在图像数据组中分割结构的方法以及图像处理单元技术

本发明专利技术涉及在图像数据组中分割结构的方法以及用于实施该方法的图像处理单元。在本发明专利技术的方法中，首先在图像数据组中执行对结构的第一分割，并且从该第一分割中得到第一分割结果。在该第一分割结果的基础上在该图像数据组中选择一个区域。将第一带设置在距离所选择区域朝向外侧的第一距离ｄ１上。该第一带标记了背景区域。将第二带设置在距离所选择区域朝向内侧的第二距离ｄ２上。该第二带标记了结构区域。在所标记的背景区域以及所标记的结构区域的基础上执行进一步分割，并且显示和／或存储该进一步分割的分割结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在图像数据组中分割结构的方法以及一种用于执 行该方法的图像处理单元。
技术介绍
对解剖结构的分割是对于图像数据(特别是医学图像数据)的分析的一个重要的部分。重要的例子有对外科干预的规划，器官的体积测量的 检查，对新陈代谢进程的判断，或者器官的统计建模。在此，关于三维(3D)结构的图像信息，通常是按照诸如计算机断层 造影仪(CT)或磁共振断层造影仪(MRT)的成像模态的二维(2D)扫描 层的序列出现。因此，通常必须首先分割出在各个扫描层中的所希望的结 构，然后才可以将其综合为3D结构。不过，也已经存在用于对3D结构直 接地分割的分割算法。按照目前的技术水平几乎不能实现对于医学图像数据的全自动的分 割。因此无法避免的是，在分割期间用户必须能够独立地进行干预。根据 所采用的分割算法的不同，用户按照不同的方式干预分割，以便按照所希 望的方式来控制结果。存在不同的用于交互分割的算法。在此，除了别的之外可以区分两个 不同的主要组基于轮廓的分割算法以及基于区域的分割算法。作为示例 性的基于轮廓的分割算法，在此短暂地说明所谓的Livewire方法。该方法 已经被确立为从3D数据组中对器官结构定性地高品质交互分割。其特别是 在强烈的图像对比度的条件下是极其可靠的。然而，在弱的图像对比度的 条件下，为了实现可以接受的结果经常需要用户过多的干预。Livewire方法的基本概念如下用户在示出的图像数据组中的结构的 轮廓上(例如借助于光标或鼠标)标记一个起始点，然后将光标移动到在 该图像数据组中的另 一个位置上。Livewire算法计算从起始点至目前光标的 位置的轮廓的变化。为此采用所谓的代价函数，该函数允许计算最佳地满足特定准则的路径，例如沿着该路径的梯度绝对值的改变最小。如果该计 算的路径没有正确地位于结构的轮廓上，则用户可以例如通过对该路径的简单的点击和移动来进行校正地干预。更具体地，例如在W. A. Barret和 E. N. Mortensen ( 1997 )的 "Interactive Live曙AiVire Boundary Extraction", Medical Image Analysis, Vol. 1， No. 4. pp. 331341. CVPR， 99 #107 page 6/7中进行了描述。作为对于基于区域的分割算法的例子，短暂地说明所谓的GraphCut方 法。该方法也已经被确立为定性的高品质的，并且在弱的图像对比度的条 件下也实现了良好的结果。在GraphCut方法中用户标记出位于结构内部的 图像区域以及位于结构外部的图像区域。GraphCut方法也借助于代价函数 计算这些区域之间的最大的不连续性，该代价函数作为准则包括例如在所 标记的区域中的灰度值信息。该最大的不连续性对应于结构的边界。如果 在首次分割之后的结果还不令人满意，则可以标记其它的内部和外部区域， 直到呈现可接受的分割结果。例如在US 2004/0008886A1中给出了对于 GraphCut算法以及有关的代价函数的更具体的描述。借助于这种分割算法，用户逐层地通过给定的3D图像数据组进行操 作，直到分割出整个结构。根据所采用的分割算法以及各自出现的图像对 比度的不同，用户可能经常地被强迫进行干预，这点显著地延长了对3D图 像数据组的处理时间。因此，还存在对于用户友好的分割算法的需求，该分割算法尽可能直 观地并且随着极少的交互作用而允许对结构的迅速分割。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种用于分割的方法，该方 法将所需要的用户与分割方法的交互作用限制到极少的直观的操作步骤 上，这些操作步骤使得可以有效地操作。