使用通道检测对图像数据中的对象的分割制造技术

本申请涉及了一种从包括多个像素或体素的图像数据识别至少两个对象之间的通道的计算机实现的方法。所述方法包括循环，循环包括以下步骤：选择所述图像数据中包含至少两个所述对象的至少一部分的图像数据在内的部分；计算所述图像数据的所述部分的所述像素或所述体素的图像梯度；以及分析所述图像梯度的取向。如果所述图像梯度中的至少两个指向相反方向，则将所述图像数据的所述所选部分确定为包含限定了所述通道的所述对象的边缘。随后可以使用这种方法来分离或分割限定了所述通道的所述对象或所述对象的部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用通道检测对图像数据中的对象的分割
本专利技术总体涉及一种从图像数据识别至少两个对象之间的通道并且使用所述通道来分割(即，分离)两个对象的方法。具体来说，这种方法是在对组织(诸如骨骼)对象的医学成像的上下文中开发的。另外，本专利技术涉及了一种实现这种方法的计算机程序产品、一种承载这种计算机程序产品的可读介质、以及一种被设置来执行这种计算机程序产品的设备。
技术介绍
以下文本涉及图像分析方法，具体地是用于分割图像中的对象(的部分)的方法，例如人或动物身体内的关节(如髋关节、肩关节、椎关节、膝关节、腕关节等等)的计算机断层摄影图像，其中可分割经由关节而连接的对象。对于图像处理，不同或相同的对象的不同部分的分割(即，分离)是必需的。这些部分在图像中可以具有不同性质，即，特征(诸如灰度/亮度、颜色和类似的特性)变化。这些差异来自成像对象的不同性质。根据成像过程，可以区分性质，诸如密度、材料组成、含水量、示踪剂含量、超声波或光的吸收率/反射率和类似的性质。可借助算法来自动实现对真实对象的部分的表示的分割任务，这涉及了在图像中分割具有相同或类似的性质的区域并且构建相关分组。尤其在医学成像中，期望在成像过程或图像处理期间自动完成对不同形式组织(诸如脂肪、肌肉和骨骼)的分割、以及对相关区域(例如，骨骼或器官)的识别。具体地是在颌面外科手术和牙科治疗方面，用于在颞下颌关节处将髁头与颅底(更具体地是窝)自动分离的算法将会是非常有用的。在医学图像处理中，使用相关技术促成对图像中的表示某些部分或结构(诸如器官、骨骼、关节或相应地它们的部分)的区域的自动识别。这些区域称为感兴趣区域(ROI)。相关技术使用与图像数据匹配的结构模板，以便定位ROI。为此目的，利用互相关或归一化互相关计算相似性度量，相似性度量表示模板与图像数据中的不同区域之间的相关等级(或相似性)。选择具有最佳相似性度量的区域用于进一步的图像处理步骤。此类相关技术是本领域众所周知的。为了评估图像中包含的信息，必须明确区分图像中示出的不同部分和/或对象。在从图像数据得到的图像中，对象的一些部分或对象本身可能看起来是整体地连接的，但是在现实中没有这种连接。这种错误融合可以在数据捕获、图像重建和/或图像处理步骤期间出现。对此类融合元素的分割在当前图像处理系统中难自动化，并且因此经常需要用户手动勾绘。手动分割对象或其部分可能非常困难，当后者较小并且两者之间间隙较窄时。另外，在三维中，用户视角典型地被其他对象或部分遮挡。因此，用户可以选择错误线和表面。另外，手动分割是费力的，并且可能非常耗时，因此导致成本较高。下颌骨(即，下颚)是通过两个颞下颌关节(TMJ)连接到颅底的骨性结构，位于左髁和右髁的顶部。这些关节允许下颌骨移动，例如，为了咀嚼。由于它们在计算断层摄影(CT)图像中的密度低，因此它们在髁和窝的更密质的骨骼之间限定3D通道。使用手术计划软件的颌面外科医生应当能够虚拟地将患者的下颌骨重新定位，以便获得更好闭塞或模拟实际下颚关节。为此，需要分离虚拟表面对象：一个表示下颌骨，而另一个表示颅骨其余部分。具体来说，下颌骨的顶端处的髁的表面表示必须完全地与颅底分离。目前，这不是通常的情况，因为在TMJ区域中的灰度值由于各种原因而可能会相当模糊。当一些TMJ体素具有大于等值阈值(其由用户选择用于标记从DICOM图像数据产生的图像中的可见表面)的灰度值时，表面就被连接起来。有限的扫描仪准确度、噪声、患者运动和/或局部容积效应(PVE)是最常见的原因。当CT扫描仪射束由一起出现在体素中的两种不同类型组织非线性地衰减时，发生PVE。条纹伪像可通过在通道内引入杂散大灰度值来引起虚拟通道阻塞。非标准患者解剖或TMJ缺陷(如局部强直或关节吸收)甚至可能导致关节与窝之间的物理接触。因此，由TMJ限定的低密度通道被部分地阻挡，并且虚拟表面模型将被连接。应当理解，这妨碍了外科医生虚拟地将下颌骨重新定位。
技术实现思路
