對(duì)患者的內(nèi)部進(jìn)行成像的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于對(duì)患者的內(nèi)部進(jìn)行成像的系統(tǒng)和方法，以及一種用于令處理 器系統(tǒng)執(zhí)行所述方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品.
[0002] 醫(yī)學(xué)診斷頻繁地涉及對(duì)患者的內(nèi)部進(jìn)行成像。例如，在對(duì)宮頸癌的檢測(cè)中，臨床醫(yī) 師可以使用陰道鏡（即，一種允許臨床醫(yī)師對(duì)癌前和早期浸潤(rùn)性宮頸癌病灶進(jìn)行分級(jí)并識(shí) 別要執(zhí)行活檢的位置的設(shè)備）來(lái)檢查患者的宮頸。陰道鏡通常包括成像傳感器，以采集患 者的內(nèi)部的感興趣區(qū)域（例如宮頸或其部分）的一幅或多幅圖像。此外，這樣的陰道鏡通 常包括光源，以在采集圖像的同時(shí)照亮感興趣區(qū)域。結(jié)果，為提供醫(yī)師提供被照亮的感興趣 區(qū)域的圖像。
【背景技術(shù)】
[0003] 合乎期望的是在這樣的圖像中建立感興趣區(qū)域的三維[3D]表面輪廓，例如以實(shí) 現(xiàn)對(duì)感興趣區(qū)域的3D運(yùn)動(dòng)跟蹤。
[0004] US2010/0149315A1描述了一種用于陰道鏡成像的成像系統(tǒng)和方法，其中，三維 (3D)成像信息與運(yùn)動(dòng)跟蹤信息相組合。該系統(tǒng)包括用于將結(jié)構(gòu)光圖案投影在目標(biāo)的部分上 的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)光源，以及用于對(duì)目標(biāo)的部分和結(jié)構(gòu)光圖案進(jìn)行成像的至少一個(gè)相機(jī)。也 就是說(shuō)，該結(jié)構(gòu)光源將結(jié)構(gòu)光圖案投影到被成像目標(biāo)上以生成特征點(diǎn)，測(cè)量所述特征點(diǎn)，并 將它們用于重建被成像目標(biāo)的3D表面拓?fù)洹Ｒ簿褪钦f(shuō)，該結(jié)構(gòu)光源可以包括用于生成激光 束的激光光源、用于衍射激光束的全息光柵，以及用于導(dǎo)向衍射激光束的一個(gè)或多個(gè)反射 表面。
[0005] US2010/0149315A1的成像系統(tǒng)的問(wèn)題在于，由于其在陰道鏡成像期間需要使用 不同類(lèi)型的光源以使得能夠重建被成像目標(biāo)的3D表面拓?fù)?，因此該系統(tǒng)是復(fù)雜的。
[0006] DE102010009884A1公開(kāi)了一種被插入體腔中的內(nèi)窺鏡，其中借助于至少三個(gè)光 源，在時(shí)間上一個(gè)接一個(gè)地，從不同方向照亮內(nèi)表面的區(qū)域。光源在內(nèi)窺鏡上或中被彼此間 隔開(kāi)。使用相機(jī)從相同的相機(jī)位置關(guān)于被照亮區(qū)域中的每個(gè)記錄一幅圖像，從而，針對(duì)區(qū)域 中的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，所述相關(guān)聯(lián)的圖像點(diǎn)包括針對(duì)在時(shí)間上一個(gè)接一個(gè)地在三幅圖像中的每 一幅中的目標(biāo)點(diǎn)中的每個(gè)的相同圖像坐標(biāo)。關(guān)于區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)的信息是根據(jù)在每個(gè)圖像 中的圖像點(diǎn)的強(qiáng)度得出的。
[0007] US2005/0254720A1描述了一種增強(qiáng)3D目標(biāo)的輸出圖像的方法。采集3D目標(biāo)的 一組輸入圖像。輸入圖像中的每一幅被一組光中不同的一個(gè)照亮，該組光被放置在關(guān)于3D 目標(biāo)的不同位置處。通過(guò)比較該組輸出圖像，在該組輸出圖像中檢測(cè)陰影的邊界。更接近 該組光的方向的陰影的邊界被標(biāo)記為深度邊緣像素。
[0008] DE19532095C1公開(kāi)了一種具有管的內(nèi)窺鏡，該管在其尖端中設(shè)置具有透鏡，該透 鏡將被觀察目標(biāo)的圖像聚焦到光纖導(dǎo)體中，光纖導(dǎo)體具有將圖像導(dǎo)向到視頻相機(jī)中的另外 的透鏡。尖端段具有被定位在相反側(cè)上并且在導(dǎo)體的端部的照明輸出組。利用來(lái)自兩個(gè)組 的交替照明獲得圖像，并且這創(chuàng)建了具有立體效果的記錄圖像。
