專利名稱：從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像分析，更具體地，涉及用于從三維(3D)醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的三維(3D)體積再現(xiàn)技術(shù)、例如最大強(qiáng)度投影(maximumintensity projection)已被開業(yè)醫(yī)生用來從在計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描過程中獲得的體數(shù)據(jù)中提取高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)、例如骨。然而，這些技術(shù)要求手工輸入以從這些數(shù)據(jù)中去除感興趣區(qū)域(ROI)、例如使血管結(jié)構(gòu)模糊的骨結(jié)構(gòu)。
一種用于從例如一堆基于切片的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中提取ROI的技術(shù)是手工標(biāo)記與該圖像數(shù)據(jù)的每個(gè)切片上的該區(qū)域相關(guān)的面積。然而，由于開業(yè)醫(yī)生必須手工標(biāo)記每個(gè)面積區(qū)域，所以這種技術(shù)耗費(fèi)時(shí)間并且有時(shí)并不準(zhǔn)確。另一種用于提取ROI的技術(shù)是將諸如Livewire之類的自動(dòng)路徑檢測(cè)技術(shù)與插值法組合。還有另一種用于提取ROI的技術(shù)是在由強(qiáng)度在給定范圍內(nèi)的一組相連接的血管所限定的ROI上進(jìn)行區(qū)域增長。
然而，這些技術(shù)并不提取例如由于強(qiáng)度范圍交迭而使骨結(jié)構(gòu)與血管接觸的ROI的部分。此外，為了去除這種連接，必須在重新處理該圖像之前進(jìn)行耗費(fèi)時(shí)間的對(duì)圖像數(shù)據(jù)的手工校正、例如設(shè)置阻斷(blocker)。
盡管已經(jīng)開發(fā)出自動(dòng)圖像分割技術(shù)來去除骨和血管之間的連接，但它們不適用于大量數(shù)據(jù)或者高速分析。因此，需要一種圖像分析技術(shù)，該圖像分析技術(shù)可以從醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中提取不需要的對(duì)象而無需手工交互，并且該圖像分析技術(shù)以高速運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法來克服前述的以及公知教導(dǎo)中遇到的其它的問題。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的方法包括對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模；腐蝕(erode)該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨結(jié)構(gòu)與不相連的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模；使該第三位掩模膨脹(dilate)以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模；以及從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以產(chǎn)生表示骨結(jié)構(gòu)的第五位掩模。
該醫(yī)學(xué)圖像是解剖部分的。該強(qiáng)度范圍是通過選擇骨結(jié)構(gòu)的亮度級(jí)確定的、從圍繞種子點(diǎn)的面積得到的、以及預(yù)先設(shè)定的之一。該種子點(diǎn)是通過用戶選擇表示要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象的點(diǎn)來獲得的。要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象是骨結(jié)構(gòu)。
該方法進(jìn)一步包括對(duì)該第五位掩模執(zhí)行體積再現(xiàn)技術(shù)以從該醫(yī)學(xué)圖像中提取骨結(jié)構(gòu)。該體積再現(xiàn)技術(shù)是最大強(qiáng)度投影、不透明再現(xiàn)(opacity rendering)和有陰影的不透明再現(xiàn)(shaded opacityrendering)中的一種。該醫(yī)學(xué)圖像通過計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)和螺旋CT成像技術(shù)中的一種獲得。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)包括存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)程序；處理器，與該存儲(chǔ)設(shè)備通信，該處理器運(yùn)行該程序以對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模；腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨與不相連接的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模；使該第三位掩模膨脹以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模；以及從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以產(chǎn)生表示骨的第五位掩模。
該醫(yī)學(xué)圖像是解剖部分的。該強(qiáng)度范圍是通過選擇骨的亮度級(jí)確定的、是從圍繞該種子點(diǎn)的面積得到的、以及是預(yù)先設(shè)定的之一。該種子點(diǎn)是通過用戶選擇表示要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象的點(diǎn)來獲得的。要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象是骨。
