用於自動或半自動地分割的方法和裝置製造方法

2023-07-21 19:21:51 3

用於自動或半自動地分割的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於自動或半自動地分割藉助醫學成像設備記錄的包括器官的檢查區域的3D圖像數據組的方法，具有如下步驟：提供3D圖像數據組；提供關於檢查區域中成像的器官的類型的信息；藉助基於模型的分割算法自動地分割3D圖像數據組，其中使用器官的類型作為模型的基礎；藉助基於灰度值的分割算法自動地或半自動地分割3D圖像數據組；和顯示至少一個分割結果。
【專利說明】 用於自動或半自動地分割的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於自動或半自動地分割藉助醫學成像設備記錄的30圖像數據組的方法以及一種用於執行這樣的方法的裝置。

【背景技術】
[0002]對來自於醫學成像設備的圖像數據組進行分割對於進一步的圖像處理以及對於更好的識別和診斷是必不可少的。從三維的01、II？或旋轉血管造影圖像數據中分割例如人的心臟的左心房對於規劃和實施醫學幹預和消融過程是重要的，因為左心房具有大的個體差異。目前使用基於模型的或基於灰度值的分割算法，其中兩種類型都具有優點和缺點。由此，基於模型的分割算法可以通過按下按鈕而快速自動地實施，並且也可以在具有降低的圖像質量和/或降低的對比度的圖像數據的情況下運行，但通常也是極其不精確的。相反基於灰度值的分割算法是在良好的圖像質量的情況下極其精確的，但在圖像數據組的降低的圖像質量和/或降低的對比度的情況下也是緩慢且易於出錯的，並且其通常需要多個使用者輸入。
[0003]一般地，基於模型的以及基於灰度值的算法是現有技術。例如飛利浦衛生保健公司([1:0]?在其X射線設備中對於圖像處理使用基於模型的分割算法來分割左心房(產品「2？ 西門子衛生保健公司在其血管造影X射線設備中對於圖像處理使用半自動的基於灰度值的所謂的「1次點擊分割(1-(3114
」 (產品即」)。在該產品的情況下使用者在理想情況下僅須在左心房中心標記一個圖像點，然後自動地執行分割。


【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是，提供一種用於分割藉助醫學成像設備記錄的30圖像數據組的方法，其避免了現有技術的缺點並且提供了全自動分割的可能性；此外本發明要解決的技術問題是，提供一種適用於執行該方法的裝置。
[0005]上述技術問題通過按照本發明的用於自動或半自動地分割藉助醫學成像設備記錄的30圖像數據組的方法和按照本發明的裝置來解決。
[0006]按照本發明的用於自動或半自動地分割藉助醫學成像設備記錄的包括器官的檢查區域的30圖像數據組的方法具有如下步驟:
[0007]籲提供30圖像數據組，
[0008]籲提供關於檢查區域中成像的器官的類型的信息，
[0009]籲藉助基於模型的分割算法自動地分割30圖像數據組，其中使用器官的類型作為模型的基礎，
[0010]籲藉助基於灰度值的分割算法自動地或半自動地分割30圖像數據組，和
[0011]籲顯示至少一個分割結果。
[0012]為了執行按照本發明的方法，在此可以設置按照本發明的裝置具有:用於控制該方法的控制單元；具有計算機實施的軟體的用於執行分割的計算單元；用於存儲30圖像數據和分割結果的存儲單元；用於接受使用者輸入的輸入單元和用於顯示分割的30圖像數據的顯示單元。
[0013]30圖像數據組在此可以在其提供之前藉助醫學成像設備直接被記錄或事先已經被記錄並存儲。在後一種情況下對於方法然後從存儲單元中調用並提供30圖像數據組。關於檢查區域中成像的器官的類型的信息同樣可以以不同的方式被提供。由此同樣可以從存儲單元中或也從用於記錄30數據組的器官程序中調用信息。例如也可以藉助軟體執行自動的器官識別。
[0014]根據關於器官的信息自動地執行基於模型的分割算法。例如根據器官由左心房構成的信息引入一個或多個左心房的模型作為分割算法的基礎。基於模型的分割由現有技術公知，例如在專利申請…2012/0230570八1中描述了一種這樣的方法。
