【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及用于分割解剖图像数据的系统、设备和方法，并且具体地涉及使用机器学习模型对三维(3d)解剖图像的分割。
技术介绍
0、背景
1、图像引导或计算机辅助手术可用于帮助医生在外科手术过程中导航到感兴趣的目标区域和/或对感兴趣的目标区域进行操作。实施图像引导的外科手术的系统和设备可以使用患者解剖结构的图像数据和与患者解剖结构和/或外科手术工具和植入物相关联的跟踪数据，以在外科手术操作期间向医生提供引导。图像引导的外科手术可以使用通过一个或更多个成像系统获取的患者解剖结构的图像数据，该一个或更多个成像系统包括例如计算机断层扫描(ct)系统、磁共振成像(mri)系统、x射线(x-ray)系统、超声波系统和荧光透视系统。还可以通过解释从一个或更多个成像系统获得的医学图像来执行各种医学诊断。
2、传统的x射线和ct是获取患者解剖结构(包括例如患者的脊柱)信息的常用方法。传统的x射线涉及将高能电磁辐射导向患者的身体，并在胶片或板上捕获由此产生的二维(2d)x射线轮廓。然而，x射线成像会使患者经受高水平的辐射。基于医生的培训和经验，对x射线的分析也可能是主观的。目前，这些都不是客观分析x射线的自主方式。因此，对x射线进行必要的测量需要时间，并且可能会受到用户误差的影响。缺乏分析x射线的自主方法也使得很难客观地比较患者的x射线随时间的变化，例如，以跟踪患者的进展。由于这些限制，目前不可能基于x射线成像来可靠地预测某些结果。目前也不可能以自主和/或一致的方式获得必要的测量结果，这些方式确保这些测量结果的可靠性和再现
3、ct涉及使用受控量的x射线辐射来获得患者解剖结构的3d图像数据。现有的ct系统可以包括旋转机架，该旋转机架具有安装在一侧上的x射线管和安装在相对侧上的弧形检测器。当旋转框架使x射线管和检测器围绕患者转动时，x射线束可以以扇形发射。每当x射线管和检测器进行360°旋转并且x射线穿过患者身体时，可以获取患者解剖结构的薄截面的图像。在每次旋转过程中，检测器可以记录扩展的x射线束的大约1000幅图像或轮廓。然后，每个轮廓可以由专用计算机重建为被扫描的截面的3d图像。因此，ct系统使用多个2dct扫描或x射线的集合来构建患者解剖结构的3d图像。机架旋转的速度以及切片厚度影响最终图像的准确性和/或有用性。通常使用的术中ct成像系统具有允许控制辐射剂量的各种设置。在某些情况下，可以选择高剂量设置来确保解剖结构的充分可视化。不利的一面是增加了患者的辐射暴露。诊断性ct手术的有效剂量通常被估计在1毫西弗(msv)至10毫西弗的范围内。如此高的剂量会导致癌症和其他健康状况的风险增加。因此，尽可能选择低剂量设置进行ct扫描，以使辐射暴露和相关的癌症发展风险最小化。然而，低剂量设置可能会对外科医生可用的图像数据的质量产生影响。
4、mri成像系统通过在要被成像的区域周围形成强磁场来操作。在大多数医学应用中，含有水分子的组织中的质子(例如氢原子)产生信号，该信号被处理以形成身体的图像。首先，来自振荡磁场的能量以适当的共振频率短暂地被施加到患者身上。被激发的氢原子发射射频(rf)信号，该射频信号由rf系统测量。可以通过使用梯度线圈改变主磁场来使rf信号对位置信息进行编码。当这些线圈被快速地被接通和关断时，它们产生mri扫描特有的重复噪声。不同组织之间的对比度可以根据受激发的原子返回其平衡状态的速率来确定。在一些情况下，外源性造影剂可以通过静脉、口服或关节内给药，来进一步促进不同组织之间的区分。mri成像系统的主要部件是使组织极化的主磁体、用于校正主磁场中的不均匀性的匀场线圈(shim coil)、用于定位磁共振(mr)信号的梯度系统和激发组织并检测产生的信号的rf系统。对于mri成像，可以使用不同的磁场强度。最常见的强度是0.3t、1.5t和3t。强度越高，图像质量越高。例如，0.3t磁场强度将导致比1.5t磁场强度质量更低的成像。
5、目前，还没有客观分析mri图像的自主方式，而这些图像的分析依赖于医生的培训和经验。此外，由于技术限制，诊断性mri方案提供有限数量的目标区域切片，这使得医生不得不从患者解剖结构的可用轴向、矢状和/或冠状扫描中拼凑解剖信息。现有系统也缺乏可靠的方式来容易地和自主地将患者的mri图像与较大的mri图像数据库进行比较。这样的比较可以允许医生获得关于患者病情严重程度的额外信息。现有系统还缺乏自主地将患者当前的mri图像与该患者过去的图像进行比较的能力。此外，当前还不可能针对脊髓压迫、骨折、肿瘤、感染等病情来对患者的mri图像进行筛查。这些局限性使得很难(如果不是不可能的话)基于患者mri图像提出将导致治疗结果的高可信度的治疗建议。
6、由于图像质量低，缺乏可靠和/或可再现的图像分析，现有系统对医生提出了诊断挑战。这些局限性会使充分识别关键标志和进行测量变得困难，从而这又导致治疗的准确性和有效性下降。在图像引导的外科手术应用中，现有图像分析工具的局限性会导致外科手术计划的复杂性，包括将工具和植入物导航到必要位点的困难。由于这些原因，可能希望具有用于传送高质量图像和用于一致且准确地评估图像数据的系统。
技术实现思路
0、概述
1、本文描述的系统、设备和方法通常涉及对患者解剖结构的分割。在一些实施例中，一种方法可以包括：接收包括患者解剖结构的3d区域的一组图像的三维(3d)扫描体积，该患者解剖结构的3d区域包括一组解剖结构；使用该3d扫描体积生成一组二维(2d)射线照片，该组2d射线照片中的每张2d射线照片包括从3d扫描体积提取的3d图像数据；以及使用该组2d射线照片来训练分割模型分割2d射线照片，从而识别一个或更多个感兴趣的解剖部位。
2、在一些实施例中，一种方法可以包括：接收三维(3d)扫描体积，该三维扫描体积包括患者解剖结构的3d区域的一组磁共振成像(mri)图像，该患者解剖结构的3d区域包括一组解剖结构，mri图像包括在第一解剖平面中的图像和在不同于第一平面的第二解剖平面中的图像；使用分割模型处理该组mri图像，其中该分割模型接收该组mri图像作为输入，并处理在第一解剖平面和第二解剖平面中的图像；响应于使用分割模型处理该组mri图像而生成分割输出；以及基于分割输出识别3d扫描体积中的一个或更多个感兴趣的解剖部位。
3、在一些实施例中，一种方法可以包括：接收三维(3d)扫描体积，该三维扫描体积包括患者解剖结构的3d区域的一组二维(2d)图像。患者解剖结构的3d区域可以包括一组解剖结构。该方法还可以包括使用分割模型处理该组2d图像，其中该分割模型接收该组2d图像作为输入，响应于使用分割模型处理该组2d图像而生成分割输出，以及基于该分割输出识别3d扫描体积中的一个或更多个椎间盘。
