專利名稱：使用機(jī)器學(xué)習(xí)來利用cad系統(tǒng)的常規(guī)使用期間所收集到的知識(shí)適配cad過程以對(duì)醫(yī)學(xué)成像 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及CAD(計(jì)算機(jī)輔助決策)支持系統(tǒng)、方法和工具，其采用機(jī)器學(xué)習(xí)分類來通過檢測(cè)、診斷和標(biāo)記醫(yī)學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域提供自動(dòng)化的決策支持。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法的CAD支持系統(tǒng)、方法和工具，該機(jī)器學(xué)習(xí)方法使用在CAD支持系統(tǒng)的常規(guī)使用期間所獲得的訓(xùn)練數(shù)據(jù)通過無縫地將內(nèi)科醫(yī)生知識(shí)結(jié)合到CAD過程來適配/優(yōu)化該CAD過程。
背景在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中，出于篩選(screen)和評(píng)價(jià)身體狀況的目的，已經(jīng)開發(fā)出各種系統(tǒng)，用于對(duì)個(gè)體的各種解剖學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生醫(yī)學(xué)圖像。這些成像系統(tǒng)例如包括CT(計(jì)算機(jī)斷層)成像、MRI(磁共振成像)、X射線系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)、PET(正電子發(fā)射斷層掃描)系統(tǒng)等。每種成像方式與用于篩選和評(píng)價(jià)某些類型的疾病、身體狀況或者解剖學(xué)異常的其它方式相比可能提供獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，該解剖學(xué)異常例如包括結(jié)腸息肉、動(dòng)脈瘤、肺結(jié)節(jié)、心臟或者動(dòng)脈組織的鈣化、乳房組織的癌微鈣化或者胞塊、以及各種其它損傷或者異常。
例如，出于給器官和其它解剖組織成像的目的，可以用CT(計(jì)算機(jī)斷層)成像系統(tǒng)來獲得一組患者感興趣區(qū)域(ROI)的橫截面圖像或者2D“切片”。該CT成像方式通常用于診斷疾病的目的，因?yàn)檫@種方式提供圖解諸如器官、軟組織和骨的各種解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和位置的精確圖像，并使得對(duì)損傷和諸如癌、息肉等的異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)更精確。
內(nèi)科醫(yī)生、臨床醫(yī)生、放射科醫(yī)生等用來檢測(cè)、診斷或相反評(píng)價(jià)身體狀況的一種傳統(tǒng)方法是手動(dòng)地檢查從所獲得的圖像數(shù)據(jù)集重建的醫(yī)學(xué)圖像的硬拷貝(X-射線膠片、打印圖片、照片等)，以辨別感興趣的特性特征。例如，在CT檢查期間獲得的CT圖像數(shù)據(jù)可被用來產(chǎn)生一組2D醫(yī)學(xué)圖像(X-射線膠片)，例如可基于進(jìn)行檢查的內(nèi)科醫(yī)生、臨床醫(yī)生、放射科醫(yī)生等的技能和知識(shí)來檢查該組2D醫(yī)學(xué)圖像以識(shí)別出潛在的異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)或損傷。例如，乳房X線照射程序可以產(chǎn)生包括與乳房組織相對(duì)應(yīng)的正常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的醫(yī)學(xué)圖像，但是訓(xùn)練有術(shù)的放射科醫(yī)生能識(shí)別出這些結(jié)構(gòu)中的潛在癌變的小損傷。然而，訓(xùn)練有術(shù)的放射科醫(yī)生、內(nèi)科醫(yī)生或臨床醫(yī)生可能由于人為錯(cuò)誤而誤診諸如乳癌的身體狀況。
相應(yīng)地，各種圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和工具已經(jīng)被開發(fā)以協(xié)助內(nèi)科醫(yī)生、臨床醫(yī)生、放射科醫(yī)生等去評(píng)價(jià)醫(yī)學(xué)圖像以診斷身體狀況。例如，計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)/診斷工具已經(jīng)被開發(fā)用于各種臨床應(yīng)用，以提供對(duì)醫(yī)學(xué)圖像中的身體狀況的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)/診斷。通常，這些CAD系統(tǒng)應(yīng)用圖像數(shù)據(jù)處理方法來自動(dòng)檢測(cè)/診斷可能的損傷和諸如結(jié)腸息肉、動(dòng)脈瘤、肺結(jié)節(jié)、心臟或動(dòng)脈組織的鈣化、乳房組織的微鈣化或者胞塊等的其它異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。更準(zhǔn)確地說，傳統(tǒng)的CAD工具包括了用于分析圖像數(shù)據(jù)以自動(dòng)檢測(cè)被識(shí)別為潛在的損傷、異常、疾病狀態(tài)等的圖像數(shù)據(jù)中的感興趣特征的區(qū)域的方法。當(dāng)所處理的圖像數(shù)據(jù)被繪制和顯示時(shí)，所顯示的圖像中的被檢測(cè)的區(qū)域或特征被“標(biāo)記”或相反突出以引起放射科醫(yī)生對(duì)潛在的身體狀況的注意。
盡管CAD系統(tǒng)對(duì)于診斷/決策支持協(xié)助非常有用，但是CAD系統(tǒng)的精確性將取決于CAD過程被編程的方式而變化。一般來說，CAD系統(tǒng)能夠使用“專家系統(tǒng)”來實(shí)施，在“專家系統(tǒng)”中，所述CAD過程從一組由人類專家所規(guī)定的二進(jìn)制邏輯分類規(guī)則衍生和發(fā)展而來并被翻譯成編碼，或者利用相反啟發(fā)式獲得的知識(shí)來訓(xùn)練。不幸的是，使用二進(jìn)制邏輯分類規(guī)則或啟發(fā)式學(xué)習(xí)方法以開發(fā)CAD過程的專家系統(tǒng)固有地服從于專家開發(fā)者，并且，因此這樣的系統(tǒng)由于這種設(shè)計(jì)的主觀特性而有可能是錯(cuò)誤的。
此外，利用這些常規(guī)系統(tǒng)，人類領(lǐng)域?qū)＜冶仨殞W(xué)習(xí)和理解分類錯(cuò)誤的原因并且然后手動(dòng)地更新這些分類規(guī)則以提供可接受的精確水平。同樣地，由于對(duì)人類專家來說，理解/學(xué)習(xí)錯(cuò)誤以及產(chǎn)生/修改適當(dāng)?shù)囊?guī)則以獲得更加精確的檢測(cè)結(jié)果需要大量的時(shí)間和金錢，因此對(duì)這些常規(guī)方法的實(shí)施和維護(hù)也是昂貴的。
進(jìn)一步地，可以采用原則(機(jī)器)學(xué)習(xí)分類方法來實(shí)施CAD系統(tǒng)，其中，“離線”學(xué)習(xí)過程可以被用于使用從之前所診斷/標(biāo)記的范例的大數(shù)據(jù)庫中學(xué)習(xí)到的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來訓(xùn)練/建立一個(gè)或多個(gè)針對(duì)該CAD過程的分類器。盡管在利用用于構(gòu)建該分類器的訓(xùn)練數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)，所述分類器的性能是足夠的，但當(dāng)這樣的分類器被用于CAD系統(tǒng)中以分析那些沒有被包括在最初的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集中的信息時(shí)，該分類器的運(yùn)行性能是低的。