[0015]基於灰度值的分割算法同樣由現有技術公知。在此分割基於30圖像數據組的每個單個體素的單獨考察。這樣的分割需要至少一個使用者輸入，例如通過使用者標記30圖像數據組的圖像點或區域作為屬於器官或器官的子器官或屬於背景。在西門子公司的半自動的所謂的「1次點擊」分割人的左心房的範圍內使用者例如一次性地在截面圖像…?!?)上標記左心房的中心，緊接著自動地執行分割方法。基於灰度值的分割算法例如可以基於邊緣識別和/或閾值識別。已知的基於灰度值的分割算法例如由文章
61*8^)11011^50^)^111181 801111(1&!'786^111611^8^1011 0？ 013^*60^5 111
11118^65, ^1^0066(1111^5 ,0011^6^61106 011 &七61 ^151011
，。編如，111112001，^01.1，105頁及以後公知。
[0016]顯示至少一個分割結果或兩個分割結果。例如基於模型的分割算法的分割結果的顯示可以在該分割結束之後並且在藉助基於灰度值的分割算法的分割結束之前、甚至可能在後者開始之前已經被顯示。
[0017]按照本發明的方法通過基於關於成像器官的信息自動地執行基於模型的分割算法能夠快速地提供分割結果，其中通過附加地執行基於灰度值的分割算法能夠隨後提供較高質量的更精確的分割結果並且能夠被考慮用於檢驗。本發明通過既快速又精確並且高質量地提供分割結果，組合了兩個分割方式的優點並且消除了缺點。在實施本發明之後將藉助基於模型的分割算法獲得的分割結果與藉助基於灰度值的分割算法獲得的分割結果相比較，這能夠實現分別最優的分割結果的選擇。
[0018]在靈活地執行該方法的有利的方式中，可以通過接受使用者輸入來改變分割的順序。由此例如使用者可以在該方法開始之前決定，首先執行哪種分割。
[0019]根據本發明的另外的實施，對於藉助基於灰度值的分割算法的半自動的分割，接受並使用關於圖像點、特別是關於與器官或器官的子器官的對應的使用者輸入。由此使用者例如可以標記成像的器官或器官的子器官的中心點和/或附加地標記背景的圖像點，以便改善分割算法的結果的精確性。
[0020]根據本發明的另外的實施，首先藉助基於模型的分割算法進行分割並且將該分割的至少一個分割結果用作用於執行基於灰度值的分割算法的基礎。通過這種方式可以無需附加的使用者幹預就能全自動地實施該方法。由此例如可以規定，使用來自於基於模型的分割算法的分割結果的信息，其替代了否則必須由使用者手動進行的標記。
[0021]特別地，由藉助基於模型的分割算法的分割作為與器官或器官的子器官的對應而確定的至少一個圖像點，例如可以作為器官或器官的子器官的對應被用於藉助基於灰度值的分割算法的分割。由此例如可以在人的左心房的情況下從基於模型的分割算法的分割結果中得到左心房的中心並且基於此執行基於灰度值的分割算法。
[0022]在對於改善分割結果的有利的方式中，在分割之後接受關於圖像點與器官或器官的子器官的對應的至少一個使用者輸入並且用於校正分割結果。在需要時在30圖像數據組的單獨的截面圖像(19?中修改分割結果，例如通過操縱輪廓或通過在截面圖像中畫線。
[0023]根據本發明的另外的實施，30圖像數據組由磁共振斷層造影數據組、計算機斷層造影數據組或血管造影數據組構成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面對照附圖中示意性示出的實施例對本發明以及按照本發明的特徵的進一步優選的實施做進一步的說明，但本發明不由此而限定於實施例。附圖中:
[0025]圖1示出了按照本發明的方法的流程，和
[0026]圖2示出了按照本發明的用於執行該方法的裝置的視圖。

【具體實施方式】
[0027]圖1示出了按照本發明的自動方法的流程，該方法具有兩個先後執行的基於不同的分割算法的分割。可以藉助在圖2中示出的裝置執行該方法，其中控制單元15接管該方法的控制。在第一步驟10中首先提供檢查區域的30圖像數據組，其中30圖像數據組具有器官的顯示。器官在此被理解為人身體的連續的部分區域，例如手、腳、腦部、心臟、左心房、主動脈根等。藉助醫學成像設備(例如磁共振斷層造影設備、計算機斷層造影設備或X射線設備)記錄了該30圖像數據組。在此，可以在提供之前就直接執行記錄和30圖像數據組的可能的重建，或者在很長時間以前就已經記錄了 30圖像數據組並將其存儲在存儲單元18中。
