本申請是申請?zhí)枮?00880127684.4、發(fā)明名稱為“用于分析熱圖像的方法、設(shè)備和系統(tǒng)”的專利申請的分案申請。

本發(fā)明在其一些實(shí)施例中涉及熱圖像，并且更具體地但不排他地涉及對(duì)熱圖像的分析。

背景技術(shù)：

成像在診斷醫(yī)療中的使用追溯到20世紀(jì)早期。目前，存在任醫(yī)師處理以允許對(duì)硬組織和軟組織進(jìn)行成像并且對(duì)正常組織和病態(tài)組織兩者進(jìn)行表征的大量不同的成像方式。

為了標(biāo)識(shí)炎癥的目的，紅外線成像被用于表征人體中的熱可區(qū)分位置。紅外照相機(jī)產(chǎn)生被稱為熱成像圖像(thermographicimage)的二維圖像。典型地通過從受檢者的身體接收在若干紅外線波長范圍中的任何一個(gè)波長處的輻射并且分析該輻射以提供表面的二維溫度圖，來獲得熱成像圖像。熱成像圖像可以是以可視圖像和對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)中的任一個(gè)或者這兩者的形式。來自用于紅外線熱成像的紅外照相機(jī)的輸出典型地使用色碼或者灰度碼提供包括多個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)的圖像，每個(gè)像素提供被可視地顯示的溫度信息。所述溫度信息可以被計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)一步處理以便例如通過對(duì)與所有像素或者其子集相關(guān)聯(lián)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行平均來生成所述圖像或者所述圖像的離散區(qū)域的平均溫度。

基于所述熱成像圖像，醫(yī)師在高度依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺的同時(shí)診斷所述位置并且確定例如該位置是否包括炎癥。

美國專利號(hào)7,072,504公開了利用兩個(gè)紅外照相機(jī)(左邊的和右邊的)與兩個(gè)可見光照相機(jī)(左邊的和右邊的)相結(jié)合的方法。所述紅外照相機(jī)被用于提供三維熱成像圖像并且所述可見光照相機(jī)被用于提供三維可見光圖像。以重疊的方式向用戶顯示所述三維熱成像圖像和所述三維可見光圖像。

其內(nèi)容通過引用被并入此處的國際專利公開號(hào)2006/003658公開了一種包括非熱成像圖像數(shù)據(jù)采集功能以及熱成像圖像數(shù)據(jù)采集功能的系統(tǒng)。該非熱成像圖像數(shù)據(jù)采集功能采集非熱成像圖像數(shù)據(jù)，而熱成像圖像數(shù)據(jù)采集功能采集熱成像圖像數(shù)據(jù)。

其內(nèi)容通過引用被并入此處的美國專利號(hào)7,292,719公開了一種用于確定活體中一個(gè)或多個(gè)熱可區(qū)分對(duì)象的存在或不存在的系統(tǒng)。所配置的組合圖像生成器將活體中的三維組織區(qū)的非熱成像三維數(shù)據(jù)與該組織區(qū)的熱成像二維數(shù)據(jù)組合以便生成與該三維組織區(qū)相關(guān)聯(lián)的三維溫度數(shù)據(jù)。

還感興趣的是美國專利號(hào)6,442,419，其公開了一種掃描系統(tǒng)，該掃描系統(tǒng)包括從對(duì)象執(zhí)行360°數(shù)據(jù)提取的紅外線檢測機(jī)構(gòu)以及信號(hào)解碼機(jī)構(gòu)，所述信號(hào)解碼機(jī)構(gòu)從所述紅外線檢測機(jī)構(gòu)接收電信號(hào)并且將所述信號(hào)積分成對(duì)象的對(duì)應(yīng)溫度分布和三維輪廓曲面的數(shù)據(jù)。

附加的背景技術(shù)包括：美國專利號(hào)6,850,862，其公開了溫度分布的三維圖的生成；以及美國專利號(hào)5,961,466，其公開了根據(jù)紅外線圖像快速時(shí)間系列來檢測乳癌，所述紅外線圖像快速時(shí)間系列被分析以檢測體溫調(diào)節(jié)頻率在不同皮膚區(qū)域上的分布的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的方面，提供一種用于分析身體部分的熱圖像的方法。該方法包括：獲取熱空間表示，該熱空間表示具有表示熱圖像的熱數(shù)據(jù)和表示身體部分的非平面表面的空間數(shù)據(jù)，所述熱數(shù)據(jù)與所述空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)；計(jì)算所述熱數(shù)據(jù)在所述表面上的表面積分；以及基于所述表面積分的值，確定在所述身體部分中存在熱可區(qū)分(即以熱學(xué)的方式可區(qū)分的)區(qū)域的可能性。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的方面，提供一種用于監(jiān)視身體部分中的腫瘤的發(fā)展的方法。該方法包括：(a)生成一系列熱空間表示，每個(gè)熱空間表示具有表示熱圖像的熱數(shù)據(jù)和表示身體部分的非平面表面的空間數(shù)據(jù)，所述熱數(shù)據(jù)與所述空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)；(b)關(guān)于每個(gè)熱空間表示，計(jì)算相應(yīng)熱數(shù)據(jù)在相應(yīng)表面上的表面積分，從而提供一系列表面積分值；以及(c)比較所述表面積分值中的至少兩個(gè)，并且使用所述比較用于評(píng)價(jià)腫瘤的大小是否變化，從而監(jiān)視腫瘤的發(fā)展。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述方法還包括對(duì)腫瘤應(yīng)用破壞性治療，其中使用所述比較用于評(píng)價(jià)腫瘤的大小是否被穩(wěn)定減小。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可能性的確定包括將所述表面積分值與對(duì)應(yīng)于參考熱空間表示的至少一個(gè)參考表面積分的值進(jìn)行比較。

根據(jù)所描述的優(yōu)選實(shí)施例中的再進(jìn)一步的特征，所述方法還包括使用所述表面積分值來計(jì)算來自身體部分的熱射流的量或速率。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可能性的確定包括將熱射流的所述量或速率與使用對(duì)應(yīng)于參考熱空間表示的至少一個(gè)參考表面積分的值而計(jì)算的熱射流的量或速率進(jìn)行比較。

根據(jù)所描述的優(yōu)選實(shí)施例中的再進(jìn)一步的特征，所述方法還包括使用所述表面積分值用于計(jì)算所述熱數(shù)據(jù)在所述表面上的統(tǒng)計(jì)矩。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可能性的確定包括將所述統(tǒng)計(jì)矩與使用對(duì)應(yīng)于參考熱空間表示的至少一個(gè)參考表面積分的值而計(jì)算的統(tǒng)計(jì)矩進(jìn)行比較。

根據(jù)所描述的優(yōu)選實(shí)施例中的再進(jìn)一步的特征，所述方法還包括在所述表面內(nèi)定義感興趣的區(qū)域，其中所述表面積分是在所述感興趣的區(qū)域上計(jì)算的。

根據(jù)所描述的優(yōu)選實(shí)施例中的再進(jìn)一步的特征，所述方法還包括把所述表面切片成多個(gè)切片，其中所述表面積分是針對(duì)每個(gè)切片分別計(jì)算的。