針對(duì)前述的常規(guī)編程范例，所述CAD過程可能是次最佳的并且產(chǎn)生不正確的結(jié)果。例如，CAD分析的結(jié)果通過不正確地標(biāo)記正常區(qū)域而可能包括“假陽性”，或CAD分析可能導(dǎo)致“非標(biāo)記的”但卻不是異常的區(qū)域。在這樣的情況下，內(nèi)科醫(yī)生對(duì)不正確的CAD標(biāo)記的依賴可能導(dǎo)致在患者管理過程中重要的/實(shí)質(zhì)性的變化，原因在于額外的測(cè)試或活組織檢查、被放射科醫(yī)生所花費(fèi)掉的時(shí)間、增加的保健開銷、對(duì)患者的創(chuàng)傷，并且導(dǎo)致缺乏對(duì)計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)的信任。
發(fā)明概要一般來說，本發(fā)明的示范性實(shí)施例包括使用機(jī)器學(xué)習(xí)分類以通過檢測(cè)、診斷和標(biāo)記醫(yī)學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域來提供自動(dòng)化的決策支持的CAD(計(jì)算機(jī)輔助決策)支持系統(tǒng)、方法和工具。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的示范性實(shí)施例包括使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法的CAD支持系統(tǒng)、方法和工具，該機(jī)器學(xué)習(xí)方法使用在CAD支持系統(tǒng)的常規(guī)使用期間所獲得的訓(xùn)練數(shù)據(jù)通過無縫地將內(nèi)科醫(yī)生知識(shí)結(jié)合到該CAD過程中來適配/優(yōu)化該CAD過程。
在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，針對(duì)醫(yī)學(xué)成像的計(jì)算機(jī)輔助決策(CAD)支持方法包括使用一CAD過程來處理患者圖像數(shù)據(jù)，以檢測(cè)患者圖像數(shù)據(jù)中的潛在的感興趣區(qū)域；提供從該CAD過程中所獲得的CAD結(jié)果供用戶檢查；基于CAD結(jié)果的用戶檢查而獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)；并且使用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)來適配該CAD過程。
在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，通過顯示至少一部分具有針對(duì)所檢測(cè)到的感興趣區(qū)域(如果有的話)的CAD標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)，該CAD結(jié)果可以被提供給用戶。在這樣的例子中，通過確定用戶所添加的、指示沒有被檢測(cè)到的感興趣區(qū)域的用戶標(biāo)記和利用CAD標(biāo)記所標(biāo)記的用戶標(biāo)記，并且收集與用戶標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息，或者通過確定用戶在用戶檢查期間中所接受的CAD標(biāo)記并且收集與所接受的CAD標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息，或者通過確定在用戶檢查期間中被用戶拒絕的CAD標(biāo)記和收集與所拒絕的CAD標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息，或者通過收集既沒有利用CAD標(biāo)記來標(biāo)記也沒有利用用戶標(biāo)記來標(biāo)記的感興趣區(qū)域的圖像信息，或者其任意組合，訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以被獲得。
本發(fā)明的這些和其它的示范性實(shí)施例、特征和優(yōu)勢(shì)將被描述，或者通過下面對(duì)示范性實(shí)施例的詳細(xì)的描述而變得明顯，這些描述與附圖結(jié)合來研究。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是一種用于分析患者醫(yī)療記錄的系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包含了實(shí)施機(jī)器學(xué)習(xí)分類方法以根據(jù)在使用CAD工具期間所獲得的知識(shí)優(yōu)化/適配CAD過程的CAD工具。
圖2是按照本發(fā)明的一示范性實(shí)施例的內(nèi)科醫(yī)生使用圖1的系統(tǒng)檢查患者醫(yī)療記錄的工作流程的流程圖。
圖3是按照本發(fā)明的一示范性實(shí)施例的CAD方法的流程圖。
圖4是解釋按照本發(fā)明的示范性實(shí)施例收集用于優(yōu)化CAD過程的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
示范性實(shí)施例詳述一般來說，在這里所述的本發(fā)明的示范性實(shí)施例包括使用機(jī)器學(xué)習(xí)分類以自動(dòng)化檢測(cè)/診斷和標(biāo)記醫(yī)學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)/診斷系統(tǒng)和工具(在這里一般地稱為CAD系統(tǒng))。進(jìn)而，按照本發(fā)明的示范性CAD系統(tǒng)和工具使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，用于使用在CAD系統(tǒng)的常規(guī)使用期間所獲得的訓(xùn)練數(shù)據(jù)通過無縫地將內(nèi)科醫(yī)生知識(shí)結(jié)合到該CAD過程來適配/優(yōu)化該CAD過程。本發(fā)明的示范性實(shí)施例將參照?qǐng)D1、2、3和4在這里被描述。
應(yīng)理解，按照本發(fā)明的在這里被描述的系統(tǒng)和方法可以硬件、軟件、固件、專用處理器或其組合的各種形式來實(shí)施。在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，這里所描述的系統(tǒng)和方法能夠被實(shí)施為包含確實(shí)被包含在一個(gè)或多個(gè)程序存儲(chǔ)設(shè)備(例如，軟磁盤、RAM、CD Rom、DVD、ROM和閃存)上的程序指令的軟件應(yīng)用程序，并且可以由包含適當(dāng)結(jié)構(gòu)的任何設(shè)備或機(jī)器來執(zhí)行。
進(jìn)一步應(yīng)理解的是，因?yàn)楦綀D中所描寫的組成系統(tǒng)模塊和方法步驟能夠用軟件來實(shí)施，所以系統(tǒng)部件(或者方法步驟的流程)之間的實(shí)際連接可能取決于所述應(yīng)用程序被編程的方式而不同。在此給出教導(dǎo)，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)普通技術(shù)人員將能夠想到本發(fā)明的這些和相似的實(shí)施方案或配置。
