專利名稱：交互式圖像分割的制作方法
交互式圖像分割本發(fā)明特別應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。然而，可以理解所描述的(一個或多個)技術(shù) 也可以被應(yīng)用于其他類型的成像系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)和/或其他醫(yī)學(xué)應(yīng)用。交互式分割任務(wù)通常通過使所存儲的分割適應(yīng)于之前不可視的圖像數(shù)據(jù)來執(zhí)行。 取決于分割的復(fù)雜性，對于用戶這是一個耗時的過程。用于執(zhí)行醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的交互式手 工分割的應(yīng)用包括放射治療計劃中的器官和射束計劃描繪、諸如SmartExam的訓(xùn)練自動分 割算法中的標(biāo)記定義以及手動或半自動定量(測量)工具中的結(jié)構(gòu)識別。代替從針對任何新的病例從多個類似分割中的每個開始，從所存儲的(參考)分 割入手是常見的。參考分割可以從模型中導(dǎo)出，或者從先前的分割中復(fù)制得到。參考分割 與預(yù)期的新分割共享位置特征，并且特征之間的關(guān)系通常在一定程度上被保存。然而，在傳 統(tǒng)方法中，特征關(guān)系不被考慮。通常，用戶必須要使參考分割的任何部分都適應(yīng)于新的圖像數(shù)據(jù)，從針對每個特 征的參考位置開始。因此，特征之間的關(guān)系在處理過程中丟失，如果在參考分割和新分割之 間存在相對大的變化，上述丟失至少是不期望的但是還是可能會引起混淆，這是由于中間 階段顯示了拓?fù)湫螤钇茐男苑指?。解剖圖譜對于許多臨床應(yīng)用是有用的。例如，可以使得放射治療計劃中的解剖輪 廓更為有效并且通過從圖集到計劃圖像解剖地轉(zhuǎn)移以3D模型形式的相關(guān)解剖描繪而成為 可復(fù)制的。然而，由于需要非線性變換、弱的圖像對比、正常和病理解剖結(jié)構(gòu)的可變性、圖像 偽影等，使用傳統(tǒng)方法的全自動解剖描繪已經(jīng)被證明是困難的。在用于便于克服上述缺陷的系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域中存在未滿足的需求。根據(jù)一方面，用于醫(yī)學(xué)圖像分割標(biāo)記的內(nèi)插的系統(tǒng)包括存儲器，其存儲解剖結(jié)構(gòu) 的3D參考圖像體積，所述參考圖像體積每個包括附圖標(biāo)記的集合；顯示器，其呈現(xiàn)患者圖 像體積的視圖和參考圖像體積的視圖；以及處理器，其覆蓋參考圖像體積的參考標(biāo)記的集 合和患者圖像體積。系統(tǒng)還包括用戶輸入設(shè)備，用戶采用所述用戶輸入設(shè)備以將一個或多 個所覆蓋的標(biāo)記重新放置在患者圖像的對應(yīng)位置中并且批準(zhǔn)所重新放置的一個或多個標(biāo) 記。處理器根據(jù)所批準(zhǔn)的一個或多個標(biāo)記的重新放置更新參考圖像體積和患者圖像體積之 間的內(nèi)插變換，并根據(jù)所更新的內(nèi)插變換更新一個或多個未批準(zhǔn)的經(jīng)覆蓋的標(biāo)記的位置。根據(jù)另一方面，交互地更新患者圖像體積的分割的方法包括檢索包含參考圖像 體積上的參考標(biāo)記的集合的參考圖像分割、將參考標(biāo)記的集合轉(zhuǎn)移到患者圖像體積上作為 患者圖像體積分割中的未批準(zhǔn)的標(biāo)記、以及接收與至少一個未批準(zhǔn)標(biāo)記的重新放置有關(guān)的 輸入。根據(jù)另一方面，交互式患者圖像體積配準(zhǔn)裝置包括用于向用戶呈現(xiàn)覆蓋于患者圖 像體積圖像之上的參考圖像體積分割的器件，以及用于允許用戶選擇覆蓋于患者圖像體積 之上的未批準(zhǔn)標(biāo)記、重新放置所選擇的未批準(zhǔn)標(biāo)記以及批準(zhǔn)重新放置的未批準(zhǔn)標(biāo)記的器 件。裝置還包括用于根據(jù)每個批準(zhǔn)的標(biāo)記的位置迭代地內(nèi)插針對剩余未批準(zhǔn)標(biāo)記的新位 置，以及更新剩余未批準(zhǔn)標(biāo)記的位置的器件。器件還允許用戶當(dāng)用戶對患者圖像體積分割 的適應(yīng)滿意時批準(zhǔn)所有剩余未批準(zhǔn)的標(biāo)記。
一個優(yōu)勢在于在運(yùn)行中交互地執(zhí)行圖像配準(zhǔn)。另一個優(yōu)勢在于配準(zhǔn)過程的增加的自動化。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀并理解下述詳細(xì)描述之后將意識到主題創(chuàng)新的另外的優(yōu)勢。本發(fā)明可以采取各種部件及部件的布置、以及各種步驟及步驟的安排的形式。附 圖僅用于示出各方面的目的而不應(yīng)將其理解為限制本發(fā)明。