[0028]除了 30圖像數據組之外附加地還在能夠與第一步驟10同時或之後進行的第二步驟11中提供關於在30圖像數據組上成像的器官的類型的至少一個信息。該信息例如可以從存儲單元中調用，在那裡該信息可以與30圖像數據組一起或與之分開地存儲。由此例如可以根據藉助其記錄了 30圖像數據組的器官程序來確定器官的類型。但是也可以在呈現30圖像數據組之後才確定信息，例如通過對30圖像數據組應用自動的軟體控制的器官識另I」。這樣的自動的器官識別程序是現有技術。
[0029]在呈現關於器官的類型(也就是30圖像數據組是哪種器官)的信息之後，在第三步驟12中自動地執行基於模型的分割算法。在此，在關於器官的類型的信息的基礎上引入模型。例如如果自動地識別出待分割的器官是左心房，則執行基於模型的分割算法來提取包括心耳和引入的肺靜脈的對照的左心房。例如如果自動地識別待分割的器官是主動脈根，則執行基於模型的分割算法來提取主動脈根、冠狀動脈口和一部分上升的主動脈並且例如標記主動脈瓣的口和瓣葉。
[0030]在第四步驟13中半自動地或全自動地對30圖像數據組應用基於灰度值的分割算法。已知的基於灰度值的分割算法例如從文章1=1:61'狀1:1X60111:8
0^)1:111181 001111(181-7 已打己 1^6^1011 86^1116111:81:1011 0？ 013^601:8 111 8—0 11118^68, ^^0066(1111^8
0？ ^1111:61~1181:101181 0011？61~61106 011 001111)111:61-年 7
月，^01.1，105頁及之後公知。基於灰度值的分割可以與基於模型的分割同時或在其之前開始，或者在基於模型的分割結束之後開始。根據本發明的優選的實施在基於模型的分割之後執行基於灰度值的分割，並且使用基於模型的分割算法的至少一個結果作為對於基於灰度值的分割算法的基礎。
[0031]一般地，為了執行基於灰度值的分割需要關於標記或選擇屬於待分割的器官或子器官的圖像點或體素的至少一個使用者輸入。在已知的「1次點擊」分割(基於灰度值)的情況下使用者在截面圖像(11?3)中標記一個圖像點，該圖像點構成器官(例如左心房)的中心；利用該輸入的信息於是執行分割。在該方法的範圍內，現在可以自動地從基於模型的分割算法的分割結果中得出關於器官的中心或器官的至少一個或多個圖像點的信息，並且作為初始化用於基於灰度值的分割。通過這種方式無需任何使用者輸入的全自動方法是可能的。
[0032]替換地也可以在接受一個或多個使用者輸入之後執行基於灰度值的分割算法；在需要時也可以在基於模型的分割之前進行基於灰度值的分割。
[0033]在第五步驟14中顯示分割的至少一個分割結果，優選地顯示兩個分割結果。例如在顯示單元20(顯示器等)上進行顯示。可以規定，基於模型的分割算法的分割結果(並且當其首先執行時)在其結束之後立即並且仍在基於灰度值的分割開始之前被顯示。在顯示時可以以顏色、標籤、點等標記分割結果的部分。
[0034]在呈現兩個分割結果的情況下也可以將其彼此比較。在此例如可以自動地標記地顯示結果的一致和不同。通過這種方式，使用者(也就是例如關於隨後的醫學幹預或進一步處理做決定的醫生)可以選擇對於進一步應用更良好合適的分割結果(例如對於在左心房的情況下消融過程的隨後步驟)。
[0035]在呈現分割結果之後可以通過使用者對於分割結果的校正或改變進行手動輸入。由此例如可以根據在30數據組的各個截面圖像…?!?)中的圖像點的標記或選擇來修改分割結果。這例如可以通過操縱輪廓(其在截面圖像中標記了分割結果)或通過在截面圖像中畫線(其顯示，哪個部分應當被添加到分割結果或從中刪除)來實現。接受中的操作並且然後自動進行轉換，使得操作直接對分割結果的三維顯示產生影響。替換地也可以，直接在30圖像數據顯示中例如通過「切掉0^88仏!126=) 」圖像部分(該圖像部分錯誤地包含在分割結果中)來編輯分割結果。
[0036]圖2中示出的用於執行按照本發明的方法的裝置具有用於控制該方法的控制單元15以及具有軟體17的計算單元16。計算單元受控制單元15控制地運行並且例如藉助軟體17執行所有計算和處理，例如分割。在存儲單元18上存儲結果或中間結果，或者從存儲單元18調用已經存儲了的數據。為了顯示30圖像數據和分割結果設置顯示單元20，並且為了輸入使用者輸入，設置輸入單元19 (例如鍵盤或觸控螢幕)。輸入單元具有用戶界面功能。其可以以任意的順序提供兩個分割算法(基於模型、基於灰度值)的激活，其中在選擇與基於模型的分割不同的半自動的基於灰度值的分割之後會需要另外的使用者交互。
