自动超声波束操纵和探针伪影抑制制造技术

一种基于分类的医学图像分割装置包括：超声图像采集设备，其被配置用于根据超声来采集描绘诸如探针的医学仪器的图像；以及基于机器学习的分类电路，其被配置用于使用基于机器学习的分类来动态地响应于所述采集通过对根据所述图像导出的信息(212)进行操作而分割所述仪器。能够经由对小波特征的参数的统计提升(220)来完成所述分割。所述图像的每个像素(216)被识别为“探针”或“背景”。采集图像、分割探针并显示具有经视觉增强的且无伪影的只有探针叠加的图像的整个过程可以被自动执行并且无需用户介入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权要求本申请要求享有于2013年12月20日递交的美国临时专利申请No.61/918,912的权益，将其通过引用并入本文。
本专利技术涉及在超声图像中分割医学仪器，更具体地涉及动态地响应于采集图像而执行分割。在本专利申请中，给定系统的处理限制和准确测量完成任务所需要的数据所要求的时间，将“动态地”或“实时”执行解释为在没有故意延迟的情况下完成数据处理任务。
技术介绍
超声(US)图像引导通过使得能够对解剖背景内的探针位置进行实时可视化来提高探针引导过程的安全性和效率。在过去几年里，使用超声方法(例如，电子波束操纵)来增强在超声引导过程中探针的可见性已经成为有重要竞争力的领域。虽然实时3D超声是可用的，但是2DUS由于其增加的可用性和简化的可视化能力而被更广泛地用于基于探针的临床过程。利用2DUS，可以在与探针取向垂直的横向方向上电子地操纵US波束，从而产生剧烈地增强探针可视化的强镜面反射。因为通常开始并不知道探头相对于探针的当前取向，所以实现关于探针的常态(normality)所需要的波束操纵角也是未知的。另外，当探针在US成像平面内并未直接对准时和/或背景组织包含其他线性镜面反射器(例如，骨头、筋膜或组织边界)时，难以进行可视化。另外，由于各种原因而在图像中出现伪影，例如，由以较大角度操纵线性阵列而摩擦叶以及来自上述线性和其他镜面反射器的镜面回声对以90度或接近90度的超声入射引起剧烈的衰减变化。Cheung等人的“EnhancementofNeedleVisibilityinUltrasound-GuidedPercutaneousProcedures”(下文称作“Cheung”)公开了在超声图像中自动分割探针并确定最佳波束操纵角。问题在于类似探针的镜面结构干扰探针检测。斑点噪声和成像伪影还会妨碍检测。Cheung中的解决方案是用户轻摇探针，由此基于差值图像来辅助分割。另外，Cheung要求在关于搜索探针的范围不同的模式之中进行切换的用户交互。例如，当探针不在视场内时需要用户重置搜索范围。Cheung分割还依赖于采用具有窄范围效力的阈值的基于强度的边缘检测。
技术实现思路
本文提出的内容解决了上述关注中的一个或多个。除了上述可视化困难外，当探针尚未深度插入到组织中时可视化也是有问题的。Cheung在区分探针和“探针状”镜面反射器中的困难在检测探针的小部分时加剧，如当探针插入仅是刚进入视场时。特别地，Cheung对超声图像的边缘检测输出应用Hough变换。与探针部分形成竞争的镜面结构可能出现地更长，尤其在探针进入视场中的开始时。因此，它们在Hough变换中累积了更多投票，由此被识别为在超声图像中最突出的直线特征，即，探针。另外，当要确定探针的姿势时，探针检测的临床值是有问题的，需要等待直到探针被更深度地插入。如果能够在插入过程中更早地检测到探针则会更好，这时医生能够评估其轨迹并改变进程而不会引起更多损害和疼痛。可靠地探针分割将允许自动设置最佳波束操纵角、时间增益补偿以及图像处理参数，从而导致可能增强的可视化和临床工作流程。另外，对探针的分割和检测可以允许对超声图像与手术前模态(例如计算机断层摄像(CT)或磁共振(MR)成像)的融合，从而使得能够实现用于基于探针的过程的专门化图像融合系统。需要一种技术方案来自动进行探针分割，而不依赖于探针是图像中最亮的线性对象的假设。在本文提出的方面中，一种基于分类的医学图像分割装置包括：超声图像采集设备，其被配置用于根据超声来采集描绘医学仪器的图像；以及基于机器学习的分类电路，其被配置用于使用基于机器学习的分类来动态地响应于所述采集通过对根据所述图像导出的信息进行操作而分割所述仪器。在子方面或相关方面中，采用US波束操纵来增强镜面反射器在图像中的外观。接下来，采用根据先前采集的地面真值数据的单像素探针分类器来分割探针与组织背景。最后，使用Radon或Hough变换来检测探针姿势。经由对小波特征的统计提升来完成分割。采集图像、分割探针并显示具有经视觉增强的且无伪影的只有探针叠加的图像的整个过程可以被自动执行并且无需用户介入。使用间接体内和临床数据集的验证结果示出在具有挑战性的间接体内和临床数据集中的增强检测，其中次优的探针位置和组织伪影引起基于密度的分割失败。下面借助于并未按比例绘制的附图进一步阐述新颖的、实时的基于分类的医学图像分割的细节。附图说明图1是根据本专利技术的示例性的实时的基于分类的医学图像分割装置的示意图和概念图；图2是例示根据本专利技术的经统计提升的分类器的训练和临床性能及其用途的概念图；图3是根据本专利技术的一种类型的探针定位的概念图；图4是能用于本专利技术的版本中的子例程的流程图对；以及图5是根据本专利技术的说明临床操作的主例程的流程图。具体实施方式通过说明性而非限制性范例，图1描绘了实时的基于分类的医学图像分割装置100。其包括超声图像采集设备104，例如扫描器。设备104包括波束形成器108以及超声成像探头112。