满足预定义空间关系的对象的基于模型的同步分割制造技术

本发明专利技术涉及用于使用基于模型的同步图像分割对图像数据中的多个对象进行分割的系统（１００）。表面网格被适配到将要分割的每个对象。为了避免或者减少网格冲突的可能性，使用用于连接两个最接近网格的多个连接边缘。为多个连接边缘所定义的连接能量允许控制第一和第二网格之间的空间关系。这通过在连接能量表达式中包括当连接第一和第二网格的多个连接边缘的边缘长度减少时将增大连接能量的项来实现。使用基于预定位的第一和第二网格所定义的多个连接边缘的参考结构允许将与多个对象中的第一和第二对象之间的典型空间关系有关的现有知识计入考虑。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及图像分割，并且更具体地说，涉及图像数据中多个对象的基于模型的 同步分割。
技术介绍
基于模型的分割在介入和诸如放射治疗规划的后续研究中具有许多应用。使通过 诸如三角形网格的柔性表面网格所描述的可变形模型适配对应的图像结构。通常通过使 两种竞争能量的加权和最优化分别对每个对象实现这种适配，这两种竞争能量为驱动网 格三角形朝向图像中的特征的外部能量，以及保持模型形状的内部能量。该方法的实现方 式在 J. Weese、Μ. Kaus、C. LorenzΛ S. LobregtΛ R. TruyenΛ V. Pekar 的 “Shape constrained deformable models for 3D medical Image segmentation，，、IPMI 2001、380_387 中描述， 该文献在下文中称为参考1。多个网格的单独适配不可能考虑几个对象之间的空间关系，并且因此经常导致 诸如交叉网格的错误适配结果。在 WO 2004/010374A2 "Simultaneous segmentation of multiple or composed objects by mesh adaptation，，中描述了克月艮该问题的第——禾中尝 试。在那里，将连接两个网格的额外边缘引入模型内。把这些额外的边缘视为退化的三角 形，并且为了保持两个网格的空间关系，把内部能量扩展到这些三角形。然而，由于将要保 持额外边缘或三角形的长度和位置，所以该过程仅当可以通过对对应网格进行预定位来对 两个对象的空间关系进行描述时是可用的。但是在许多医疗应用中，包括可能关于彼此滑 动的内部器官，例如，腹部区域中的器官、肺部相对于胸腔、或者脊柱中的两块连续椎骨。对 于这些器官，如果正确地预定位网格，采用在WO 2004/010374A2中所描述的方法的同步分 割仅能够避免网格交叉，但是将仍然导致具有错误空间关系的适配。
技术实现思路
提供用于对彼此接近的对象的同步分割、同时确保网格适配到这些对象所需的空 间关系或者最小化破坏网格适配到这些对象所需的空间关系的可能性的方式将是有利的。因此，一方面，本专利技术提供了用于使用基于模型的同步图像分割对图像数据中的 多个对象进行分割的系统，该系统包括-预定位单元，用于预定位用于对多个对象中的第一对象进行分割的第一网格，从 而初始化第一网格当前位置，并且用于预定位用于对多个对象中的第二对象进行分割的第 二网格，从而初始化第二网格当前位置；-连接单元，用于定义用于将第一端点连接到第二端点的多个连接边缘，其中，第 一和第二端点分别从第一和第二网格的顶点中选择；-特征单元，用于识别图像数据中的第一特征以用于基于第一网格当前位置计算 第一网格的外部能量，并且用于识别图像数据中的第二特征以用于基于第二网格当前位置 计算第二网格的外部能量；-变换单元，用于计算第一变换和第二变换，该第一变换将在第一网格当前位置的 第一网格与预定位的第一网格最佳对准以计算第一网格的内部能量，该第二变换将在第二 网格当前位置的第二网格与预定位的第二网格最佳对准以计算第二网格的内部能量；-适配单元，用于通过改变第一和第二网格的顶点的当前位置以最小化至少第一 和第二网格的外部能量和内部能量以及连接能量的加权和来更新第一和第二网格当前位 置，其中，基于在基于第一和第二网格当前位置所确定的结构中的多个连接边缘并且基于 在通过预定位的第一和第二网格所定义的参考结构中的多个连接边缘来计算连接能量；以 及-控制单元，用于评估至少取决于经最小化的加权和或者经更新的第一和第二网 格的位置的收敛条件，并且进一步用于如果满足该条件就终止对图像数据中的多个对象进 行分割，并且用于如果不满足该条件就继续对图像数据中的多个对象进行分割。连接能量允许控制第一和第二网格之间的空间关系。这是通过在连接能量表达式 中包括当连接第一和第二网格的多个连接边缘的边缘长度减少时将增大连接能量的项来 实现的。使用基于预定位的第一和第二网格所定义的多个连接边缘的参考结构允许将与多 个对象中的第一和第二对象之间的典型空间关系有关的现有知识计入考虑。在实施例中，系统还包括连接参数单元，其用于计算用于计算连接能量的参数。 该参数用于更新在预定位之后并且稍后在更新第一和第二网格当前位置之后基于第一和 第二网格当前位置计算连接能量的方式。