圖1是按照本發(fā)明的示范性實(shí)施例的、用于分析患者醫(yī)療記錄的系統(tǒng)(10)的框圖。一般來說，該系統(tǒng)(10)包括患者記錄和文件的儲(chǔ)存庫(11)、屏幕顯示/瀏覽系統(tǒng)(12)、2D/3D圖像繪圖和顯影系統(tǒng)(13)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(14)(或者CAD系統(tǒng))。正如下面做進(jìn)一步詳細(xì)解釋的那樣，該CAD系統(tǒng)(14)實(shí)施各種方法，以提供用于檢測(cè)/診斷受檢(subject)圖像數(shù)據(jù)集中的潛在的異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)和用于使用通過用戶與CAD系統(tǒng)(14)交互所獲得的診斷知識(shí)(例如，基于在用戶檢查檢測(cè)結(jié)果期間對(duì)CAD標(biāo)記的用戶接受和拒絕所獲得的知識(shí))來適配/優(yōu)化CAD過程的計(jì)算機(jī)輔助決策支持。
患者數(shù)據(jù)記錄和文件(11)包括一個(gè)或多個(gè)受檢患者的患者圖像數(shù)據(jù)和/或醫(yī)學(xué)圖像。更準(zhǔn)確地說，患者數(shù)據(jù)記錄和文件(1)可以包括原始圖像數(shù)據(jù)形式的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(11-1)，該原始圖像數(shù)據(jù)諸如在CT掃描期間所獲得的原始的CT數(shù)據(jù)(氡數(shù)據(jù))或采用其它成像方式所獲得的原始數(shù)據(jù)。此外，所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(11-1)可以包括一個(gè)或多個(gè)2D切片或三維體積圖像，這些圖像從原始圖像數(shù)據(jù)中被重建并被持久存儲(chǔ)。另外，患者數(shù)據(jù)記錄和文件(11)可以包括硬拷貝的、包含從所獲得的圖像數(shù)據(jù)中重建的圖像的X射線膠片、打印圖片、照片等的2D和/或3D醫(yī)學(xué)圖像(11-2)。例如，醫(yī)學(xué)圖像(11-2)可以包括一組X射線膠片，該X射線膠片包括從對(duì)患者的感興趣區(qū)域的CT掃描期間所獲得的圖像數(shù)據(jù)集中復(fù)制的患者的2D切片。應(yīng)理解的是，盡管本發(fā)明的示范性實(shí)施例是參照使用計(jì)算機(jī)斷層(CT)系統(tǒng)所獲得的CT圖像數(shù)據(jù)來進(jìn)行描述的，但是本發(fā)明也可用于其它成像方式、諸如MRI、PET等。圖像數(shù)據(jù)可以是2D(例如X射線乳房X線照相術(shù)圖像)、3D(例如，CT、MRI、PET)、4D(動(dòng)態(tài)3D MRI、利用3D超聲波探測(cè)所獲得的跳動(dòng)的心臟的多視圖)等。
屏幕顯示/瀏覽系統(tǒng)(12)可以使用適于瀏覽所復(fù)制的醫(yī)學(xué)圖像(11-2)的任何系統(tǒng)來實(shí)施。例如，該屏幕顯示/瀏覽系統(tǒng)(12)可以包括由內(nèi)科醫(yī)生、臨床醫(yī)生、放射科醫(yī)生等所使用的亮的屏幕設(shè)備，以瀏覽被放置在這些設(shè)備上的、從所獲得的多個(gè)CT切片(11-2)的圖像數(shù)據(jù)集中生成的多個(gè)X射線膠片。屏幕顯示/瀏覽系統(tǒng)(12)可以使用例如適于滾動(dòng)多個(gè)被重建的2D切片的任何系統(tǒng)來實(shí)施。所述瀏覽系統(tǒng)也可以是硬拷貝，例如利用燈箱所瀏覽的膠片頁、或紙制的打印輸出、或其它的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知道的方式。
該圖像繪圖和顯影系統(tǒng)(13)可以包括任何適當(dāng)?shù)摹⑻幚硭@得的圖像數(shù)據(jù)集的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(11-1)(或其部分)以在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上生成和顯示2D和/或3D圖像的系統(tǒng)/工具/應(yīng)用程序。更準(zhǔn)確地說，該成像系統(tǒng)(13)可以是提供圖像數(shù)據(jù)(11-1)的3D/2D繪圖和顯影的任何應(yīng)用程序，并且該應(yīng)用程序在具有監(jiān)視器的通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)工作站上運(yùn)行。此外，例如，該成像系統(tǒng)(13)包括使得用戶在3D圖像或多個(gè)2D切片之間瀏覽的GUI(圖形用戶界面)。
該CAD系統(tǒng)(14)包含用于處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(11-1)(以及可能的其它的非圖像患者數(shù)據(jù))以提供計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)和診斷以及下面將描述的其它功能的方法、功能和模塊。該CAD系統(tǒng)(14)可以包含在通用計(jì)算機(jī)上或具有專用硬件的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的CAD應(yīng)用程序或工具。該CAD系統(tǒng)(14)接收和處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)(11-1)，正如在前面所提到的那樣，這些數(shù)據(jù)可以是原始圖像數(shù)據(jù)、2D重建的數(shù)據(jù)(例如軸向切片)或者3D重建的數(shù)據(jù)(體積圖像數(shù)據(jù)或者多平面重定格式)、4D重建的數(shù)據(jù)的形式或者其它格式。該CAD系統(tǒng)(14)實(shí)施方法，以識(shí)別或者至少是定位某一感興趣特征，該感興趣特征諸如輸入圖像數(shù)據(jù)集(11-1)中的解剖學(xué)異常，并且為圖像數(shù)據(jù)加上標(biāo)記(CAD標(biāo)記)以指示這樣的特征或區(qū)域。該CAD標(biāo)記可被繪制為指示器(箭頭、十字絲等)，這些指示器(箭頭、十字絲等)指向具有潛在的異常結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域或者指向潛在的損傷或異常的中心位置。此外，該CAD標(biāo)記可以是虛線，該虛線沿著潛在的損傷的周邊或者邊緣而形成或者通常是環(huán)繞被檢測(cè)/診斷為潛在的異常結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域。
該CAD系統(tǒng)(14)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果(CAD結(jié)果)能夠被輸出到圖像繪圖/顯影系統(tǒng)(13)，用于根據(jù)系統(tǒng)(14)的處理結(jié)果生成圖像數(shù)據(jù)2D和/或3D繪圖，諸如標(biāo)記的疊加、分割、顏色或密度變化等等，作為對(duì)所繪制的圖像數(shù)據(jù)的覆蓋圖(overlay)。該CAD系統(tǒng)(14)以及圖像繪圖和顯影系統(tǒng)(13)可以被實(shí)施為在計(jì)算系統(tǒng)(例如工作站)中運(yùn)行的單個(gè)應(yīng)用程序?？商鎿Q地，系統(tǒng)(13)和(14)可以是分布在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的獨(dú)立的工具，其中，公知的通信協(xié)議、諸如DICOM、PACS等被用于系統(tǒng)(13)和(14)之間的通信并且通過網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像數(shù)據(jù)(11-1)。