上述技术问题是通过一种用于在图像数据组中分割结构的方法来解决 的，所述方法具有如下步骤在图像数据组中执行对结构的第一分割；从 该第 一分割中得到第一分割结果；在该第一分割结果的基础上在该图像数 据组中选择一个区域；通过在距离所选择区域朝向外侧的第一距离上设置 第 一带而标记背景区域；通过在距离所选择区域朝向内侧的第二距离上设置第二带而标记结构区域；在所标记的背景区域以及所标记的结构区域的 基础上执行进一步分割；显示和/或存储该进一步分割的分割结果。在该按照本专利技术的方法中，首先在图像数据组中执行对结构的第 一分割并且从中得到第 一分割结果。该分割结果可以要么是在2D层中的等轮廓 (Isokontur)、即一重多样性(l-Mannigfaltigkeit),要么是在3D数据组中 的等面积(Isoflache)、即双重多样性(2-MannigfaMgkeit )。下面将独立于 维数地描述该方法。在所获得的第 一分割结果的基础上在该图像数据组中选择一个区域。 将第一带设置在距离所选择区域朝向外侧的第一距离dl上。该第一带标记 了背景区域。在此，根据维数不同，带被分别理解为平行的等轮廓(表示一重多样 性)或者等面积(表示双重多样性)。将第二带设置在距离所选择区域朝向内侧的第二距离d2上。该第二带标记了结构区域。在所标记的背景区域以及所标记的结构区域的基础上执 行进一步分割，并且显示和/或存储该进一步分割的分割结果。也就是说， 概念"内侧"或者"外侧"表示待分割的结构的"内部"或者"外部"。带的设置由分割程序在距离dl和d2以及第一带和第二带的带宽的基 础上自动地实现，对应于图像数据组的情况预先给定这些距离以及带宽。 通常，根据分辨率和图像情况的不同，带的宽度介于l和20像素或更多之 间。距离是根据情形所选择的。通常，距离同样为数个像素、例如3至5 个像素。按照本专利技术的方法使得极大地简化了对结构的分割，并且减小所需要 的用户的交互作用的数量，因为自动地对进一步分割进行初始化。该进一 步分割完成了分割。可以具有优势地将按照本专利技术的方法用在对3D图像数据组分割的不 同情形中。一方面，在对3D图像数据组的逐层分割中是具有优势的。在此，将在 3D图像数据组的第一层中的第一分割的分割结果，投影到该3D图像数据 组的与该第一层相邻的第二层上。该投影选择了在该第二层中的一个区域， 以便或者将带置于其中。通过在与该第 一层相邻的第二层中对背景区域以及结构区域的自动标记，可以在该第二层中例如利用GraphCut方法迅速地并且在几乎没有进一 步的用户交互作用的条件下执行分割。因此，可以在较短的时间内进行逐 层的分割。在下面的描述中将该做法称为"条带方法(Ribbon Method )，，。另一方面，可以按照简单的方式改善从多个层的分割结果中综合的3D 图像结构的表面。为此，作为第一分割结果，将从逐层分割的分割结果中 综合的3D结构的表面，视为双重多样性的(zweimannigfaltig )表面并且选 择为这样的区域，以便或者按照上面说明的方式将第一带和第二带置于其 中。通过该方法初始化的分割(例如GraphCut方法)，提供了在3D结构的 "内侧"和"外侧"之间的最大不连续性，并且因此提供了一种被校正和 平滑的表面。在下面的描述中将该做法称为"3D条带方法(RibbonMethod 3D)，，。此外，本专利技术的技术问题还是通过一种图像处理单元来解决的，该图 像处理单元包括输入单元，用于输入命令；显示单元，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在图像数据组中分割结构的方法，所述方法具有如下步骤：　－在图像数据组中执行对结构的第一分割，　－从该第一分割中得到第一分割结果，　－在该第一分割结果的基础上在该图像数据组中选择一个区域，　－通过在距离所选择区域朝向外侧的第一距离ｄ１，Ｄ１上设置第一带而标记背景区域，　－通过在距离所选择区域朝向内侧的第二距离ｄ２，Ｄ２上设置第二带而标记结构区域，　－在所标记的背景区域以及所标记的结构区域的基础上执行进一步分割，　－显示和／或存储该进一步分割的分割结果。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马赛厄斯芬切尔，安德烈亚斯希林，斯蒂芬塞森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]