根據(jù)所描述的優(yōu)選實(shí)施例中的再進(jìn)一步的特征，所述方法還包括迭代地重復(fù)所述切片以及對(duì)所述表面積分的計(jì)算。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可能性的確定包括計(jì)算不同的切片之間的所述表面積分的值的變化。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可能性的確定包括將所述變化與在參考熱空間表示上的至少一個(gè)參考表面積分的變化進(jìn)行比較。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，(一個(gè)或多個(gè))參考熱空間表示描述與所述身體部分不同且在形狀上與其類似的參考身體。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，(一個(gè)或多個(gè))參考熱空間表示包括所述身體部分的歷史數(shù)據(jù)

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述參考表面積分對(duì)應(yīng)于與所述身體部分不同且其中缺乏熱可區(qū)分區(qū)域的參考身體部分。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述身體部分是婦女的第一乳房而所述參考身體部分是所述婦女的第二乳房。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述身體部分是婦女的第一乳房的一部分而所述參考身體部分是所述婦女的第二乳房的一部分。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述空間數(shù)據(jù)包括表示在所述身體部分附近的組織的表面的數(shù)據(jù)，并且該方法包括定義身體部分的表面和所述附近的組織的所述表面之間的空間邊界。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的方面，提供一種用于分析身體部分的熱圖像的設(shè)備。該設(shè)備包括：輸入單元，用于接收熱空間表示，該熱空間表示具有表示熱圖像的熱數(shù)據(jù)和表示身體部分的非平面表面的空間數(shù)據(jù)，所述熱數(shù)據(jù)與所述空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)；積分單元，用于計(jì)算所述熱數(shù)據(jù)在所述表面上的表面積分；以及輸出單元，用于發(fā)布關(guān)于所述表面積分的值的報(bào)告。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的方面，提供一種成像及處理系統(tǒng)。該成像及處理系統(tǒng)包括：熱空間成像系統(tǒng)，用于提供身體部分的熱空間表示；以及本文所描述的設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，該設(shè)備還包括用于使用所述表面積分的值來計(jì)算來自所述身體部分的熱射流的量或速率的熱計(jì)算器。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，該設(shè)備還包括用于使用所述表面積分的值來計(jì)算所述熱數(shù)據(jù)在所述表面上的統(tǒng)計(jì)矩的統(tǒng)計(jì)矩計(jì)算器。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，該設(shè)備還包括用于把所述表面切片成多個(gè)切片的切片單元，其中所述表面積分是針對(duì)每個(gè)切片分別計(jì)算的。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所述空間數(shù)據(jù)包括表示在所述身體部分附近的組織的表面的數(shù)據(jù)，并且該設(shè)備包括用于定義所述身體部分的表面和所述附近的組織的所述表面之間的空間邊界的邊界定義單元。

除非另外被定義，在本文中所使用的所有技術(shù)和/或科學(xué)術(shù)語與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常所理解的具有相同的含義。盡管與本文所描述的那些相似或者等效的方法和材料可以被用在對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)踐或測試中，但是下面描述示例性方法和/或材料。在沖突的情況下，將以本專利說明書(包括定義)為準(zhǔn)(control)。另外，所述材料、方法和示例僅是示意性的而并不一定意圖進(jìn)行限制。

本發(fā)明的實(shí)施例的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施方式可以涉及手動(dòng)地、自動(dòng)地或二者相組合地執(zhí)行或完成所選擇的任務(wù)。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施例的實(shí)際儀器和裝置，若干所選擇的任務(wù)可以使用操作系統(tǒng)由硬件、由軟件或由固件或者由它們的組合來實(shí)施。

例如，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所選擇的任務(wù)的硬件可以被實(shí)施為芯片或者電路。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所選擇的任務(wù)可以被實(shí)施為由使用任何合適的操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的多個(gè)軟件指令。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，根據(jù)本文所描述的方法和/或系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)由諸如用于執(zhí)行多個(gè)指令的計(jì)算平臺(tái)之類的數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行?？蛇x地，數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ)器和/或用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器(例如磁硬盤和/或可移動(dòng)介質(zhì))。可選地，還提供網(wǎng)絡(luò)連接。還可選地提供顯示器和/或用戶輸入裝置(諸如鍵盤或鼠標(biāo))。

附圖說明

在本文中僅通過示例的方式、參考附圖來描述本發(fā)明的一些實(shí)施例。現(xiàn)在詳細(xì)地具體參考附圖，要強(qiáng)調(diào)的是，所示出的細(xì)節(jié)是作為示例的方式并且目的是說明性地討論本發(fā)明的實(shí)施例。在這點(diǎn)上，通過附圖進(jìn)行的描述使得可以如何實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見。

在附圖中：

圖1a-c是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的熱空間表示的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的適合于分析身體部分(bodysection)的熱圖像的方法的流程圖；

圖3a-c是示出其中該方法確定在身體部分中存在熱可區(qū)分區(qū)域的可能性的一些實(shí)施例的部分流程圖；

圖4a-f是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的切片操作的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于分析身體部分的熱圖像的設(shè)備的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的成像及處理系統(tǒng)的示意圖；以及

圖7a-f和8a-e是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例的熱空間成像系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明在其一些實(shí)施例中涉及熱圖像，并且更具體地但不排他地涉及熱圖像的分析。

在詳細(xì)地解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，要理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用方面不必限于在以下描述中所闡述的和/或在附圖和/或示例中所示出的部件和/或方法的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠用于其它實(shí)施例或者能夠以各種方式被實(shí)踐或者實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明人設(shè)計(jì)出一種實(shí)現(xiàn)對(duì)熱圖像的分析例如以便確定圖像指示熱可區(qū)分區(qū)域的存在的可能性的方法。當(dāng)熱圖像是諸如婦女的乳房之類的身體部分的熱圖像時(shí)，本實(shí)施例的分析可以用來提取下面的組織的屬性。例如，確定身體部分中存在熱可區(qū)分區(qū)域的可能性可以用來評(píng)價(jià)該身體部分是否具有諸如腫瘤之類的病狀。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的分析是基于從身體部分的表面獲取的表面信息。通常，表面信息用于計(jì)算如下文中進(jìn)一步詳述的表面積分。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，表面積分與身體部分中存在熱可區(qū)分區(qū)域(例如腫瘤或炎癥)的可能性有關(guān)。

由于腫瘤的新陳代謝異常和在腫瘤處和/或在腫瘤附近的血管的增生(血管生成)，升高的溫度通常與腫瘤相關(guān)聯(lián)。在癌性腫瘤中，細(xì)胞更快地倍增，因而更活躍并生成更多熱。這易于增大腫瘤本身和周圍溫度之間的溫差。本實(shí)施例因此可以用于診斷癌癥，尤其是(但不排他)乳癌。

對(duì)身體部分中存在熱可區(qū)分區(qū)域的可能性的確定是基于表面積分的值并且可以以不止一種方式來完成。例如，可以將表面積分的值與一個(gè)或多個(gè)參考表面積分的值進(jìn)行比較，或者可以使用其用于進(jìn)一步的計(jì)算，諸如來自身體部分的熱射流(efflux)的量或速率的計(jì)算、各個(gè)矩(諸如標(biāo)準(zhǔn)偏差)的計(jì)算等等。在下文中提供使用表面積分的各種計(jì)算的代表性示例。