該處理器進(jìn)一步運(yùn)行程序代碼以對(duì)該第五位掩模執(zhí)行體積再現(xiàn)技術(shù)從而從該醫(yī)學(xué)圖像中提取骨。該體積再現(xiàn)技術(shù)是最大強(qiáng)度投影、不透明再現(xiàn)和有陰影的不透明再現(xiàn)中的一種。該醫(yī)學(xué)圖像通過CT和螺旋CT成像技術(shù)中的一種獲得。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)可使用的介質(zhì)，該介質(zhì)具有記錄在其上的用于從醫(yī)學(xué)圖像中提取骨結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)程序邏輯，該計(jì)算機(jī)程序邏輯包括用于對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模的程序代碼；用于腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模的程序代碼，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；用于從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨結(jié)構(gòu)與不相連接的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模的程序代碼；用于使該第三位掩模膨脹以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模的程序代碼；以及用于從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨結(jié)構(gòu)的第五位掩模的程序代碼。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)包括用于對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模的裝置；用于腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模的裝置，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；用于從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨與不相連接的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模的裝置；用于使該第三位掩模膨脹以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模的裝置；以及用于從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨的第五位掩模的裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的方法包括從醫(yī)學(xué)圖像中獲得種子點(diǎn)；確定骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍；對(duì)第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生第三位掩模，其中從種子點(diǎn)開始對(duì)該第二位掩模的在該強(qiáng)度范圍和與對(duì)象的表面的距離內(nèi)的體素進(jìn)行區(qū)域增長，其中通過腐蝕在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素的第一位掩模來限定該對(duì)象；以及通過將膨脹濾波器應(yīng)用于在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素來使該第三位掩模膨脹以產(chǎn)生第四位掩模，并對(duì)該第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨結(jié)構(gòu)的第五位掩模。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，用于從基于切片的三維(3D)醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的方法包括從該醫(yī)學(xué)圖像中獲得骨種子點(diǎn)；確定骨的強(qiáng)度范圍；對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行二進(jìn)制閾值處理，以產(chǎn)生第一位掩模；將形態(tài)學(xué)的腐蝕濾波器應(yīng)用于該第一位掩模以去除血管和骨之間的連接，從而產(chǎn)生第二位掩模，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；從該種子點(diǎn)開始通過使在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素增長來對(duì)第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以使骨與不相連接的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模；將膨脹濾波器應(yīng)用于該第三位掩模以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模；從該種子點(diǎn)開始在該強(qiáng)度范圍內(nèi)對(duì)該第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨的第五位掩模；以及對(duì)該第五位掩模執(zhí)行體積再現(xiàn)技術(shù)以從該醫(yī)學(xué)圖像中提取骨。
