專(zhuān)利名稱(chēng)：用于交互式肝臟血管和膽管系統(tǒng)評(píng)估的方法、系統(tǒng)、裝置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所述的示例方面涉及醫(yī)學(xué)影像處理，并且具體地說(shuō)涉及用于交互式術(shù)前評(píng)估肝臟血管和膽管系統(tǒng)的方法、系統(tǒng)、裝置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
人體肝臟接收大約30%的靜息心輸出量。人體肝臟是富含血管的器官，具有三種血管系統(tǒng)門(mén)靜脈，肝靜脈，和肝動(dòng)脈系統(tǒng)。此外，人體肝臟具有膽管系統(tǒng)，在所述膽管系統(tǒng)中膽管將膽汁從肝臟和膽囊輸送入十二指腸。由于肝臟中復(fù)雜的血管解剖結(jié)構(gòu)，對(duì)肝臟進(jìn)行外科手術(shù)可能富有挑戰(zhàn)性。一般來(lái)說(shuō)，在一次成功的手術(shù)后，患者會(huì)有足夠的由全部四種管道系統(tǒng)供給的剩余肝臟組織。實(shí)現(xiàn)該目的的一種方式是進(jìn)行術(shù)前肝臟管道評(píng)估，所述評(píng)估包括適宜的分割血管和膽管并且在管道系統(tǒng)中建立可靠的量化的空間關(guān)系。不過(guò)，好的分割管道可能難以實(shí)現(xiàn)。例如，肝動(dòng)脈的分支可能是非常細(xì)的一像單個(gè)像素寬度一樣小一使得分割這些分支變得困難。此外，小血管分支和周?chē)慕馄式Y(jié)構(gòu)之間的成像對(duì)比度可能非常低。因此，廣泛使用的分割技術(shù)如區(qū)域生長(zhǎng)通常不能產(chǎn)生足夠令人滿意的輸出?；趫D譜和模型的方法也不能提供希望的精確度，因?yàn)椴煌颊咧g的肝臟血管解剖結(jié)構(gòu)差異很大。因此，有效和快速分割小血管和/或具有低對(duì)比度的血管仍具有挑戰(zhàn)性?？煽吭u(píng)估患者的膽管系統(tǒng)也可能難以實(shí)現(xiàn)。術(shù)前評(píng)估患者的膽管具有顯著的臨床重要性，因?yàn)樾g(shù)后膽管并發(fā)癥是普遍遇到的問(wèn)題。不過(guò)，在術(shù)前評(píng)估中，通常用不同于其它肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)(例如肝臟血管系統(tǒng))的造影劑和數(shù)據(jù)采集設(shè)備掃描膽管。例如，大多數(shù)的肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)可通過(guò)核磁共振(MR)或電腦斷層造影(CT)技術(shù)進(jìn)行掃描，而膽管系統(tǒng)可通過(guò)磁共振膽胰管成像(MRCP)或CT膽管成像(CTC)技術(shù)進(jìn)行掃描。在這些情況，不同肝內(nèi)系統(tǒng)的不同掃描必須配準(zhǔn)，以便分析患者的膽管解剖結(jié)構(gòu)連同其它肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)確的配準(zhǔn)要求膽管系統(tǒng)的掃描與其它解剖結(jié)構(gòu)的掃描很好地配準(zhǔn)。不過(guò)，在肝臟的解剖結(jié)構(gòu)中， 門(mén)靜脈和膽管是平行的而不是交疊的。因此，利用通過(guò)使對(duì)象之間的空間差異最小化來(lái)使兩個(gè)對(duì)象的交疊最大化的傳統(tǒng)配準(zhǔn)算法不能產(chǎn)生完好配準(zhǔn)的掃描。此外，患者身體姿勢(shì)的改變可能導(dǎo)致是軟組織器官的肝臟的顯著變形。例如，在患者膽管系統(tǒng)的掃描過(guò)程中，與在患者肝臟血管系統(tǒng)的先前掃描過(guò)程中的形狀相比，患者肝臟的形狀可能發(fā)生變形。在該示例中，膽管掃描與血管掃描的配準(zhǔn)，被上文所述的空間錯(cuò)位復(fù)雜化，同時(shí)還可能被變形影響進(jìn)一步復(fù)雜化。
