算法对每幅图像进行处理。这里,可以将每幅CBCT图像视为视频图像的一,通过图像运动预测和补偿算法,计算帧间差异,并保存帧间相关信息用于图像压缩。可以使用MPEG-4、AVI、MOTION JEPG AVI、H.264等算法之一,进行图像压缩。将需要的输入图像按一定序号排列好,输入给指定的视频压缩算法,从而得到对应的视频文件。
[0040] 以通过MPEG-4视频压缩算法对10套肺部患者CBCT的图像进行了压缩处理为例。和原始的10套CBCT图像占用硬盘空间120M相比,压缩后的图像占用空间分别为1.66M(基于扫描位置序列)和1.81M(基于扫描时间序列),压缩率分别为72:1(基于扫描位置序列)和66:1(基于扫描时间序列)。在转化为单序列图像前如果进行配准操作,可以减小多套图像间的几何偏移,压缩性能还可以进一步提高。采用配准操作并压缩后图像占用空间分别为0.56M(基于扫描位置序列)和1.59M(基于扫描时间序列),压缩率分别为211:1(基于扫描位置序列)和75:1(基于扫描时间序列)。
[0041] 图4示出根据本申请一实施例的处理断层扫描图像的装置400的功能框图。如图4所示,处理断层扫描图像的装置400可包括图像获取单元401、配准单元402、序列化单元403和视频编码单元404。
[0042] 图像获取单元401可用于获取患者的多套断层扫描图像,所述多套断层扫描图像可以是在不同时间针对患者的相同或相邻治疗部位采集的,并且每套断层扫描图像可包括该治疗部位的不同扫描位置的多幅断层扫描图像。例如,图像获取单元401可直接接收外部输入的多套图像,或者可以从治疗计划系统或图像采集系统导出多套图像。
[0043] 配准单元402可以对所获得的多套断层扫描图像进行配准,以减小各套断层扫描图像之间的几何偏移。然后,序列化单元402可基于预定规则,例如扫描时间优先规则或扫描位置优先规则,将所述多套断层扫描图像转化为单个图像序列。视频编码单元403则可以对该单个图像序列进行视频编码,以生成视频文件。
[0044] 由于上述断层扫描图像处理装置400中的各个单元和模的具体功能和操作已经在上面参考图1到图3描述的断层扫描图像处理方法中得到了详细说明,因此这里将仅简要说明,而省略其冗余重复描述。
[0045] 下面参照图5来描述根据本申请一示例性实施例的断层扫描图像处理设备。如图5所示,断层扫描图像处理设备500可包括存储器501和处理器502。存储器501上可存储有计算机指令,该计算机指令在被处理器502运行时,可以使处理器502执行上面参照图1至图3描述的方法的各个步骤。
[0046] 处理器502可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理和/或指令执行能力的其他形式的处理单元,并且可以控制电子设备500中的其他组件以执行期望的功能。
[0047] 存储器501可以包括一个或多个计算机程序产品,所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质,例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令,处理器502可以运行所述程序指令,以实现上文所述的本申请的各个实施例的断层扫描图像处理方法以及/或者其他期望的功能。
[0048] 当然,为了简化,图5中仅示出了该设备500中与本申请有关的组件中的一些,省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外,根据具体应用情况,设备500还可以包括任何其他适当的组件。
[0049] 可以理解,设备500可以实现为通用计算机,或者可以实现为在特定设备例如断层图像扫描系统中使用的或者配合特定设备使用的专用硬件
[0050] 除了上述方法和设备以外,本申请的实施例还可以是计算机程序产品,其包括计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行上面描述的根据本申请各种实施例的断层扫描图像处理方法中的各个步骤。
[0051] 所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言,诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言,诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0052] 此外,本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行上述根据本申请各种实施例的断层扫描图像处理方法中的各个步骤。
[0053] 所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0054] 以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理,但是,需要指出的是,在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
[0055] 本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的,可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇,指“包括但不限于”,且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”,且可与其互换使用,除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”,且可与其互换使用。
[0056] 还需要指出的是,在本申请的装置、设备和方法中,各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
[0057] 提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的,并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此,本申请不意图被限制到在此示出的方面,而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0058] 为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
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