前述特征是典型實(shí)施方案的并被提供來幫助理解本發(fā)明。應(yīng)該理解，不應(yīng)將它們認(rèn)為是對(duì)如由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的限制或者是對(duì)權(quán)利要求等同物的限制。因此，特征的該概述在確定等同物時(shí)不應(yīng)被認(rèn)為是決定性的。本發(fā)明的附加特征將在下列描述中根據(jù)附圖以及根據(jù)權(quán)利要求而變得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)的框圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的方法的流程圖；圖3A示出通過執(zhí)行圖2中的步驟240在計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集中生成的位掩模；圖3B示出通過執(zhí)行圖2中的步驟250在CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集中生成的被腐蝕的位掩模；圖4A示出通過執(zhí)行圖2中的步驟280在CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集中生成的骨的位掩模；
圖4B示出通過執(zhí)行圖2中的步驟280在CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集中生成的另一個(gè)骨的位掩模；圖5A示出通過執(zhí)行傳統(tǒng)區(qū)域增長算法在CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集中生成的位掩模；圖5B示出通過執(zhí)行圖2中的步驟220-280在CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集中生成的位掩模；圖6A示出包括骨結(jié)構(gòu)的CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集的三維(3D)再現(xiàn)圖像；以及圖6B示出除去通過執(zhí)行圖2中的步驟220-290生成的骨結(jié)構(gòu)的、圖6A的CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集的3D再現(xiàn)圖像。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)100的框圖。如圖1中所示，該系統(tǒng)100尤其包括連接在例如以太網(wǎng)120上的掃描設(shè)備105、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)110以及操作者控制臺(tái)115。掃描設(shè)備105可以是計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)或者螺旋CT成像設(shè)備。
也可以是便攜式或者膝上型計(jì)算機(jī)的PC 110包括中央處理單元(CPU)125和存儲(chǔ)器130，該中央處理單元(CPU)125和存儲(chǔ)器130被連接到輸入150和輸出155。CPU 125包括骨提取模塊145，該骨提取模塊包括一種或者多種用于從醫(yī)學(xué)圖像中提取骨或者骨的一部分的方法。
存儲(chǔ)器130包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)135和只讀存儲(chǔ)器(ROM)140。存儲(chǔ)器130還可以包括數(shù)據(jù)庫、磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶驅(qū)動(dòng)器等等或者其組合。RAM 135起數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的作用，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)在程序在CPU 125中執(zhí)行期間所使用的數(shù)據(jù)，并且被用作工作區(qū)。ROM 140起程序存儲(chǔ)器的作用，用于存儲(chǔ)在CPU 125中執(zhí)行的程序。輸入150由鍵盤、鼠標(biāo)等等構(gòu)成，且輸出155由液晶顯示器(LCD)、陰極射線管(CRT)、打印機(jī)等等構(gòu)成。
由操作者控制臺(tái)115來控制對(duì)系統(tǒng)100的操作，該操作者控制臺(tái)115包括例如鍵盤的控制器165以及例如CRT顯示器的顯示器160。操作者控制臺(tái)115與PC 110和掃描設(shè)備105通信，以便由掃描設(shè)備105收集的圖像數(shù)據(jù)能夠通過PC 110被重建成一堆二維(2D)切片并被再現(xiàn)為三維(3D)數(shù)據(jù)，并在顯示器160上被查看。應(yīng)該理解，PC 110可以被配置成在沒有操作者控制臺(tái)115的情況下通過使用例如輸入150和輸出155設(shè)備來執(zhí)行由控制器165和顯示器160執(zhí)行的某些任務(wù)來對(duì)由掃描設(shè)備105提供的信息進(jìn)行操作和顯示。
操作者控制臺(tái)115進(jìn)一步包括任何合適的圖像再現(xiàn)系統(tǒng)/工具/應(yīng)用，該圖像再現(xiàn)系統(tǒng)/工具/應(yīng)用程序能使用例如3D圖形卡來處理所獲得的圖像數(shù)據(jù)集(或者其一部分)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)以在顯示器160上產(chǎn)生并顯示2D和/或3D圖像。更具體地，該圖像再現(xiàn)系統(tǒng)可以是提供圖像數(shù)據(jù)的2D/3D再現(xiàn)和可視化并在通用或者專用計(jì)算機(jī)工作站上運(yùn)行的應(yīng)用程序。PC 110還可以包括用于處理所獲得的圖像數(shù)據(jù)集的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)以產(chǎn)生并顯示2D和/或3D圖像的圖像再現(xiàn)系統(tǒng)/工具/應(yīng)用程序。