從上文的討論可見(jiàn)，已知的方法和系統(tǒng)不足以提供有效生成三維血管分割的交互式血管分割方法。已知的方法和系統(tǒng)也不足以允許血管和膽管系統(tǒng)的術(shù)前評(píng)估。并且，已知的系統(tǒng)不提供醫(yī)師所希望的量化、靈活性和易用性的結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)用于在三維醫(yī)學(xué)影像上進(jìn)行影像分割的方法和用于在影像中配準(zhǔn)解剖結(jié)構(gòu)的方法，以及根據(jù)所述方法操作的系統(tǒng)、裝置和計(jì)算機(jī)程序，可以克服與前述相關(guān)的現(xiàn)有限制和其它限制。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，用于在三維醫(yī)學(xué)影像上進(jìn)行影像分割的方法包括產(chǎn)生包括解剖結(jié)構(gòu)的三維影像的投影，在所述投影上描繪對(duì)應(yīng)于所述解剖結(jié)構(gòu)的至少一條曲線， 根據(jù)所述至少一條曲線和投影提取感興趣曲面體，并且在所述感興趣的曲面體中提取分割的解剖結(jié)構(gòu)。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，用于在影像中配準(zhǔn)解剖結(jié)構(gòu)的方法包括在第一影像中確定膽管系統(tǒng)的一部分，在第二影像中確定肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)的一部分，在所述第一和第二影像中確定膽囊，根據(jù)與所述膽管系統(tǒng)和所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)相關(guān)的至少一個(gè)預(yù)定的空間關(guān)系確定代價(jià)函數(shù)，并且通過(guò)使所述代價(jià)函數(shù)最大化來(lái)配準(zhǔn)所述膽管系統(tǒng)和所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)。所述至少一個(gè)預(yù)定的空間關(guān)系包括所述膽管系統(tǒng)的一部分相對(duì)于所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)的一部分的定向。


本文所要求保護(hù)和/或所披露的內(nèi)容將結(jié)合示例性實(shí)施例進(jìn)一步進(jìn)行描述。這些示例性實(shí)施例將結(jié)合附圖詳細(xì)描述。這些實(shí)施例是非限制性的示例實(shí)施例，其中同樣的附圖標(biāo)記在附圖的若干視圖中表示相似的結(jié)構(gòu)。圖1示出了根據(jù)本文的一個(gè)示例實(shí)施例，由用于術(shù)前和術(shù)后評(píng)估的系統(tǒng)構(gòu)成的示例。圖2(a)示出了根據(jù)本文的一個(gè)示例實(shí)施例，通過(guò)血管分析單元進(jìn)行血管分析的流程圖。圖2(b)示出了根據(jù)本文的一個(gè)示例實(shí)施例，用于血管分割的流程圖。圖2 (C)是CT掃描的二維切片的影像。圖2(d)是MIP圖的影像，具有包括圖2(c)中的切片的層塊厚度。圖2(e)是MIP圖的另一影像，包括圖2(c)中的切片和不同于圖2 (d)的MIP圖的
層塊厚度。圖2(f)示出了沿著MIP圖上的血管繪制的輪廓。圖2(g)示出了從圖2(f)所示的輪廓中提取的曲面感興趣區(qū)域。圖2(h)示出了顯示在MIP圖中的細(xì)血管分割結(jié)果。圖2(i)示出了顯示在最初二維切片中的細(xì)血管分割結(jié)果。圖3示出了根據(jù)本文的一個(gè)示例實(shí)施例，用于配準(zhǔn)血管和膽管結(jié)構(gòu)的流程圖。圖4(a)示出了包括分割的門(mén)靜脈的肝臟空間的三維影像。圖4(b)示出了包括膽囊的分割的膽管系統(tǒng)的三維影像。