圖1示出了用于將選自解剖結(jié)構(gòu)的圖集的(一個或多個)輪廓彈性地配準(zhǔn)到3D 臨床圖像的手動編輯工具；圖2示出了患者圖像到參考圖像的近似手動對準(zhǔn)的截屏；圖3示出了鏈接到所選擇的參考圖像的患者圖像的截屏，其中，預(yù)先批準(zhǔn)的附圖 標(biāo)記被轉(zhuǎn)移到患者圖像；圖4示出了其中在用戶將標(biāo)記移到患者圖像的期望位置并批準(zhǔn)標(biāo)記的位置之后 示出的用戶批準(zhǔn)的標(biāo)記的截屏；圖5示出了患者圖像和具有細(xì)化的幾何結(jié)構(gòu)的參考圖像的示例的另一截屏；圖6示出了使用可變形解剖圖集用于遞進(jìn)式圖像分割的方法；圖7示出了包括諸如CT、MRI等的多個成像設(shè)備的示例性醫(yī)院系統(tǒng)，所述成像設(shè)備 生成由個別重建處理器或共享重建處理器重建的成像數(shù)據(jù)以生成3D圖像表示。圖1示出了用于將選自解剖結(jié)構(gòu)的圖集26的(一個或多個)輪廓彈性地配準(zhǔn)到 3D臨床圖像的手動編輯系統(tǒng)10。編輯工具提供了實(shí)時動態(tài)顯示平面更新。編輯系統(tǒng)采用 內(nèi)插法增大用于創(chuàng)建新分割的用戶界面12。在手動更新的分割之后，將經(jīng)修改部分標(biāo)記為 “接受”。根據(jù)所存儲的分割將仍然沒有被接受的新分割的所有部分進(jìn)行自動更新。使用根 據(jù)新分割的與所存儲的分割共有的已經(jīng)接受的部分計算的內(nèi)插執(zhí)行該更新。因此，保持所 轉(zhuǎn)移的分割的結(jié)構(gòu)完整性。另外，通過執(zhí)行附加內(nèi)插將所存儲的圖像數(shù)據(jù)的顯示幾何與新 圖像數(shù)據(jù)的顯示幾何進(jìn)行對準(zhǔn)以進(jìn)行更容易的視覺交叉參考。在一個實(shí)施例中，用戶界面12包括針對遞進(jìn)式圖像分割使用可變形解剖圖集26 的功能性。遞進(jìn)地執(zhí)行圖集適應(yīng)性，其中，最先處理其分割需要較少交互的解剖結(jié)構(gòu)。分割 的結(jié)果被用于在運(yùn)行中更新剩余結(jié)構(gòu)的位置。重復(fù)所述過程直到用戶確認(rèn)所有分割。系統(tǒng)包括用戶界面12，其被直接或間接地耦合到成像器14。例如，成像器14可以 為計算機(jī)斷層攝影(CT)掃描系統(tǒng)或者其變型、磁共振成像(MRI)系統(tǒng)或其變型、或者用于 生成患者或者患者的部分的2D或3D圖像的任何其他適合的成像器。圖像可以直接來自成 像器或者來自醫(yī)學(xué)記錄數(shù)據(jù)庫。用戶界面14包括執(zhí)行機(jī)器可讀指令和/或例程的處理器16，其被存儲于存儲器 18中，用于操作患者中的一個或多個器官的3D圖像。該圖像經(jīng)由顯示器20向用戶顯示，并 且允許用戶使用輸入設(shè)備22操作圖像。存儲器18還存儲與圖集26相關(guān)的信息和/或例 程，包括各種器官的3D圖像和/或映射圖(map)，之后其被用作在其上覆蓋患者的(一個或 多個)器官或(一個或多個)其他解剖結(jié)構(gòu)的對應(yīng)圖像24的模板。另外，存儲器存儲與經(jīng) 由顯示器20向用戶顯示患者和圖集圖像有關(guān)的信息和/或例程，以及用于響應(yīng)于經(jīng)由輸入 設(shè)備22的用戶輸入操作圖集和/或患者圖像的例程。另外，存儲器存儲與患者的圖像有關(guān) 的圖像數(shù)據(jù)24以及描述標(biāo)記對等的標(biāo)記數(shù)據(jù)28。輸入設(shè)備可以為，例如，鍵盤和光針、指示
6筆、鼠標(biāo)或者一些其他合適的輸入設(shè)備。圖集26可以包括解剖結(jié)構(gòu)(例如，諸如心臟、(一片或多片)肺、大腦、脾、肝、腸、 胃、膽等；諸如(一塊活多塊)骨、肌肉等的其他結(jié)構(gòu))的個體或其組合的模型，并且這樣的 結(jié)構(gòu)可以被參數(shù)化。另外，可以針對各種解剖結(jié)構(gòu)類型提供多種模型，例如，對應(yīng)于成人、孩 子、胖人、瘦人、男人、女人等。例如，使用網(wǎng)格技術(shù)、非均一旋轉(zhuǎn)B樣條(NURBS)或一些其他 參數(shù)化協(xié)議可以執(zhí)行參數(shù)化。系統(tǒng)10便于為用戶提供可靠、直觀、和交互的3D編輯應(yīng)用。系統(tǒng)10允許輪廓圖像體積模型的3D操作，其轉(zhuǎn)而允許用戶操作多個平面中的圖 像體積模型的輪廓，而不是在僅一個平面中。例如，用戶訪問具有電子限定工具的虛擬工具 箱30以拉、推或以其他方式調(diào)節(jié)三維模型輪廓。例如，虛擬工具限定各種半徑、形狀和大小 的表面，包括可以推或拉動輪廓以塑造其形狀的單個點(diǎn)。用戶可以沿所顯示的平面或以到 所顯示平面的角度推或拉工具。由于輪廓上的點(diǎn)已經(jīng)被推離或拉離一個或多個所顯示的平 面，因此工具自動改變所顯示的(一個或多個)平面，從而用戶可以在操作輪廓部分期間的 整個時期看到疊加于診斷圖像體積上的期望圖像體積輪廓部分。