分割多维数据集中结构的方法、设备和计算机程序技术

本发明专利技术的设备（２０）包括优选从适当数据采集单元（３０）访问和接收任何形式多维数据集的输入端（２２）。该设备（２０）还包括处理器（２４），其设置为从输入端（２２）装载多维数据集并采用本发明专利技术的分割方法以多尺度形态过滤器分割结构。后备存储器（２８）可用于在未被处理时储存多维数据集（或者其一部分），以及用于储存图像分割算法的结果。主存储器（２６）通常保存正在处理的多维数据集（部分）以及编码和参考操作的结果。设备（２０）优选还包括编码器（２５），其设置为采用图形装置对结构维度的确定值编码。此设备还包括定序器（２７），其设置为从结构元素的预定义集合（未示出）选择结构元素并连续启动处理器（２４）以对数据集应用多尺度形态滤波。优选地，可由优选储存在存储器（２８）中的计算机程序（２３）操作编码器（２５）、定序器（２７）和处理器（２４）。此设备还包括逻辑单元（２１），其设置为基于亚分割的适当组合产生结构的最终分割。优选地，输出端（２９）包括分割结构特别是脉管的覆盖了直径编码值的图像，所述图像储存在适当的文件中。为此，此设备（２０）包括图形单元（７０），其设置为以可在适当显示器（３２）上可视化的编码，特别是彩色编码覆盖分割结构的图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种分割(segment)多维数据集中结构的方法，从而将具有结构元素的形态滤波器(morphological filter)应用于所述数据集。本专利技术还涉及一种使得能够分割多维数据集中结构的设备，所述设备包括-访问多维数据集的输入端；-处理器，设置为采用具有结构元素的形态滤波器分割多维数据集，以获得同结构元素维度和多维数据集像素亮度分布之间的对比一致的结构。本专利技术还涉及一种计算机程序。从Yung-Nien Sun等人‘The Computer Image Analysis for the 2-DCoronary Arteriograms’，IEEE TENCON‘93/Beijing，p.978-982中可知第一段中所列举方法的实施例。在此已知的方法中公开了一种分割方法，其设置为沿着与脉管方向垂直的方向采用固有的分布。从而为检测脉管造影照片的动脉段，采用具有形状与脉管灰度分布相似的结构元素的形态学算子。因此，获得电影脉搏描记图的冠状动脉轮廓。为了分割多维数据集中的结构，此已知方法采用了多个复杂的计算步骤。首先，为降低从多维数据集获得的图像背景中偏差的影响，应用了具有结构元素的形态算子，其尺寸由图像中所有脉管的最大直径决定。从原始图像减去作为背景图像的合成图像。其次，由二值滤波器处理减去背景的图像，随后对此图像加以二进制闭和开算子。接下来，进行有条件的扩张以补偿对宽度小于所应用的结构元素宽度的脉管的错误去除。最后，为获得完整的冠状动脉脉搏描记图树结构并成功跟踪所有的动脉段，在已知方法中确定每个分歧点或者端点的方向矢量氏很重要的。该已知方法的缺点在于为获得分割结构特别是从适当数据集分割脉管，必须应用复杂的图像分割序列，而这一点需要较多计算资源并且耗费时间。本专利技术的一个目标在于提供一种采用精确而又快捷简单的装置分割多维数据集中结构的方法。为此根据本专利技术的方法包括下面步骤-对形态滤波器采用包括具有各自不同维度的结构元素集合的多尺度形态滤波器(multi-scale morphological filter)；-通过从所述集合中连续选择不同维度的结构元素而对数据集应用该多尺度形态滤波器；-基于所选择结构元素和多维数据集中像素亮度分布之间的比较亚分割(sub-segment)此结构；-基于所述亚分割的组合分割此结构。本专利技术的技术手段基于下面的判断通过采用多尺度形态滤波器，特别是通过连续应用元素尺寸增加的所述滤波器，获得此结构亚分割的分层结构，然后容易对亚分割进行组合以产生分割的结构。根据本专利技术的方法检测形态元素在哪里适合初始数据集的亮度分布(intensitylandscape)。首先，根据本专利技术的方法输送此结构的，特别是脉管树中脉管的，分段。其次，因为关于沿着分割结构的局部维度的信息与形态滤波器所采用结构元素直接相关，所以可获得该信息。此最后特征产生另一个优点，即在支管分裂并向四周变薄的地方特别支持分割脉管树中的脉管。对于多尺度形态滤波器，此分割固有地包含沿脉管的尺寸信息。附图说明图1示意性描述了特定尺寸结构元素对数据集的作用。根据本专利技术的方法，为获得多维数据集中准确的结构分割，连续应用形态滤波器并且每次选择一个不同维度的结构元素就足够了。注意到可能应用尺寸连续增加或者尺寸连续减小的结构元素。