在如圖1中所示的本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，該CAD系統(tǒng)(14)包含了特征提取模塊(15)、CAD模塊(16)和標(biāo)記跟蹤模塊(17)。一般來說，特征提取模塊(15)包含了用于從輸入到CAD系統(tǒng)(14)的圖像數(shù)據(jù)(11-1)中提取出相關(guān)的特征或圖像參數(shù)的方法。CAD模塊(16)分析所提取出的特征并且把圖像數(shù)據(jù)分類，以自動(dòng)地檢測(cè)和在受檢圖像數(shù)據(jù)集中標(biāo)記潛在的感興趣區(qū)域(例如，異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu))，并且輸出所述CAD結(jié)果以提供給用戶(例如，隨著示出所標(biāo)記的區(qū)域的覆蓋圖顯示圖像數(shù)據(jù)，如果有的話，伴隨著診斷的概率等)。該標(biāo)記跟蹤模塊(17)實(shí)施用于在用戶檢查由CAD系統(tǒng)(14)所輸出的檢測(cè)結(jié)果期間跟蹤C(jī)AD標(biāo)記和用戶標(biāo)記，以便獲得能夠被用于適配/優(yōu)化由CAD模塊(16)所實(shí)施的CAD過程的專家知識(shí)或訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
應(yīng)理解的是，由特征提取模塊(15)所實(shí)施的方法將取決于由CAD系統(tǒng)(14)所支持的成像域(圖像數(shù)據(jù)(11-1)的類型)、所使用的分類方法的類型以及在考慮中的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的類型而變化。例如，當(dāng)檢測(cè)乳癌時(shí)，各種與光密度和對(duì)照有關(guān)的參數(shù)能夠被提取出來，以識(shí)別出乳房組織中的潛在的損傷。那些能夠被實(shí)施的特征提取方法的類型被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知。應(yīng)理解的是，該特征提取模塊(15)能夠?qū)嵤┓指罘椒ǎ糜谕ㄟ^參考已知的或預(yù)期的圖像特征、諸如邊緣、可識(shí)別的結(jié)構(gòu)、邊界、顏色或密度的變化或過渡、光譜信息的變化或過渡等使用已知方法來分割感興趣的特征或解剖組織。
一般來說，該CAD模塊(16)實(shí)施機(jī)器學(xué)習(xí)分類方法，用于分析和分類受檢圖像數(shù)據(jù)集(11-1)的特征/參數(shù)，以自動(dòng)地檢測(cè)和標(biāo)記該受檢圖像數(shù)據(jù)集(11-1)中的潛在的異常的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。更準(zhǔn)確地說，在圖1的示范性實(shí)施例中，CAD模塊(16)被實(shí)施為基于知識(shí)的專家系統(tǒng)，該專家系統(tǒng)提供對(duì)圖像數(shù)據(jù)中的感興趣區(qū)域的自動(dòng)化檢測(cè)(以及可能的診斷)。CAD模塊(16)包括CAD過程(16-1)(或者CAD引擎)、知識(shí)庫(16-2)、學(xué)習(xí)過程(16-3)和存儲(chǔ)了各種下述訓(xùn)練數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存庫(16-4)。
該CAD過程(16-1)實(shí)施一種或多種分類方法，這些方法利用知識(shí)庫(16-2)來分析和分類所提取出的特征/參數(shù)以檢測(cè)潛在的感興趣區(qū)域(例如，異常的解剖學(xué)結(jié)構(gòu))。知識(shí)庫(16-2)維護(hù)由CAD過程(16-1)所使用的一個(gè)或多個(gè)被訓(xùn)練的分類模型、參數(shù)和/或已學(xué)到的知識(shí)的其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。此外，學(xué)習(xí)引擎(16-3)實(shí)施一種或多種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，以使得利用在CAD系統(tǒng)(14)的常規(guī)使用期間被收集到的和在儲(chǔ)存庫(16-4)中持久存儲(chǔ)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)能優(yōu)化知識(shí)庫(16-2)。
值得注意的是，訓(xùn)練數(shù)據(jù)代表如在使用CAD系統(tǒng)(14)期間所獲得的內(nèi)科醫(yī)生的診斷知識(shí)。更準(zhǔn)確地說，在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，標(biāo)記跟蹤模塊(17)包括一種或多種方法，用于在用戶檢查從CAD系統(tǒng)(14)中所輸出的檢測(cè)結(jié)果期間跟蹤C(jī)AD標(biāo)記和用戶標(biāo)記，其中，基于與用戶所接受和/或拒絕的CAD標(biāo)記或被用戶所包括的用戶標(biāo)記等相關(guān)的信息獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)通常代表能夠被結(jié)合到CAD過程中的內(nèi)科醫(yī)生的診斷知識(shí)。例如，系統(tǒng)性能能夠隨時(shí)間基于之前的分類器的“遺失”而被改善(例如，連續(xù)的學(xué)習(xí)部件可以在由分類器所做的錯(cuò)誤或不正確的預(yù)測(cè)上被訓(xùn)練)。各種用于收集訓(xùn)練數(shù)據(jù)以優(yōu)化CAD過程的示范性方法將在下面例如參照?qǐng)D4而被描述。
需要注意的是，該CAD系統(tǒng)(14)能夠?qū)嵤┮环N或多種已知的、針對(duì)檢測(cè)過程(16-1)的分類方法，這些方法例如包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、支持向量機(jī)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、概率推理等，以及被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的其它分類方法。需要注意的是，由檢測(cè)過程(16-1)所實(shí)施的分類方法可以是不能向用戶解釋它們的預(yù)測(cè)的“黑盒子”(例如，如果使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立分類器，則是這種情況)。分類方法可以是人類可讀形式的“白盒子”(例如，如果使用決策樹來建立分類器，則是這種情況)。在其它實(shí)施例中，分類模塊可以是能夠部分解釋解決方案是如何推導(dǎo)出來的“灰盒子”(例如，“白盒子”和“黑盒子”類型分類器的組合)。
需要注意的是，知識(shí)庫(16-2)可以包括從各種源中所推導(dǎo)出的臨床領(lǐng)域的信息知識(shí)庫以支持一個(gè)或多個(gè)臨床領(lǐng)域(例如，心臟成像、胸部成像等)。例如，臨床域知識(shí)(16-2)可以包括“離線地”從與臨床領(lǐng)域相關(guān)的巨大的所分析的/所標(biāo)記的范例的數(shù)據(jù)庫中學(xué)習(xí)到以被CAD系統(tǒng)(14)所支持的知識(shí)。所述臨床領(lǐng)域知識(shí)(16-2)可以進(jìn)一步包括由專家直接輸入的專家臨床知識(shí)，或者包括關(guān)于所支持的臨床領(lǐng)域、涉及與醫(yī)療機(jī)構(gòu)或保險(xiǎn)公司相關(guān)的規(guī)則、規(guī)定和/或方針的信息。
該學(xué)習(xí)引擎(16-3)可以實(shí)施一種或多種已知的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，這些機(jī)器學(xué)習(xí)方法能夠?qū)㈩~外的知識(shí)結(jié)合到知識(shí)庫(26-2)中或相反利用從CAD系統(tǒng)(14)的常規(guī)使用中所推導(dǎo)出的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來適配域知識(shí)庫(16-2)中的信息。例如，增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)(reinforcement learning technique)可以被使用。有利地，機(jī)器學(xué)習(xí)功能通過使分類過程(16-1)隨著時(shí)間在不需要昂貴的人工干預(yù)的情況下連續(xù)改善來增加CAD系統(tǒng)(14)的穩(wěn)定性。