如圖1中所示，骨提取模塊145還被PC 110用于接收和處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，如上面所述，數(shù)字圖像數(shù)據(jù)可以是原始圖像數(shù)據(jù)的形式、2D重建數(shù)據(jù)(例如軸向切片)的形式、或者諸如體積圖像數(shù)據(jù)或者多平面重定格式之類的3D重建數(shù)據(jù)的形式、或者這種格式的任意組合。數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)120從PC 110輸出到操作者控制臺(tái)115中的圖像再現(xiàn)系統(tǒng)以便根據(jù)該數(shù)據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的2D和/或3D再現(xiàn)，其中數(shù)據(jù)處理結(jié)果例如是器官或者解剖結(jié)構(gòu)的分割、顏色或者強(qiáng)度變化等等。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案的用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。如圖2中所示，從例如解剖部分獲取醫(yī)學(xué)圖像、例如基于切片的醫(yī)學(xué)圖像(步驟210)。這通過使用掃描設(shè)備105、在該實(shí)施例中CT掃描器來完成，在操作者控制臺(tái)115處操作該掃描設(shè)備以掃描解剖部分，從而產(chǎn)生與該部分相關(guān)的一系列2D圖像。該解剖部分的2D圖像可以然后被轉(zhuǎn)換或者變換成3D再現(xiàn)的圖像。
在獲取圖像以后，從圖像中獲得種子、例如骨種子(步驟220)。該骨種子是3D點(diǎn)，其將用作區(qū)域增長操作的種子點(diǎn)。該骨種子可以由開業(yè)醫(yī)生利用例如鼠標(biāo)在顯示器160上的圖像的一部分中選擇點(diǎn)來手工地獲得。圖像的所選擇的部分可以是開業(yè)醫(yī)生想要從圖像中提取的對(duì)象、例如骨或者骨的一部分(例如，骨結(jié)構(gòu))。
骨種子或者一組相關(guān)的骨種子點(diǎn)也可以通過例如將圖像的強(qiáng)度閾值預(yù)先設(shè)定為通常用于識(shí)別高密度骨結(jié)構(gòu)的水平來自動(dòng)地獲得。例如，通過將閾值設(shè)置為通常表示高密度骨結(jié)構(gòu)的1200霍斯菲耳德氏(Hounsfield)單位的值，圖像中具有高于該閾值的值的所有體素都可以被用作種子點(diǎn)以從該圖像中提取骨。因此，消除對(duì)手工選擇該種子點(diǎn)的需要。
一獲得該骨種子，就確定例如圖像中的骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍(步驟230)。該強(qiáng)度范圍可以通過例如用戶選擇骨結(jié)構(gòu)的亮度級(jí)來手工確定，或者通過預(yù)先設(shè)定強(qiáng)度范圍來自動(dòng)確定。該強(qiáng)度范圍還可以通過分析該圖像的體積直方圖以找到與圍繞該骨結(jié)構(gòu)的區(qū)域相關(guān)的所希望的強(qiáng)度范圍來確定。
一旦確定了骨種子和骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍，就對(duì)該圖像的每個(gè)體素進(jìn)行閾值處理(步驟240)。更具體地，對(duì)每個(gè)體素進(jìn)行二進(jìn)制閾值處理，其中每個(gè)體素的在位掩模中用0或者1表示的值(例如其灰度值)低于所選擇的閾值(例如其位掩模值是0)或者大于或者等于該閾值(例如其位掩模值是1)。從而產(chǎn)生基于骨結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制閾值的第一位掩模，該第一位掩模包括例如對(duì)比流體增強(qiáng)的血管和器官。在圖3A中示出了利用股骨的CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集產(chǎn)生的第一位掩模的實(shí)例，其包括圍繞骨的血管。
在替代方案中，可以在步驟240中執(zhí)行從該種子點(diǎn)或者這些種子點(diǎn)開始的二進(jìn)制區(qū)域增長。在這樣做時(shí)，如果鄰接這些種子點(diǎn)的體素的灰度級(jí)值大于或者等于所選擇的閾值，那么它們?cè)谖谎谀Ｖ杏?表示，從而在位掩模中形成1的接合區(qū)域。所有其它與該閾值不相交或者低于該閾值的體素被賦予零灰度級(jí)值。盡管在該步驟中進(jìn)行區(qū)域增長在計(jì)算上比進(jìn)行二進(jìn)制閾值處理更加昂貴，但是區(qū)域增長允許施加例如平均值、方差、或者手工設(shè)置的阻斷的額外約束。
在產(chǎn)生該第一位掩模以后，對(duì)該第一位掩模進(jìn)行腐蝕以去除血管、例如動(dòng)脈和骨結(jié)構(gòu)之間的連接(步驟250)。更具體地，將形態(tài)學(xué)的腐蝕濾波器應(yīng)用于該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的在骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度范圍內(nèi)的連接以產(chǎn)生第二(例如，腐蝕的)位掩模。在圖3B中示出了第二位掩模的實(shí)例，其是圖3A的第一位掩模的腐蝕版本。如從圖3B的放大部分(a)中可以觀察到的那樣，血管和骨之間的連接被去除了。
腐蝕濾波器通過例如將模板/結(jié)構(gòu)元素(例如，球體或者立方體)應(yīng)用于所有圖像表面點(diǎn)并且取消所有被結(jié)構(gòu)元素覆蓋的體素的標(biāo)記來修改該第一位掩模，圖像表面點(diǎn)是被標(biāo)記的體素(例如，骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素)，這些體素還鄰接未被標(biāo)記的體素。從而，將骨減少到其核心結(jié)構(gòu)并去除所有例如小對(duì)比度增強(qiáng)的血管和骨之間的連接，從而產(chǎn)生第二位掩模。
在腐蝕步驟250之后，進(jìn)行區(qū)域增長以使骨結(jié)構(gòu)與不相連接的血管分離(步驟260)。特別地，從該骨種子點(diǎn)或者這些骨種子點(diǎn)開始在第二位掩模中進(jìn)行區(qū)域增長以從第二位掩模中去除所有與任何骨種子點(diǎn)分離的區(qū)域、例如不相連的血管和器官，以生成第三位掩模。