在前一种情况下产生多尺度分割，从而最小的结构元素分割所有的脉管直到精密级而最大的结构元素只留下对应其尺寸的脉管。当对这样的分割进行体绘制操作时，在一些情况下大脉管可能隐藏在小脉管分类后。为避免这一点可采用从大脉管变为小元素分段的区域。无论如何，根据本专利技术的多尺度形态滤波器被证明操作快捷且易于施行。在根据本专利技术的方法的一个实施例中，选取结构元素各自的维度以使得能够检测边缘像素。此技术手段基于下面的判断图像中出现部分体积效应，同时产生所谓的边缘像素。如果应用结构元素，例如如图1中3所示，可过滤出这些像素。因此优选通过例如定义结构元素领先前部(leading frong)和拖尾前部(trailing frong)中的肋腹(flank)而选择结构元素维度以使得能够进行边缘像素检测。在根据本专利技术的方法的另一个实施例中，此结构包括脉管，从而根据脉管横截面中的变化选择结构元素各自的维度。此技术手段基于下面的判断通过根据所考虑脉管中横截面维度的比例定义结构元素的形状和尺寸，可以有利地为向周围变得越来越小的脉管定制形态滤波器。在根据本专利技术方法的另一个实施例中，此方法还包括下面的步骤-访问提供此结构的多维数据集分割的结果；-确定该结构的预定义特征的值；-根据预先选择的准则采用图形装置编码该预定义特征的值；-将该预定义特征的编码值映射(map)到该结构。此技术手段基于下面的判断可将自动三维脉管树分割步骤的结果自动地用于确定脉管的适当特征，特别是脉管的半径、直径或者其它维度，或者脉管的环形性。优选地，预定义特征为基本上与管状结构纵向垂直方向上的管状结构维度。如前面所述，应用多尺度形态滤波器固有地将导致产生分割结构局部维度的尺度。因此，获得局部维度的真实值并随后为可视化目的采用，而与以后的可视化视图无关，从而避免部分投影所引起的误判。这样，即使真正大的脉管在选择的横截面图像中显得很小，例如因为此层仅仅接触脉管边缘，由于初始编码了其真实维度，此位置的真实维度将被编码并且显示在作为结果产生的图像中。必须理解，术语“映射(mapping)”定义为将分割目标各自的坐标与编码值的映象(map)相关联的过程。由于此映射，任何随意的投影将伴随着编码值的正确映象，这将总是以真实尺寸显示。本专利技术的方法保存初始的像素值，从而彩色编码是编码操作的优选实施例。然而，可采用其它图形编码，如阴影、影线、下面划线等等。可以以绝对值编码，或者将其表示为最大检测值的百分比。尺寸编码颜色覆盖反映了三维脉管尺寸，而非与两维剖面对应的任意尺寸。在本专利技术另一个实施例中，在显示器上再现分割结构的图像，所述图像以所述编码的结果覆盖。发现本专利技术的方法惊人地适合应用于栓塞物检测，从而相对于基于多个两维层的人工检测大大改进了检测特性。在末梢方向上解剖粗到细脉管的结构优选反映在色彩分布中，人工观测者可快速察觉到这一点。而且最小化了不同人工观测者之间的变化。根据本专利技术的设备包括-访问多维数据集的输入端；-处理器，设置为采用具有结构元素的形态滤波器分割多维数据集，以获得同结构元素维度和多维数据集像素亮度分布之间的对比一致的结构；-定序器，设置为从具有各自维度的结构元素的预定义集合中选择结构元素，并连续启动处理器以将具有选择结构元素的形态滤波器用于多维数据集以产生各自的亚分割；-逻辑单元，设置为通过组合所述亚分割的结果获得分割结构。本专利技术的设备适合于执行序言中所列举的方法。本专利技术的设备运行可靠，从而计算时间与预定义集合中的结构元素数量成线性关系。在本专利技术设备的一个实施例中，结构元素各自的维度可在维度的预定尺度内定义。发现预先定义要在多尺度形态滤波器中使用的结构元素的维度尺度特别有利。优选地，对应于被分析结构尺寸的变化选择预定义尺度，特别是组成脉管树的脉管的直径中的变化。在本专利技术设备的另一个实施例中，从而分割结构包括管状结构，此设备还包括设置为根据预定准则使用图形装置在与该结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分割多维数据集中结构的方法，借此将具有结构元素的形态滤波器应用于所述数据集，所述方法包括下面的步骤：－对形态滤波器采用包括具有各自不同维度的结构元素的集合的多尺度形态滤波器；－通过从所述集合中连续选择不同维度的结构元素而 对所述数据集应用多尺度形态滤波器；－基于所选择结构元素和多维数据集中像素亮度分布之间的比较亚分割所述结构；－基于所述亚分割的组合分割所述结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ奎斯特，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]