圖4(c)示出了患者腹部的CT掃描，其中箭頭表示膽囊。圖4(d)示出了分割的膽管系統(tǒng)和圖4(c)所示的CT掃描之間的空間差異。圖4(e)示出了分割的膽管系統(tǒng)配準(zhǔn)圖4(c)所示CT掃描上的肝臟空間。圖5 (a)示出了門(mén)靜脈系統(tǒng)和膽管系統(tǒng)。圖5(b)示出了在CT或MR掃描中可見(jiàn)的門(mén)靜脈和膽囊。圖5 (c)示出了在MRCP或CTC掃描中可見(jiàn)的膽管和膽囊。圖5(d)示出了來(lái)自不同掃描的膽囊之間的交疊。圖5 (e)示出了門(mén)靜脈和膽管之間的表面距離。圖6是根據(jù)圖2(a)的流程圖設(shè)置的功能模塊圖。圖7是根據(jù)圖2(b)的流程圖設(shè)置的功能模塊圖。圖8是根據(jù)圖3的流程圖設(shè)置的功能圖。圖9是示例性計(jì)算體系結(jié)構(gòu)的示圖。
具體實(shí)施例方式本文所披露的示例方面涉及交互式和實(shí)時(shí)評(píng)估肝臟血管和膽管結(jié)構(gòu)的方法、系統(tǒng)、裝置和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。這些示例性實(shí)施例可用于促進(jìn)定量評(píng)估和評(píng)價(jià)解剖結(jié)構(gòu)，例如肝臟、肝臟分割部分、血管結(jié)構(gòu)、血管流域、膽管結(jié)構(gòu)和肝病灶。所述評(píng)估和評(píng)價(jià)可包括在解剖結(jié)構(gòu)之間建立空間關(guān)系，并且可用于例如術(shù)前規(guī)劃要對(duì)肝臟進(jìn)行的手術(shù)和在手術(shù)后評(píng)價(jià)肝臟。
用于血管、膽管系統(tǒng)和流域分析的系統(tǒng)圖1示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例可用于術(shù)前和/或術(shù)后外科手術(shù)評(píng)估的系統(tǒng)的示例性構(gòu)造。系統(tǒng)包括患者數(shù)據(jù)庫(kù)111，肝臟分析單元112，血管分析單元113，膽管系統(tǒng)分析單元114，血管-膽管系統(tǒng)配準(zhǔn)單元115，和流域分析單元116。所述構(gòu)成部分的每一個(gè)可通過(guò)軟件、硬件或固件實(shí)現(xiàn)，并且每一個(gè)可設(shè)置成由用戶操作?；颊邤?shù)據(jù)庫(kù)111可用于加載用于評(píng)估的影像。例如，影像可以指定是選定的患者并且與所述患者肝臟的血管和/或膽管評(píng)估相關(guān)。所述影像的示例包括但不限于，CT掃描、 MR掃描、磁共振膽胰管成像(MRCP)掃描、CT膽管成像(CTC)掃描和超聲波掃描。從患者數(shù)據(jù)庫(kù)111加載的掃描可包括多個(gè)掃描期，例如可以掃描CT或MR影像的多個(gè)掃描期用于綜合評(píng)價(jià)解剖結(jié)構(gòu)例如肝臟、病灶和血管。一般來(lái)講，肝臟分析單元112、血管分析單元113和膽管系統(tǒng)分析單元114可用于幫助用戶定量分析肝臟的解剖結(jié)構(gòu)，例如肝臟本身、肝病灶以及肝臟的血管和膽管系統(tǒng)。具體地說(shuō)，肝臟分析單元112可用于肝臟分割和容積測(cè)量，血管分析單元113可用于血管分割和分析，而膽管系統(tǒng)分析單元114可用于膽管結(jié)構(gòu)分析。在圖1中，從患者數(shù)據(jù)庫(kù)111加載的CT和MR影像被傳送至肝臟分析單元112和血管分析單元113，而CTC和MRCP影像被傳送至膽管系統(tǒng)分析單元114?？梢允褂眠@種結(jié)構(gòu)是因?yàn)樵谝恍┣闆r，盡管CT或MR影像適用于例如肝臟、病灶和血管分析，但可能不適用于膽管系統(tǒng)的分析。因此，其它影像例如MRCP或CTC影像可用于膽管系統(tǒng)評(píng)價(jià)。不過(guò)，應(yīng)當(dāng)理解，圖1所示的任何特定的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和目的僅用于示例而不是限制性的。例如，盡管附圖示出了用于膽管系統(tǒng)分析的MRCP或CTC影像，來(lái)自其它數(shù)據(jù)采集設(shè)備的影像(包括