分析所用的表面信息包括空間信息以及熱信息。

空間信息包括與至少部分地圍住三維體積的非平面表面的幾何屬性有關(guān)的數(shù)據(jù)。通常，非平面表面是嵌入三維空間中的二維對(duì)象。形式上，非平面表面是由平滑連接且緊致的黎曼二維流形導(dǎo)出的度量空間。理想地，非平面表面的幾何屬性將被明確地提供，例如非平面表面的每個(gè)點(diǎn)的斜率和曲率(或者甚至其他空間導(dǎo)數(shù)或者其組合)。然而，這種信息很少可得到并且空間信息被提供用于非平面表面的采樣版本，其為黎曼二維流形上的點(diǎn)集并且足夠用于描述二維流形的拓?fù)洹５湫偷?，非平面表面的空間信息是以3d(三維)空間表示的簡化版本，其可以是點(diǎn)云或者基于點(diǎn)云的3d重構(gòu)(例如多邊形網(wǎng)格或者曲線網(wǎng)格)。經(jīng)由3d坐標(biāo)系來表達(dá)3d空間表示，諸如但不限于笛卡爾、球形、橢球形、3d拋物線或拋物面3d坐標(biāo)系。

術(shù)語“表面”在本文中被用作術(shù)語“非平面表面”的縮寫。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，空間數(shù)據(jù)可以是圖像的形式。由于空間數(shù)據(jù)表示表面，這種圖像典型地是二維圖像，其除了指示身體構(gòu)件的橫向范圍外還指示身體構(gòu)件或者其部分與某個(gè)參考點(diǎn)(諸如成像裝置的位置)的相對(duì)或者絕對(duì)距離。因而，該圖像典型地包括位于三維身體的非平面表面上的且不必是軀體(bulk)中的信息。然而，普遍接受的是將這種圖像稱為“三維圖像”，因?yàn)榉瞧矫姹砻娣奖愕乇欢x在三維的坐標(biāo)系上。因而，貫穿本說明書以及在隨附的權(quán)利要求書部分中，術(shù)語“三維圖像”和“三維表示”主要涉及表面實(shí)體。

熱信息包括與從表面排出或者被表面吸收的熱有關(guān)的數(shù)據(jù)。由于表面的不同部分通常排出或者吸收不同的熱量，因此熱信息包括元組(tuple)的集合，每個(gè)元組包括表面上的區(qū)域或者點(diǎn)的坐標(biāo)以及與該點(diǎn)或者區(qū)域相關(guān)聯(lián)的熱數(shù)值(例如溫度、熱能)。熱信息可以被轉(zhuǎn)換成可視信號(hào)，在這種情況下熱信息是熱成像圖像的形式。術(shù)語“熱成像圖像”和熱信息貫穿說明書被可互換地使用而不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。特別地，除非另外定義，術(shù)語“熱成像圖像”的使用不應(yīng)視為限于熱信息到可視信號(hào)的轉(zhuǎn)換。例如，可以在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的存儲(chǔ)器中將熱成像圖像存儲(chǔ)為如上所述的元組的集合。

身體的(熱和空間的)表面信息典型地是合成表示的形式，其包括表示熱圖像的熱數(shù)據(jù)和表示表面的空間數(shù)據(jù)這兩者，其中熱數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)(即，空間數(shù)據(jù)的元組與熱數(shù)據(jù)的熱相關(guān)值相關(guān)聯(lián))。這種表示被稱為熱空間表示。熱空間表示可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(例如，與描述描述熱量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的元組列表)的形式或者是圖像(例如，根據(jù)熱數(shù)據(jù)的被顏色編碼或灰度編碼的三維圖像)的形式。圖像形式的熱空間表示在下文中被稱為熱空間圖像。

熱空間圖像被定義在身體的3d空間表示上并且具有與3d空間表示的表面相關(guān)聯(lián)的熱數(shù)據(jù)，且以多個(gè)圖像元素(例如，像素、像素陣列)的形式以網(wǎng)格方式(gridwise)布置在表面上，每個(gè)圖像元素由網(wǎng)格上的強(qiáng)度值或者灰度級(jí)來表示。要明白，不同強(qiáng)度值的數(shù)量可以不同于灰度級(jí)的數(shù)量。例如，8位顯示器可以生成256個(gè)不同的灰度級(jí)。然而，原則上，對(duì)應(yīng)于熱信息的不同強(qiáng)度值的數(shù)量可以更大得多。作為代表性示例，假設(shè)熱信息橫跨37°的范圍并且以0.1℃的分辨率被數(shù)字化。在這種情況下，存在370個(gè)不同的強(qiáng)度值并且灰度級(jí)的使用的精確度降低大約1.4倍。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，使用強(qiáng)度值來執(zhí)行對(duì)熱數(shù)據(jù)的處理，而在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，使用灰度級(jí)來執(zhí)行對(duì)熱數(shù)據(jù)的處理。兩者的組合(諸如雙重處理也被設(shè)想)。

在本文中術(shù)語“像素”有時(shí)被縮寫以指示圖像元素。然而，這不是意圖要限制術(shù)語“圖像元素”的含義，所述圖像元素指的是圖像組成的單位。

當(dāng)熱空間表示是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的形式時(shí)，描述熱屬性的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也可以如上面所述的那樣按照強(qiáng)度或按照灰度級(jí)來表達(dá)。數(shù)字熱空間表示也可以對(duì)應(yīng)于熱空間圖像，由此每個(gè)元組對(duì)應(yīng)于圖像的圖像元素。

典型地，一個(gè)或多個(gè)熱成像圖像被映射到3d空間表示的表面上以形成熱空間表示。要被映射到3d空間表示的表面上的熱成像圖像優(yōu)選地包括在與3d空間表示相同的坐標(biāo)系上被表達(dá)的熱數(shù)據(jù)?？梢允褂萌魏晤愋偷臒釘?shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中熱數(shù)據(jù)包括絕對(duì)溫度值，在另一個(gè)實(shí)施例中熱數(shù)據(jù)包括相對(duì)溫度值，每個(gè)相對(duì)溫度值對(duì)應(yīng)于例如表面的相應(yīng)點(diǎn)和某個(gè)參考點(diǎn)之間的溫度差，在另外的實(shí)施例中熱數(shù)據(jù)包括局部溫度差。也設(shè)想上面類型的溫度數(shù)據(jù)的組合，例如熱數(shù)據(jù)可以包括絕對(duì)和相對(duì)溫度值兩者、等等。

典型地但不是強(qiáng)制性地，熱成像圖像中的信息也包括在一個(gè)或多個(gè)參考標(biāo)記處的熱狀態(tài)(例如溫度)。

熱成像圖像到3d空間表示的表面上的映射是例如通過定位參考標(biāo)記(例如通過將它們在熱成像圖像中的坐標(biāo)與它們在3d空間表示中的坐標(biāo)進(jìn)行比較)，從而也匹配其他點(diǎn)，因而形成合成的熱空間表示。

可選地且優(yōu)選地，熱成像圖像的映射伴隨校正過程，在該校正過程中采用熱發(fā)射率考慮。

身體構(gòu)件的熱發(fā)射率是無量綱的量，其被定義為從身體構(gòu)件的表面發(fā)射的熱輻射的量和從具有與身體構(gòu)件相同的溫度的黑體發(fā)射的熱輻射的量之間的比。因而，理想的黑體的熱發(fā)射率為1，而所有其他體的熱發(fā)射率在0和1之間。通常所假定的是身體的熱發(fā)射率大體上與其熱吸收因子相等。