圖像體積可以包括一個或多個解剖結(jié)構(gòu)，例如，相鄰器官。例如，用戶可以將輪廓 參考模型上的特定點(diǎn)拉到患者的解剖結(jié)構(gòu)的圖像上的對應(yīng)點(diǎn)。在一個示例中，顯著點(diǎn)可以 為椎骨上的棘突，并且用戶可以將參考模型上的對應(yīng)突拖拽到患者椎骨上的棘突，以更接 近地將模型對準(zhǔn)到實(shí)際圖像體積。在約束點(diǎn)或網(wǎng)格之間，模型彈性變形。根據(jù)患者數(shù)據(jù)生 成可以包括一個或多個解剖結(jié)構(gòu)的參考模型，所述患者數(shù)據(jù)諸如(一個或多個)結(jié)構(gòu)的掃 描或其他圖像。在一個實(shí)施例中，采用一個或多個對象的若干掃描或圖像以生成(一個或 多個)結(jié)構(gòu)的一個或多個平均，或(一個或多個)“正?！蹦Ｐ汀Ｋ@示的切片或表面不需要為平面，而是也可以為曲面。例如，輪廓表面可以被彎 曲以匹配脊柱的曲率。在一個實(shí)施例中，解剖結(jié)構(gòu)外形可以被單獨(dú)存儲在圖集中，并且可以 由用戶進(jìn)行組合或裝配以形成感興趣區(qū)域。在另一實(shí)施例中，可以預(yù)裝配公共成像區(qū)域中 的解剖結(jié)構(gòu)的外形，使得預(yù)裝配區(qū)域中的所有器官的外形可以被作為組下載、上載或以其 他方式訪問。在一個實(shí)施例中，維持分割(例如，模型)的特征之間的關(guān)系以保存所顯示的特征 的拓?fù)湫螤钔暾浴Ｓ脩舨捎孟到y(tǒng)10以通過將參考模型或分割上的一個或多個點(diǎn)或特征 推或拉到對應(yīng)于患者圖像體積的對應(yīng)期望定位以執(zhí)行粗略手動模型適應(yīng)。交互地適應(yīng)于患 者圖像，以及由此由用戶批準(zhǔn)作為新患者分割的部分的參考模型的任意部分被用于內(nèi)插顯 示器上的參考分割的所有其他(例如，還沒有被批準(zhǔn)或接受的)特征。以清晰清楚的方式 (例如，通過不同顏色等)對經(jīng)批準(zhǔn)和內(nèi)插的特征進(jìn)行顯示以表示其對應(yīng)狀態(tài)。如果存在鏈 接到參考分割的圖像數(shù)據(jù)，則參考和新患者圖像數(shù)據(jù)的顯示也可以通過內(nèi)插進(jìn)行鏈接，作 為第二種支持方法。根據(jù)另一實(shí)施例，使用標(biāo)記分割(體積圖像數(shù)據(jù)中的解剖有意義點(diǎn))便于用戶批 準(zhǔn)所選擇的點(diǎn)或特征。然而，應(yīng)該理解所描述的系統(tǒng)和方法也可以被應(yīng)用于其他分割對象， 諸如表面網(wǎng)格、體積斑塊、用于掃描計劃的邊界框、用于射束計劃的邊界錐等。即新的(和 參考)圖像數(shù)據(jù)不需要被限制到3D體積數(shù)據(jù)。另外，處理器16可以針對患者圖像體積中表示的不同類型的組織采用不同內(nèi)插 技術(shù)。例如，當(dāng)內(nèi)插對應(yīng)于骨組織的未接受的標(biāo)記的位置時，可以有利地使用主成分變換。
7當(dāng)針對對應(yīng)于腦組織的未接受標(biāo)記的內(nèi)插位置更新時，可以有利地采用剛性變換。另外地 或可替代地，當(dāng)針對對應(yīng)于軟組織的未接受標(biāo)記的內(nèi)插位置更新時，可以采用彈性變換。圖2示出了患者圖像52到參考圖像54的粗略手動對準(zhǔn)的截屏50。例如，給定參 考分割(例如，點(diǎn)、表面網(wǎng)格的列表等)和參考圖像(例如，其中存在點(diǎn)或網(wǎng)格的空間)，經(jīng) 受交互分割的新的患者圖像被裝載到應(yīng)用并且粗略地手動對準(zhǔn)到參考圖像。如果患者和參 考圖像為顯著不同大小等，可以從圖集26手動地選擇新的更加類似的參考圖像。用戶選擇 鏈接兩幅圖像，這建立了參考圖像和初始不需要具有解剖意義而是為粗略的近似的新的患 者圖像之間的變換。為了建立變換，使用具有旋轉(zhuǎn)、按比例縮放和平移(RST)變換、仿射變 換、薄板樣條等的各種配準(zhǔn)。在右上視區(qū)顯示具有參考分割的參考圖像54。在一個實(shí)施例 中，參考分割被顯示為具有表示預(yù)先指定的參考標(biāo)記56的綠色圓點(diǎn)或點(diǎn)。在左上視區(qū)示出 經(jīng)受交互分割的新的患者圖像并且已經(jīng)被手動與參考圖像粗略地對準(zhǔn)并且被選擇與參考 圖像鏈接。左下的兩個視區(qū)為上面視區(qū)的縮略圖預(yù)覽。圖3圖示了示出鏈接到所選擇的參考圖像54的患者圖像52的截屏70，具有轉(zhuǎn)移 (例如，疊加)到患者圖像52上的預(yù)先批準(zhǔn)的參考標(biāo)記。根據(jù)所述變換，參考分割(例如， 標(biāo)記和/或網(wǎng)格)被復(fù)制到由新圖像數(shù)據(jù)占據(jù)的空間。在患者圖像52上示出對應(yīng)于預(yù)先 指定的參考標(biāo)記56的未批準(zhǔn)的患者標(biāo)記72。