7用于肝臟和血管分析的相同影像掃描)也可用于膽管系統(tǒng)分析。肝臟分析單元112、血管分析單元113和膽管系統(tǒng)分析單元114分別單獨(dú)評(píng)價(jià)肝臟結(jié)構(gòu)、血管系統(tǒng)和膽管系統(tǒng)。不過(guò)，單獨(dú)評(píng)價(jià)這些解剖結(jié)構(gòu)可能僅對(duì)術(shù)前規(guī)劃提供有限的幫助。例如，醫(yī)師可能希望得到患者肝臟的完整三維解剖結(jié)構(gòu)，以便根據(jù)綜合考慮不同的重要解剖結(jié)構(gòu)以及它們的空間關(guān)系精確地規(guī)劃外科手術(shù)。在這種情況，醫(yī)師可能希望患者的膽管和膽囊連同肝臟、病灶和血管樹(shù)一起顯示在計(jì)算機(jī)屏幕的三維空間中，即使這些解剖結(jié)構(gòu)的每一個(gè)以不同的影像采集模式(例如MR掃描和MRCP掃描)獲得和增強(qiáng)。因此，圖 1的系統(tǒng)還被設(shè)置成以對(duì)不同的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行配準(zhǔn)。血管-膽管系統(tǒng)配準(zhǔn)單元115可被設(shè)置成將在一種影像采集模式或掃描期的掃描中所增強(qiáng)和/或分割的膽管結(jié)構(gòu)與在另一種模式或掃描期的掃描中所增強(qiáng)和/或分割的肝臟、病灶和血管進(jìn)行配準(zhǔn)。血管-膽管系統(tǒng)配準(zhǔn)單元115還可被設(shè)置成將在動(dòng)脈期掃描中所增強(qiáng)和/或分割的動(dòng)脈與在靜脈期掃描中增強(qiáng)和/或分割的門(mén)靜脈進(jìn)行配準(zhǔn)。流域分析單元116可被設(shè)置成計(jì)算例如流域?qū)?yīng)于門(mén)靜脈系統(tǒng)、肝靜脈系統(tǒng)、動(dòng)脈系統(tǒng)和膽管系統(tǒng)的供血/回流流域及每個(gè)流域的容積。流域分析單元116可接受由圖1 所示系統(tǒng)的其它單元配準(zhǔn)的血管和膽管結(jié)構(gòu)作為輸入。流域分析單元116還可被設(shè)置成計(jì)算特定血管或膽管分支的供血/回流流域。通過(guò)所述流域分析，醫(yī)師能夠定量測(cè)量例如當(dāng)在切除過(guò)程中切除血管分支時(shí)受影響肝臟的體積。
血管分析和分割如上文所述，血管或膽管分割可能難以進(jìn)行。血管分支可能非常細(xì)(例如一個(gè)像素寬度)，和/或由于分支和附近解剖結(jié)構(gòu)的低對(duì)比度可能難以在影像上顯示血管分支。這些問(wèn)題對(duì)于在軟組織細(xì)胞中例如肝臟的肝細(xì)胞中存在較大密度差異的有病肝臟可能更為嚴(yán)重，使得細(xì)血管分支的分割變得更為困難?；趨^(qū)域生長(zhǎng)的技術(shù)不能產(chǎn)生足夠可靠或準(zhǔn)確的輸出，而基于圖譜或模型方法的技術(shù)對(duì)于患者間在肝臟血管解剖結(jié)構(gòu)上的變化是不精確的。圖2(a)示出了用于血管分析和分割的示例流程圖。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，由所述流程圖示出的過(guò)程可用于利用影像數(shù)據(jù)分析一個(gè)或多個(gè)血管結(jié)構(gòu)并且分割所述被分析的結(jié)構(gòu)。在該圖中示出的過(guò)程的部分或全部可例如通過(guò)圖1的血管分析單元113進(jìn)行實(shí)施。在步驟2-101，顯示三維對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)最大密度投影(MIP)影像。MIP是顯示方法，其中來(lái)自不同深度的二維影像(例如多個(gè)CT切片或MR切片)被組合成層塊，即切片的層疊，并且層塊中具有最大密度的體素被投影到二維平面上。不過(guò)，在另一示例性實(shí)施例中，可以使用最小密度投影(minIP)。例如，在待分割的膽管比其它周?chē)慕馄式Y(jié)構(gòu)具有更低的影像密度時(shí)可以使用minIP。