利用稳定的射线扩散进行三维医学构造的分割制造技术

提供一种用于从ＣＴ和ＭＲ图像中分割３Ｄ构造的方法。该方法是基于通过带有平滑约束的平均变换分析而进行的３Ｄ射线扩散。射线扩散由于其具有的计算高效性而被用来引导渐进面，形状先验信息也被引入到该方法中以实现稳定收敛。该方法包括以下步骤：接收３Ｄ图像数据（３０２）；在显示装置上显示３Ｄ图像数据（３０４）；通过在构造中放置一个籽源而在３Ｄ图像数据中选择构造（３０６）；从籽源起始多条射线以形成一个面（３０８）；确定多条射线的每条的速度函数（３１０，３１２）；通过以多条射线的每条的速度函数为基础来扩散多条射线而逐渐推进所述面（３１６）；使多条射线收敛于构造的边界上（３１８）；以及当所有的射线已经收敛于构造的边界上时分割出所述构造。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及计算机影象及成像系统，更具体地说，涉及一种用于利用稳定的射线扩散来分割例如器官、动脉瘤及脑瘤等三维医学构造的系统及方法。
技术介绍
从CT(计算机断层成像)和MR(磁共振成像)中将三维(3D)构造分割出来历来是一个既困难又耗时的问题。目标表面的准确定位受到存在的由部分体积效应和图像获取设备所产生的显著噪声水平的影响。另外，在3D空间中进行处理意味着计算复杂性的增加，这使得大多数的二维(2D)分割算法向3D扩展是不实际的。可变形的模型已经普遍地用于3D医学图像分割中。如果能正确地进行初始化的话，这些方法能够产生良好的分割结果。一般而言，如果可变形模型在靠近目标边界处被初始化，而且如果它们是几乎对称地离开边界的话，那么可变形模型就工作良好。然而，可变形模型的初始化通常是一项困难的任务，这是因为通过利用2D显示装置必须在3D数据内生成3D模型。另外，目前的可变形模型方法在计算方面也是很昂贵的。这是由于采用水平调整方法(level setmethods)的情况下需要增加另外的维度，或者采用清楚表面渐进技术(explicit surface evolution techniques)的情况下需要进行昂贵的参量再初始化。
技术实现思路
本专利技术提供了一种稳定和高效的用于从CT和MR图像中分割3D构造的方法。该方法是基于通过带有平滑约束的平均变换分析而进行的3D射线扩散。射线扩散由于其具有的计算高效性而被用来引导渐进表面。另外，非参量分析和形状先验信息被引入到该方法中以实现稳定收敛。按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于从三维(3D)图像中分割构造的方法。该方法包括以下步骤接收3D图像数据；在显示装置上显示3D图像数据；通过在构造中放置一个籽源而在3D图像数据中选择构造；从籽源起始多条射线以形成一个面；确定多条射线的每条的速度函数；通过以多条射线的每条的速度函数为基础来扩散这多条射线而逐渐推进所述面；使这多条射线收敛于构造的边界上；以及当所有的多条射线已经收敛于构造的边界上时分割出所述构造。该方法进一步包括确定所分割出的构造的体积的步骤。按照本专利技术的另一个方面，该方法中所述逐渐推进所述面的步骤包括对多条射线的每条进行平均变换分析以识别出图像间断处，图像间断处确定构造的边界。而且，进行平均变换分析包括以下步骤确定对于多条射线的每条的联合空间-强度域，联合空间-强度域对于沿多条射线的每条上的各个像素而言包括至少一个位置值和至少一个强度值；以可能密度为基础划分域以识别间断处；以及确定多条射线的每条的置换矢量，置换矢量是单条射线上的一点与这条射线上的一个间断处之间的空间距离，其中如果这条射线的置换矢量大于一个预定值，这条射线的速度就增大，如果这条射线的置换矢量小于这个预定值，这条射线的速度就降低。按照本专利技术的另一个方面，该方法中所述逐渐推进所述面的步骤包括对渐进表面施加平滑约束。施加平滑约束包括基于相邻射线而对所述许多条射线中的一条射线的速度函数进行过滤，还包括基于形状先验信息对渐进面施加平均曲率。按照本专利技术的再一个方面，可被机器读取的程序存储装置可触知地体现一个被机器执行的指令程序以实施用于从三维(3D)图像中分割构造的包括以下步骤的方法接收3D图像数据；在显示装置上显示3D图像数据；通过在构造中放置一个籽源而在3D图像数据中选择构造；从籽源起始多条射线以形成一个面；确定多条射线的每条的速度函数；通过以多条射线的每条的速度函数为基础来扩散这多条射线而逐渐推进所述面；使这多条射线收敛于构造的边界上；以及当所有的多条射线已经收敛于构造的边界上时分割出所述构造。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种用于从三维(3D)图像中分割构造的系统。