4、在一些实施例中，一种装置可以包括存储器和可操作地耦合到存储器的处理器。处理器可以被配置成接收包括患者解剖结构的3d区域的一组磁共振成像(mri)图像的三维(3d)扫描体积。患者解剖结构的3d区域可以包括一组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分割模型是第一分割模型，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述2D X射线图像中，所述一个或更多个感兴趣的解剖部位中的至少一个与所述一个或更多个感兴趣的解剖部位中的另一个重叠。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一组是第一组2D射线照片，所述方法还包括：
8.一种方法，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一解剖平面是矢状面，并且所述第二解剖平面是轴面。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括可视化所述分割输出。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或更多个感兴趣的解剖部位包括椎间盘。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，使用训练数据集来训练所述分割模型，所述训练数据集包括在所述第一解剖平面中的MRI图像和在所述第二解剖
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述分割模型包括卷积神经网络(CNN)。
14.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括在处理所述一组MRI图像之前，使用所述分割模型对所述一组MRI图像去噪。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，生成所述分割输出包括：
16.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述三维扫描体积与所述分割输出组合，以生成所述一组解剖结构的更高维度的信息。
17.一种方法，包括：
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述分割模型是第一分割模型，所述方法还包括：
19.一种装置，包括：
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第一解剖平面是矢状面，并且所述第二解剖平面是轴面。
21.根据权利要求19所述的装置，还包括可视化所述分割输出。
22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述一个或更多个感兴趣的解剖部位包括椎间盘。
23.根据权利要求19所述的装置，其中，使用训练数据集来训练所述分割模型，所述训练数据集包括在所述第一解剖平面中的MRI图像和在所述第二解剖平面中的MRI图像。
24.根据权利要求19所述的装置，其中，所述分割模型包括卷积神经网络(CNN)。
25.根据权利要求19所述的装置，所述处理器还被配置成在处理所述一组MRI图像之前，使用所述分割模型对所述一组MRI图像进行去噪。
26.根据权利要求19所述的装置，其中，所述处理器还被配置成：
27.根据权利要求19所述的装置，其中，所述处理器还被配置成将所述三维扫描体积与所述分割输出组合，以生成所述一组解剖结构的更高维度的信息。
28.一种装置，包括：
29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述分割模型是第一分割模型，所述处理器还被配置成：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分割模型是第一分割模型，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述2d x射线图像中，所述一个或更多个感兴趣的解剖部位中的至少一个与所述一个或更多个感兴趣的解剖部位中的另一个重叠。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一组是第一组2d射线照片，所述方法还包括：
8.一种方法，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一解剖平面是矢状面，并且所述第二解剖平面是轴面。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括可视化所述分割输出。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或更多个感兴趣的解剖部位包括椎间盘。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，使用训练数据集来训练所述分割模型，所述训练数据集包括在所述第一解剖平面中的mri图像和在所述第二解剖平面中的mri图像。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述分割模型包括卷积神经网络(cnn)。
14.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括在处理所述一组mri图像之前，使用所述分割模型对所述一组mri图像去噪。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，生成所述分割输出包括：
16.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·J·卢西亚诺，克日什托夫·B·西米奥诺夫，多米尼克·加维尔，埃德温·艾萨克·梅吉亚奥罗斯科，米洛·扬科维奇，
申请(专利权)人：增强医疗公司，
类型：发明
国别省市：
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