此外，其它示例性實(shí)施例仍可使用適于顯示解剖結(jié)構(gòu)(例如膽管和門(mén)靜脈)的任何其它類(lèi)型的體投影或影像顯示。圖2 (c)到2 (e)示出了 MIP影像的顯示如何可輔助解剖結(jié)構(gòu)(例如肝臟的血管系統(tǒng))的成像和分割。圖2(c)是在對(duì)患者的腹部進(jìn)行CT掃描過(guò)程中獲得的二維切片的影像。 血管通常具有比肝實(shí)質(zhì)更高的密度。不過(guò)，在該影像中，只示出了小部分的細(xì)血管分支，這是因?yàn)橛捎诟闻K解剖結(jié)構(gòu)，分支跟隨進(jìn)入和離開(kāi)CT掃描切片的平面的路徑。因此，利用該影像手工描繪血管分支既不實(shí)用又沒(méi)效率。圖2(d)和圖2(e)是具有包括圖2(c)所示切片的層塊厚度的MIP影像。利用最大密度投影(MIP)技術(shù)，細(xì)血管分支變得更為可見(jiàn)，如這些附圖所示。調(diào)節(jié)MIP層塊的厚度可顯示血管分支的不同視圖。圖2(d)中的MIP影像比圖2(e)中的MIP影像具有更大的層塊厚度。因此，可以在圖2(d)中對(duì)完整的血管分支進(jìn)行成像，而在圖2(e)中顯示斷開(kāi)。這些MIP影像示出了用戶如何可分辨二維MIP影像上的血管分支，并從而利用三維交互式血管分割使用所述影像來(lái)描繪血管分支，如下文所述。在步驟2-101顯示多個(gè)MIP影像，所述影像可包括例如三維對(duì)象(例如對(duì)肝臟的醫(yī)學(xué)研究)的三個(gè)正交MIP影像(例如，軸向、冠狀和矢狀)或任意角度多平面重組(MPR) MIP影像。此外，MIP影像能夠以二維和三維進(jìn)行顯示。在二維MIP顯示中，顯示了預(yù)定義 MIP深度的MIP層塊。用戶能夠跨醫(yī)學(xué)影像空間，例如3個(gè)正交方向或沿任意角度MPR方向?yàn)g覽每個(gè)MIP影像。在三維顯示中，可以同時(shí)顯示多個(gè)MIP影像，中心位于當(dāng)前截面點(diǎn)。步驟2-201之后的判定框2-102確定是否存在還沒(méi)有被分割的血管結(jié)構(gòu)?？梢岳缤ㄟ^(guò)用戶在用戶界面輸入手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行判定框的確定。所述確定可基于在步驟2-101 所顯示的影像。在步驟2-103，可以調(diào)節(jié)MIP層塊的深度或厚度。不同的MIP層塊可以單獨(dú)或一起調(diào)節(jié)，以便最好的顯示MIP影像中待分割的血管分支。在一些示例性實(shí)施例中，MIP層塊深度的最小值可以是1，即可以觀察和調(diào)節(jié)非MIP影像。MIP層塊的窗位也可以單獨(dú)或一起調(diào)節(jié)，以便最好的顯示血管分支。步驟2-103可以跳過(guò)，例如如果不需要或不希望調(diào)節(jié)MIP層塊時(shí)。在步驟2-105，沿著成像的血管結(jié)構(gòu)繪制一條或多條曲線，以便繪出一支或多支血管的輪廓?？梢岳缤ㄟ^(guò)用戶在用戶界面進(jìn)行輸入手動(dòng)或自動(dòng)繪制所述曲線。影像可以是 MIP影像，minIP影像，或原影像，例如，層塊深度為1的影像。繪出血管的輪廓可包括在另一 MIP視圖上的另一輪廓，包括任何其它的正交MIP影像或不同角度的MIP MI3R影像。例如，所述繪出的輪廓可用于例如進(jìn)一步限定血管結(jié)構(gòu)的感興趣區(qū)域(ROI)。在圖2(f)中示出了完成步驟2-105的示例，示出了沿MIP視圖上的血管繪制的輪廓2-401。該圖中的MIP 視圖與圖2(d)中所示相同的MIP視圖。在步驟2-107，輪廓點(diǎn)被用于進(jìn)行血管分割。該步驟可部署分割算法，所述分割算法利用輸入(例如，由步驟2-105所繪制的輪廓2-401或另一輸出)來(lái)分割對(duì)應(yīng)于所述輪廓的血管分支。所述分割算法的一個(gè)示例將在下文結(jié)合圖2(b)進(jìn)行討論。在步驟2-109，顯示了分割的結(jié)果。顯示可包括以二維和三維顯示分割結(jié)果。在三維顯示中，可以顯示三維分割的血管對(duì)象。