对于颌面外科手术和牙科治疗，检测关节通道的勾绘或指示。随后使用通道来将整体地连接的下颌骨和颅骨基面彼此分离。这允许了外科医生经由颞下颌关节虚拟地使连接到彼此的元素移动。如上提及，手动地将髁表面分离或勾绘其轮廓是繁琐、费力、重复且耗时的过程。由于a)3D关节的物理性质和b)髁与窝之间的通道是狭窄的，因此也难以可视化切割/勾绘区域。通过一种根据权利要求1的方法、一种根据权利要求12的计算机程序产品、一种根据权利要求13的承载计算机程序产品的可读介质、一种根据权利要求14的被设置为执行计算机程序产品的设备和一种根据权利要求15的医疗系统，本专利技术解决了以上问题。本专利技术的有利且优选的特征以及进一步的发展是从属权利要求的主题。根据本专利技术，提供一种从包括多个像素或体素的图像数据识别人或动物身体的至少两个对象(例如组织，特别是骨骼)之间的通道的计算机实现的方法，所述方法包括循环，优选地是若干循环，循环包括以下步骤。计算图像数据的像素或体素的图像梯度，并且对它们的取向进行分析。对于每个像素或每个体素，如果相邻图像梯度中的至少两个指向相反方向，则梯度之间的像素或体素被确定为通道的一部分。在此，通道由其周围的对象的边缘限定。通道可以位于所述图像的背景中。在本专利技术的一个实施方案中，提供一种从包括多个像素或体素的图像数据识别“通道”的计算机实现的方法，通道例如是在至少两个对象之间的、或是对象的部分之间的图像区域，所述方法包括循环，优选地是若干循环，循环包括以下步骤：计算图像数据的像素或体素的图像梯度，以及分析图像梯度的取向，其中，如果图像梯度中的至少两个指向彼此相反方向，则在相反图像梯度之间的像素或体素定位通道，所述方法还包括：识别在通道体中形成孔的像素或体素，所述像素或所述体素使得通道的每一侧上的所述对象或对象的部分将被连接起来，闭合通道体，使用已闭合的通道体切穿连接，从而使得通道的任一侧上的所述对象或对象的所述部分断开连接，并且获得分离对象或对象的分离部分。优选地，选择图像数据的一部分。所述部分包含对象中的至少两个的至少一部分的图像数据(ROI)。优选地，计算图像数据的所选部分的像素或体素的图像梯度，并且对它们的取向进行分析。在这种情况下，对于每个像素或每个体素，如果相邻图像梯度中的至少两个指向相反方向，则将图像数据的所选部分确定为包含限定通道的对象的边缘。优选地，随后使用通道分割通道的任一侧上的对象，例如，通过进一步地包括生成被通道分离的对应对象的表面。本专利技术人已经发现，当图像中的梯度矢量相反时，它们指示可用于识别对象之间的通道的对象(的部分)之间的边缘的存在。常规地，识别对象而非通道。根据本专利技术，识别的是通道，并且基于这个通道实行对象的分离/分割。本专利技术的方法允许使用计算机基于从例如计算断层摄影或类似的来源获得的图像数据在医学图像中对紧密地定位的部分、具体地是颞下颌关节的部分进行分割。具体来说，关于颌面外科手术，“分离”、“分割”或“划分”由关节连接的骨骼表面基于本专利技术而自动行进。因此，在一方面，避免繁琐任务、以及人在医疗中不精确或不正确的分割风险。另一方面，图像分析在更短时间内完成，并且因此可以减少图像分析成本。在本上下文中，“对象”应理解为由表面(或等效地，边缘)界定的图像中的对象。这个表面可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机实现的方法，用于从包括多个像素或体素的图像数据识别“通道”，所述通道例如是在至少两个对象之间的、或是对象的部分之间的图像区域，所述方法包括循环，所述循环包括以下步骤：计算所述图像数据的所述像素或所述体素的图像梯度，以及分析所述图像梯度的取向，其中，如果所述图像梯度中的至少两个指向彼此相反方向，则在所述相反图像梯度之间的所述像素或所述体素定位所述通道，所述方法还包括：识别在通道体中形成孔的像素或体素，所述像素或所述体素使得所述通道的每一侧上的所述对象或对象的所述部分相连接，闭合所述通道体，使用所述已闭合的通道体切穿所述连接，从而使得所述通道任一侧上的所述对象或对象的所述部分断开连接，并且获得分离对象或分离对象部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.19 EP 15159963.61.一种计算机实现的方法，用于从包括多个像素或体素的图像数据识别“通道”，所述通道例如是在至少两个对象之间的、或是对象的部分之间的图像区域，所述方法包括循环，所述循环包括以下步骤：计算所述图像数据的所述像素或所述体素的图像梯度，以及分析所述图像梯度的取向，其中，如果所述图像梯度中的至少两个指向彼此相反方向，则在所述相反图像梯度之间的所述像素或所述体素定位所述通道，所述方法还包括：识别在通道体中形成孔的像素或体素，所述像素或所述体素使得所述通道的每一侧上的所述对象或对象的所述部分相连接，闭合所述通道体，使用所述已闭合的通道体切穿所述连接，从而使得所述通道任一侧上的所述对象或对象的所述部分断开连接，并且获得分离对象或分离对象部分。2.如权利要求1所述的方法，其中所述对象是人或动物身体的组织对象，具体地是骨骼对象。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中图像数据的一部分被选择为使得所述部分包含所述至少两个对象的至少一部分的图像数据。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括生成被所述通道分离的对应对象的表面。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述图像梯度与色值强度差异相关，所述色值强度具体地是灰度值强度、亨氏标度值或射频信号强度值。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·范利普特，
申请(专利权)人：诺贝尔生物服务公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH