谱CT中的骨和硬斑块分割制造技术

本发明专利技术涉及一种图像处理设备(10)，其包括数据输入部(11)，所述数据输入部用于接收被组织在体素中的谱计算机断层摄影体积图像数据，包括针对每个体素的多谱信息。所述设备还包括钙表面特征分析器(12)，所述钙表面特征分析器用于针对每个体素基于所述多谱信息来估计指示体素周围的局部邻域对应于钙表面结构的最大概率的第一值和指示钙结构表面的取向的第二值。所述设备还包括概率处理器(13)，所述概率处理器用于在至少考虑第一值和第二值和多谱信息的情况下计算概率图，所述概率图指示对于每个体素而言所述体素表示骨或硬斑块结构的概率。所述设备还包括分割单元(14)，所述分割单元用于基于概率图来分割体积图像数据中的骨和/或硬斑块结构。

\u8c31CT\u4e2d\u7684\u9aa8\u548c\u786c\u6591\u5757\u5206\u5272

The invention relates to an image processing device (10), which comprises a data input unit (11) for receiving spectral computed tomography volume image data organized in voxels, including multispectral information for each voxel. The device also includes a calcium surface characteristic analyzer (12), which is used to estimate the first value of the maximum probability of the local neighborhood around the indicator voxel corresponding to the calcium surface structure and the second value of the orientation of the calcium surface structure based on the multi-spectral information for each voxel. The device also includes a probability processor (13) for calculating probability maps, which indicate the probability that the voxels represent bone or hard plaque structures for each voxel, taking into account at least the first and second values and multispectral information. The device also includes a segmentation unit (14) for segmenting bone and/or hard plaque structures in volume image data based on probability maps.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】谱CT中的骨和硬斑块分割
本专利技术涉及数字图像处理的领域。更具体地，其涉及谱计算机断层摄影(CT)图像数据中的骨和/或硬斑块结构的分割。
技术介绍
在计算机断层摄影(CT)中，可以借助于穿透电离辐射获得揭示研究中的对象的内部结构的图像。这样的图像，例如三维体积图像数据，可以通过对投影图像应用如本领域已知的重建技术来获得，所述投影图像由探测器获得并且对应于穿透电离辐射的源和探测器相对于对象的不同取向，例如对应于通过对象投影辐射的不同方向。重建图像数据可以被组织在体素中，所述体素表示相对于三维坐标系的对象中的不同位置，并且每个体素可以具有与其相关联的值，例如，灰度值，诸如以亨氏单位表达的值，其指示扫描对象在对应于体素的位置处的衰减特性，例如，指示无线电密度，例如相对无线电密度。谱CT是扩展常规CT的功能的成像模态。在谱CT中，可以针对穿透电离辐射的至少两个不同质量确定每个体素值。因此，至少两个不同衰减特性，例如灰度值，可以同时分配到每个像素。穿透电离辐射的不同质量可以例如在平均和/或峰值光子能量中充分地不同，使得不同的衰减特性可以经受可辨别不同光电效应和康普顿效应贡献，使得能够良好地区分对象内的不同材料。谱CT例如用于医学应用中，以用于无创地检查受检者的身体的内部结构。