可以使用感興趣的身體的估計(jì)熱特性來執(zhí)行校正過程。特別地，熱成像圖像被映射到描述身體的非平面表面上，其中將身體表面上的區(qū)域的發(fā)射率的差異考慮進(jìn)去。與其周圍相比具有不同的發(fā)射率值的區(qū)域可以例如是有疤痕的區(qū)域、有色的區(qū)域、乳房上的乳頭區(qū)域、痣。另外，具有不同膚色的受檢者的發(fā)射率值可能不同。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，根據(jù)表面的不同發(fā)射率值對(duì)熱成像圖像進(jìn)行加權(quán)。例如，當(dāng)由熱成像裝置采集的信息包括溫度或者能量值時(shí)，可以使至少一部分溫度或者能量值除以身體表面上的相應(yīng)區(qū)域的發(fā)射率值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白，這種過程產(chǎn)生有效溫度或者能量值，該值比由熱成像裝置采集的值高。由于不同的區(qū)域可能以不同的發(fā)射率值為特征，因此加權(quán)后的熱成像圖像提供關(guān)于從身體表面發(fā)射的熱的更好估計(jì)。

對(duì)于身體包括婦女的乳房的情況的合成熱空間圖像的代表性示例在圖1a-c中示出，其示出了作為非平面表面被示出的3d空間表示(圖1a)、作為平面等溫線圖被示出的熱成像圖像(圖1b)以及通過將熱成像圖像映射到3d空間表示的表面上而形成的合成熱空間圖像(圖1c)。如所示出的那樣，熱空間圖像的熱數(shù)據(jù)被表示為在102處大體示出的網(wǎng)格上的灰度級(jí)值。要理解，根據(jù)灰度級(jí)值的表示是用于示意的目的而不應(yīng)視為限制。如上面所解釋的那樣，對(duì)熱數(shù)據(jù)的處理也可以使用強(qiáng)度值來執(zhí)行。在圖1a-c中也示出了參考標(biāo)記101，其可選地但不是強(qiáng)制性地可以用于映射。

可以以本領(lǐng)域中已知的任何技術(shù)來獲取3d空間表示、熱成像圖像和合成熱空間圖像，諸如在國際專利申請?zhí)杦o2006/003658、美國公開申請?zhí)?0010046316以及美國專利號(hào)6,442,419、6,765,607、6,965,690、6,701,081、6,801,257、6,201,541、6,167,151、6,167,151、6,094,198和7,292,719中公開的技術(shù)。

本發(fā)明的一些實(shí)施例可以被實(shí)現(xiàn)在有形的介質(zhì)上，諸如用于執(zhí)行所述方法步驟的計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以被實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，包括用于實(shí)施所述方法步驟的計(jì)算機(jī)可讀指令。本發(fā)明的一些實(shí)施例也可以被實(shí)現(xiàn)在具有數(shù)字計(jì)算機(jī)能力的電子裝置上，該電子裝置被布置成在有形的介質(zhì)上運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序或者在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上執(zhí)行指令。實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的方法步驟的計(jì)算機(jī)程序通?？梢员环职l(fā)給有形的分布介質(zhì)上的用戶。從該分布介質(zhì)，計(jì)算機(jī)程序可以被復(fù)制到硬盤或者類似的中間存儲(chǔ)介質(zhì)?？梢酝ㄟ^將計(jì)算機(jī)指令從它們的分布介質(zhì)或者它們的中間存儲(chǔ)介質(zhì)加載到計(jì)算機(jī)的執(zhí)行存儲(chǔ)器中、將計(jì)算機(jī)配置成根據(jù)本發(fā)明的方法起作用，來運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序。所有這些操作對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是熟知的。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的適合于分析身體部分的熱圖像的方法的流程圖。要理解，在以下描述中或在圖2的流程圖中出現(xiàn)的若干方法步驟是可選的并且可以不被執(zhí)行。

方法在步驟10開始并且繼續(xù)到步驟12，在步驟12中獲取身體部分的熱空間表示。如所述的那樣，熱空間表示包括表示熱圖像的熱數(shù)據(jù)和表示身體部分的非平面表面的空間數(shù)據(jù)，其中熱數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。熱空間表示可以由該方法生成或者其可以由另一方法或系統(tǒng)生成，熱空間表示可以由該方法從該系統(tǒng)進(jìn)行讀取。

可選地，方法繼續(xù)到步驟14，在步驟14中預(yù)處理熱空間表示中的數(shù)據(jù)。可以針對(duì)熱數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)或者空間數(shù)據(jù)和熱數(shù)據(jù)這兩者完成該預(yù)處理。

對(duì)熱數(shù)據(jù)的預(yù)處理可以包括但不限于求冪(例如求平方)、歸一化、增強(qiáng)、平滑等等。對(duì)空間數(shù)據(jù)的預(yù)處理可以包括但不限于使用各種處理操作來去除、更換和內(nèi)插圖像元素，所述處理操作諸如但不限于形態(tài)學(xué)操作(例如，蝕刻、膨脹、打開、閉合)、調(diào)整大小操作(例如擴(kuò)展、縮小)、填充操作、均衡化操作(例如，經(jīng)由累計(jì)密度均衡、直方圖均衡)以及邊緣檢測(例如，梯度邊緣檢測)。在下文中提供預(yù)處理操作的代表性示例。

方法進(jìn)行到步驟16，在步驟16中計(jì)算熱數(shù)據(jù)在表面上的表面積分。形式上，函數(shù)f在表面s上的表面積分被定義為量∫sfds，其中ds是s上的表面面積單元。函數(shù)f可以表示熱相關(guān)量，包括但不限于溫度、熱功率密度等等。函數(shù)f也可以表示強(qiáng)度值或灰度級(jí)，其可以經(jīng)由適當(dāng)?shù)男?zhǔn)而被轉(zhuǎn)換成熱學(xué)量。表面面積的計(jì)算可以根據(jù)存在于熱空間表示中的信息類型而被解析地或數(shù)值地完成。

當(dāng)熱空間表示中的空間數(shù)據(jù)可以通過解析參數(shù)化x被近似并且熱數(shù)據(jù)可以經(jīng)由解析函數(shù)f與這種參數(shù)化相關(guān)聯(lián)時(shí)，可以使用表達(dá)式來解析計(jì)算表面積分，其中u和v是參數(shù)化x的變量，和是表示表面的切向向量的、x(u,v)的偏微分，并且“×”是向量積。貫穿本說明書，向量與標(biāo)量的區(qū)別在于向量被加下劃線而標(biāo)量沒有。

也可以在不逼近空間數(shù)據(jù)的解析參數(shù)化的情況下計(jì)算表面積分。在這個(gè)實(shí)施例中，使用表達(dá)式∫{s}f(x)δs來數(shù)值地執(zhí)行該計(jì)算，其中{s}是熱空間表示中的所有圖像元素的集合(因此表示空間數(shù)據(jù))，f(x)是與圖像元素x∈{s}相關(guān)聯(lián)的熱學(xué)量、灰度級(jí)或強(qiáng)度，并且δs是圖像元素x的面積。在本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例中，δs包括用于基于δs鄰域中的表面形狀(角度、曲率等等)對(duì)δs值進(jìn)行加權(quán)的校正因子(諸如數(shù)值雅可比行列式等等)。表面積分∫{s}可以被近似為求和∑{s}。

在本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例中，表面積分通過身體部分的體積被歸一化。這個(gè)體積可以從熱空間表示的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