一旦產(chǎn)生了第三位掩模，使其膨脹(例如擴(kuò)展)以恢復(fù)所腐蝕的第三位掩模的表面面積以生成第四位掩模(步驟270)。更具體地，對(duì)最初被標(biāo)記的并且然后被腐蝕的體素進(jìn)行重新標(biāo)記，從而生成骨結(jié)構(gòu)的第四(例如所估計(jì)的)位掩模。換句話說，在步驟270中，膨脹濾波器通過將模板/結(jié)構(gòu)元素應(yīng)用于所有表面點(diǎn)來修改第三位掩模，并標(biāo)記所有被結(jié)構(gòu)元素覆蓋的體素，從而使骨的核心結(jié)構(gòu)膨脹，其中表面點(diǎn)是鄰接未被標(biāo)記的體素的被標(biāo)記的體素。然而，骨結(jié)構(gòu)的第四位掩?？赡馨▉碜云渲車娣e的一些圖像殘余。
隨后，進(jìn)行另一區(qū)域增長以生成第五位掩模(步驟280)。這例如通過從骨種子點(diǎn)開始區(qū)域增長并且然后增長到由第四位掩模所約束的骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍內(nèi)的相鄰體素中以生成表示骨結(jié)構(gòu)的第五位掩模來完成。
在CT血管造影術(shù)數(shù)據(jù)集中生成的第五位掩模的實(shí)例在圖4A和4B中示出。具體地，圖4A示出針對(duì)股骨生成的第五位掩模，且圖4B示出針對(duì)肋骨生成的第五位掩模。第五位掩模的另一個(gè)實(shí)例在圖5B中示出，其可以與圖5A的使用傳統(tǒng)區(qū)域增長算法生成的二進(jìn)制位掩模進(jìn)行對(duì)比。如可以從圖5A和5B中觀察到的那樣，第五位掩模已經(jīng)去除了附著到骨上的任何器官或者血管，從而導(dǎo)致腹部骨結(jié)構(gòu)的清楚表示，而二進(jìn)制位掩模包括例如連接到腹部骨結(jié)構(gòu)上的器官和血管之類的殘余物。
由步驟280產(chǎn)生的第五位掩?？梢匀缓蟊挥糜趶膱D像的3D顯示(visualization)中排除它所表示的骨。例如，可以對(duì)第五位掩模執(zhí)行諸如最大強(qiáng)度投影、不透明再現(xiàn)或者畫有陰影的不透明再現(xiàn)之類的體積再現(xiàn)技術(shù)，以從圖像中提取骨結(jié)構(gòu)(步驟290)。從而，導(dǎo)致具有從中所提取的骨的再現(xiàn)圖像，如例如圖6B中所示，該再現(xiàn)圖像與圖6A中所示的使用傳統(tǒng)再現(xiàn)技術(shù)再現(xiàn)的并仍顯示骨結(jié)構(gòu)的圖像不同。
因此，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方案，可以將骨結(jié)構(gòu)或者其它不需要的對(duì)象從醫(yī)學(xué)圖像中去除，以便用戶不需要手工交互就能觀察下面的圖像數(shù)據(jù)、例如血管。盡管，在某些情況下，也可以進(jìn)行手工交互，例如當(dāng)在醫(yī)學(xué)圖像中選擇初始種子點(diǎn)或者選擇骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍時(shí)，這里討論的方法步驟中的剩余步驟被自動(dòng)執(zhí)行。此外，該方法的可能發(fā)生手工交互的最初兩個(gè)步驟也可以被自動(dòng)執(zhí)行，從而使得方法步驟能夠無縫地執(zhí)行。因此，例如，希望使用根據(jù)本發(fā)明的方法來修改醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)的開業(yè)醫(yī)生可以簡(jiǎn)單地選擇顯示器160上的圖標(biāo)以執(zhí)行該方法，從而從醫(yī)學(xué)圖像中去除落在預(yù)先設(shè)定的強(qiáng)度范圍內(nèi)的不需要的對(duì)象。另一方面，開業(yè)醫(yī)生可以選擇要從該圖像中去除的一個(gè)對(duì)象或多個(gè)對(duì)象的種子點(diǎn)和強(qiáng)度范圍，并且然后選擇顯示器上的圖標(biāo)以執(zhí)行該方法。
應(yīng)該理解，在本發(fā)明的替代實(shí)施方案中，可以將多個(gè)圖像處理步驟組合為單程或者單個(gè)步驟以進(jìn)一步優(yōu)化上面參考圖2所描述的方法的處理時(shí)間。例如，在步驟240-260中進(jìn)行的處理可以被組合為單個(gè)區(qū)域增長操作，該單個(gè)區(qū)域增長操作從骨種子點(diǎn)開始，并確定具有高于骨結(jié)構(gòu)的閾值的灰度級(jí)的、體素的接合區(qū)域，該骨結(jié)構(gòu)離對(duì)象的表面具有規(guī)定的距離，該距離從腐蝕結(jié)構(gòu)元素的尺寸獲得。這生成第三位掩模。類似地，在步驟270和280中進(jìn)行的處理也可以被組合為要對(duì)該第三位掩模執(zhí)行的膨脹操作，如果例如，只有當(dāng)用于生成第五位掩模的體素被膨脹濾波器的結(jié)構(gòu)元素覆蓋并且它們的灰度級(jí)在骨結(jié)構(gòu)的閾值之上時(shí)才對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)記。
此外還應(yīng)該理解，由于附圖中描繪的一些組成系統(tǒng)的部件和方法步驟可以以軟件實(shí)現(xiàn)，所以系統(tǒng)部件(或者方法步驟)之間的實(shí)際連接可以根據(jù)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行編程的方式而不同。當(dāng)給定在此所提供的本發(fā)明的教導(dǎo)時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠設(shè)想這些以及相似的本發(fā)明的實(shí)施或者配置。
也應(yīng)該理解，上面的描述僅僅表示說明性實(shí)施方案。為了方便讀者，上面的描述集中在可能的實(shí)施方案的典型例子上，該例子說明本發(fā)明的原理。該描述并不試圖窮舉所有可能的變化。替代的實(shí)施方案可能不是針對(duì)本發(fā)明的特定部分提出的，或者其它沒有描述的替代方案可能可用于一部分，不應(yīng)該認(rèn)為放棄那些替代實(shí)施方案。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以實(shí)施其它應(yīng)用和實(shí)施方案。