此外，谱CT能够尤其适用于定量成像应用，因为额外的谱信息改进了可以测量的关于被扫描的对象及其材料成分的定量信息。谱CT的医学应用，例如血管分析或创伤应用，通常能够需要图像数据中骨和/或硬斑块结构的分割。例如，骨和/或硬斑块结构的分割可以使得能够从图像中选择性地移除这样的结构，以使得能够更好地查看或者进一步自动地分析图像数据中记录的其他结构，诸如器官、血管或其他感兴趣软组织。如本领域已知的，分割方法可以基于耗时且繁琐的半自动方法，其可以依赖于拓扑背景信息，诸如基于图谱的方法。此外，交互式编辑工具可以用于校正和/或调节这样的半自动流程的结果。然而，本领域已知的用于分割骨和/或硬斑块结构的方法能够具有仅提供有限精度水平的缺点。例如，本领域已知的方法可以主要依赖于简单的密度或梯度算子。这样的方法可以在骨和/或硬斑块分割中提供有限的精度和可靠性，这是由于不同材料具有相似密度范围同时还彼此接近。例如，骨和血管可以位于紧密的空间接近中，并且可以在所采集的CT图像中呈现类似的灰度值，例如，当使用静脉注射的对比剂时。例如，甚至在使用由谱CT图像提供的谱信息增益时，准确且可靠地分割CT图像数据中的骨结构也能够是尤其具有挑战性的，因为骨结构能够具有复杂的结构和异质的材料成分。例如，一些骨和斑块结构，例如骨小梁能够是复杂的结构，其不仅包括钙，而且在很大程度上包括其他材料，例如软组织和脂肪组织。因此，这样的骨或斑块结构的衰减和谱特性能够非常类似于身体中的其他结构，例如，对比增强的器官。此外，尽管与常规CT相比允许获得关于被扫描的对象的构成材料的更多信息，并且因此原则上实现材料的良好区分，但是谱CT图像采集能够具有固有的图像质量问题，诸如增强的噪声。因此，主要基于谱信息的骨分割算法能够递送次优结果。例如，WO2015/083065公开了一种用于在谱图像数据中分割骨的现有技术方法。谱图像数据至少包括对应于第一能量的第一组图像数据和对应于第二不同能量的第二组图像数据。方法包括获得谱图像数据。方法还包括提取针对谱图像数据中的每个体素的一组特征。方法还包括针对每个体素基于所述一组特征确定每个体素表示骨结构的概率。方法还包括基于概率从谱图像数据中提取骨结构。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是在谱CT图像数据中提供骨和/或硬斑块结构的快速、自动、准确、可靠和/或鲁棒的分割。以上目的是通过根据本专利技术的方法和设备实现的。本专利技术的实施例的优点在于，甚至对于非典型的骨和/或硬斑块结构(例如异常骨结构)，可以实现鲁棒、可靠和/或准确的分割。另外的优点在于，可以在不需要拓扑先验知识的情况下实现良好的分割，诸如骨结构的参考图谱。本专利技术的实施例的优点在于，可以实现谱CT体积图像中的骨和/或硬斑块结构的良好分割和/或移除，以实现放射学中的高效工作流程，例如，在血管评价、创伤评价和/或整形外科应用中。本专利技术的实施例的优点在于，骨和/或硬斑块可以被准确地分割，其中，具有相似密度范围并且处于彼此紧密接近中的结构(诸如骨和血管)能够使仅仅基于简单密度和/或梯度算子的常规分割方法复杂。本专利技术的实施例的优点在于，骨可以被准确地分割，而不管复杂的骨结构和骨的异质材料成分。本专利技术的实施例的优点在于，骨可以被准确地分割，而不管具有与身体中的其他结构(诸如对比增强的器官和/或血管)类似的衰减和谱特性。本专利技术的实施例的优点是，谱CT体积图像数据的使用与常规CT相比可以很好地区分被扫描的对象中的构成材料(例如，骨和碘)的良好区分，并且因此还允许良好质量分割。本专利技术的实施例的优点在于，可以克服谱CT固有的图像质量问题，诸如增强的噪声，诸如以通过使用指示形态特征、纹理特征和/或与局部结构有关的其他特征的量度确定骨和/或硬斑块存在的概率来提供良好质量分割，例如，与仅仅基于标量灰度值分布和/或双变量谱CT灰度值分布来确定概率的这样的量度相反。在第一方面中，本专利技术涉及一种图像处理设备，其包括数据输入部，以用于接收被组织在体素中的谱计算机断层摄影体积图像数据，所述体积图像数据包括针对每个体素的多谱信息。所述设备包括钙表面特征分析器，以用于针对体积图像数据的每个体素并且基于所述多谱信息来估计第一值和第二值，所述第一值指示体素周围的局部邻域对应于钙表面结构(例如，钙结构表面)的最大概率，所述第二值指示对应于该最大值的钙表面结构的取向。所述设备还包括概率处理器，以用于在至少考虑第一值、第二值和多谱信息的情况下计算概率图，所述概率图指示对于体积图像数据的每个体素而言所述体素表示骨或硬斑块结构的概率。所述设备还包括分割单元，以用于基于概率图来分割体积图像数据中的骨和/或硬斑块结构。