表面積分也可以根據(jù)表達(dá)式來計(jì)算，其中v是身體部分的體積，t是表達(dá)為溫度值的熱數(shù)據(jù)，ε是身體的發(fā)射率，并且σ是斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)。發(fā)射率可以被取為在表面上固定或者其可以是表面上的坐標(biāo)的函數(shù)。當(dāng)根據(jù)這個(gè)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，表面積分的值表示熱功率密度(每單位體積的熱功率)。熱功率密度與來自身體部分的熱射流相聯(lián)系并且也可以涵蓋身體部分內(nèi)若干生物學(xué)過程的效應(yīng)，包括血流速率、新陳代謝和從主軀干到身體部分(例如，在其中身體部分是乳房的實(shí)施例中從胸壁到乳房)中的熱對(duì)流。

用于計(jì)算表面積分以便獲得熱射流的可選表達(dá)式是其中h是空氣的熱對(duì)流系數(shù)并且t0是環(huán)境溫度。在表面積分的這個(gè)表達(dá)式中，第一項(xiàng)表示經(jīng)由對(duì)流來自身體部分的熱射流，而第二項(xiàng)表示經(jīng)由輻射來自身體部分的熱射流。將對(duì)流貢獻(xiàn)和輻射貢獻(xiàn)兩者包括在單個(gè)項(xiàng)中的等效表達(dá)式是其中heff是有效對(duì)流系數(shù)。

一旦計(jì)算了表面積分，所述方法可選地繼續(xù)到步驟18，在步驟18中基于表面積分的值來確定身體部分中存在熱可區(qū)分區(qū)域的可能性。熱可區(qū)分區(qū)域是位于軀體中或在身體部分中的表面上的三維區(qū)域并且可以通過其熱屬性與其周圍組織區(qū)分開來。廣義地講，熱可區(qū)分區(qū)域具有比基于其空間位置所預(yù)期的溫度更高或更低的溫度。例如，熱可區(qū)分區(qū)域可以具有比其緊鄰周圍更高或更低的溫度。然而，情況不一定如此，因?yàn)樵谝恍┣樾蜗录词巩?dāng)其溫度與其周圍組織的溫度相同時(shí)，區(qū)域也可以是熱可區(qū)分的。例如，考慮預(yù)期具有與其周圍組織的溫度不同的溫度的特定區(qū)域。這種區(qū)域的代表性示例是乳房的乳頭，其在正常的受檢者中具有比其緊鄰周圍更低的溫度。當(dāng)這種特定區(qū)域具有與其周圍組織相同的溫度時(shí)，其被宣告為熱可區(qū)分區(qū)域，因?yàn)槠錅囟炔煌谄漕A(yù)期溫度。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，熱可區(qū)分區(qū)域具有與另一個(gè)身體部分的類似區(qū)域的溫度不同的溫度。例如，當(dāng)身體部分是婦女的乳房時(shí)，一個(gè)乳房中的熱可區(qū)分區(qū)域可以具有不同于另一個(gè)乳房中的類似區(qū)域的溫度。

熱可區(qū)分區(qū)域的存在可以指示例如在熱可區(qū)分區(qū)域的位置處存在炎癥、良性腫瘤或惡性腫瘤。

所述方法在步驟20結(jié)束。

存在不止一種方式來確定身體部分中熱可區(qū)分區(qū)域的存在的可能性。步驟18的執(zhí)行的一些實(shí)施例在圖3a-c中示出。

在一些實(shí)施例中，將表面積分值與一個(gè)或多個(gè)參考表面積分的值進(jìn)行比較，并且該比較用于確定熱可區(qū)分區(qū)域的存在的可能性。典型地但不是強(qiáng)制性地，參考表面積分表示其中不存在熱可區(qū)分區(qū)域的情形。這個(gè)實(shí)施例中在圖3a中示出。

如圖3a所示，步驟18包括其中將表面積分的值與一個(gè)或多個(gè)參考表面積分的值進(jìn)行比較的步驟22。從步驟22，所述方法繼續(xù)到判定步驟24，在判定步驟24中所述方法確定表面積分值是否高于參考表面積分的值。如果是，則方法繼續(xù)到步驟26，在步驟26中方法確定在身體部分中可能存在熱可區(qū)分區(qū)域。如果表面積分值不高于參考表面積分的值，則方法繼續(xù)到步驟28，在步驟28中方法確定不可能存在熱可區(qū)分區(qū)域。所述可能性也可以基于所計(jì)算的表面積分和參考表面積分之間的差或比被量化(例如，表達(dá)為百分比)。

參考表面積分通常對(duì)應(yīng)于參考熱空間表示，其可以從庫中獲取或者可以通過本實(shí)施例的方法構(gòu)建。

參考熱空間表示可以描述不同于被分析身體部分的參考身體部分。例如，參考身體部分可以是在形狀上類似于被分析身體部分的身體部分。優(yōu)選地但不是強(qiáng)制性地，參考身體部分不存在熱可區(qū)分區(qū)域。當(dāng)身體部分是婦女的乳房時(shí)，參考身體部分可以是同一婦女的另一個(gè)乳房。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，參考熱空間表示包括身體部分的歷史數(shù)據(jù)。例如，如果特定受檢者的歷史數(shù)據(jù)沒有表明在他的或她的身體部分中存在熱可區(qū)分區(qū)域，則該數(shù)據(jù)可以用作參考。在熱空間表示中包括歷史數(shù)據(jù)可以通過在比執(zhí)行所述方法時(shí)的日期更早的日期記錄參考熱空間表示和/或所計(jì)算的表面積分來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)實(shí)施例對(duì)于監(jiān)視疾病隨時(shí)間的進(jìn)展也可以是有用的。因而，例如，如果表面積分的值高于其在較早日期的值，則所述方法可以確定熱可區(qū)分區(qū)域已生長。這個(gè)實(shí)施例對(duì)于監(jiān)視治療的功效也可以是有用的。例如，當(dāng)具有惡性腫瘤的受檢者用化學(xué)療法進(jìn)行治療時(shí)，可以計(jì)算在不同時(shí)間的表面積分的值以便評(píng)價(jià)治療的功效。具體而言，腫瘤大小的減小可以導(dǎo)致更低的表面積分值。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，參考熱空間表示是借助于生物醫(yī)學(xué)工程來獲取的。例如，可以使用計(jì)算機(jī)程序來設(shè)計(jì)身體部分的幾何形狀并且可以(例如使用有限元技術(shù)等等)執(zhí)行仿真來確定要用作參考的閾值表面積分。

圖3b示出用于執(zhí)行方法步驟18的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，步驟18包括步驟30，在步驟30中表面積分的值用于計(jì)算統(tǒng)計(jì)矩，諸如但不限于表面上的標(biāo)準(zhǔn)偏差。從步驟30，方法繼續(xù)到步驟32，在步驟32中將統(tǒng)計(jì)矩與參考統(tǒng)計(jì)矩進(jìn)行比較?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)于參考熱空間表示的參考表面積分來計(jì)算參考統(tǒng)計(jì)矩，如上文上進(jìn)一步詳述的。

從步驟32，方法繼續(xù)到判定步驟34，在判定步驟34中方法確定統(tǒng)計(jì)矩是否高于參考統(tǒng)計(jì)矩。如果是，則方法繼續(xù)到步驟36，在步驟36中方法確定在身體部分中可能存在熱可區(qū)分區(qū)域。如果統(tǒng)計(jì)矩不高于參考統(tǒng)計(jì)矩，則方法繼續(xù)到步驟38，在步驟38中方法確定不可能存在熱可區(qū)分區(qū)域。可能性也可以基于統(tǒng)計(jì)矩和參考統(tǒng)計(jì)矩之間的差或比被量化(例如，表達(dá)為百分比)。