最初地，沒有配準(zhǔn)對象(患者標(biāo)記72)被標(biāo)記 為批準(zhǔn)。在患者圖像52上示出未批準(zhǔn)的患者標(biāo)記72，其對應(yīng)于參考圖像54上的預(yù)先批準(zhǔn) 的參考標(biāo)記56。因此，將參考分割圖像傳播到患者圖像中。在一個實(shí)施例中，輸入標(biāo)記為預(yù) 先批準(zhǔn)的參考標(biāo)記56的剛性復(fù)制，使得患者圖像分割中的許多或所有未批準(zhǔn)的患者標(biāo)記 72可以或者更可能地不位于期望的具有解剖意義的位置處。圖4示出了其中用戶將標(biāo)記移(例如，拖拽)到患者圖像52的期望位置并批準(zhǔn) (例如，檢查以批準(zhǔn))所述標(biāo)記的位置之后示出的用戶批準(zhǔn)的標(biāo)記92的截屏90。通過將標(biāo) 記72(例如，分割目標(biāo))交互拖拽，或者推到患者圖像數(shù)據(jù)空間中的具有解剖意義的位置， 用戶將經(jīng)適應(yīng)的標(biāo)記定義為經(jīng)批準(zhǔn)的并且將其接受(例如，生成用戶批準(zhǔn)的標(biāo)記92)用于 計算其他未批準(zhǔn)標(biāo)記72的內(nèi)插。如果通過用戶界面將分割內(nèi)插切換為“活性”，則基于來自 新患者分割和參考分割的經(jīng)批準(zhǔn)標(biāo)記的對應(yīng)對的運(yùn)動或位置差異，通過預(yù)先選擇的配準(zhǔn)算 法(例如，用薄板樣條等)對患者圖像52數(shù)據(jù)內(nèi)的任意未批準(zhǔn)標(biāo)記72的位置進(jìn)行更新。在一個實(shí)施例中，以第一顏色(例如，紅色)顯示未批準(zhǔn)的標(biāo)記72，而已經(jīng)被手動 移動且接受的標(biāo)記92以第二顏色(例如，綠色)進(jìn)行顯示。新分割(左側(cè))中的一些標(biāo)記 已經(jīng)被手動地進(jìn)行適應(yīng)。由薄板樣條對沒有被手動地進(jìn)行適應(yīng)的未批準(zhǔn)患者標(biāo)記72進(jìn)行 的內(nèi)插可以被激活，這基于更新的內(nèi)插變換移動未接受的標(biāo)記，所述內(nèi)插變換通常將未接 受的標(biāo)記相對于參考圖像移動到更靠近患者圖像中對應(yīng)的期望解剖位置。因此，通過操作 并接受易于重新定位的標(biāo)記，可以對更復(fù)雜的未批準(zhǔn)標(biāo)記位置進(jìn)行內(nèi)插以降低用戶花費(fèi)在 精確地對準(zhǔn)所有期望標(biāo)記的時間。重新定位在每個方向的最遠(yuǎn)不適當(dāng)位置的標(biāo)記可以對準(zhǔn) 更近的標(biāo)記。在一個實(shí)施例中，可以將一個或多個標(biāo)記72推薦給用戶用于以指定序列進(jìn)行操 作和批準(zhǔn)，諸如通過放大患者圖像上的推薦標(biāo)記以指示用戶與批準(zhǔn)非推薦標(biāo)記相比，批準(zhǔn) 推薦標(biāo)記將對降低總體標(biāo)記批準(zhǔn)復(fù)雜性具有較大影響。在該示例中，系統(tǒng)10部分地基于標(biāo) 記的放置是否會引起高層級的其他未批準(zhǔn)標(biāo)記的重新放置向用戶推薦標(biāo)記72(圖1)。艮口
8與將引起其他標(biāo)記較小運(yùn)動的標(biāo)記相比推薦將引起其他標(biāo)記更靠近其期望位置(例如，在 內(nèi)插之后)的相對大量的運(yùn)動的標(biāo)記。圖5示出了患者圖像52和具有細(xì)化的幾何結(jié)構(gòu)的參考圖像54的示例的另一截 屏。當(dāng)參考圖像的顯示幾何形狀被改變并且圖像內(nèi)插被打開時，通過基于點(diǎn)的相同對的配 準(zhǔn)相應(yīng)地更新患者圖像的顯示幾何形狀。改變參考圖像54的顯示幾何形狀以允許詳細(xì)觀 察特定區(qū)域(例如，頭部)?；趯⒁呀?jīng)接受的患者分割的部分與參考分割的對應(yīng)部分的配 準(zhǔn)，自動對準(zhǔn)患者圖像52的顯示幾何形狀，這便于參考圖像和患者圖像數(shù)據(jù)之間的交叉參 考。以這種方式，通過建立用于遞進(jìn)式圖集適應(yīng)的用戶界面可以將用戶相互作用的數(shù)量最 小化。圖6示出了使用可變形解剖圖集用于遞進(jìn)式圖像分割的方法。在一個實(shí)施例中， 將可變形圖集帶到患者圖像中的大概起始位置，并且將來自圖集的所選擇的結(jié)構(gòu)自動地、 半自動地或者手動地適應(yīng)到圖像。使用經(jīng)適應(yīng)的(例如，接受的)結(jié)構(gòu)或標(biāo)記在運(yùn)行中更 新對剩余結(jié)構(gòu)或標(biāo)記的初始化。重復(fù)標(biāo)記接受和運(yùn)行中的更新的步驟直到所有結(jié)構(gòu)的分割 被用戶確認(rèn)。