需要理解的是，按照本發(fā)明的CAD系統(tǒng)和方法可被實(shí)施為對(duì)傳統(tǒng)的CAD方法或其它用于處理圖像數(shù)據(jù)的自動(dòng)化診斷方法的擴(kuò)展。進(jìn)一步地，需要注意的是，在此所描述的示范性系統(tǒng)和方法可以利用3D醫(yī)學(xué)成像和適于廣泛的諸如結(jié)腸息肉、動(dòng)脈瘤、肺結(jié)節(jié)等的各種異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)或損傷的成像方式(CT，MRI等)、診斷和評(píng)價(jià)的CAD系統(tǒng)或應(yīng)用程序而易于實(shí)施。在這一點(diǎn)上，盡管示范性實(shí)施例可以在這里參考特定成像方式或特定解剖學(xué)特征而被描述，但是沒有什么可以被構(gòu)造為限制本發(fā)明的范圍。
此外，在本發(fā)明的其它示范性實(shí)施例中，在圖1中，CAD系統(tǒng)(14)可以從一個(gè)或多個(gè)成像方式數(shù)據(jù)(11-1)(例如，超聲波圖像數(shù)據(jù)、MRI數(shù)據(jù)、NMR數(shù)據(jù)、PET數(shù)據(jù)、CT數(shù)據(jù)等)中提取和分析信息(圖像參數(shù)/特征)，并(可選地)提取和分析非圖像數(shù)據(jù)，用于由該CAD過程進(jìn)行分析。換句話說，該特征提取模塊(15)可以包括一種或多種患者數(shù)據(jù)提取方法，用于從結(jié)構(gòu)化的和/或非結(jié)構(gòu)化的患者數(shù)據(jù)記錄(11)中提取“非圖像”的患者數(shù)據(jù)，這與在考慮中的臨床/圖像領(lǐng)域相關(guān)，并且以由CAD過程進(jìn)行適當(dāng)分析的方式將圖像特征/參數(shù)與非圖像的特征/參數(shù)合并在一起。盡管臨床的非圖像數(shù)據(jù)可以不查明特定的潛在異常區(qū)域，但是例如這樣的非臨床臨床數(shù)據(jù)在整個(gè)CAD評(píng)價(jià)過程中都有用。實(shí)際上，數(shù)據(jù)分析/數(shù)據(jù)挖掘方法可以由該提取模塊(15)來實(shí)施，以便從所有類型的患者數(shù)據(jù)記錄(11)中提取相關(guān)的參數(shù)，并且處理患者記錄中的錯(cuò)誤/不一致/遺失信息。為此目的，在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，該CAD系統(tǒng)(14)可以利用數(shù)據(jù)挖掘方法和特征合并方法，如在通常被指定和共同待決的U.S.序列號(hào)為10/287,055的美國(guó)專利申請(qǐng)中被描述，該專利申請(qǐng)于2002年11月4日提交，名稱為“Patient Data Mining(患者數(shù)據(jù)挖掘)”，該專利申請(qǐng)要求于2001年11月2日所提交的序列號(hào)為60/335,542的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，這兩個(gè)申請(qǐng)?jiān)诖司灰胱鳛閰⒖肌?br> 現(xiàn)在參考圖2，流程解內(nèi)科醫(yī)生按照本發(fā)明的示范性實(shí)施例檢查和分析患者圖像數(shù)據(jù)的工作流程。為了解釋的目的，圖2的示范性方法將參考圖1的系統(tǒng)來描述。首先，內(nèi)科醫(yī)生、臨床醫(yī)生、放射科醫(yī)生等將對(duì)受檢患者的患者圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的(非CAD輔助的)檢查和分析(步驟20)，以識(shí)別出潛在的異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)或疾病狀態(tài)。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)科醫(yī)生能夠使用屏幕顯示/檢查系統(tǒng)(12)(圖1)來檢查2D圖像切片的一個(gè)或多個(gè)X射線膠片，這些2D圖像切片例如從通過CT檢查所獲得的圖像數(shù)據(jù)集中產(chǎn)生。
在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，內(nèi)科醫(yī)生能夠檢查在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器上所顯示以識(shí)別出可能的異常特征的圖像數(shù)據(jù)集的2D和/或3D繪圖。例如，該內(nèi)科醫(yī)生能夠使用圖像顯影系統(tǒng)(13)(圖1)來繪制和顯示所有或部分輸入圖像數(shù)據(jù)集的2D和/或3D圖像，并且使用合適的GUI去瀏覽所顯示的圖像，以識(shí)別出潛在的異常特征。在這種情況下，該顯影系統(tǒng)(13)簡(jiǎn)單地構(gòu)造和顯示2D和/或3D圖像，以用于內(nèi)科醫(yī)生的檢查，但是不執(zhí)行CAD相關(guān)的功能去協(xié)助分析，也不顯示那些基于CAD結(jié)果所繪制和顯示的圖像。
基于最初的檢查，該內(nèi)科醫(yī)生可以手動(dòng)地標(biāo)記或相反識(shí)別出圖像數(shù)據(jù)中的感興趣區(qū)域(步驟21)，內(nèi)科醫(yī)生認(rèn)為該感興趣的區(qū)域包括了(或者即將是)潛在的損傷或解剖學(xué)異常。此外，使用該顯影系統(tǒng)(13)的相關(guān)的GUI功能，該內(nèi)科醫(yī)生可以標(biāo)記或相反突出所顯示的2D和/或3D圖像的特定區(qū)域。該內(nèi)科醫(yī)生可能基于患者圖像數(shù)據(jù)的非CAD協(xié)助檢查而產(chǎn)生他/她的最初發(fā)現(xiàn)的初步報(bào)告。該報(bào)告可以包含該內(nèi)科醫(yī)生的初步診斷決定和發(fā)現(xiàn)，其包括對(duì)圖像數(shù)據(jù)中感興趣的特定區(qū)域(或特征)的參考。
此后，該內(nèi)科醫(yī)生將執(zhí)行CAD協(xié)助的患者數(shù)據(jù)的檢查，以證實(shí)或協(xié)調(diào)他/她的初步發(fā)現(xiàn)。更準(zhǔn)確地說，在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，CAD協(xié)助檢查通過使用CAD系統(tǒng)處理圖像數(shù)據(jù)集(該數(shù)據(jù)集是該初步檢查的主題)所得到的“所標(biāo)記的”的圖像數(shù)據(jù)開始，以檢測(cè)和標(biāo)記圖像數(shù)據(jù)中的潛在的損傷或其它異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)(步驟22)。所述處理可以先于首次研究或在首次研究期間的背景中被“離線”地執(zhí)行，或者這樣的處理可以在通過用戶明確地運(yùn)行了CAD系統(tǒng)(14)去處理針對(duì)非CAD協(xié)助檢查(利用可能的被插入的用戶標(biāo)記)的目前(例如，通過系統(tǒng)13)被顯示的圖像數(shù)據(jù)的首次研究之后發(fā)生。