该系统包括一个用于接收3D图像数据的输入装置；一个用显示3D图像数据的显示装置；一个用于通过在构造中放置籽源以从3D图像数据中选择构造的光标控制装置；以及一个用于从3D图像数据中分割构造的处理器。所述处理器从籽源起始多条射线以形成一个面，确定多条射线的每条的速度函数，通过以多条射线的每条的速度函数为基础来扩散这多条射线而逐渐推进所述面，使这多条射线收敛于构造的边界上，以及当所有的多条射线已经收敛于构造的边界上时分割出所述构造。另外，光标控制装置是一个鼠标，用户通过对构造进行点击而将籽源放置于所述构造内。附图说明通过下面结合附图的详细描述将使本专利技术的上述及其它目的、特性和优点更加清楚，附图有图1(a)，1(b)，和1(c)是显示本专利技术中所述利用射线扩散来分割医学构造的方法的几幅视图，其中图1(a)是包含有一个用箭头所指的动脉瘤的人体躯干CT图像视图，图1(b)是混杂于原始数据中的被检测动脉瘤的视图，以及图1(c)是被分割出的动脉瘤的视图；图2是本专利技术中所述的用于利用射线扩散来分割医学构造的一种示例性系统的方框图；以及图3是本专利技术中所述的用于利用射线扩散来分割医学构造的方法的流程图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术的优选实施例进行描述。为了避免纠缠于不必要的细节而使本专利技术不清楚，所以在下面的描述中将对公知的功能或构造不进行详细的描述。本专利技术提供一种有效、稳定、用户界面友好的方法，该方法用于从对比增强的CT或MR数据中对例如动脉瘤等三维(3D)医学构造进行交互式分割。该方法的主要创新在于通过平均变换分析结合平滑约束来使边界扩散。因此，本专利技术中所述方法在以下两种情况下都是稳定的(1)在数据中存在异常值(2)丢失了数据结构，例如存在有不能被很好确定或遗失的表面。第一种特性是通过平均变换来确保的，然而第二种是通过在边界平滑上使用先验信息来获得的。而且，由于计算有效率的框架是基于射线扩散，因此整个过程是很快的，允许进行实时的人机对话(在Penthium III 1 Ghz计算机平台上的时间在10秒钟以下)。图1显示了本专利技术中所述方法的可视性情况。图1(a)显示了多平面重排(MPRs)及立体再现的原始对比增强CTA(CE-CTA)图像。这一数据组中包含有一个动脉瘤，在图中这一动脉瘤用一个箭头指示出。另外，MPRs(正交视图)是以这一病变为中心的。实现本专利技术中所述方法的系统允许放射学家从不同的可视性图中快速地发现其中包含的病变。紧接着的下一步是量化这些病变。本方法的目的是提供一种机理以便于用户通过简单地在团状结构上进行点击，就能够快速地测出这些团状结构的体积。在本例中，用户在例如动脉瘤这样的感兴趣区域上进行点击，3D射线扩散算法就可检测出结构的边界并计算出其体积。图1(b)显示的是被检测出的与原始数据混在一起的动脉瘤(腔边界)，图1(c)显示的是被分割出的动脉瘤(腔边界)。本专利技术中特别是相对于由X射线计算机断层成像过程而产生的数据来进行描述的，但是本专利技术中所述方法同样可以被应用于任何其它的医疗3D图像数据，包括由磁共振成像(MRI)、正子发射断层成像、超声成像等等所产生的数据。应理解为可以以硬件、软件、固件、特别目的处理器、或者是它们之间的组合等不同的方式来实施本专利技术。在一个实施例中，本专利技术是以软件形式来实现的，所述软件以一个应用程序的形式可触知地体现于一个程序存储装置中。所述应用程序可以被加载于一种包含例如图2中所示那样的任何合适体系结构的机器中，且可被所述机器所执行。优选地情况是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从三维（３Ｄ）图像中分割构造的方法，该方法包括以下步骤：　　　　接收３Ｄ图像数据；　　　　在显示装置上显示３Ｄ图像数据；　　　　通过在构造中放置一个籽源而在３Ｄ图像数据中选择构造；　　　　从籽源起始多条射线以形成一个面；　　　　确定所述多条射线的每条的速度函数；　　　　通过以所述多条射线的每条的速度函数为基础来扩散所述多条射线而逐渐推进所述面；　　　　使所述多条射线收敛于构造的边界上；以及　　　　当所有的所述多条射线已经收敛于构造的边界上时分割出所述构造。

【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：H特克，D科马尼丘，JP威廉斯，
申请(专利权)人：西门子共同研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]