圖3c示出用于執(zhí)行方法步驟18的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，步驟18包括步驟40，在步驟40中表面積分的值用于如上所述地計(jì)算來自身體部分的熱射流的量或速率。從步驟40，方法繼續(xù)到步驟42，在步驟42中將熱射流的量或速率與參考進(jìn)行比較。該參考可以是使用一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)于參考熱空間表示的參考表面積分而計(jì)算的參考熱射流，如上文進(jìn)一步詳述的。例如，當(dāng)身體部分是婦女的乳房時(shí)，參考可以是根據(jù)另一個(gè)乳房的熱空間表示計(jì)算的熱射流。當(dāng)身體處于熱穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩個(gè)乳房中的健康組織的對(duì)流熱和新陳代謝熱可以被估計(jì)為近似相同，并且所計(jì)算的一個(gè)乳房的熱射流和來自另一個(gè)乳房的熱射流之間的比較可以用于確定在乳房之一中存在腫瘤或炎癥的可能性。具體而言，排出顯著更高的熱量或熱速率的乳房可能在其中具有腫瘤。

參考也可以是從其他研究中取得的閾值。例如，健康乳房組織中的熱產(chǎn)生速率為大約450w/m³，與癌性組織中的大約29,000w/m³形成對(duì)比，而健康乳房組織中的血流速率為大約0.00018ml/s/ml，與大約0.009ml/s/ml形成對(duì)比。因而，癌性組織的存在導(dǎo)致放熱的升高以及通過血流的熱對(duì)流的升高。用于表征與健康乳房相比乳房內(nèi)癌性區(qū)域的放熱變化的典型比由cv/c0v0給出，其中c是癌性區(qū)域中的熱變化速率，c0是健康乳房組織中的熱變化速率，v是癌性區(qū)域的體積，并且v是乳房的體積。對(duì)于位于0.5升乳房中的1cm³惡性腫瘤，這個(gè)比在考慮放熱時(shí)為大約10％并且在考慮通過血流的熱對(duì)流時(shí)為大約13％。

如本文所使用的術(shù)語“大約”指的是±10％。

癌性組織和健康組織之間的這種差別導(dǎo)致與健康乳房相比來自具有癌性組織的乳房的熱射流的可檢測變化。因而，根據(jù)發(fā)明的本實(shí)施例，參考熱通量是為反映典型健康組織和典型癌性組織之間的差別而選擇的預(yù)定閾值。這種預(yù)定閾值的代表性示例是1000w/m³或更多。

從步驟42，方法繼續(xù)到判定步驟44，在判定步驟44中方法確定熱通量是否高于參考熱通量。如果是，則方法繼續(xù)到步驟46，在步驟46中方法確定在身體部分中可能存在熱可區(qū)分區(qū)域。如果熱通量不高于參考，則方法繼續(xù)到步驟48，在步驟48中方法確定不可能存在熱可區(qū)分區(qū)域?？赡苄砸部梢曰跓嵬亢蛥⒖紵嵬恐g的差或比被量化(例如，表達(dá)為百分比)。

如上所描繪的，表面積分的計(jì)算可以在預(yù)處理操作之前。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，預(yù)處理操作包括在身體部分的表面內(nèi)定義感興趣的區(qū)域。在這些實(shí)施例中，表面積分可以在感興趣的區(qū)域上進(jìn)行計(jì)算?？梢远x一個(gè)以上感興趣的區(qū)域，在這種情況下表面積分優(yōu)選地針對(duì)每個(gè)感興趣的區(qū)域分別進(jìn)行計(jì)算。感興趣的區(qū)域可以例如被定義為與高溫相關(guān)聯(lián)的表面部分。這種感興趣的區(qū)域的代表性示例是表面上包圍熱可區(qū)分點(diǎn)的區(qū)域。圖1c示意性地示出熱可區(qū)分點(diǎn)201。包圍點(diǎn)201的灰色區(qū)可以被定義為感興趣的區(qū)域。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，預(yù)處理操作包括將由空間數(shù)據(jù)描述的表面切片成多個(gè)切片。在這些實(shí)施例中，表面積分可以針對(duì)每個(gè)切片分別進(jìn)行計(jì)算。該切片可以根據(jù)需要沿著法線方向(遠(yuǎn)離身體)、平行方向或方位角方向。對(duì)于其中身體部分是乳房的實(shí)施例，若干切片操作在圖4a-f中示出。在圖4a-f中示出沿法線方向的兩個(gè)切片(圖4a)、沿法線方向的三個(gè)切片(圖4b)、在平行于身體的平面中的兩個(gè)切片(圖4c-d)、在平行于身體的平面中的四個(gè)切片(圖4e)以及在平行于身體的平面中的六個(gè)切片(圖4f)。從本發(fā)明的范圍中不排除其他切片操作。

切片操作可以以一種以上的方式被使用。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，接著是計(jì)算表面積分的切片被迭代地重復(fù)并且每個(gè)計(jì)算的結(jié)果與其他計(jì)算進(jìn)行比較。這種比較可以有助于定位其中存在可疑的熱區(qū)分區(qū)域的切片。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，不同切片之間表面積分值的變化不必以迭代的方式被計(jì)算。一旦這些變化被計(jì)算，可以將它們與參考熱空間表示上的一個(gè)或多個(gè)參考表面積分的變化進(jìn)行比較，如上文中進(jìn)一步詳述的。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，預(yù)處理操作包括定義表面的一個(gè)或多個(gè)空間邊界。例如，當(dāng)空間數(shù)據(jù)包括表示身體部分附近的組織表面的數(shù)據(jù)時(shí)，該方法的預(yù)處理操作可以包括定義身體部分的表面和附近組織的表面之間的空間邊界。在這個(gè)實(shí)施例中，附近組織的表面優(yōu)選地被排除在表面積分的計(jì)算之外。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，預(yù)處理操作包括對(duì)熱數(shù)據(jù)的預(yù)處理。例如，在熱數(shù)據(jù)被提供為灰度級(jí)或強(qiáng)度時(shí)，它們可以被轉(zhuǎn)換成溫度值。一旦表面s上的溫度t被已知，其可以被用作表面積分∫sfds的被積函數(shù)。

可選地，溫度的冪(例如，t²或t⁴)可以被計(jì)算并且被用作被積函數(shù)。溫度或其冪也可以被歸一化。例如，溫度的四次冪可以乘以身體的發(fā)射率ε和斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)σ，以便提供以熱功率表面密度(每單位時(shí)間每單位面積的能量)為單位的被積函數(shù)。如果需要的話，溫度也可以通過身體部分的體積或表面的總面積進(jìn)行歸一化。

溫度也可以按照溫度差來表達(dá)。例如，表面積分的被積函數(shù)可以是差t-tmin或其某次冪，其中tmin是表面上的最小溫度。可選地，例如根據(jù)表達(dá)式(t-tmin)²/(taverage-tmin)²，可以使用平方平均操作，其中taverage是表面上的平均溫度。也設(shè)想其他操作，包括但不限于對(duì)數(shù)強(qiáng)調(diào)和各種直方圖方法。

現(xiàn)在參考圖5，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于分析身體部分的熱圖像的設(shè)備50的示意圖。設(shè)備50可以被實(shí)施在數(shù)據(jù)處理器或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中并且可以用于執(zhí)行上面描述的方法步驟中的一個(gè)或多個(gè)。設(shè)備50的各個(gè)部件之間的數(shù)據(jù)流通道在圖5中被示為箭頭。

