專利名稱：用于器官分割的交互式迭代最近點(diǎn)算法的制作方法
用于器官分割的交互式迭代最近點(diǎn)算法
背景技術(shù)：
分割是從圖像中提取解剖結(jié)構(gòu)的過(guò)程。醫(yī)學(xué)中的許多應(yīng)用要求對(duì)在通過(guò)CT、MRI 和其它醫(yī)學(xué)成像形式所采集的體積圖像中的標(biāo)準(zhǔn)解剖體的分割。臨床醫(yī)師或者其他專業(yè)人員通常使用分割用于處置規(guī)劃?？梢允謩?dòng)執(zhí)行分割，其中，臨床醫(yī)師檢查個(gè)體圖像切片并且手動(dòng)畫出相關(guān)器官在每個(gè)切片中的二維輪廓。隨后，對(duì)手動(dòng)畫出的輪廓進(jìn)行組合，以產(chǎn)生相關(guān)器官的三維表示。 備選地，臨床醫(yī)師可以使用自動(dòng)分割算法，該算法無(wú)臨床醫(yī)師參與就對(duì)圖像切片進(jìn)行檢查并且確定相關(guān)器官的二維輪廓。然而，手動(dòng)畫出圖像切片的輪廓的分割是耗時(shí)的，并且典型情況下精確度僅達(dá)到大致二至三毫米。當(dāng)繪制手動(dòng)畫出的輪廓時(shí)，臨床醫(yī)師通常需要檢查大量圖像。然而，手動(dòng)畫出的輪廓可能隨著臨床醫(yī)師的不同而不同。另外，要解決所有標(biāo)準(zhǔn)分割任務(wù)，自動(dòng)算法通常是不夠可靠的。對(duì)通過(guò)自動(dòng)算法所獲得的結(jié)果進(jìn)行修改可能是困難并且是違反直覺(jué)的 (counterintuitive)。
發(fā)明內(nèi)容
一種用于分割器官的方法，包括選擇器官的表面模型，選擇器官的圖像的表面上的多個(gè)點(diǎn)，并且針對(duì)所述圖像上的多個(gè)點(diǎn)對(duì)表面模型進(jìn)行變換。一種用于分割器官的系統(tǒng)，其具有存儲(chǔ)待選擇的表面模型的匯集的存儲(chǔ)器、適于允許用戶從存儲(chǔ)器中選擇表面模型并且選擇器官的圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)的用戶接口以及針對(duì)所述圖像上的多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換的處理器。一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其包括能夠由處理器執(zhí)行的一組指令。該組指令可操作用于選擇器官的表面模型、選擇器官的圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)，并且針對(duì)所述圖像上的多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換。
圖1示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了根據(jù)一示例性實(shí)施例對(duì)器官進(jìn)行分割的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考下列描述和附圖，可以進(jìn)一步理解這里所提出的示例性實(shí)施例，附圖中，相似的參考標(biāo)號(hào)指代相同的元件。示例性實(shí)施例涉及用于器官分割的系統(tǒng)和方法。具體而言， 如在通過(guò)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)(例如，MRI、CT)所采集的體積醫(yī)學(xué)圖像中所示，示例性實(shí)施例通過(guò)選擇關(guān)于器官表面的有限點(diǎn)集來(lái)提供器官分割。如在圖1中的示例性實(shí)施例中所示，系統(tǒng)100包括處理器102和存儲(chǔ)器104。存儲(chǔ)器104是能夠存儲(chǔ)可以被分割的各種器官的表面模型的匯集的任何計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。 在一個(gè)例子中，存儲(chǔ)器104對(duì)包括各種器官的表面模型的匯集的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。表面模型可以是正在被分割的器官的代表性原型、或者是器官的許多代表性樣本的平均。用戶經(jīng)用戶接口 106從存儲(chǔ)器104中選擇表面模型中的一個(gè)。隨后，使用處理器102對(duì)所選擇的模型以及由用戶經(jīng)用戶接口 106輸入的任何數(shù)據(jù)一起進(jìn)行處理，并且在顯示器108上顯示。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，系統(tǒng)100是個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或者任何其它處理裝置。圖2示出了用于基于來(lái)自經(jīng)CT、MRI或者其它醫(yī)學(xué)成像掃描所采集的圖像的器官的圖像對(duì)器官進(jìn)行分割的方法200。方法200的步驟210包括從存儲(chǔ)器104選擇待分割的器官的表面模型。表面模型可以是器官的代表性原型、或者是器官的若干代表性樣本的平均。一旦選擇了表面模型，就將表面模型顯示在顯示器108上。將表面模型恰當(dāng)定位在圖像中，并且在顯示器108上顯示。在步驟220中，用戶經(jīng)用戶接口 106在正在被分割的所成像器官表面上選擇多個(gè)點(diǎn)。用戶接口 106例如包括指向并且在表面的多個(gè)點(diǎn)上點(diǎn)擊的鼠標(biāo)。從所成像器官的表面選擇多個(gè)點(diǎn)，使得在步驟230中內(nèi)插多個(gè)點(diǎn)到落入所選擇的多個(gè)點(diǎn)之間的確定點(diǎn)以預(yù)測(cè)表面。例如，當(dāng)繪制簡(jiǎn)單的2D輪廓時(shí)，可以對(duì)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插，因?yàn)榭梢越?jīng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊或者在規(guī)則時(shí)間間隔上以某種次序設(shè)置這些點(diǎn)。可以以任何次序并且在任何重定格式視圖的2D視圖中設(shè)置這些點(diǎn)。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，雖然可以在步驟220中選擇任何數(shù)目的點(diǎn)， 但是所選擇的點(diǎn)的數(shù)目越多，分割就將越精確。因此，用戶可以繼續(xù)選擇點(diǎn)，直到他/她對(duì)結(jié)果滿意為止。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以使用各種方法選擇多個(gè)點(diǎn)。例如，顯示器 108對(duì)觸摸敏感時(shí)，用戶可以通過(guò)觸摸顯示器108的屏幕選擇多個(gè)點(diǎn)。