根據(jù)另一實(shí)施例，在128，首先將解剖結(jié)構(gòu)的可變形圖集帶到覆蓋3D患者圖像中 的解剖結(jié)構(gòu)的起始位置(自動或者手動)。圖集可以，例如，包括由三角網(wǎng)格等表示的一個 或多個3D器官(或者其他結(jié)構(gòu))模型。在起始位置，首先將圖集的所有結(jié)構(gòu)標(biāo)記為“未認(rèn) 可”，例如，通過使用特定顏色、線厚度等。在130，例如，通過在圖像中手動定位特定解剖標(biāo) 記以及在模型中重新定位對應(yīng)的標(biāo)記等可以建立起始的圖集_圖像映射。在132，例如通過確定重新定位且接受的標(biāo)記對的起始位置和所接受位置之間 的3D距離(例如，分別地患者圖像和(一個或多個)所選擇的參考模型上的對應(yīng)標(biāo)記)， 計算體積變形。在133，所計算的體積變形被用于細(xì)化所選擇的內(nèi)插變換，例如，徑向偏置 (bias)函數(shù)、彈性體樣條等。在134，被改進(jìn)的變換被應(yīng)用到參考模型以重新放置參考模型 和未批準(zhǔn)標(biāo)記。在136，選擇未批準(zhǔn)的標(biāo)記(例如，參考模型內(nèi)的點(diǎn)或結(jié)構(gòu))?？梢詮臉?biāo)記 的分級列表中選擇未批準(zhǔn)的標(biāo)記或者可以由用戶進(jìn)行選擇。在138，例如，使用基于模型的分割技術(shù)對可以以最小用戶交互進(jìn)行自動分割的所 選擇的結(jié)構(gòu)(例如，基于CT的頭-頸圖集中的顱骨、骨骼和肺等)的模型進(jìn)行適應(yīng)。在例 如"Shape Constrained Deformable Models for 3D Medical Image Segmentation," (J. ffeese, M. Kaus等；IPMI 2001 380-387)中描述了基于適當(dāng)模型的分割技術(shù)的示例。在視 覺檢查和任選的局部校正之后，之后將這些結(jié)構(gòu)標(biāo)記為“已確認(rèn)”或“已批準(zhǔn)”。在140，在 適應(yīng)之后，從經(jīng)適應(yīng)的模型中導(dǎo)出的一個或多個點(diǎn)可以被用作進(jìn)一步的標(biāo)記并且被附加到 初始標(biāo)記集。以該方式，可以獲得精確的圖集-圖像映射并且被用于未經(jīng)確認(rèn)的結(jié)構(gòu)的重 新初始化。通過以下方式可以建立對模型標(biāo)記或結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理的順序使用關(guān)于解剖和圖像 模式的先驗(yàn)知識，或者通過使用特定定量度量可以評估模型初始化的精確性，所述定量度 量諸如模型的曲面法線與圖像梯度的對準(zhǔn)。圖集中的一個或多個模型可以被用于僅提供補(bǔ) 充信息，并且如果其可以被自動地進(jìn)行適應(yīng)，則不需要明確顯示。以分割復(fù)雜度中的漸增執(zhí) 行遞進(jìn)式圖集適應(yīng)，直到用戶接受針對圖集中的所有結(jié)構(gòu)的分割結(jié)果。即首先執(zhí)行較簡單 的分割。另外，該方法可以延展到多模式圖像分割，其中，以特定模式(例如，磁共振)分割的圖集結(jié)構(gòu)支持模型初始化以及另一模式(例如，計算機(jī)斷層攝影)的第二圖像的其余結(jié) 構(gòu)的分割。因此，根據(jù)該方法，通過使用插補(bǔ)器(例如，彈性體樣條、薄板樣條或和一些其他 合適插補(bǔ)器)根據(jù)標(biāo)記的集合計算體積變形。通過迭代地適應(yīng)結(jié)構(gòu)或標(biāo)記(例如，使用基 于模型的分割)、選擇附加標(biāo)記、重新計算變形以及將其應(yīng)用到(一個或多個)參考模型，逐 漸增加標(biāo)記的集合。可以由用戶交互地選擇結(jié)構(gòu)和/或標(biāo)記，或者從預(yù)限定的分級模型或 列表中選擇結(jié)構(gòu)和/或標(biāo)記。另外，預(yù)限定的結(jié)構(gòu)不需要對患者可見。根據(jù)一個示例，可以對具有腫脹脾的患者進(jìn)行成像并且可以選擇腹部參考模型并 且將其(例如，自動或手動地)覆蓋在患者圖像模型上。用戶將參考模型上的標(biāo)記與患者 圖像上的對應(yīng)標(biāo)記進(jìn)行對準(zhǔn)，因此，放大模型中的(一個或多個)脾結(jié)構(gòu)。之后模型中附近 的器官或結(jié)構(gòu)被自動調(diào)節(jié)(例如，使用內(nèi)插)以適應(yīng)經(jīng)放大的脾。以該方式，當(dāng)將模型配準(zhǔn) 到患者圖像體積時，用戶不需要針對模型中的每個解剖結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)模型標(biāo)記。參考圖7，示例性醫(yī)院系統(tǒng)可以包括多個成像設(shè)備150，例如CT、MRI等，其生成由 單個或共享重建處理器152進(jìn)行重建以生成3D圖像表示的成像數(shù)據(jù)。