探头112可以是线性阵列探头。其能够被设置有在身体组织120中的视场116，该视场由在任意给定成像深度128处的横向跨度124限定。装置110能够使用探头112来实时监测医学探针136的至少一部分132到视场116中的进入。视场116由两个边界线140、144限定。能够在探针136被插入到视场116中仅仅2.0毫米的情况下发生对探针136的检测。这允许比根据现有方法可获得的更早地检测到探针。为了改善探针136的图像，当前视场116可以改变到新的视场148，用于操纵超声波束152以90度的角入射到探针136上。该受操纵的视场148在图1中被示出具有两个边界线156、160。实现关于探针136的常态的波束操纵不总是需要改变视场116。改善的探针的图像能够被转移到原始视场116的整幅图像。这可以完成是因为实现关于探针136的常态的操纵稍微削弱得到的图像整体的成像质量，但是增强了尤其是探针的可视化。装置100被设计用于在医学处置和医学诊断中的至少一个中使用。探针136例如可以用于递送在如箭头所示的体内方向164上被注射到体内中的药剂。活组织检查、神经阻滞和流体吸入是同样实时监测探针姿势、位置和移动的其他过程的范例。装置100还包括基于机器学习的分类电路168，其实现提升分类器172，例如AdaboostTM，其是最公知的统计提升算法。为了经由实况成像进行监视的用户交互，该装置还包括显示器176和用户控制180。图2概念性地示出了提升分类器172的训练和临床性能的示例性版本及其用途。为了训练分类器172，对探针图像208应用二维Log-Gabor小波(或“滤波器”)204。可以经由如在下文更详细讨论的波束操纵并通过利用低于通常在B模式成像中使用的超声频率的超声频率来采集探针图像208。来自应用小波204的输出是探针图像208的各自的小波特征Fi的小波特征参数Fi,x,y212和各自的像素(x,y)216的集合。确定或已经确定每个像素216的地面真值GTx,y是探针的部分还是背景的部分。F1,x,y和GTx,y是“弱分类器”WK1的部分。多个弱分类器被组合(即，提升220)以提供强的或“经提升的”分类器。对这种技术的备选将是使用像素强度来判定像素216本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分类的医学图像识别装置(100)，包括：超声图像采集设备(104)，其被配置用于根据超声来采集描绘医学仪器的图像；以及基于机器学习的分类电路(168)，其被配置用于使用基于机器学习的分类来动态地响应于所述采集通过对根据所述图像导出的信息进行操作而分割所述仪器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 US 61/918,912;2014.06.30 US 62/019,0871.一种基于分类的医学图像识别装置(100)，包括：超声图像采集设备(104)，其被配置用于根据超声来采集描绘医学仪器的图像；以及基于机器学习的分类电路(168)，其被配置用于使用基于机器学习的分类来动态地响应于所述采集通过对根据所述图像导出的信息进行操作而分割所述仪器。2.根据权利要求1所述的装置，所述电路包括提升分类器(172)，并且被配置用于使用所述分类器用于所述分割。3.根据权利要求2所述的装置，所述使用包括执行对小波特征的参数(212)的统计提升。4.根据权利要求1所述的装置，其被配置用于经由所述设备在无需用户介入的情况下自动地、动态地从不同角度(236)重复地执行所述采集以获得所述仪器的对应描绘，对所述描绘的所述分割动态地响应于重复的采集。5.根据权利要求4所述的装置，还被配置用于逐描绘地执行对所述描绘的所述分割(316)。6.根据权利要求4所述的装置，所述分割在角度的范围(308)上以扫掠方式递增地被执行。7.根据权利要求6所述的装置，还被配置用于逐增量(312)地将线检测算法应用到探针对所述描绘的各自的描绘的所述分割的输出，并且额外地被配置用于将所述算法的各输出进行相加以导出所述仪器的取向。8.根据权利要求4所述的装置，对所述描绘的所述分割根据所述角度使用成像滤波器的不同取向(步骤S404、S428、S448)。9.根据权利要求4所述的装置，还被配置用于基于对所述描绘的所述分割的结果来动态地确定所述仪器的取向(328)。10.根据权利要求1所述的装置，还包括超声成像探头(112)，所述装置被配置用于基于所述分割的输出来动态地确定所述仪器相对于所述探头的取向。11.根据权利要求1所述的装置，所述仪器是医学探针(136)。12.根据权利要求11所述的装置，所述装置被设计用于在医学处置和医学诊断中的至少一个中使用。13.根据权利要求12所述的装置，还包括显示器，所述设备包括具有视场(116)的超声成像探头，所述空间视场用于在空间上限定经由所述显示器对身体组织的动态可视化的跨度，所述装置还被配置有探针插入检测操作模式并且被配置用于当处于所述模式中时基于所述分割的输出来自动地、动态地判定所述探针至少部分地处于所述视场内，所述判定是在所述探针有2.0毫米处于所述视场内之前做出的，所述判定是在无需用户介入的情况下被执行的。14.根据权利要求13所述的装置，所述装置还被配置用于动态地响应于所述探针至少部分地(132)处于所述视场内的所述判定：a)进行波束操纵以获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·帕塔萨拉蒂，G·CH·吴，C·R·哈特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL