提供自动三维损害分割和测量的系统及方法技术方案

提供用于三维医疗成像应用中诸如结肠息肉、动脉瘤或肺小结之类的异常解剖结构的自动三维分割的系统及方法。例如，用于三维损害分割的系统及方法实现基于质心的坐标变换（例如球面变换、椭圆变换等），以便将损害的三维表面从原始体积空间变换到例如球面或椭圆坐标空间，然后对变换后的损害表面进行内插，从而允许精确地确定损害与周围正常结构之间的边界。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2003年3月11日提交的序号为60/453573的美国临时申请的优先权，通过引用将其完整地结合到本文中。 专利技术的
一般来说，本专利技术涉及三维(3D)医疗图像呈现和可视化的系统及方法。更具体来说，本专利技术涉及用于提供诸如结肠息肉、动脉瘤或肺小结之类的异常解剖结构(损害)的自动三维分割的医疗成像系统及方法，以及用于获取对于识别和分类有用的所分割损害的精确尺寸测量及其它描述特征的方法。背景在医疗成像领域中，诸如结肠息肉、动脉瘤或肺小结之类的异常解剖结构(损害)的分割因这类损害的极为可变的形状、纹理、密度和尺寸以及它们附着在周围正常结构上而成为棘手的问题。例如，结肠息肉分割的问题很难考虑结肠壁的复杂形状，其中突出的或增厚的结肠袋皱襞和残留粪便往往类似息肉的形状和密度。已经提出各种方法在医疗成像系统中提供损害的自动分割。例如，已经提出以前公布的自动结肠息肉分割方法，它们采用利用三维形状特征、二维息肉分割技术或可变形模型的表面分割。更明确地说，例如，在H.Yoshida等人的标题为“基于体积特征在CT结肠图像中结肠息肉的计算机化检测初步研究”(Radiology 2002，222327-336)的论文中公开了一种采用利用三维形状特征的表面分割的息肉分割方法。这个参考文献公开了一种息肉候选检测方案，它通过提取具有特定形状特征的结肠表面上的空间连接体素来采用息肉分割。条件形态扩张用作后续步骤。此外，例如，在S.Gktürk等人的标题为“在CT结肠图像中息肉的计算机辅助检测的统计三维模式处理方法”(IEEE Trans.Med.Image.，vol.20(12)，第1251-60页，2001年12月)的参考文献中公开了一种二维息肉分割方法。这个参考文献描述一种二维息肉分割技术，它应用于对息肉候选者周围的子体积切片的垂直平面的若干三元组。分割旨在查找包含候选息肉的最佳方形窗口。二次曲线和直线拟合算法用来查找子窗口内的息肉状结构。应用于从轴向切片提取的子图像或者应用于对息肉候选者周围的子体积进行切片的垂直平面三元组的二维息肉分割的缺陷在于，没有考虑三维连通性信息。在H.Yoshida等人的标题为“基于体积特征在CT结肠图像中结肠息肉的计算机化检测初步研究”(Radiology 2002，222327-336)的参考文献中公开了另一种采用三维形状特征的结肠息肉分割过程。这个参考文献描述了一种三维息肉表面提取方法，它实现仅对息肉表面顶点的分割。但是，采用二维息肉分割或三维息肉表面分割的上述分割方法不适合连续损害的提取，也不适合获取表征整个损害体积的密度、纹理和形状的精确三维测量和描述特征。另一种息肉分割由J.Yao等人在“基于知识指导的可变形模型在CT结肠图像中结肠息肉的自动分割和检测”(Medical Imaging 2003，SPIE，vol.5031-41，in press)中提出。Yao等人提出一种基于模糊c-均值聚类和可变形模型的组合的自动息肉分割方法。模糊隶属函数的梯度用作像力，将籽周围的可变形表面驱动到息肉边界。这个方法首先考虑强度变化，因此在结肠的肠道(loop)接触而它们之间没有可视边界或强度变化时可能具有误导的分割结果。在这类情况下，受关注体积可能包含由组织分隔的两个结肠腔或者其中一个包含息肉的两个结肠壁，以及其中息肉之下的表面属于另一个肠道。所提出的方法可能将息肉之下的表面误认为是息肉表面的一部分，它可能导致提取比实际息肉尺寸更大的体积。专利技术概述本专利技术的示范实施例一般包括三维医疗成像系统及方法，它们提供诸如结肠息肉、动脉瘤或肺小结之类的异常解剖结构(损害)的自动三维分割，以及获取可用于识别和分类的三维分割损害的精确尺寸测量及其它描述特征。