然后該內(nèi)科醫(yī)生將基于被顯示在顯示設(shè)備上的“所標(biāo)記的”圖像數(shù)據(jù)的2D和/或3D繪圖執(zhí)行對(duì)患者圖像數(shù)據(jù)的CAD輔助檢查(步驟23)。例如，該CAD系統(tǒng)(14)的輸出(例如，“所標(biāo)記的”的圖像數(shù)據(jù))能夠被輸入到該圖像繪圖/顯影系統(tǒng)(13)中，基于該CAD過程的結(jié)果(如果有的話)，該圖像繪圖/顯影系統(tǒng)(13)產(chǎn)生和顯示那些示出計(jì)算機(jī)生成的標(biāo)記(CAD標(biāo)記)的一個(gè)或多個(gè)2D和/或3D醫(yī)學(xué)圖像。換句話說，所顯示的圖像可以被標(biāo)記或相反利用由CAD模塊(16)所檢測(cè)到的潛在的異常的定位標(biāo)識(shí)來注釋。在CAD輔助檢查期間，通過將新的用戶標(biāo)記增加到內(nèi)科醫(yī)生認(rèn)為其包含了沒有被CAD過程所發(fā)現(xiàn)的潛在的異常的感興趣區(qū)域中的圖像數(shù)據(jù)，該內(nèi)科醫(yī)生可以通過GUI而與系統(tǒng)交互。進(jìn)而，內(nèi)科醫(yī)生可以拒絕或相反刪除由CAD過程所發(fā)現(xiàn)的CAD標(biāo)記，但是內(nèi)科醫(yī)生認(rèn)為它們是錯(cuò)誤的，或相反接受那些內(nèi)科醫(yī)生認(rèn)為其是正確的CAD標(biāo)記。在用戶檢查檢測(cè)結(jié)果期間的用戶交互(例如，增加用戶標(biāo)記和接受/拒絕CAD標(biāo)記)被跟蹤，以獲得被用于優(yōu)化/適配該CAD過程的一種或多種不同類型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，如在下面被描述。
在CAD輔助檢查以后，該內(nèi)科醫(yī)生可以基于最后的診斷決定增補(bǔ)他的/她的初步報(bào)告(步驟24)。所述最后的診斷報(bào)告可能或可能不與初步報(bào)告相同，這取決于內(nèi)科醫(yī)生決定附加的、由CAD工具所提供的診斷信息是否重要。在最后的診斷報(bào)告之后，內(nèi)科醫(yī)生可以推薦進(jìn)一步的療程，其可以不包括進(jìn)一步的動(dòng)作或進(jìn)一步的隨后的檢查或過程。
圖3是解釋按照本發(fā)明的示范性實(shí)施例的CAD方法的一流程圖。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，圖3描繪了針對(duì)圖2的步驟22和23所實(shí)施的方法。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，圖3解釋了圖1的CAD系統(tǒng)(14)的操作模式。參考圖3，受檢患者的圖像數(shù)據(jù)集(和從上述患者記錄中所挖掘到的可能的非圖像數(shù)據(jù))被輸入到該CAD系統(tǒng)中(步驟30)。該輸入圖像數(shù)據(jù)集被處理，以檢測(cè)和識(shí)別出具有潛在異常解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)集中的(如果有的話)潛在的感興趣的區(qū)域(或特征)(步驟31)。需要理解的是，該CAD過程(步驟31)可以通過采用適于輸入圖像數(shù)據(jù)的成像方式(例如，CT)并且特定地或通常適于檢測(cè)/診斷在考慮中的解剖學(xué)異常(例如，癌癥、息肉、結(jié)節(jié)等)的任意方法來實(shí)施。所述CAD過程將標(biāo)記輸入圖像數(shù)據(jù)集中的、被確定為潛在的損傷或其它異常結(jié)構(gòu)的那些感興趣區(qū)域。
此后，該CAD結(jié)果被提供給用戶。例如，所述“所標(biāo)記的”圖像數(shù)據(jù)集自CAD模塊中輸出(步驟33)并且進(jìn)一步被處理以繪制和顯示表示CAD標(biāo)記(并且，可能是在用戶最初的非CAD協(xié)助的檢查期間由用戶所做的之前所插入的用戶標(biāo)記)的2D和/或3D圖像。在CAD協(xié)助檢查期間，該CAD系統(tǒng)實(shí)施背景方法(background method)，以獲得從CAD協(xié)助檢查中所得到的訓(xùn)練數(shù)據(jù)(步驟34)，該訓(xùn)練數(shù)據(jù)接下來被用在學(xué)習(xí)過程中，以更新用于CAD過程的知識(shí)庫?，F(xiàn)在，能夠被收集到的各種類型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)將參考圖4做進(jìn)一步地詳細(xì)討論。
圖4是解釋按照本發(fā)明的示范性實(shí)施例收集能夠被用于優(yōu)化CAD過程的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的方法的流程圖。特別地，圖4解釋按照本發(fā)明的示范性實(shí)施例的、實(shí)施圖3中的步驟34的各種操作模式。更準(zhǔn)確地說，在用戶的CAD協(xié)助檢查期間，該CAD系統(tǒng)(14)將跟蹤C(jī)AD標(biāo)記的狀態(tài)(例如，用戶對(duì)標(biāo)記的接受或拒絕)以及用戶標(biāo)記(例如，由用戶所增加的而沒有被CAD過程發(fā)現(xiàn)的標(biāo)記)的狀態(tài)(步驟40)，并且收集一種或多種類型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)(步驟41、42、43和/或44)。該示范性類型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)能夠被單獨(dú)地使用，或者以各種組合的方式，用于適配/優(yōu)化CAD過程。
例如，在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，該CAD系統(tǒng)(16)將保持跟蹤C(jī)AD標(biāo)記和用戶標(biāo)記，并且確定哪些標(biāo)記(如果有的話)是由用戶在他/她的獨(dú)立研究期間所發(fā)現(xiàn)的而沒有被CAD過程所發(fā)現(xiàn)的標(biāo)記(被稱為“假陰性(false negative)”標(biāo)記)。然后，該CAD系統(tǒng)將與這些假陰性標(biāo)記相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為訓(xùn)練數(shù)據(jù)(步驟41)。該訓(xùn)練數(shù)據(jù)例如包括這樣的假陰性標(biāo)記和其它類型的、包括圖像子體積數(shù)據(jù)(sub-volume data)和所提取的特征等的支持?jǐn)?shù)據(jù)的位置。為了允許該CAD過程從它的錯(cuò)誤中進(jìn)行學(xué)習(xí)而使用這種類型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該CAD系統(tǒng)將保持跟蹤C(jī)AD標(biāo)記和用戶標(biāo)記，并且確定哪些標(biāo)記(如果有的話)是由用戶在他/她的獨(dú)立研究期間和CAD過程中所發(fā)現(xiàn)的標(biāo)記(被稱為“真陽性(true positive)”標(biāo)記)(步驟42)，以及上述的任何“假陰性”標(biāo)記(步驟41)。然后，該CAD系統(tǒng)將與這些“真陽性”和“假陰性”標(biāo)記相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。訓(xùn)練數(shù)據(jù)再次例如包括這些假陰性標(biāo)記和真陽性標(biāo)記和其它類型的、包括圖像子體積數(shù)據(jù)和所提取的特征等的支持?jǐn)?shù)據(jù)的位置。這種類型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)能夠被用來阻止該CAD系統(tǒng)朝其錯(cuò)誤的方向偏離。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該CAD系統(tǒng)將保持跟蹤C(jī)AD標(biāo)記和用戶標(biāo)記，并且確定(如果有的話)由CAD過程所發(fā)現(xiàn)的而被用戶所拒絕的標(biāo)記(“假陽性”標(biāo)記)以及前述的任何“假陰性”標(biāo)記。假陽性標(biāo)記可以是被放置在類似感興趣的損傷或異常的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)上的CAD標(biāo)記。例如，當(dāng)診斷癌癥時(shí)，假陽性CAD標(biāo)記可以被增加到包括疤痕組織的區(qū)域，該區(qū)域具有與癌癥相似的特征。