圖像表示經(jīng)由網(wǎng)絡(luò) 154發(fā)送至中央存儲器156。在與網(wǎng)絡(luò)連接的站160，操作者使用輸入設(shè)備162將所選擇的3D患者圖像表示從 中央存儲器移動到局部存儲器164。還從中央存儲器中的或者站160中的圖集172將對應(yīng) 于所選擇的3D患者圖像表示的預(yù)先生成的參考模型分割(例如，標(biāo)記的集合)輸入到局部 存儲器，被選擇以自動或者手動地近似地匹配所選患者圖像體積。視頻處理器166將參考 模型分割覆蓋到患者圖像表示上并且在監(jiān)測器70上顯示參考模型和具有經(jīng)覆蓋的標(biāo)記的 患者圖像表示。操作者通過輸入設(shè)備162選擇在要被顯示的患者圖像表示上要被“批準(zhǔn)”的 標(biāo)記。為了使參考模型分割與患者圖像中的一個或多個解剖結(jié)構(gòu)的形狀相一致，操作者 使用輸入設(shè)備選擇標(biāo)記的位置并且對標(biāo)記的位置進(jìn)行操作。一旦操作者將標(biāo)記放置于患者 圖像體積的期望定位，操作者“批準(zhǔn)”標(biāo)記，這觸發(fā)內(nèi)插變換的更新以及使用患者圖像上的 其他尚未批準(zhǔn)的標(biāo)記的更新位置的更新變換的內(nèi)插。迭代地重復(fù)標(biāo)記的用戶批準(zhǔn)和內(nèi)插的 處理直到用戶對參考模型分割與患者圖像體積足夠地符合滿意。之后用戶可以指示對患者 圖像體積上的整個模型分割的批準(zhǔn)，包括用戶批準(zhǔn)的標(biāo)記和未批準(zhǔn)的標(biāo)記，基于用戶定位 批準(zhǔn)的標(biāo)記對所述標(biāo)記的位置進(jìn)行內(nèi)插。任選地，從中央存儲器可以檢索相同患者的相同 區(qū)域但是以不同成像模態(tài)生成的另外的圖像，并且被用于進(jìn)一步細(xì)化插值變換。用戶批準(zhǔn)的模型可以存儲在中央存儲器156、局部存儲器164中或者在另一處理 中直接應(yīng)用。例如，治療計劃(例如，輻射、消融等)站180可以使用經(jīng)批準(zhǔn)的患者模型以 對治療期進(jìn)行計劃。一旦計劃使操作者滿意，將所計劃的治療轉(zhuǎn)移到實(shí)施所計劃的期的治 療設(shè)備182。其他站在各種其它計劃處理中可以使用成形的輪廓。已經(jīng)參考若干實(shí)施例描述了本發(fā)明。在閱讀并理解上述詳細(xì)描述之后可以對其它 方面進(jìn)行修改和變化。意在將本發(fā)明解釋為包括所有這些修改和改變只要這些修改和改變 在隨附權(quán)利要求或其等價物的范圍內(nèi)。
10
權(quán)利要求
一種用于醫(yī)學(xué)圖像分割標(biāo)記的內(nèi)插的系統(tǒng)(10)，包括存儲器(18)，其存儲解剖結(jié)構(gòu)的3D參考圖像體積(54)，所述參考圖像體積(54)每個均包括參考標(biāo)記(56)的集合；顯示器(20)，其呈現(xiàn)患者圖像體積(52)的視圖以及參考圖像體積(54)的視圖；處理器(16)，其覆蓋所述參考圖像體積(54)的所述參考標(biāo)記(56)的集合和所述患者圖像體積(52)；以及用戶輸入設(shè)備(22)，用戶使用所述用戶輸入設(shè)備(22)將所覆蓋的標(biāo)記中的一個或多個重新放置所述患者圖像上的對應(yīng)位置中，并且批準(zhǔn)所重新放置的一個或多個標(biāo)記；其中，所述處理器(16)根據(jù)所批準(zhǔn)的一個或多個標(biāo)記的重新放置更新所述參考圖像體積和所述患者圖像體積之間的內(nèi)插變換，并根據(jù)所更新的內(nèi)插變換更新一個或多個未批準(zhǔn)的覆蓋標(biāo)記(72)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，骨組織被分割并且所述內(nèi)插變換包括主成分分 析變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，腦組織被分割并且所述內(nèi)插變換包括剛性變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，軟組織被分割并且所述內(nèi)插變換包括彈性變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，使用來自多個患者圖像體積表示的解剖結(jié)構(gòu)數(shù) 據(jù)構(gòu)建每個3D參考圖像體積(54)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(16)推薦用于重新放置并由所述用 戶批準(zhǔn)的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器至少部分基于所推薦的標(biāo)記對其它 未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的經(jīng)更新位置的內(nèi)插將產(chǎn)生的效應(yīng)的大小來推薦所述未批準(zhǔn)的標(biāo)記。