一旦已經(jīng)在所成像器官的表面上選擇了多個(gè)點(diǎn)，就將表面模型從模型空間映射到圖像空間，使得發(fā)生變換，本質(zhì)上將表面模型對(duì)準(zhǔn)到所成像器官。變換的復(fù)雜度隨著所選擇的點(diǎn)的數(shù)目而增大。使用迭代最近點(diǎn)算法確定用于變換的參數(shù)。通過(guò)最優(yōu)化可以確定這些參數(shù)，使得在對(duì)所選擇的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插的同時(shí)使彎曲能量最小化。例如，步驟240包括對(duì)應(yīng)于在步驟220中所選擇的在圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)在表面模型上選擇多個(gè)點(diǎn)。表面模型上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)可以是表面模型上與在所成像器官上所選擇的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)最近的點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以對(duì)圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插，使得也可以確定模型的表面上對(duì)應(yīng)于內(nèi)插點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。在步驟250中，確定圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)和表面模型內(nèi)的每個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，該距離由圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)和模型表面上的每個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的歐幾里德距離定義，其是對(duì)將表面模型上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)到圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)所必須的變換的度量。具體而言，由圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)和它們?cè)诒砻婺Ｐ蜕系膶?duì)應(yīng)點(diǎn)之間所需要的平移量來(lái)確定距離。在步驟沈0中，對(duì)所成像器官的多個(gè)點(diǎn)和它們?cè)诒砻婺Ｐ蜕系膶?duì)應(yīng)點(diǎn)之間的收斂進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)變換參數(shù)進(jìn)行分析，以便確定是否需要重復(fù)迭代。例如，如果認(rèn)為變換的梯度足夠小(例如，低于閾值)使得任何平移可以忽略，就確定不需要更進(jìn)一步迭代。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，這種可以忽略的梯度將指示表面模型大體上與所成像器官類似。因此，不需要進(jìn)一步迭代，并且分割完成。然而，如果變換參數(shù)使得梯度較大(例如，高于閾值)，步驟270就包括根據(jù)距離(例如，彎曲能)和對(duì)于所成像器官上的多個(gè)點(diǎn)和表面模型上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間距離的附加變量來(lái)創(chuàng)建能量函數(shù)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，閾值可以是預(yù)先確定的，或者可以由系統(tǒng)100的用戶選擇和輸入。在步驟觀0中計(jì)算在步驟270中創(chuàng)建的能量函數(shù)的梯度。例如，可以由公式E =^+ 代表能量函數(shù)，其中，是圖像表面的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)和表面模型的每個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的變換之間的歐幾里德距離的總和，并且&是彎曲能，其取決于變換的參量化。一旦計(jì)算了該梯度，就在步驟四0中在所計(jì)算的梯度的相反方向上移動(dòng)表面模型上的每個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，使得表面模型更接近所成像器官。關(guān)于變換參數(shù)計(jì)算能量的梯度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解， 由于已經(jīng)內(nèi)插了多個(gè)點(diǎn)并且據(jù)此在步驟MO中確定了對(duì)應(yīng)點(diǎn)，所以表面模型的整個(gè)表面在相反方向中移動(dòng)，以使表面模型與所成像器官更好地對(duì)準(zhǔn)。一旦移動(dòng)了表面模型，方法200 就可以返回步驟230，在其中，確定表面模型上最接近所選擇的多個(gè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以重復(fù)迭代過(guò)程，直到所選擇的多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)和表面模型上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離低于閾值為止。一旦所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)與所述多個(gè)點(diǎn)的距離總是在閾值之下， 就認(rèn)為表面模型與所成像器官對(duì)準(zhǔn)，這樣，分割完成。一旦分割完成，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以將經(jīng)分割的器官保存到系統(tǒng)100 的存儲(chǔ)器。具體而言，可以將經(jīng)分割的器官作為代表性原型保存在存儲(chǔ)器104中。在存儲(chǔ)器 104的表面模型是許多代表性原型的平均時(shí)，可以將經(jīng)分割的器官包括在其中，并且將其與其它代表性原型進(jìn)行平均，以便確定平均值。注意到，可以將示例性實(shí)施例或者示例性實(shí)施例的各部分實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的一組指令，該組指令能夠由處理器執(zhí)行。顯而易見，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種修改而不脫離本公開的精神或者范圍。因此，本公開就旨在覆蓋這些修改和改變，只要他們?cè)谒綑?quán)利要求和它們的等同替代的范圍內(nèi)。還注意到，根據(jù)PCT條款6. 