在根据本专利技术的实施例的图像处理设备中，概率处理器和钙表面特征分析器可以适于执行多尺度分析，其中，对于体积图像数据的每个体素而言所述体素表示骨或硬斑块结构的概率是在多个不同尺度处被确定的，并且其中，概率图是通过针对每个体素选择多个不同尺度上的最大概率来确定的。在根据本专利技术的实施例的图像处理设备中，钙表面特征分析器可以适于基于针对谱CT体积图像数据中的每个体素(例如，每个像素)的多谱信息来生成钙图，其中，所述钙图包括针对体积图像数据的每个体素的指示对应的体素位置处的钙含量的值。因此，可以基于该钙图估计第一值和第二值。在根据本专利技术的实施例的图像处理设备中，钙表面特征分析器可以适于针对每个体素将第一值确定为概率的最大值，其中，概率中的每个表示钙图中的体素周围的局部邻域匹配对应的预定表面模板的概率。在根据本专利技术的实施例的图像处理设备中，概率处理器可以适于通过组合指示每个体素周围的谱信息和形态特征的多个概率来确定对于体积图像数据的每个体素而言体素表示骨或硬斑块结构的概率。在根据本专利技术的实施例的图像处理设备中，概率处理器可以适于通过乘法来组合多个概率。在根据本专利技术的实施例的图像处理设备中，概率处理器可以适于分别组合针对多个尺度中的每个尺度的多个概率。在根据本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像处理设备(10)，包括：数据输入部(11)，其用于接收被组织在体素中的谱计算机断层摄影体积图像数据，所述体积图像数据包括针对每个体素的多谱信息；钙表面特征分析器(12)，其用于针对所述体积图像数据的每个体素并且基于所述多谱信息来估计第一值和第二值，所述第一值指示所述体素周围的局部邻域对应于钙表面结构的最大概率，所述第二值指示对应于所述最大值的所述钙表面结构的取向；概率处理器(13)，其用于在至少考虑所述第一值、所述第二值和所述多谱信息的情况下计算概率图，所述概率图指示对于所述体积图像数据的每个体素而言所述体素表示骨结构或硬斑块结构的概率；以及分割单元(14)，其用于基于所述概率图来分割所述体积图像数据中的骨结构和/或硬斑块结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.30 EP 16201419.51.一种图像处理设备(10)，包括：数据输入部(11)，其用于接收被组织在体素中的谱计算机断层摄影体积图像数据，所述体积图像数据包括针对每个体素的多谱信息；钙表面特征分析器(12)，其用于针对所述体积图像数据的每个体素并且基于所述多谱信息来估计第一值和第二值，所述第一值指示所述体素周围的局部邻域对应于钙表面结构的最大概率，所述第二值指示对应于所述最大值的所述钙表面结构的取向；概率处理器(13)，其用于在至少考虑所述第一值、所述第二值和所述多谱信息的情况下计算概率图，所述概率图指示对于所述体积图像数据的每个体素而言所述体素表示骨结构或硬斑块结构的概率；以及分割单元(14)，其用于基于所述概率图来分割所述体积图像数据中的骨结构和/或硬斑块结构。2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述概率处理器(13)和所述钙表面特征分析器(12)适于执行多尺度分析，其中，对于所述体积图像数据的每个体素而言所述体素表示骨结构或硬斑块结构的所述概率是在多个不同尺度处被确定的，并且其中，所述概率图是针对每个体素通过选择所述多个不同尺度上的所述最大概率来确定的。3.根据前述权利要求中的任一项所述的图像处理设备，其中，所述钙表面特征分析器(12)适于基于针对所述体积图像数据中的每个体素的所述多谱信息来生成钙图，其中，所述钙图包括针对所述体积图像数据的每个体素的指示对应的体素位置处的钙含量的值，并且其中，所述第一值和所述第二值是基于所述钙图来估计的。4.根据权利要求3所述的图像处理设备，其中，所述钙表面特征分析器(12)还适于针对每个体素将所述第一值确定为概率的最大值，其中，所述概率中的每个表示所述钙图中的所述体素周围的所述局部邻域匹配对应的预定表面模板的概率。5.根据前述权利要求中的任一项所述的图像处理设备，其中，所述概率处理器(13)适于通过组合指示每个体素周围的谱信息和形态特征的多个概率来确定对于所述体积图像数据的每个体素而言所述体素表示骨结构或硬斑块结构的所述概率。6.根据权利要求5所述的图像处理设备，其中，所述概率处理器(13)适于通过乘法来组合所述多个概率。7.根据还从属于权利要求2的权利要求5或6所述的图像处理设备，其中，所述概率处理器(13)适于分别针对所述多个尺度中的每个尺度组合所述多个概率。8.根据权利要求5至7中的任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·戈申，
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