更具体来说，本专利技术的示范实施例一般包括用于提供精确三维损害分割的系统及方法，其中利用基于质心的坐标变换(例如球面变换、椭圆变换等)将损害的三维表面从原始体积空间变换到例如球面或椭圆坐标空间，然后对变换后的损害表面内插，从而允许精确地确定损害与周围正常结构之间的边界。在本专利技术的一个示范实施例中，一种自动3D(三维)损害分割方法包括在第一坐标空间中确定图像数据集中的损害的三维表面；利用第一坐标空间中损害的质心来执行三维表面的质心变换，从而在第二坐标空间中产生三维表面的变换表面表示；处理变换表面表示以确定将损害与周围正常结构分隔的损害表面；以及将第二坐标空间中的损害表面重新变换到第一坐标空间，从而从图像数据集中分割损害。在本专利技术的另一个示范实施例中，一种自动3D(三维)损害分割方法包括在原始三维体积空间中确定损害的三维表面；将损害的三维表面变换到球面坐标空间；在球面坐标空间中处理三维表面以确定球面坐标空间中的损害表面，它将损害与周围正常结构分开；将球面坐标空间中的损害表面变换到原始三维体积空间；以及利用所变换损害表面从原始三维体积空间中提取与损害对应的体积。通过以下结合附图对示范实施例的详细说明，本专利技术的这些和其它示范实施例、特征及优点将被描述或变得明显。附图概述附图说明图1是流程图，说明根据本专利技术的一个示范实施例的自动三维损害分割方法。图2是流程图，说明根据本专利技术的一个示范实施例、用于确定三维边缘图像的方法，它可按照图1的方法来实现。图3是流程图，说明根据本专利技术的一个示范实施例、用于执行三维边缘图像的球面坐标变换的方法，它可按照图1的方法来实现。图4是根据本专利技术的一个示范实施例、用于处理球面坐标空间中的边缘图像数据以提取受关注体积的方法的流程图，它可按照图1的方法来实现。图5是根据本专利技术的一个示范实施例、用于执行从球面坐标空间的逆变换以便从原始三维图像数据中提取受关注体积的方法的流程图，它可按照图1的方法来实现。图6是根据本专利技术的一个示范实施例、用于确定不是损害表面的一部分的错误表面以防止损害体积的过度分割的方法的流程图，它可按照图1的方法来实现。图7A-7E是示意图，示意说明根据本专利技术的一个示范实施例的边缘检测方法。图8A和图8B是示意图，示意说明根据本专利技术的一个示范实施例的球面坐标变换方法。图9A和图9B是示意图，示意说明根据本专利技术的一个示范实施例的归一化方法。图10A和图10B是示意图，示意说明根据本专利技术的一个示范实施例、用于扩展球面坐标空间中的图像以便于损害表面内插的方法。图11A和图11B是示范示意图，说明一个可能因不是损害表面的一部分的错误表面的检测而导致息肉过度分割的息肉分割过程。示范实施例的详细说明一般来说，本文所述的本专利技术的示范实施例包括在三维医疗成像应用中诸如结肠息肉、动脉瘤或肺小结之类的异常解剖结构的自动三维分割所用的系统及方法。在本文所述的本专利技术的一个示范实施例中，用于三维损害分割的系统及方法实现用于三维边缘图像的球面坐标变换以及随后的损害表面的内插的自动方法，它允许对受关注损害与周围正常解剖组织和结构之间边界的精确确定。此外，根据本专利技术的示范系统及方法提供用于自动测量三维分割损害的各种尺寸和特征的方法，可实现它们以用于基于所提取损害体积的识别或自动分类。具体来说，根据本专利技术的系统及方法可帮助用户(放射科医生)自动获取精确的损害尺寸测量，区分损害与诸如健康组织、残余粪便或条纹伪像之类的其它解剖结构。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自动三维损害分割的方法，包括以下步骤：确定原始三维体积空间中的损害的三维表面；将所述损害的三维表面变换到球面坐标空间；处理所述球面坐标空间中的三维表面，以便确定所述球面坐标空间中的将所述损害与周围正常结构分开 的损害表面；将所述球面坐标空间中的所述损害表面变换到所述原始三维体积空间；以及采用所述变换的损害表面从所述原始三维体积空间中提取与所述损害对应的体积。

【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：A耶雷布科，A克里什南，L博戈尼，
申请(专利权)人：美国西门子医疗解决公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]