用于从活体内图像自动化检测哺乳动物胸腔内部的组织的方法及系统技术方案

本文中描述用于从活体内哺乳动物图像高效且准确地自动化检测胸腔内部的所关注区域的系统及方法。已发现，高效地自动化识别所述胸腔内部的所述所关注区域可通过使用骨骼距离掩模及表面距离掩模两者来实现。所述技术解决了针对广泛范围的大小及形状的例如小型哺乳动物(例如老鼠)等哺乳动物准确且快速地识别所述所关注区域的问题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般来说涉及图像分析的方法及系统。更特定来说，在特定实施例中，本专利技术涉及自动化检测哺乳动物胸腔内部的组织。
技术介绍
存在针对于哺乳动物的活体内成像的大量技术，举例来说，生物发光技术、荧光技术、断层成像技术及多模态成像技术。小型哺乳动物的活体内成像由各个领域(例如，肿瘤学、传染病及药物研发)的一大群研究调查人员执行。活体内成像通常涉及使用试剂(例如荧光探针)来进行活体动物内部的生物现象的非侵入性时空视觉化。举例来说，荧光分子断层成像(FMT)涉及用于经施用及/或内源性探针的定量分析的哺乳动物的活体内成像。活体内microCT成像是可以极高分辨率将组织、器官及非器官结构成像的基于x射线的技术。MicroCT已迅速地演进，从而需要低剂量扫描及快速成像协议来促进多模态应用且实现纵向实验模型。多模态成像涉及(举例来说)通过组合FMT、PET、MRI、CT及/或SPECT成像数据而融合以不同方式获得的图像。获取此类活体内图像可为耗时的，且对所获取图像的迅速分析是过程的效率的关键。通常，将成像努力仅集中于哺乳动物的在胸腔内部的那些部分上是合意的，所述部分含有许多所关注器官且针对所述部分需要高级图像分析。举例来说，高级图像分析可涉及用于哺乳动物的一或多个目标器官中的经施用或内源性探针的定量分析的高级断层成像重建。那些目标器官外部的图像的部分对于所述分析可为不重要的，且花费在那些部分上的处理时间是浪费的且导致减小的效率。需要一种用于检测活体内哺乳动物图像的所关注区域以便消除对所述图像的不重要区域的不必要处理且在不损失重要图像细节的情况下减小总体图像处理时间的高效方法。
技术实现思路
本文中描述用于从活体内哺乳动物图像高效且准确地自动化检测所关注区域的系统及方法。经成像哺乳动物的重要区域是关键器官位于其中的胸腔内部的组织。通过自动地识别此重要区域，可对此区域执行图像的进一步分析及/或处理而不会不必要地浪费处理所述图像的其它区域的时间。用于识别此区域的自动化程序并非简单问题，这是因为所述程序必须针对所成像的广泛范围的大小及形状的哺乳动物准确地识别所要区域(必须计及所成像的个别动物的可变性)，且必须为计算高度高效的程序。已发现，高效地自动化识别所述胸腔内部的所述所关注区域可通过使用骨骼距离掩模及表面距离掩模两者来实现。所述技术解决了针对广泛范围的大小及形状的例如小型哺乳动物(例如老鼠)等哺乳动物准确且快速地识别所述所关注区域的问题。在一个方面中，本专利技术针对于一种用于自动地检测(例如，以图形方式隔离)哺乳动物的3D图像中的所关注区域的方法，所述所关注区域对应于(例如，限于)大部分地或仅仅位于哺乳动物胸腔内部的软组织，所述方法包括：由计算装置的处理器从所述哺乳动物的所述3D图像自动地确定表面距离图像，所述表面距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的外部表面上的最近点的距离；由所述处理器自动地确定骨骼距离图像，所述骨骼距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的最近经识别骨组织的距离；及由所述处理器使用所述表面距离图像及所述骨骼距离图像来自动地检测对应于所述哺乳动物胸腔内部的软组织的所述所关注区域。