然后，該CAD系統(tǒng)將與這些“假陽性”標(biāo)記(步驟43)和“假陰性”標(biāo)記(步驟41)相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。訓(xùn)練數(shù)據(jù)將再次例如包括這些假陽性標(biāo)記和假陰性標(biāo)記以及其它類型的、包括圖像子體積數(shù)據(jù)和所提取的特征等的支持?jǐn)?shù)據(jù)的位置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該CAD系統(tǒng)將保持跟蹤C(jī)AD標(biāo)記和用戶標(biāo)記以及確定那些沒有被CAD過程或用戶所標(biāo)記的“未被標(biāo)記的”區(qū)域以及(如果有的話)假陽性標(biāo)記和假陰性標(biāo)記。然后，該CAD系統(tǒng)將與“未被標(biāo)記的”標(biāo)記(步驟44)、“假陽性”標(biāo)記(步驟43)和“假陰性”標(biāo)記(步驟41)相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。訓(xùn)練數(shù)據(jù)將再次例如包括這些未被標(biāo)記的區(qū)域、或者假陽性標(biāo)記和假陰性標(biāo)記以及其它類型的、包括圖像子體積數(shù)據(jù)和所提取的特征等的支持?jǐn)?shù)據(jù)的位置。這類訓(xùn)練數(shù)據(jù)能夠被用于阻止CAD系統(tǒng)朝其錯(cuò)誤的方向偏離，并且允許使用與那些被用戶和CAD過程認(rèn)為沒有包括異常的圖像數(shù)據(jù)相關(guān)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來增強(qiáng)知識(shí)庫。
需要注意的是，訓(xùn)練數(shù)據(jù)可以被用來適配知識(shí)庫，并且合并更多的從專家用戶與系統(tǒng)的交互作用中學(xué)習(xí)到的知識(shí)。換句話說，適配是無縫的(無人監(jiān)督地訓(xùn)練)，因?yàn)橛?xùn)練數(shù)據(jù)從背景中收集并且專家用戶可以通過擴(kuò)展訓(xùn)練數(shù)據(jù)集而在不知道的情況下訓(xùn)練所述系統(tǒng)。換句話說，該專家用戶是無意識(shí)地訓(xùn)練所述系統(tǒng)的。該學(xué)習(xí)過程能夠在一連續(xù)的基礎(chǔ)上被實(shí)施，其中使用被收集到的各組訓(xùn)練數(shù)據(jù)來更新知識(shí)庫以便CAD系統(tǒng)每次都被使用，模型/參數(shù)被更新。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該學(xué)習(xí)過程被執(zhí)行直到來自預(yù)定數(shù)目的范例的訓(xùn)練數(shù)據(jù)被收集到。學(xué)習(xí)能夠被實(shí)施的頻率取決于CAD系統(tǒng)的用戶經(jīng)驗(yàn)而變化。例如，如果CAD系統(tǒng)正在被在檢查醫(yī)學(xué)圖像上沒有經(jīng)驗(yàn)的缺乏經(jīng)驗(yàn)的用戶使用，那么執(zhí)行連續(xù)的學(xué)習(xí)是不可取的。在這種情況下，如在訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中所捕獲到的新增加的知識(shí)可能是不正確的或不準(zhǔn)確的。
在本發(fā)明的其它示范性實(shí)施例中，驗(yàn)證過程可以被實(shí)施，以評(píng)價(jià)所更新的/新訓(xùn)練的分類器(多個(gè)分類器)的精確性，以確定針對(duì)CAD過程的分類器(多個(gè)分類器)的效率或精確性。例如，分類器(多個(gè)分類器)可以通過處理來自已知輸出結(jié)果的前述范例的實(shí)際訓(xùn)練數(shù)據(jù)來加以評(píng)價(jià)，然后將所述分類結(jié)果與所期望的或已知的輸出結(jié)果相比較以獲得精確的范圍。在這樣的情況下，如果精確范圍低于期望的門限值，則所述分類器(多個(gè)分類器)將被拒絕并且該訓(xùn)練過程將繼續(xù)。如果分類器(多個(gè)分類器)通過了評(píng)估，則所更新的/新訓(xùn)練的分類器(多個(gè)分類器)能夠被使用。
需要注意的是，前面所描述的、用于獲得在CAD系統(tǒng)常規(guī)使用期間的數(shù)據(jù)的方法僅僅是示范性的，并且任何一位本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠容易地想象出其它的方法，以基于CAD系統(tǒng)的常規(guī)使用而獲得或相反提取訓(xùn)練數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)表示了用戶的專家知識(shí)。例如，除了顯示“所標(biāo)記的”圖像和跟蹤用戶通過GUI交互而實(shí)現(xiàn)的對(duì)CAD標(biāo)記的接收或者拒絕，CAD輔助檢查可以通過其它的方式被執(zhí)行，諸如通過打印的圖像向用戶提供CAD結(jié)果，在該情況下，用戶可以檢查所打印的拷貝并且在他/她的最終報(bào)告中標(biāo)注他/她對(duì)CAD結(jié)果的接受或拒絕。在這種情況下，CAD系統(tǒng)能夠通過分析初步報(bào)告和最終報(bào)告中的信息以及協(xié)調(diào)這些報(bào)告與已知的CAD結(jié)果之間的任何差異和/或相似性來確定或相反推斷出用戶對(duì)CAD結(jié)果的接受或者拒絕。
盡管本發(fā)明的解釋性的實(shí)施例已經(jīng)在這里參考附圖做了描述，但是需要理解的是，本發(fā)明不局限于那些嚴(yán)格的實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)各種其它變化和修改。所有的這些變化和修改都意圖被包括在由所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)學(xué)成像中的計(jì)算機(jī)輔助決策(CAD)支持方法，其包括使用一CAD過程來處理患者圖像數(shù)據(jù)，以檢測(cè)患者圖像數(shù)據(jù)中的潛在的感興趣區(qū)域；提供從該CAD過程中所獲得的CAD結(jié)果以供用戶進(jìn)行檢查；基于用戶對(duì)該CAD結(jié)果的檢查而獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)；并且使用該訓(xùn)練數(shù)據(jù)適配該CAD過程。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用一CAD過程來處理所述患者圖像數(shù)據(jù)包括自動(dòng)地從該患者圖像數(shù)據(jù)中提取圖像參數(shù)并且使用一分類方法來分類所述參數(shù)，以及其中，適配該CAD過程是使用一機(jī)器學(xué)習(xí)過程來執(zhí)行的，以使用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)重新訓(xùn)練一分類器。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，如果有針對(duì)所檢測(cè)到的感興趣區(qū)域的CAD標(biāo)記的話，提供所述CAD結(jié)果包括顯示至少一部分具有該CAD標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括確定由所述用戶增加的用戶標(biāo)記，該用戶標(biāo)記指示沒有被檢測(cè)到并且沒有利用CAD標(biāo)記來標(biāo)記的感興趣區(qū)域；并且收集與所述用戶標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括確定在所述用戶檢查期間由用戶所接受的CAD標(biāo)記；并且收集與所接受的CAD標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括確定在所述用戶檢查期間由用戶所拒絕的CAD標(biāo)記；并且收集與所拒絕的CAD標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)包括收集既沒有利用CAD標(biāo)記來標(biāo)記也沒有利用用戶標(biāo)記來標(biāo)記的感興趣區(qū)域的圖像信息。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)來適配所述CAD過程包括連續(xù)地或周期性地重新訓(xùn)練該CAD過程。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述患者圖像數(shù)據(jù)的非CAD輔助的用戶檢查結(jié)果而獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
10.一種機(jī)器可讀的程序存儲(chǔ)設(shè)備，確實(shí)包含一由機(jī)器可執(zhí)行的程序指令，以執(zhí)行用于提供醫(yī)學(xué)成像中的計(jì)算機(jī)輔助決策(CAD)支持的方法步驟，所述方法步驟包括使用一CAD過程來處理患者圖像數(shù)據(jù)，以檢測(cè)患者圖像數(shù)據(jù)中的潛在的感興趣區(qū)域；提供從該CAD過程中所獲得的CAD結(jié)果以供用戶進(jìn)行檢查；基于用戶對(duì)該CAD結(jié)果的檢查而獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)；并且使用該訓(xùn)練數(shù)據(jù)來適配該CAD過程。
11.如權(quán)利要求10所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，其中，用于采用一CAD過程來處理所述患者圖像數(shù)據(jù)的指令包括用于自動(dòng)地從該患者圖像數(shù)據(jù)中提取圖像特征以及使用一分類方法分類所述特征的指令，并且其中，用于適配該CAD過程的指令包括用于使用機(jī)器學(xué)習(xí)過程以采用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)來重建一分類器的指令。
12.如權(quán)利要求10所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，其中，如果有針對(duì)所檢測(cè)到的感興趣區(qū)域的CAD標(biāo)記的話，用于提供所述CAD結(jié)果的指令包括用于顯示至少一部分具有該CAD標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)的指令。
13.如權(quán)利要求12所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，其中，所述用于獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)的指令包括以下指令用于確定由所述用戶增加的用戶標(biāo)記的指令，該用戶標(biāo)記指示沒有被檢測(cè)到的以及沒有利用CAD標(biāo)記來標(biāo)記的感興趣區(qū)域；以及用于收集與所述用戶標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息的指令。
14.如權(quán)利要求12所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，其中，用于獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)的指令進(jìn)一步包括以下指令用于確定在用戶檢查期間被用戶所接受的CAD標(biāo)記的指令；以及用于收集與所接受的CAD標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息的指令。
15.如權(quán)利要求12所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，其中，用于獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)的指令進(jìn)一步包括以下指令用于確定在用戶檢查期間被用戶所拒絕的CAD標(biāo)記的指令；以及用于收集與所拒絕的CAD標(biāo)記相關(guān)的感興趣區(qū)域的圖像信息的指令。
16.如權(quán)利要求12所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，其中，用于獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)的指令包括用于收集既沒有利用CAD標(biāo)記來標(biāo)記也沒有利用用戶標(biāo)記來標(biāo)記的感興趣區(qū)域的圖像信息的指令。
17.如權(quán)利要求10所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，其中，用于采用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)來適配所述CAD過程的指令包括用于連續(xù)地或周期性地重新訓(xùn)練該CAD過程的指令。
18.如權(quán)利要求10所述的程序存儲(chǔ)設(shè)備，進(jìn)一步包括用于基于患者圖像數(shù)據(jù)的非CAD輔助的用戶檢查的結(jié)果來獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)的指令。
19.一種計(jì)算機(jī)輔助決策(CAD)支持方法，其包括從使用一CAD過程來處理患者數(shù)據(jù)來獲得CAD結(jié)果；獲得用戶檢查結(jié)果，該用戶檢查結(jié)果包括以下結(jié)果(i)患者數(shù)據(jù)的用戶檢查，或(ii)該CAD結(jié)果的用戶檢查，或(iii)該患者數(shù)據(jù)的用戶檢查和CAD結(jié)果的用戶檢查；比較該CAD結(jié)果和該用戶檢查結(jié)果；以及基于所述比較結(jié)果獲得訓(xùn)練數(shù)據(jù)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，比較所述CAD結(jié)果和所述用戶檢查結(jié)果包括確定一假陽性CAD結(jié)果、或者一假陰性CAD結(jié)果、或一真陽性CAD結(jié)果、或其任何組合。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，如果有針對(duì)由所述CAD過程檢測(cè)到的潛在的感興趣區(qū)域的CAD標(biāo)記的話，所述CAD結(jié)果包括患者圖像數(shù)據(jù)中的該CAD標(biāo)記。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，該CAD結(jié)果的用戶檢查結(jié)果包括關(guān)于用戶接受或拒絕該CAD標(biāo)記的指示。
全文摘要
提供用于醫(yī)學(xué)成像的CAD(計(jì)算機(jī)輔助決策)支持系統(tǒng)、方法和工具，該系統(tǒng)、方法和工具采用機(jī)器學(xué)習(xí)分類，用于自動(dòng)化檢測(cè)和標(biāo)記醫(yī)學(xué)圖像中的感興趣區(qū)域。該機(jī)器學(xué)習(xí)方法被用于采用在CAD系統(tǒng)的常規(guī)使用期間所獲得的訓(xùn)練數(shù)據(jù)通過將內(nèi)科醫(yī)生知識(shí)無縫結(jié)合到CAD過程來適匹配/優(yōu)化該CAD過程。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1820274SQ200480017787
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者A·克里斯南, J·斯托克 申請(qǐng)人:美國(guó)西門子醫(yī)療解決公司