用于心脏运动校正的心脏分割方法技术

一种机器学习引导的图像分割处理由电子处理器(10)执行。执行图像分割(22)以生成所述医学图像中的解剖结构的初始分割表示(50)。将几何形状的参数拟合(52)到医学图像中的解剖结构，以产生初始拟合形状参数(54)。使用对所述初始拟合形状参数和所述解剖结构的所述初始分割表示进行操作的至少一个分类器(60)，为所述医学图像中的所述解剖结构分配分类。通过包括使用分类作为先验知识重复(70)所述图像分割的操作，生成所述医学图像中的所述解剖结构的最终分割表示(72)。在说明性实施例中，所述解剖结构是心脏并且所述几何形状是椭球体。

Heart Segmentation Method for Cardiac Motion Correction

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于心脏运动校正的心脏分割方法
以下总体涉及图像重建领域、医学成像领域、放射学工作站领域和相关领域。
技术介绍
功能性临床成像中的心脏分割是一个有挑战性的问题。准确的心脏分割有助于准确定量医学图像分析，并为诊断、处置监测或其他目的绘制准确的临床发现。通过心脏分割确定的心脏边界也用于心脏运动校正。在典型的心脏PET成像场景中，放射性示踪剂被施用到患者的血流中，然后由心脏组织吸收，尤其是向主动脉和身体血管系统提供心输出量的左心室的壁，以及右心室和主动脉腔的壁。可以使用各种自动心脏分割算法来分割心脏壁。在典型的分割方法中，可变形网格模型被迭代地拟合到解剖学边缘(例如，由大的图像梯度定义)。为了提高准确性，可以通过解剖学约束来约束迭代的拟合，例如，可以应用心脏体积掩模来将网格限制到预期的心脏区域。然而，在实践中，自动心脏分割有时对于特定患者是失败的，并且需要技术人员或放射科医师的人工干预来准确地对该患者的PET图像中的心脏边界进行轮廓绘制。临床上，心脏PET图像提供关于摄入到各种心脏组织的效力的功能信息。举例来说，来自腔室壁或其他特征的低的或不存在的放射性示踪剂信号(即，低摄取)通常表示受损或坏死的组织——因此PET图像中的这样的异常特征与准确的心脏PET诊断特别相关。虽然参考PET图像的心脏分割进行了描述，但是本文公开的改进还将应用于其他解剖结构和/或通过其他医学成像模态采集的图像(例如磁共振(MR)成像，透射计算机断层摄影(CT)成像，单光子发射计算机断层摄影(SPECT)成像等)的分割。以下公开了解决上述问题和其他问题的新的且改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，一种图像处理设备包括电子处理器和存储有指令的至少一种非瞬态存储介质，所述指令可由电子处理器读取和运行以对医学图像执行图像分割处理。所述图像分割处理包括：执行图像分割以生成所述医学图像中的解剖结构的初始分割表示；将几何形状的参数拟合到所述医学图像中的所述解剖结构，以产生初始拟合形状参数；使用对所述初始拟合形状参数和所述解剖结构的所述初始分割表示进行操作的至少一个分类器，为所述医学图像中的所述解剖结构分配分类；并且通过包括使用所述分类作为先验知识来重复所述图像分割的操作，生成所述医学图像中的所述解剖结构的最终分割表示。在另一个公开的方面中，一种非瞬态存储介质存储有指令，所述指令可由电子处理器读取和运行以对医学图像中的解剖结构执行图像分割过程，所述医学图像描绘被成像患者中放射性药物的活性。所述图像分割处理包括：将几何形状的参数拟合到所述医学图像中的所述解剖结构，以产生初始拟合形状参数；使用至少对所述初始拟合形状参数进行操作的至少一个分类器为所述医学图像中的所述解剖结构分配分类；并且执行图像分割以生成所述医学图像中的所述解剖结构的分割表示，在执行所述图像分割时，使用所述分类作为先验知识。所述分类是从分类的集合中分配的，所述分类的集合包括至少一个活动泄漏分类和至少一个部分或缺失的活动摄取分类。在一些实施例中，所述解剖结构是心脏，并且所述至少一个活动泄漏分类包括表示进入右心室的活动泄漏的分类，以及表示进入腹部的活动泄漏的分类。在一些实施方案中，所述解剖结构是心脏，并且至少一个部分或缺失的活动摄取分类包括表示进入心尖区域的部分或缺失的活动摄取的分类，表示进入位于心尖与主动脉瓣之间的区域中的部分或缺的失活动摄取的分类，以及表示进入位于心尖与二尖瓣之间的区域的部分或缺失的活动摄取的分类。在另一个公开的方面中，公开了一种图像分割方法。将几何形状的参数拟合到医学图像中的解剖结构，以产生初始拟合形状参数。至少基于拟合的几何形状来将解剖结构分类到一个或多个分类中，所述一个或多个分类包括正常分类和至少一个异常分类的分类方案。并且执行图像分割以生成所述医学图像中的所述解剖结构的分割表示，在执行所述图像分割时，使用所述分类作为先验知识。使用电子处理器适当地执行拟合、分类和图像分割。一个优点在于在解剖学异常的情况下提供改进的自动解剖学分割。另一个优点在于为更广泛的患者提供解剖学特征的自动解剖学分割，特别是那些解剖学特征在图像中表现出异常的患者。另一个优点在于提供一种或多种前述益处，特别是在心脏成像的情况下。另一个优点在于提供一种或多种前述益处，特别是在正电子发射断层摄影(PET)成像的情况下。另一个优点在于提供一种或多种前述益处，特别是在心脏PET成像的情况下。给定实施例可以不提供前述优点，提供前述优点中的一个、两个、更多或全部，和/或可以提供其它优点，对于本领域普通技术人员而言，在阅读和理解了本公开后，这将变得显而易见。附图说明本专利技术可以采取各种部件和各部件的布置以及各种步骤和各步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解释为对本专利技术的限制。图1图解地示出了包括如本文中所公开的改进的心脏分割的说明性成像设备。图2图解地示出了在对比增强的门控正电子发射断层摄影(PET)成像的情况下的自动心脏分割的更详细的实施例，其适当地由图1的成像设备执行。图3图解地示出了适用于图2的自动心脏分割的说明性解剖异常分类方案。图4图解地示出了使用图3的解剖异常分类方案通过图2的自动心脏分割适当地执行的说明性解剖异常分类处理流程。图5图解地示出了用于将在图4的分类过程中拟合的椭球与图3中所示的分类方案的解剖异常类相关联的方法。图6图解地示出了椭球拟合的迭代方法。具体实施方式现有的自动心脏分割方法通常被设计成分割正常心脏，其具有相当规则的椭球形状。这些技术通常适用于正常心脏，但在心脏异常严重的情况下通常会失败。这是有问题的，因为心脏PET扫描通常在患有心脏病等的患者的情况下被预约，并且该群体更可能表现出可导致自动心脏分割失败的类型的显著心脏异常。当发生失败时，花费宝贵的临床医师时间来执行手动轮廓修复或以其他方式手动执行或校正心脏分割。在本文中公开的一些实施例中，采用两阶段形状拟合技术来改善心脏心肌分割。说明性方法开始于基本上任何类型的自动心脏分割，其可能产生或不产生令人满意的结果。在第二、近似“分割”中，将椭球体拟合到心脏。椭球体在本文中被认为是用于利用少量参数来近似拟合心脏的适当几何形状。为了提高效率，椭球拟合过程可以利用来自初始心脏分割的信息，例如质心和/或分割的心脏的方位角和仰角，作为初始参数。从心脏分割(例如，质心)和拟合的椭球(例如长轴的长度，方位角和仰角以及椭球体质心)中提取特征。心脏图像类型分类器接收特征的上述集合并输出相应的心脏图像类型。例如，在本文的说明性实施例中，心脏图像类型包括：正常部分摄取(导致心肌区域变薄)；缺少各种心肌节段的类型；进入右心室的摄取泄漏；以及进入腹部的摄取泄漏。由于这些各种类型不一定是相互排斥的(例如，心脏图像可以表现出缺失的心肌节段和进入腹部的摄取泄漏两者)，因此在一些实施例中，心脏图像类型分类器可以输出两种或更多种图像类型(如果对于给定的心脏图像合适的话)。这些仅仅是说明性的心脏图像类型，并且取决于心脏PET成像应用，放射性示踪剂的选择等，额外的和/或其他图像类型可能是合适的。此外，对于心脏旁边的其他解剖目标，除了椭球体之外的另一种形状模型可能更合适。基于心脏图像类型分类，利用基于图像类型调整的椭球体形状，重复形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像处理设备，包括：电子处理器(10)；以及至少一个非瞬态存储介质，其存储有能够由所述电子处理器读取和运行以对医学图像执行图像分割处理的指令，所述图像分割处理包括：执行图像分割(22)以生成所述医学图像中的解剖结构的初始分割表示(50)；将几何形状的参数拟合(52)到所述医学图像中的所述解剖结构，以产生初始拟合形状参数(54)；使用对所述初始拟合形状参数和所述解剖结构的所述初始分割表示进行操作的至少一个分类器(60)，为所述医学图像中的所述解剖结构分配分类；以及通过包括使用所述分类作为先验知识来重复(70)所述图像分割的操作，生成所述医学图像中的所述解剖结构的最终分割表示(72)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.29 US 62/4271721.一种图像处理设备，包括：电子处理器(10)；以及至少一个非瞬态存储介质，其存储有能够由所述电子处理器读取和运行以对医学图像执行图像分割处理的指令，所述图像分割处理包括：执行图像分割(22)以生成所述医学图像中的解剖结构的初始分割表示(50)；将几何形状的参数拟合(52)到所述医学图像中的所述解剖结构，以产生初始拟合形状参数(54)；使用对所述初始拟合形状参数和所述解剖结构的所述初始分割表示进行操作的至少一个分类器(60)，为所述医学图像中的所述解剖结构分配分类；以及通过包括使用所述分类作为先验知识来重复(70)所述图像分割的操作，生成所述医学图像中的所述解剖结构的最终分割表示(72)。2.根据权利要求1所述的数据处理设备，其中，所述解剖结构是心脏并且所述几何形状是椭球体。3.根据权利要求2所述的数据处理设备，其中，将所述椭球体的参数拟合(52)到所述医学图像中的所述心脏包括拟合椭球体轴长度参数、椭球体角度参数和椭球体质心参数。4.根据权利要求2-3中的任一项所述的图像处理设备，其中，所述分类器(60)对表示所述心脏的特征进行操作，所述特征包括所述椭球体的拟合质心参数，所述椭球体的至少两个拟合轴长度参数，以及所述心脏的所述初始分割表示的质心，以及以下中的至少一项：跨所述心脏在轴向维度上的切片的分割的心肌像素的分布，分割的心肌像素的总数，以及针对分割的心肌的边界框的总范围。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的图像处理设备，其中，所述分类的所述分配包括：使用对应的多个二元分类器为所述医学图像中的所述解剖结构分配多个二元分类值(60)。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的图像处理设备，其中，所述几何形状的参数到所述医学图像中的所述解剖结构的所述拟合(52)包括，在所述拟合之前，基于所述解剖结构的所述初始分割表示来对所述几何形状的至少一个参数进行初始化。7.根据权利要求6所述的数据处理设备，其中，所述初始化包括：将所述几何形状的质心参数初始化为所述解剖结构的所述初始分割表示的质心。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的图像处理设备，其中，生成所述解剖结构的所述最终分割表示(72)包括：基于所述分类来调整(66)所述几何形状的所述拟合参数，以生成经拟合的分类特定的几何形状；其中，对所述图像分割的所述重复(70)使用所述分类特定的几何形状作为掩模(68)。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的图像处理设备，其中，所述医学图像是以下之一：(i)具有飞行时间定位的正电子发射断层摄影(PET)医学图像或(ii)没有飞行时间定位的PET医学图像。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的图像处理设备，其中，所述至少一个非瞬态存储介质存储能够由所述电子处理器读取和运行以执行运动校正处理的指令，所述运动校正处理包括：(i)对医学图像的所述时间序列中的医学图像执行图像分割处理(22、40、42)，以及(ii)针对运动对医学图像的所述时间序列中的所述医学图像进行校正(24、28)，所述运动是根据医学图像的所述时间序列中的所述医学图像中的所述解剖结构的所述最终分割表示来确定的。11.一种存储有指令的非瞬态存储介质，所述指令能够由电子处理器(10)读取和运行以对医学图像中的解剖结构执行图像分割处理，所述医学图像描绘被成像的患者中的放射性药物的活动，所述图像分割过程包括：将几何形状的参数拟合(52)到所述医学图像中的所述解剖结构，以产生初始拟合形状参数(54)；使用至少对所述初始拟合形状参数进行操作的至少一个分类器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·德维韦迪，白传勇，胡志强，
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