在一些实施例中，所述检测步骤包括：由所述处理器将阈值应用于所述表面距离图像以确定对应于哺乳动物身体的中心区域的表面距离掩模(例如，其中所述表面距离掩模识别所述哺乳动物身体内的一或多个离散体积)；由所述处理器将阈值应用于所述骨骼距离图像以确定对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域的骨骼距离掩模(例如，其中所述骨骼距离掩模识别所述哺乳动物身体内的一或多个离散体积)；由所述处理器应用所述表面距离掩模与所述骨骼距离掩模的AND运算以仅识别在所述胸腔内部位于所述所关注区域内的区域(例如，其中识别为所述AND运算的结果的所述区域界定所述哺乳动物身体内的一或多个离散体积)(且任选地，将例如体积阈值等滤子应用于所述AND运算的所述结果以移除位于所述胸腔外部的一或多个体积)；及由所述处理器应用膨胀运算及/或分水岭运算以在不侵入所述经识别骨组织的情况下向外扩展在所述AND运算之后识别的区域向外(例如且在任何后续过滤步骤之后)，在所述胸腔内部的区域，借此检测所述哺乳动物胸腔内部的所述所关注区域。举例来说，可存在识别为所述AND运算的结果的一个离散体积，其中所述一个离散体积位于所述胸腔内部，且膨胀在一些实施例中，所述方法进一步包括由所述处理器确定对应于所述胸腔的下部端的横向平面。在一些实施例中，确定所述横向平面包括：从所述表面距离图像及所述骨骼距离图像估计对应于所述胸腔的所述下部端的横向坐标。在一些实施例中，所述检测步骤包括：由所述处理器从表达为鼻子到尾巴z坐标的函数的从前(腹部)表面到最近骨骼的距离的值自动地确定搜索区域掩模，所述搜索区域掩模识别所述哺乳动物的排除颈部以上的头部的区域且排除所述胸腔以下的区域的体积；由所述处理器使用所述骨骼距离图像(例如，通过将阈值应用于所述骨骼距离图像)来自动地确定骨骼距离掩模，其中所述骨骼距离掩模对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域；由所述处理器使用所述表面距离图像(例如，通过将阈值应用于所述表面距离图像)来自动地确定表面距离掩模，所述表面距离掩模对应于距所述哺乳动物的所述外部表面至少给定距离的一或多个区域；由所述处理器应用所述搜索区域掩模、所述骨骼距离掩模及所述表面距离掩模的AND运算，接着，任选地，将滤子应用于所述AND运算的结果以移除小于经确定阈值体积的小的相异区域，借此识别在所述胸腔内部位于所述所关注区域内的种子区域；及由所述处理器应用膨胀运算及/或分水岭运算以在不侵入所述经识别骨组织的情况下向外扩展在所述AND运算之后识别的所述种子区域，接着，由所述处理器应用所述膨胀及/或分水岭运算的结果与所述搜索区域掩模的AND运算，借此检测所述哺乳动物胸腔内部的所述所关注区域。在一些实施例中，所述检测步骤包括：由所述处理器使用表达为鼻子到尾巴z坐标的函数的从前(腹部)表面到最近骨骼的距离的值来自动地确定搜索区域掩模，所述搜索区域掩模识别所述哺乳动物的排除所述颈部以上的所述头部的区域且排除所述胸腔以下的区域的体积；由所述处理器使用所述骨骼距离图像来自动地确定骨骼距离掩模，其中所述骨骼距离掩模对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域；由所述处理器自动地确定计算为所述表面距离图像与所述骨骼距离图像之间的差的复合距离图像(例如，其中所述复合距离图像的强度值反映距骨骼的距离与距所述哺乳动物的外部表面的距离之间的差)；由所述处理器将阈值应用于所述复合距离图像以确定复合距离掩模；由所述处理器应用所述搜索区域掩模、所述骨骼距离掩模及所述复合距离掩模的AND运算，接着，任选地，将滤子应用于所述AND运算的结果以移除小于经确定阈值体积的小的相异区域，借此识别在所述胸腔内部位于所述所关注区域内的种子区域；及由所述处理器应用膨胀运算及/或分水岭运算以在不侵入所述经识别骨组织的情况下向外扩展在所述AND运算之后识别的所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自动地检测(例如，以图形方式隔离)哺乳动物的3D图像中的所关注区域的方法，所述所关注区域对应于(例如，限于)大部分地或仅仅位于哺乳动物胸腔内部的软组织，所述方法包括：由计算装置的处理器从所述哺乳动物的所述3D图像自动地确定表面距离图像，所述表面距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的外部表面上的最近点的距离；由所述处理器自动地确定骨骼距离图像，所述骨骼距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的最近经识别骨组织的距离；及由所述处理器使用所述表面距离图像及所述骨骼距离图像来自动地检测对应于所述哺乳动物胸腔内部的软组织的所述所关注区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于自动地检测(例如，以图形方式隔离)哺乳动物的3D图像中的所关注区域的方法，所述所关注区域对应于(例如，限于)大部分地或仅仅位于哺乳动物胸腔内部的软组织，所述方法包括：由计算装置的处理器从所述哺乳动物的所述3D图像自动地确定表面距离图像，所述表面距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的外部表面上的最近点的距离；由所述处理器自动地确定骨骼距离图像，所述骨骼距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的最近经识别骨组织的距离；及由所述处理器使用所述表面距离图像及所述骨骼距离图像来自动地检测对应于所述哺乳动物胸腔内部的软组织的所述所关注区域。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测步骤包括：由所述处理器将阈值应用于所述表面距离图像以确定对应于哺乳动物身体的中心区域的表面距离掩模(例如，其中所述表面距离掩模识别所述哺乳动物身体内的一或多个离散体积)；由所述处理器将阈值应用于所述骨骼距离图像以确定对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域的骨骼距离掩模(例如，其中所述骨骼距离掩模识别所述哺乳动物身体内的一或多个离散体积)；由所述处理器应用所述表面距离掩模与所述骨骼距离掩模的AND运算以仅识别在所述胸腔内部位于所述所关注区域内的区域(例如，其中识别为所述AND运算的结果的所述区域界定所述哺乳动物身体内的一或多个离散体积)(且任选地，将例如体积阈值等滤子应用于所述AND运算的所述结果以移除位于所述胸腔外部的一或多个体积)；及由所述处理器应用膨胀运算及/或分水岭运算以在不侵入所述经识别骨组织的情况下向外扩展在所述AND运算之后识别的区域(例如且在任何后续过滤步骤之后，在所述胸腔内部的区域)，借此检测所述哺乳动物胸腔内部的所述所关注区域。3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括由所述处理器确定对应于所述胸腔的下部端的横向平面。4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述横向平面包括：从所述表面距离图像及所述骨骼距离图像估计对应于所述胸腔的所述下部端的横向坐标。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测步骤包括：由所述处理器从表达为鼻子到尾巴z坐标的函数的从前(腹部)表面到最近骨骼的距离的值自动地确定搜索区域掩模，所述搜索区域掩模识别所述哺乳动物的排除颈部以上的头部的区域且排除所述胸腔以下的区域的体积；由所述处理器使用所述骨骼距离图像(例如，通过将阈值应用于所述骨骼距离图像)来自动地确定骨骼距离掩模，其中所述骨骼距离掩模对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域；由所述处理器使用所述表面距离图像(例如，通过将阈值应用于所述表面距离图像)来自动地确定表面距离掩模，所述表面距离掩模对应于距所述哺乳动物的所述外部表面至少给定距离的一或多个区域；由所述处理器应用所述搜索区域掩模、所述骨骼距离掩模及所述表面距离掩模的AND运算，接着，任选地，将滤子(例如，体积阈值)应用于所述AND运算的结果以移除小于经确定阈值体积的小的相异区域，借此识别在所述胸腔内部位于所述所关注区域内的种子区域；及由所述处理器应用膨胀运算及/或分水岭运算以在不侵入所述经识别骨组织的情况下向外扩展在所述AND运算之后识别的所述种子区域，接着，由所述处理器应用所述膨胀及/或分水岭运算的结果与所述搜索区域掩模的AND运算，借此检测所述哺乳动物胸腔内部的所述所关注区域。