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每當(dāng)未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)變?yōu)榕鷾?zhǔn)的標(biāo)記(92) 時，所述處理器(16)就更新所有剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述參考圖像體積(54)被存儲于圖集(26)中并 從所述圖集(26)中選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器(16)被配置為 檢索所述參考標(biāo)記(56)的集合和所述參考圖像體積(54)；將所述參考標(biāo)記(56)的集合作為未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)調(diào)換到所述患者圖像體積(52)上；接收與至少一個未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的重新放置相關(guān)的輸入； 接收將重新放置的標(biāo)記的狀態(tài)更新為批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)的輸入； 根據(jù)所批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)的位置的改變調(diào)整所述內(nèi)插變換；以及 根據(jù)所述內(nèi)插變換更新剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的位置。
11.一種用于利用權(quán)利要求1的系統(tǒng)交互地更新所述患者圖像體積(52)的分割的方 法，包括檢索所述參考標(biāo)記(56)的集合和所述參考圖像體積(54)；將所述參考標(biāo)記(56)的集合作為未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)轉(zhuǎn)移到所述患者圖像體積(52)上；接收與至少一個未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的重新放置相關(guān)的輸入；接收將重新放置的標(biāo)記的狀態(tài)更新為批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)的輸入； 根據(jù)所述批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)的位置的改變調(diào)整所述內(nèi)插變換；以及 根據(jù)所述內(nèi)插變換更新剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的位置。
12.—種交互地更新患者圖像體積(54)的分割的方法，包括檢索包括參考圖像體積(54)上的參考標(biāo)記(56)的集合的參考圖像分割； 將所述參考標(biāo)記(56)的集合作為患者圖像體積分割中的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)轉(zhuǎn)移到所 述患者圖像體積(52)上；接收與至少一個未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的重新放置相關(guān)的輸入；接收將重新放置的標(biāo)記的狀態(tài)更新為批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)的輸入；根據(jù)所述批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)的位置內(nèi)插針對剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的位置更新；以及根據(jù)所述內(nèi)插更新剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括針對對應(yīng)于所述患者圖像體積(52)中的骨組 織的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)使用主成分分析變換內(nèi)插位置更新。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括針對對應(yīng)于所述患者圖像體積(52)中的腦組 織的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)使用剛性變換內(nèi)插位置更新。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括針對對應(yīng)于所述患者圖像體積(52)中的軟組 織的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)使用彈性變換內(nèi)插位置更新。