設(shè)備50包括用于接收熱空間表示的輸入單元52和計(jì)算熱數(shù)據(jù)在表面上的表面積分的積分單元54，如上文中進(jìn)一步詳述的。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，設(shè)備50包括熱計(jì)算器56，熱計(jì)算器56使用表面積分的值來計(jì)算來自身體部分的熱射流的量或速率，如上文中進(jìn)一步詳述的。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，設(shè)備50包括統(tǒng)計(jì)矩計(jì)算器58，統(tǒng)計(jì)矩計(jì)算器58計(jì)算熱數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)矩，諸如標(biāo)準(zhǔn)偏差等等，如上文中進(jìn)一步詳述的。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，設(shè)備50包括用于把表面切片成多個(gè)切片的切片單元。在這些實(shí)施例中，積分單元54優(yōu)選地從切片單元60接收切片并且分別計(jì)算每個(gè)切片的表面積分，如上文中進(jìn)一步詳述的。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，設(shè)備50包括定義身體部分的表面和附近組織的表面之間的空間邊界的邊界定義單元62。在這些實(shí)施例中，積分單元54優(yōu)選地從單元62接收切片并且將附近組織的表面排除在表面積分的計(jì)算之外。

設(shè)備50優(yōu)選地包括發(fā)布關(guān)于表面積分的值的報(bào)告的輸出單元64?？蛇x地且優(yōu)選地，設(shè)備50包括分析單元66，分析單元66對(duì)從各個(gè)部件(積分單元54、熱計(jì)算器56和/或統(tǒng)計(jì)矩計(jì)算器58)獲取的結(jié)果進(jìn)行分析。為了展示的清楚起見，未示出到分析單元66的數(shù)據(jù)流。分析單元66向輸出單元64提供分析的結(jié)果，其包括報(bào)告中的分析的結(jié)果。由單元66執(zhí)行的分析可以包括對(duì)身體部分中存在熱可區(qū)分區(qū)域的可能性的確定，如上文中進(jìn)一步詳述的。

現(xiàn)在參考圖6，其是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的成像及處理系統(tǒng)70的示意圖。系統(tǒng)70包括提供身體部分的熱空間表示的熱空間成像系統(tǒng)72以及用于分析熱空間表示的分析設(shè)備74。分析設(shè)備74的原理和操作類似于上面描述的設(shè)備50的原理和操作。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，設(shè)備74是設(shè)備50。

下面的描述是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例的用于獲取熱空間表示的技術(shù)。下面所描述的技術(shù)可以被上述的任何方法和設(shè)備所采用。

可以通過采集一個(gè)或多個(gè)熱成像圖像并且將所述(一個(gè)或多個(gè))熱成像圖像映射在3d空間表示上而生成獲得熱空間表示或圖像。

現(xiàn)在參考圖7a，其是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的熱空間成像系統(tǒng)120的示意圖。如圖7a所示，人212的活體210或者其一部分位于成像裝置214的前面。人212可以是站著、坐著或者處于相對(duì)于成像裝置214的任何其他合適的位置。人212可以通過定位裝置215而相對(duì)于成像裝置214被初始地定位或者在后來被重定位，該定位裝置215典型地包括通過引擎的力量或者通過任何其他合適的力量而在導(dǎo)軌上移動(dòng)的平臺(tái)。另外，熱可區(qū)分對(duì)象216，諸如腫瘤，可能存在于人212的身體210中。例如，當(dāng)身體210包括乳房時(shí)，對(duì)象216可以是乳房腫瘤，諸如癌性腫瘤。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，人212可以穿著衣服218，諸如襯衫。優(yōu)選地，衣服218對(duì)于諸如400-700納米的可見波長可以是不可穿透的或者是部分可穿透的，并且對(duì)于諸如紅外波長之類的比可見波長更長的波長可以是可穿透的。另外，參考標(biāo)記220可以被布置得接近人212，優(yōu)選地直接在人212的身體上并且與身體210緊鄰?？蛇x地且優(yōu)選地，參考標(biāo)記220被直接附著到身體210。參考標(biāo)記220典型地可以包括材料片、畫在人212上的標(biāo)記或者任何其他合適的標(biāo)記，如本文中下面所描述的那樣。

成像裝置214典型地包括：至少一個(gè)可見光成像裝置222，其可以感測至少可見光波長；以及至少一個(gè)熱成像裝置224，其對(duì)典型地在如3-5微米和/或8-12微米的范圍中的紅外線波長敏感。典型地，成像裝置222和224能夠感測在上文中所描述的參考標(biāo)記220。

可選地，偏振器225可以被放置在可見光成像裝置222的前面。作為另一個(gè)可選方案，可以阻擋至少一部分可見光波長的濾色器226可以被放置在可見光成像裝置222的前面。

典型地，至少一個(gè)可見光成像裝置222可以包括黑白或者彩色靜止成像裝置或者諸如ccd或cmos的數(shù)字成像裝置。另外，至少一個(gè)可見光成像裝置222可以包括多個(gè)成像元件，其中每個(gè)成像元件都可以是三維成像元件。

可選地且優(yōu)選地，可以通過定位裝置227來相對(duì)于人212重定位成像裝置214。作為另一個(gè)可選方案，每個(gè)成像裝置222和224也可以通過至少一個(gè)定位裝置228而相對(duì)于人212被重定位。定位裝置227可以包括引擎、杠桿或者任何其他合適的力量，并且也可以包括用于移動(dòng)在其上的成像裝置214的導(dǎo)軌。優(yōu)選地，重定位裝置228可以被類似地構(gòu)造。

通過可見光成像裝置222和熱成像裝置224采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)232被輸出到數(shù)據(jù)處理器230，并且典型地通過在數(shù)據(jù)處理器上運(yùn)行的算法來對(duì)其進(jìn)行分析和處理。所得到的數(shù)據(jù)可以被顯示在至少一個(gè)顯示裝置234上，顯示裝置234優(yōu)選地經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)236連接到數(shù)據(jù)處理器230。數(shù)據(jù)處理器230典型地包括pc、pda或者任何其他合適的數(shù)據(jù)處理器。通信網(wǎng)絡(luò)232和236典型地包括諸如互聯(lián)網(wǎng)或者內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的物理通信網(wǎng)絡(luò)，或者可以可選地包括無線網(wǎng)絡(luò)，諸如蜂窩網(wǎng)絡(luò)、紅外線通信網(wǎng)絡(luò)、射頻(rf)通信網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙(bt)通信網(wǎng)絡(luò)或者任何其他合適的通信網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，顯示器234典型地包括屏幕,諸如lcd屏幕、crt屏幕或者等離子屏幕。作為另一個(gè)可選方案，顯示器234可以包括至少一個(gè)可視化裝置，其包括定位在用戶眼睛的前面且以與眼鏡相似的結(jié)構(gòu)封裝的兩個(gè)lcd或者兩個(gè)crt。優(yōu)選地，顯示器234也顯示指針238，其典型地沿著所顯示的模型的x、y和z軸是可移動(dòng)的并且可以被用于指向所顯示的數(shù)據(jù)中的不同位置或者元素。

現(xiàn)在參考圖7b-f和8a-e，其示出根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例的熱空間成像系統(tǒng)120的各種操作原理。

首先參考圖7b-f來描述可見光成像，并且在下文中參考圖8a-e來描述熱成像。要明白，圖7b-f中所描述的可見光圖像數(shù)據(jù)采集可以在圖8a-e中所描述的熱成像圖像數(shù)據(jù)采集之前、之后或者與其同時(shí)被執(zhí)行。

參照圖7b-f，包括身體210的人212位于成像裝置214前面的定位裝置215上，處于相對(duì)于成像裝置的第一位置240。由可見光成像裝置222，可選地通過偏振器225或者作為可選的選項(xiàng)通過濾色器226，來采集身體210的第一圖像數(shù)據(jù)。使用濾色器的優(yōu)點(diǎn)在于其可以改進(jìn)信噪比，例如當(dāng)用特定顏色的圖案或者標(biāo)志照射人時(shí)，濾色器可以用來僅傳送該特定顏色從而減少背景讀數(shù)。另外，身體210的至少第二圖像數(shù)據(jù)由可見光成像裝置222采集，使得身體210被定位在相對(duì)于成像裝置214的至少第二位置242。因而，從成像裝置相對(duì)于身體210的至少兩個(gè)不同的視點(diǎn)采集第一、第二和可選地更多的圖像數(shù)據(jù)。

可以通過使用如在圖7b中看到的定位裝置215重定位人212、通過使用如在圖7c中看到的定位裝置227重定位成像裝置214或者通過使用如在圖7d中看到的定位裝置228重定位成像裝置222，來配置第二相對(duì)位置242。作為另一個(gè)可選方案，可以通過使用如在圖7e中看到的兩個(gè)分離的成像裝置214或者如在圖7f中看到的兩個(gè)分離的可見光成像裝置222來配置第二相對(duì)位置242。

參照圖8a-e，包括身體210的人212位于在成像裝置214前面的定位裝置215上，處于相對(duì)于成像裝置的第一位置244。身體210的第一熱成像圖像數(shù)據(jù)由熱成像裝置224采集?？蛇x地且優(yōu)選地，身體210的至少第二熱成像圖像數(shù)據(jù)由熱成像裝置224采集，使得身體210被定位在相對(duì)于成像裝置214的至少第二位置242。因而，從熱成像裝置相對(duì)于身體210的至少兩個(gè)不同的視點(diǎn)采集第一、第二和可選地更多的熱成像圖像數(shù)據(jù)。

可以通過使用如在圖8a中看到的定位裝置215重定位人212、通過使用如在圖8b中看到的定位裝置227重定位成像裝置214或者通過使用如在圖8c中看到的定位裝置228重定位熱成像裝置224，來配置第二相對(duì)位置246。作為另一個(gè)可選方案，可以通過使用如在圖8d中看到的兩個(gè)分離的成像裝置214或者如在圖8e中看到的兩個(gè)分離的熱成像裝置224來配置第二相對(duì)位置246。

可以用熱成像裝置224通過分別對(duì)身體210的完整圖像的多個(gè)窄條成像來采集身體210的圖像數(shù)據(jù)?？蛇x地，身體210的完整圖像通過熱成像裝置進(jìn)行采集，并且以多個(gè)窄條或者其他形狀的部分采樣該圖像以用于處理。作為另一個(gè)可選方案，對(duì)身體210的成像可以使用不同的曝光時(shí)間來執(zhí)行。

從成像裝置214獲取的熱成像圖像數(shù)據(jù)和可見光圖像數(shù)據(jù)優(yōu)選地通過數(shù)據(jù)處理器230如下地被分析和處理。使用本領(lǐng)域中所熟知的算法和方法(諸如在美國專利號(hào)6,442,419中所描述的方法，該專利通過引用被并入此處，就像在本文中被全面闡述了那樣)，由數(shù)據(jù)處理器230處理從成像裝置222采集的圖像數(shù)據(jù)以構(gòu)建身體210的三維空間表示。3d空間表示優(yōu)選地包括參考標(biāo)記220的位置(參見圖1a)。可選地且優(yōu)選地，3d空間表示包括與身體210的顏色、色調(diào)以及組織紋理有關(guān)的信息。使用本領(lǐng)域中所熟知的算法和方法(諸如在美國專利號(hào)6,442,419中所描述的方法)，由數(shù)據(jù)處理器230處理從成像裝置224采集的熱成像圖像數(shù)據(jù)以構(gòu)建身體210的熱成像三維模型。熱成像3d模型優(yōu)選地包括參考標(biāo)記220(參見圖1b)。例如通過對(duì)準(zhǔn)參考標(biāo)記220，熱成像3d模型然后通過處理器230被映射到3d空間表示上以形成熱空間圖像。

術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”及其同義詞意指“包括但不限于”。

如本文所使用的，單數(shù)形式“一、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)個(gè)指代物，除非上下文另外清楚地規(guī)定。例如，術(shù)語“復(fù)合物”或“至少一個(gè)復(fù)合物”可以包括多個(gè)復(fù)合物，包括其混合物。

貫穿本申請，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可能以范圍格式呈現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，以范圍格式的描述僅僅是為了方便和簡潔起見并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)發(fā)明范圍的不可變的限制。因此，范圍的描述應(yīng)當(dāng)視為具體地公開了所有可能的子范圍以及該范圍內(nèi)的各個(gè)數(shù)值。例如，諸如從1到6之類的范圍描述應(yīng)當(dāng)視為具體地公開了諸如從1到3、從1到4、從1到5、從2到4、從2到6、從3到6等等的子范圍以及該范圍內(nèi)的各個(gè)數(shù)字，例如1、2、3、4、5和6。不管范圍的寬度如何，這同樣適用。

每當(dāng)在本文中指示數(shù)值范圍時(shí)，打算包括所指示的范圍內(nèi)的任何引用數(shù)字(分?jǐn)?shù)或整數(shù))。短語“在第一指示數(shù)字和第二指示數(shù)字之間變化”和“從第一指示數(shù)字到第二指示數(shù)字變化”在本文中被可互換地使用并且打算包括第一和第二所指示的數(shù)字以及其間的所有分?jǐn)?shù)和整數(shù)數(shù)字。

要明白，為清楚起見在各個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的本發(fā)明的某些特征也可以被組合地提供在單個(gè)實(shí)施例中。相反，為簡明起見在單個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的本發(fā)明的某些特征也可以被單獨(dú)地或以任何合適的子組合或適合地提供在本發(fā)明的任何其它所描述的實(shí)施例中。在各個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的某些特征不應(yīng)視為那些實(shí)施例的必要特征，除非該實(shí)施例在沒有那些元件的情況下就不起作用。

盡管結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是很明顯許多可選方案、修改和變型對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，旨在涵蓋落在所附權(quán)利要求的精神和廣義范圍內(nèi)的所有這種可選方案、修改和變型。

在本說明書中提到的所有出版物、專利和專利申請?jiān)诒疚闹型ㄟ^引用被全部并入說明書，與每個(gè)單獨(dú)的出版物、專利或?qū)＠暾埍痪唧w地且單獨(dú)地指示以通過引用被并入本文一樣。另外，本說明書中任何參考的引用或者標(biāo)識(shí)不應(yīng)當(dāng)被解釋為承認(rèn)這種參考對(duì)本發(fā)明來說是可用作現(xiàn)有技術(shù)的。就使用章節(jié)標(biāo)題而言，它們不應(yīng)當(dāng)被解釋為進(jìn)行必要地限制。