在系统的实施例中，用于计算连接能量的参数是用于变换多个连接边缘的连接变 换，该连接变换将基于第一和第二网格当前位置所确定的结构中的多个连接边缘与参考结 构中的多个连接边缘最佳对准。连接变换定义了多个连接边缘的边缘的变换，其不增加连 接能量。可以把连接变换限制为仿射变换。仿射变换允许导致第一网格相对于第二网格滑 动移位的切变(shearing)。此外，使用多个连接边缘的同向缩放有助于保持两个网格之间 的典型距离。在系统的实施例中，连接能量是基于在基于第一和第二网格当前位置所确定的并 且使用连接变换进一步变换的结构中的多个连接边缘的边缘与参考结构中的多个连接边 缘的相应边缘的矢量差。例如，可以将连接能量定义为相应边缘的差的平方和。可以使用 诸如共轭梯度方法的线性代数方法容易地最小化该表达式。在系统的实施例中，用于计算连接能量的参数是基于第一端点的位置和第二端点 的位置所计算的矢量。所计算的矢量可以正交于局部分离第一和第二网格的平面。该矢量 定义了第一和第二网格之间距离的缩短以及延长可以被阻碍的方向。在系统的实施例中，连接能量是基于所述矢量与在基于第一和第二网格当前位 置所确定的结构中的多个连接边缘的边缘和在参考结构中的多个连接边缘的相应边缘的 标量积。对于单位矢量，标量积代表在矢量所定义的方向上的边缘投影。在本专利技术的另一方面中，将根据本专利技术的系统包含在图像采集装置中。在本专利技术的另一方面中，将根据本专利技术的系统包含在工作站中。在另一方面中，本专利技术提供了使用基于模型的同步图像分割对图像数据中的多个 对象进行分割的方法，该方法包括-预定位步骤，用于预定位用于对多个对象中的第一对象进行分割的第一网格，从而初始化第一网格的当前位置，并且用于预定位用于对多个对象中的第二对象进行分割的 第二网格，从而初始化第二网格当前位置；-连接步骤，用于定义用于将第一端点连接到第二端点的多个连接边缘，其中，分 别从第一和第二网格的顶点中选择第一和第二端点；-特征步骤，用于识别图像数据中的第一特征以用于基于第一网格当前位置计算 第一网格的外部能量，并且用于识别图像数据中的第二特征以用于基于第二网格当前位置 计算第二网格的外部能量；-变换步骤，用于计算第一变换和第二变换，该第一变换将在第一网格当前位置的 第一网格与预定位的第一网格最佳对准以计算第一网格的内部能量，该第二变换将在第二 网格当前位置的第二网格与预定位的第二网格最佳对准以计算第二网格的内部能量；-适配步骤，用于通过改变第一和第二网格的顶点的当前位置以最小化至少第一 和第二网格的外部能量和内部能量以及连接能量的加权和来更新第一和第二网格当前位 置，其中，基于在基于第一和第二网格当前位置所确定的结构中的多个连接边缘并且基于 在通过预定位的第一和第二网格所定义的参考结构中的多个连接边缘来计算连接能量本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于使用基于模型的同步图像分割对图像数据中的多个对象进行分割的系统（１００），所述系统包括：－预定位单元（１１０），用于预定位用于对所述多个对象中的第一对象进行分割的第一网格，从而初始化第一网格当前位置，并且所述预定位单元用于预定位用于对所述多个对象中的第二对象进行分割的第二网格，从而初始化第二网格当前位置；－连接单元（１２０），用于定义用于将第一端点连接到第二端点的多个连接边缘，其中，所述第一和第二端点分别从所述第一和第二网格的顶点中选择；－特征单元（１３０），用于识别所述图像数据中的第一特征以用于基于所述第一网格当前位置来计算所述第一网格的外部能量，并且所述特征单元用于识别所述图像数据中的第二特征以用于基于所述第二网格当前位置来计算所述第二网格的外部能量；－变换单元（１４０），用于计算第一变换和第二变换，所述第一变换用于将在所述第一网格当前位置的所述第一网格与所预定位的第一网格最佳对准以用于计算所述第一网格的内部能量，所述第二变换用于将在所述第二网格当前位置的所述第二网格与所预定位的第二网格最佳对准以用于计算所述第二网格的内部能量；－适配单元（１５０），用于通过改变所述第一和第二网格的顶点的当前位置以最小化至少所述第一和第二网格的所述外部能量和所述内部能量以及连接能量的加权和来更新所述第一和第二网格当前位置，其中，基于在基于所述第一和第二网格当前位置所确定的结构中的所述多个连接边缘并且基于在通过所预定位的第一和第二网格所定义的参考结构中的所述多个连接边缘来计算所述连接能量；以及－控制单元（１６０），用于评估至少取决于经最小化的加权和或者经更新的所述第一和第二网格的位置的收敛条件，并且进一步用于如果满足所述条件就终止对所述图像数据中的所述多个对象进行分割，并且用于如果不满足所述条件就继续对所述图像数据中的所述多个对象进行分割。...

【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·R·弗朗茨，
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