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括推薦用于重新放置并由用戶批準(zhǔn)的未批準(zhǔn)的 標(biāo)記(72)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括至少部分基于所推薦的標(biāo)記對其它未批準(zhǔn)的 標(biāo)記(72)的經(jīng)更新位置的內(nèi)插將產(chǎn)生的效應(yīng)的大小來推薦所述未批準(zhǔn)的標(biāo)記。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其被迭代地執(zhí)行直到達(dá)到預(yù)定數(shù)量的批準(zhǔn)的標(biāo)記 (92)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括一旦達(dá)到所述預(yù)定數(shù)量的批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)， 就接收指示接受所有剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的輸入。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用經(jīng)更新的患者圖像體積分割生成治療計劃。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，圖集(26)包括不同解剖結(jié)構(gòu)的多個參考圖像 體積(54)、一個或多個解剖結(jié)構(gòu)的不同大小的參考圖像體積，和/或解剖結(jié)構(gòu)的一個或多 個不同組合的參考圖像體積。
22.—種被編程為執(zhí)行權(quán)利要求12所述的方法的處理器(16)或計算機(jī)可讀介質(zhì) (18)。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，從參考圖像體積的圖集(26)中檢索所述參考 圖像體積(54)。
24.一種交互式患者圖像體積配準(zhǔn)裝置，包括用于向用戶呈現(xiàn)覆蓋在患者圖像體積(52)圖像上的參考圖像體積分割的器件(12)； 用于允許所述用戶選擇覆蓋在所述患者圖像體積(52)上的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)、重新 放置所選擇的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)以及批準(zhǔn)重新放置的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的器件(22)；以及用于根據(jù)每個批準(zhǔn)的標(biāo)記(92)的位置交互地內(nèi)插針對剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的新 位置以及更新所述剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)的位置的器件(16)；其中，當(dāng)用戶對所述患者圖像體積分割的所述適應(yīng)滿意時，所述器件(22)還允許所述 用戶批準(zhǔn)所有剩余的未批準(zhǔn)的標(biāo)記(72)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，從參考圖像體積分割的圖集(26)中選擇所述 參考圖像體積分割。
全文摘要
當(dāng)調(diào)整患者中的解剖結(jié)構(gòu)的模型用于診斷或治療計劃時，可以訪問預(yù)先設(shè)計的解剖結(jié)構(gòu)模型或圖像體積的圖集(26)，并且可以選擇一個或多個該結(jié)構(gòu)的分割并將所述分割覆蓋于患者的臨床圖像(52)中的(一個或多個)對應(yīng)結(jié)構(gòu)的3D圖像上。用戶可以點(diǎn)擊患者圖像(52)上最初未批準(zhǔn)的分割標(biāo)記(72)，重新放置所述未批準(zhǔn)標(biāo)記，以及批準(zhǔn)所述重新放置的標(biāo)記。之后根據(jù)批準(zhǔn)標(biāo)記(92)的位置使用一個或多個內(nèi)插技術(shù)將剩余未批準(zhǔn)標(biāo)記(72)重新放置以使得所述模型在運(yùn)行中適于患者圖像。
文檔編號G06T7/00GK101925924SQ200980102900
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者D·貝斯特羅夫, H·舒爾茨, M·考斯, R·格雷沃, S·德賴斯, T·維克, V·佩卡爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司