因此，并不打算將本發(fā)明限制于明確描述的實(shí)施方案，因?yàn)榭梢援a(chǎn)生上述內(nèi)容的許多置換和組合以及包括上述內(nèi)容的不具有創(chuàng)造性的(non-inventive)替代的實(shí)施，但本發(fā)明應(yīng)根據(jù)下列權(quán)利要求來限定。應(yīng)該理解，那些未被描述的實(shí)施方案中的許多落在下列權(quán)利要求以及其它等同物的文字范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的方法，包括對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模；腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以使骨結(jié)構(gòu)與不相連的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模；使該第三位掩模膨脹以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模；以及從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以產(chǎn)生表示骨結(jié)構(gòu)的第五位掩模。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該醫(yī)學(xué)圖像是解剖部分的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該強(qiáng)度范圍是通過選擇骨結(jié)構(gòu)的亮度級(jí)確定的、從圍繞該種子點(diǎn)的面積得到的、以及預(yù)先設(shè)定的之一。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該種子點(diǎn)是通過用戶選擇表示要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象的點(diǎn)來獲得的。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象是骨結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)該第五位掩模執(zhí)行體積再現(xiàn)技術(shù)以從該醫(yī)學(xué)圖像中提取骨結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該體積再現(xiàn)技術(shù)是最大強(qiáng)度投影、不透明再現(xiàn)和有陰影的不透明再現(xiàn)中的一種。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該醫(yī)學(xué)圖像是通過計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)和螺旋CT成像技術(shù)中的一種獲得的。
9.一種用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)程序；處理器，與該存儲(chǔ)設(shè)備通信，該處理器運(yùn)行該程序以對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模；腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨與不相連的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模；使該第三位掩模膨脹以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模；以及從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以產(chǎn)生表示骨的第五位掩模。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中該醫(yī)學(xué)圖像是解剖部分的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該強(qiáng)度范圍是通過選擇骨的亮度級(jí)確定的、從圍繞該種子點(diǎn)的面積得到的、以及預(yù)先設(shè)定的之一。
12.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中該種子點(diǎn)是通過用戶選擇表示要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象的點(diǎn)來獲得的。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中要從醫(yī)學(xué)圖像中去除的對(duì)象是骨。
14.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中該處理器進(jìn)一步運(yùn)行程序代碼以對(duì)該第五位掩模執(zhí)行體積再現(xiàn)技術(shù)以從該醫(yī)學(xué)圖像中提取骨。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中該體積再現(xiàn)技術(shù)是最大強(qiáng)度投影、不透明再現(xiàn)和有陰影的不透明再現(xiàn)中的一種。
16.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中該醫(yī)學(xué)圖像通過計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)和螺旋CT成像技術(shù)中的一種獲得。
17.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)可使用的介質(zhì)，該計(jì)算機(jī)可使用的介質(zhì)具有記錄在其上的計(jì)算機(jī)程序邏輯，該計(jì)算機(jī)程序邏輯用于從醫(yī)學(xué)圖像中提取骨結(jié)構(gòu)，該計(jì)算機(jī)程序邏輯包括用于對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模的程序代碼；用于腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模的程序代碼，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；用于從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨結(jié)構(gòu)與不相連的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模的程序代碼；用于使該第三位掩模膨脹以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模的程序代碼；以及用于從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨結(jié)構(gòu)的第五位掩模的程序代碼。