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测步骤包括：由所述处理器使用表达为鼻子到尾巴z坐标的函数的从前(腹部)表面到最近骨骼的距离的值来自动地确定搜索区域掩模，所述搜索区域掩模识别所述哺乳动物的排除所述颈部以上的所述头部的区域且排除所述胸腔以下的区域的体积；由所述处理器使用所述骨骼距离图像来自动地确定骨骼距离掩模，其中所述骨骼距离掩模对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域；由所述处理器自动地确定计算为所述表面距离图像与所述骨骼距离图像之间的差的复合距离图像(例如，其中所述复合距离图像的强度值反映距骨骼的距离与距所述哺乳动物的外部表面的距离之间的差)；由所述处理器将阈值应用于所述复合距离图像以确定复合距离掩模；由所述处理器应用所述搜索区域掩模、所述骨骼距离掩模及所述复合距离掩模的AND运算，接着，任选地，将滤子应用于所述AND运算的结果以移除小于经确定阈值体积的小的相异区域，借此识别在所述胸腔内部位于所述所关注区域内的种子区域；及由所述处理器应用膨胀运算及/或分水岭运算以在不侵入所述经识别骨组织的情况下向外扩展在所述AND运算之后识别的所述种子区域，接着，由所述处理器应用所述膨胀及/或分水岭运算的结果与所述搜索区域掩模的AND运算，借此检测所述哺乳动物胸腔内部的所述所关注区域。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测步骤包括：由所述处理器使用所述骨骼距离图像来自动地确定骨骼距离掩模，其中所述骨骼距离掩模对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域；由所述处理器自动地确定计算为所述表面距离图像与所述骨骼距离图像之间的所述差的复合距离图像(例如，其中所述复合距离图像的强度值反映距骨骼的距离与距所述哺乳动物的外部表面的距离之间的所述差)；由所述处理器将阈值应用于所述复合距离图像以确定复合距离掩模；由所述处理器应用所述骨骼距离掩模与所述复合距离掩模的AND运算，接着，任选地，将滤子应用于所述AND运算的结果以移除小于经确定阈值体积的小的相异区域，借此识别中间结果；及由所述处理器使用所述复合距离掩模来自动地确定对应于所述胸腔的下部端的横向平面(例如，沿着所述哺乳动物的其中所述复合距离掩模的横截面具有最大面积的长度识别z坐标)，且从所述中间结果移除所述横向平面以下的所有体积，借此识别在所述胸腔内部位于所述所关注区域内的种子区域，接着由所述处理器应用膨胀运算及/或分水岭运算以在不侵入所述经识别骨组织的情况下向外扩展所述所得种子区域，接着，任选地，对所述经确定横向平面以下的所有体积进行过滤，借此检测所述哺乳动物胸腔内部的所述所关注区域。8.一种用于自动地检测(例如，以图形方式隔离)哺乳动物的3D图像中的所关注区域的方法，所述所关注区域对应于(例如，限于)大部分地或仅仅位于哺乳动物胸腔内部的软组织，所述方法包括：如下进行(a)及(b)中的至少一者：(a)由处理器使用所述哺乳动物的所述3D图像来自动地确定表面距离图像，所述表面距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的外部表面上的最近点的距离，且由所述处理器将阈值应用于所述表面距离图像以确定对应于哺乳动物身体的中心区域的表面距离掩模(例如，其中所述表面距离掩模识别所述哺乳动物身体内的一或多个离散体积)；(b)由计算装置的处理器使用所述哺乳动物的所述3D图像来自动地确定对应于哺乳动物身体的身体掩模，且将腐蚀运算应用于所述身体掩模(例如，使用半径为R’的圆盘核)以获得表面距离掩模等效物；及如下进行(c)及(d)中的至少一者：(c)由所述处理器使用所述哺乳动物的所述3D图像来自动地确定骨骼距离图像，所述骨骼距离图像包括三维中的多个点中的每一者处的强度值，所述强度值中的每一者对应于从3D空间中的给定点到所述哺乳动物的最近经识别骨组织的距离，且由所述处理器将阈值应用于所述骨骼距离图像以确定对应于距所述哺乳动物的经识别骨组织至少给定距离的一或多个区域的骨骼距离掩模(例如，其中所述骨骼距离掩模识...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥拉维·奥利莱宁，皮特·卡斯克，
申请(专利权)人：珀金埃尔默细胞科技德国公司，
类型：发明
国别省市：爱沙尼亚;EE