[0009] 可以捕獲并觀看包括三維或表面取向信息的體內(nèi)圖像。EP1326432A2描述了一種 被多個(gè)源照亮的體內(nèi)位點(diǎn)，并且得到的反射圖像可以被用于提供關(guān)于該體內(nèi)位點(diǎn)的三維或 表面取向信息。該系統(tǒng)可以包括可吞咽膠囊。
[0010] 上面提到的現(xiàn)有技術(shù)均未提到與識(shí)別未被充分照明的區(qū)域一起地照明感興趣區(qū) 域，并且均未提供用于克服對(duì)感興趣區(qū)域的不充分照明的解決方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011] 具有一種用于建立患者的內(nèi)部的感興趣區(qū)域的3D表面輪廓的較不復(fù)雜的系統(tǒng)或 方法，將是有利的。
[0012] 為了更好地解決該問(wèn)題，本發(fā)明的第一方面提供一種用于對(duì)患者的內(nèi)部進(jìn)行成像 的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于以圖像數(shù)據(jù)的形式采集所述患者的內(nèi)部的感興趣區(qū)域的系列圖 像的成像傳感器，所述系統(tǒng)還包括：
[0013] -多個(gè)光源，其用于從不同的光源方向照亮所述患者的內(nèi)部的所述感興趣區(qū)域；
[0014] -光控制器，其用于控制所述多個(gè)光源中的個(gè)體的光源，以在采集所述系列圖像時(shí) 利用所述多個(gè)光源中的不同子集來(lái)照亮所述感興趣區(qū)域，從而建立在所述采集期間動(dòng)態(tài)改 變的光源方向；以及
[0015] _處理器，其用于i)獲得指示所述動(dòng)態(tài)改變的光源方向的照明數(shù)據(jù)，ii)使用所述 照明數(shù)據(jù)來(lái)將光度立體技術(shù)應(yīng)用于所述圖像數(shù)據(jù)，以估計(jì)在所述系列圖像中定義所述感興 趣區(qū)域的表面的多個(gè)表面參數(shù)，iii)基于所述表面參數(shù)，建立所述感興趣區(qū)域的三維[3D] 表面輪廓，并且iv)使用所述感興趣區(qū)域的所述3D表面輪廓，檢測(cè)由所述成像傳感器采集 的所述圖像中的所述感興趣區(qū)域中未被充分照亮的區(qū)。
[0016] 在本發(fā)明的另外一方面，提供一種工作站和一種成像裝置，包括所述系統(tǒng)的所述 光控制器和所述處理器。
[0017] 在本發(fā)明的另外一方面，提供一種用于對(duì)患者的內(nèi)部進(jìn)行成像的方法，所述方法 包括以圖像數(shù)據(jù)的形式采集所述患者的內(nèi)部的感興趣區(qū)域的系列圖像，所述感興趣區(qū)域在 所述患者的內(nèi)部被多個(gè)光源從不同的光源方向照亮，所述方法還包括：
[0018] _控制所述多個(gè)光源中的個(gè)體的光源，以在采集所述系列圖像時(shí)利用所述多個(gè)光 源中的不同子集照亮所述感興趣區(qū)域，從而建立在所述采集期間動(dòng)態(tài)改變的光源方向；
[0019] -獲得指示所述光源方向的動(dòng)態(tài)序列的照明數(shù)據(jù)；
[0020] -使用所述照明數(shù)據(jù)來(lái)將光度立體技術(shù)應(yīng)用于所述圖像數(shù)據(jù)，用于估計(jì)定義在所 述系列圖像中的所述感興趣區(qū)域的表面的多個(gè)表面參數(shù)；
[0021] -基于所述表面參數(shù)，建立所述感興趣區(qū)域的三維[3D]表面輪廓；并且
[0022] _使用所述感興趣區(qū)域的所述3D表面輪廓，檢測(cè)由所述成像傳感器采集的所述圖 像中的所述感興趣區(qū)域的未被充分照亮的區(qū)。
[0023] 在本發(fā)明的另外一方面，提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括用于令處理器系統(tǒng)執(zhí) 行所述方法的指令。
[0024] 以上措施提供了一種利用成像傳感器來(lái)采集所述患者的內(nèi)部的感興趣區(qū)域的系 列圖像的系統(tǒng)和方法。所述系列圖像示出在不同時(shí)刻的所述感興趣區(qū)域。例如，所述系列 圖像可以由示出連續(xù)時(shí)刻的所述感興趣區(qū)域的視頻序列構(gòu)成。這里，術(shù)語(yǔ)"感興趣區(qū)域"是 指所述患者的內(nèi)部中被示于所述系列圖像中的部分。所述區(qū)域?yàn)楦信d趣區(qū)域，這是因?yàn)槠?為所述成像的對(duì)象，并且因此指示所述系統(tǒng)的用戶的興趣。
[0025] 提供適用于照亮所述患者的內(nèi)部的所述感興趣區(qū)域的多個(gè)光源，例如通過(guò)將其布 置在到所述患者的內(nèi)部的開(kāi)口附近或內(nèi)部。由于所述感興趣區(qū)域在所述患者的內(nèi)部中被照 亮，因此使所述感興趣區(qū)域在所述系列圖像中可見(jiàn)或更好地可見(jiàn)。
[0026] 每個(gè)個(gè)體光源被以不同方式相對(duì)于所述感興趣區(qū)域定位，從而使得所述多個(gè)光源 能夠從不同的光源方向照亮所述感興趣區(qū)域。額外地，提供光控制器，所述光控制器個(gè)體地 控制所述多個(gè)光源中的每個(gè)。結(jié)果，所述光控制器能夠?qū)崿F(xiàn)利用個(gè)體光源的子集（即，所述 多個(gè)光源中的特定選擇）對(duì)所述感興趣區(qū)域的照亮。所述感興趣區(qū)域因此能夠在被光源的 給定子集照亮?xí)r，不被或基本上不被所述多個(gè)光源中未被包括在所述子集中的其他光源照
[0027] 所述光控制器被布置用于控制所述多個(gè)光源，使得當(dāng)采集所述系列圖像時(shí)，利用 所述多個(gè)光源中不同的子集來(lái)照亮所述感興趣區(qū)域。因此，所述系列圖像至少部分地由在 其中所述感興趣區(qū)域被不同地（即從不同的光源方向）照亮的圖像構(gòu)成，條件是使用來(lái)自 所述多個(gè)光源的不同子集。例如，所述感興趣區(qū)域可以在第一圖像中從由所述多個(gè)光源中 的第一子集提供的光源方向的第一子集被照亮，并且在另一圖像中從由所述多個(gè)光源中的 另一子集提供的光源方向的另一子集被照亮。因此，所述感興趣區(qū)域從其被照亮的所述光 源方向在所述系列圖像中的至少一部分上動(dòng)態(tài)改變。這里要注意，所述多個(gè)光源方向中的 所述不同子集可以包括相同的（即，重疊的）光源中的一個(gè)或多個(gè)，并且因此可以提供重疊 的光源方向。然而，所述不同子集是不同的，因?yàn)樗鼈冊(cè)谥辽僖粋€(gè)光源上不同，從而提供至 少一個(gè)非重疊的光源方向。
[0028] 提供一種處理器，其獲得指示在對(duì)所述系列圖像的所述采集期間使用的所述動(dòng)態(tài) 改變的光源方向的照明數(shù)據(jù)。例如，所述照明數(shù)據(jù)可以由這樣的數(shù)據(jù)構(gòu)成，該數(shù)據(jù)列出針 對(duì)所述系列圖像中的每個(gè)被用于對(duì)所述感興趣區(qū)域的所述照明的所述光源方向。另一范 例為，所述照明數(shù)據(jù)可以部分地由從所述照明控制器獲得的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并且部分地由靜態(tài)數(shù) 據(jù)構(gòu)成，所述動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)指示在所述系列圖像中的每個(gè)中哪些不同子集被用于對(duì)所述感興 趣區(qū)域的所述照明，所述靜態(tài)數(shù)據(jù)指示由所述多個(gè)光源的所述不同子集中的每個(gè)提供的 所述光源方向。所述處理器將所述照明數(shù)據(jù)與所述圖像數(shù)據(jù)一起用于光度立體技術(shù)。這 樣的技術(shù)在光學(xué)工程與圖像處理領(lǐng)域中是已知的，例如從文章"Photometricmethodfor determiningsurfaceorientationfrommultipleimages'，，WoodhamR.J. ,Optical Engineering，1980年1/2月，第19卷，第1號(hào)，第139-144頁(yè)，其中所述技術(shù)使得能夠基于 在連續(xù)圖像中從變化的照亮方向被照亮的目標(biāo)，估計(jì)限定目標(biāo)的表面的表面參數(shù)，例如表 面法向或其他表面取向參數(shù)。所述處理器將這樣的光度立體技術(shù)應(yīng)用到所述系列圖像，以 估計(jì)在所述系列圖像中限定所述感興趣區(qū)域的表面的多個(gè)表面參數(shù)。此外，所述處理器使 用所述表面參數(shù)來(lái)建立所述感興趣區(qū)域的3D表面輪廓，例如通過(guò)根據(jù)所述感興趣區(qū)域的 表面上的位置提供所述表面參數(shù)。
[0029] 以上措施提供了光源、光源控制與處理的組合，其使得能夠采集感興趣區(qū)域的系 列圖像，隨后能夠從該系列圖像建立所述感興趣區(qū)域的3D表面輪廓。通過(guò)提供，不是單個(gè) 光源，而是多個(gè)不同光源，并且通過(guò)提供被布置用于個(gè)體地控制所述光源的光控制器，能夠 從不同的光源方向照亮所述患者的內(nèi)部的所述感興趣區(qū)域。通過(guò)所述光控制器實(shí)現(xiàn)在對(duì)所 述系列圖像的所述采集期間所述動(dòng)