18.一種用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)，包括用于對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在骨的強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模的裝置；用于腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨結(jié)構(gòu)之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模的裝置，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；用于從種子點(diǎn)開始通過使體素增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨與不相連的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模的裝置；用于使該第三位掩模膨脹以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模的裝置；以及用于從該種子點(diǎn)開始通過增長到在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的鄰近體素中來對(duì)該第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨的第五位掩模的裝置。
19.一種用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨結(jié)構(gòu)的方法，包括從醫(yī)學(xué)圖像中獲得種子點(diǎn)；確定骨結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度范圍；對(duì)第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生第三位掩模，其中從種子點(diǎn)開始對(duì)該第二位掩模的在該強(qiáng)度范圍和與對(duì)象的表面的距離內(nèi)的體素進(jìn)行區(qū)域增長，其中通過腐蝕在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素的第一位掩模來限定該對(duì)象；以及通過將膨脹濾波器應(yīng)用于在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素來使該第三位掩模膨脹以產(chǎn)生第四位掩模，并對(duì)該第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨結(jié)構(gòu)的第五位掩模。
20.一種用于從基于切片的三維(3D)醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的方法，包括從該醫(yī)學(xué)圖像中獲得骨種子點(diǎn)；確定骨的強(qiáng)度范圍；對(duì)該醫(yī)學(xué)圖像的每個(gè)在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素進(jìn)行二進(jìn)制閾值處理，以產(chǎn)生第一位掩模；將形態(tài)學(xué)的腐蝕濾波器應(yīng)用于該第一位掩模以去除血管和骨之間的連接，從而產(chǎn)生第二位掩模，其中該連接是在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的；從該種子點(diǎn)開始通過使在該強(qiáng)度范圍內(nèi)的體素增長來對(duì)第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以使骨與不相連的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模；將膨脹濾波器應(yīng)用于該第三位掩模以恢復(fù)該第三位掩模的表面面積從而產(chǎn)生第四位掩模；從該種子點(diǎn)開始在該強(qiáng)度范圍內(nèi)對(duì)該第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以產(chǎn)生表示骨的第五位掩模；以及對(duì)該第五位掩模執(zhí)行體積再現(xiàn)技術(shù)以從該醫(yī)學(xué)圖像中提取骨。
全文摘要
提供用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的系統(tǒng)和方法。用于從醫(yī)學(xué)圖像中自動(dòng)提取骨的方法包括對(duì)在骨的強(qiáng)度范圍內(nèi)的圖像進(jìn)行閾值處理以產(chǎn)生第一位掩模(240)；腐蝕該第一位掩模以去除血管和骨之間的連接從而產(chǎn)生第二位掩模(250)；從種子點(diǎn)開始在強(qiáng)度范圍內(nèi)對(duì)該第二位掩模進(jìn)行區(qū)域增長以使骨與不相連的血管分離并產(chǎn)生第三位掩模(260)；使該第三位掩模膨脹以產(chǎn)生第四位掩模(270)；以及從該種子點(diǎn)開始在強(qiáng)度范圍內(nèi)對(duì)第四位掩模進(jìn)行區(qū)域增長，以產(chǎn)生表示骨的第五位掩模(280)。
文檔編號(hào)G06T7/00GK1914640SQ200580003233
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月26日
發(fā)明者T·莫勒 申請(qǐng)人:美國西門子醫(yī)療解決公司