[0037]在醫學成像設備中磁共振斷層造影設備、計算機斷層造影設備或X射線設備(血管造影X射線設備X形臂X射線設備等)例如可以設置記錄哪些檢查區域的30圖像數據組並且在需要時能夠對其進行重建。按照本發明的方法可以直接在記錄之後進行或者可以首先存儲圖像數據並且將其隨後用於本方法。
[0038]通過本發明關於分割不同醫學成像設備的30圖像數據組的工作流程被自動化和加速。此外，對於使用者組合了基於灰度值的和基於模型的分割算法的優點並且消除了各自的缺點。
[0039]本發明以如下方式簡單概括:
[0040]為了改善分割，設置用於自動或半自動地分割藉助醫學成像設備記錄的包括器官的檢查區域的30圖像數據組的方法，具有如下步驟:
[0041]籲提供30圖像數據組，
[0042]籲提供關於檢查區域中成像的器官的類型的信息，
[0043]籲藉助基於模型的分割算法自動地分割30圖像數據組，其中使用器官的類型作為模型的基礎，
[0044]籲藉助基於灰度值的分割算法自動地或半自動地分割30圖像數據組，和
[0045]籲顯示至少一個分割結果。
【權利要求】
1.一種用於自動或半自動地分割藉助醫學成像設備(21)記錄的包括器官的檢查區域的3D圖像數據組的方法，具有如下步驟: ?提供3D圖像數據組(10)， 籲提供關於檢查區域中成像的器官的類型的信息(11)， ?藉助基於模型的分割算法自動地分割3D圖像數據組(12)，其中使用器官的類型作為模型的基礎， ?藉助基於灰度值的分割算法自動地或半自動地分割3D圖像數據組(13)，和 ?顯示至少一個分割結果(14)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，將藉助基於模型的分割算法獲得的分割結果與藉助基於灰度值的分割算法獲得的分割結果相比較。
3.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，能夠通過接受使用者輸入來改變分割的順序。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，對於藉助基於灰度值的分割算法的半自動的分割，接受並使用關於圖像點、特別是關於與器官或器官的子器官的對應的使用者輸入。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，首先藉助基於模型的分割算法進行分割，並且將該分割的至少一個分割結果用作用於執行基於灰度值的分割算法的基礎。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，全自動地實施所述方法。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，由藉助基於模型的分割算法的分割作為與器官或器官的子器官的對應而確定的至少一個圖像點，作為所述器官或所述器官的子器官的對應被用於藉助基於灰度值的分割算法的分割。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，在分割之後接受關於圖像點與器官或器官的子器官的對應的至少一個使用者輸入，並且將其用於校正分割結果。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述3D圖像數據組由MR數據組、CT數據組或血管造影數據組形成。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述器官由左心房形成。
11.一種用於執行根據權利要求1至10中任一項所述的方法的裝置，其具有:用於控制所述方法的控制單元(15);具有計算機實施的軟體(17)的用於執行分割的計算單元(16);用於存儲3D圖像數據和分割結果的存儲單元(18);用於接受使用者輸入的輸入單元(19);和用於顯示分割的3D圖像數據的顯示單元(20)。
【文檔編號】G06T7/00GK104463837SQ201410457787
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】M.約翰, N.拉恩 申請人:西門子公司