2(b)，權(quán)利要求可以包括參考符號(hào)/數(shù)字。然而，不應(yīng)該將當(dāng)前權(quán)利要求視為限于對(duì)應(yīng)于參考標(biāo)號(hào)/數(shù)字的示例性實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于分割器官的方法，包括選擇(210)所述器官的表面模型；在所述器官的圖像的表面上選擇(220)多個(gè)點(diǎn)；并且針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換(230490)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換包括對(duì)所述多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插(230)，以確定所選擇的多個(gè)點(diǎn)之間的點(diǎn)，并且預(yù)測(cè)所述器官的所述圖像的表面。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換包括在所述表面模型上為所述多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)確定(MO)對(duì)應(yīng)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)是所述表面模型上最接近所述多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)的點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換包括確定(250)所述多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)和所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，當(dāng)所述距離中的每個(gè)低于閾值Q60)時(shí)，所述器官的分割完成。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，當(dāng)所述距離中的至少一個(gè)等于或高于所述閾值時(shí) 060)，就根據(jù)所述距離創(chuàng)建Q70)能量函數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括計(jì)算(觀0)所述能量函數(shù)的梯度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在所述能量函數(shù)的所述梯度的相反方向中移動(dòng)(四0)所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在所述能量函數(shù)的所述梯度的所述相反方向中移動(dòng)所述表面模型的整個(gè)表面。
11.一種用于分割器官的系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器(104)，其存儲(chǔ)待選擇的表面模型的匯集；用戶接口(106)，其適于允許用戶從所述存儲(chǔ)器中選擇表面模型并且在所述器官的圖像的表面上選擇多個(gè)點(diǎn)；以及處理器(102)，其針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括顯示器(108)，其顯示下列中的至少一個(gè)來(lái)自所述存儲(chǔ)器(104)的表面模型的匯集、 所選擇的表面模型和所述器官的所述圖像。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述用戶接口(106)是所述顯示器(108)上的觸摸屏。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述用戶接口(106)包括用于選擇所述多個(gè)點(diǎn)的鼠標(biāo)。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器(104)中的表面模型的所述匯集包括待分割的所述器官的代表性原型。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器(104)中的表面模型的所述匯集包括待分割的所述器官的代表性原型的平均。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(102)在針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換期間對(duì)所述多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)插，以確定所選擇的多個(gè)點(diǎn)之間的點(diǎn)，并且預(yù)測(cè)所述器官的所述圖像的表面。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(102)在針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換期間在所述表面模型上確定對(duì)于所述多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)ο
19.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(102)在針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換期間確定所述多個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)和所述對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離。
20.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(104)，其包括能夠由處理器(10 執(zhí)行的一組指令，所述組指令可操作用于選擇所述器官的表面模型O10)；選擇所述器官的圖像的表面上的多個(gè)點(diǎn)(220)；并且針對(duì)所述圖像上的所述多個(gè)點(diǎn)對(duì)所述表面模型進(jìn)行變換(230490)。
全文摘要
一種用于分割器官圖像的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法包括選擇器官的表面模型，選擇器官的圖像表面上的多個(gè)點(diǎn)，并且針對(duì)圖像上的多個(gè)點(diǎn)對(duì)表面模型進(jìn)行變換。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102388403SQ201080015136
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者D·貝斯特羅夫, R·奧普弗, T·維克, V·佩卡爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司