在二維顯示中，可將分割的血管對(duì)象覆蓋在二維影像上。顯示可涉及更新先前的分割結(jié)果，例如，血管結(jié)構(gòu)被先前分割或分割結(jié)果被調(diào)整。在步驟2-111，用戶還可以進(jìn)一步交互式調(diào)節(jié)分割結(jié)果。在所述調(diào)節(jié)之后，再次進(jìn)入上述的判定框2-102。如果確定存在還沒(méi)有被分割的血管結(jié)構(gòu)，重復(fù)所述程序的分析和分割部分。如果確定已對(duì)所有需要的血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分割，所述程序結(jié)束。圖2(b)示出了用于血管分割的示例性流程圖。該流程圖是可用于如上所述圖 2(a)中的步驟2-107的分割算法的一個(gè)示例。在步驟2-301，提取三維感興趣區(qū)域(VOI)。VOI可用作在其它步驟可分割血管結(jié)構(gòu)的參照區(qū)域。通過(guò)如現(xiàn)在將會(huì)描述的基于血管結(jié)構(gòu)的輪廓建立ROI和擴(kuò)展ROI來(lái)實(shí)現(xiàn) VOI的提取。首先，沿特定方向，例如在每個(gè)輪廓點(diǎn)處的MIP的方向，投影出一條線。沿該線位于當(dāng)前MIP層塊內(nèi)部的體素可被當(dāng)作在ROI內(nèi)。隨后，可以沿垂直于投影MIP影像所沿的軸線的多個(gè)，例如所有，二維方向擴(kuò)展R0I。曲面三維感興趣區(qū)域(VOI)因此被提取以供分析，如圖2(g)所示。曲面VOI根據(jù)用戶輸入結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)限制向前的自動(dòng)血管分割。例如，醫(yī)師能夠在所顯示的MIP影像上將靶動(dòng)脈與周?chē)o脈區(qū)分開(kāi)。因此，醫(yī)師可以只在動(dòng)脈上繪制曲線并且避開(kāi)靜脈。在步驟2-301的VOI的提取可包括多個(gè)VOI的組合。例如，用戶繪制的輪廓可能不精確，并且分割系統(tǒng)可能不足以強(qiáng)到能容忍這種不精確。因此，在輪廓繪制的步驟2-105， 用戶可能在不同的MIP視圖上繪制多于一個(gè)的輪廓。在這種情況，可以提取對(duì)應(yīng)于每個(gè)所繪制輪廓的單獨(dú)的V0I。根據(jù)多個(gè)VOI的結(jié)合，可以形成進(jìn)一步受限制的V0I。在步驟2-303，使用線狀濾波算法來(lái)過(guò)濾VOI內(nèi)的體素。VOI內(nèi)的每個(gè)體素可應(yīng)用線狀濾波。合適的線狀濾波的一個(gè)示例披露于Yoshinobu Sato等人所著的 ”Three-dimensional multi-scale line filter for segmentation and visualization of curvilinear structure in medical images，，(2Med. Image Analysis 101， 143(1998))，該文獻(xiàn)如同在文本完全陳述一樣被結(jié)合入本文作為引用。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，根據(jù)三維多尺度線狀濾波來(lái)實(shí)施線狀濾波算法。在步驟2-305，線狀濾波響應(yīng)的輸出被選擇作為VOI內(nèi)的初始分割。選擇可以基于閾值進(jìn)行，隨后由線狀濾波算法應(yīng)用以便限制線狀濾波響應(yīng)。例如，步驟2-303的過(guò)濾結(jié)果可以是具有帶線狀濾波響應(yīng)的體素的相連區(qū)域。該過(guò)濾結(jié)果可應(yīng)用于閾值以產(chǎn)生具有高于閾值的線狀濾波響應(yīng)的體素。這些體素可被選作VOI內(nèi)血管結(jié)構(gòu)的最初分割?？梢栽诓襟E 2-305或其它步驟調(diào)節(jié)和選擇所述閾值。例如，用戶可以在圖2(a)的流程圖的步驟2-111 調(diào)節(jié)線狀濾波響應(yīng)閾值。在步驟2-307，將線狀濾波分割的輸出用于適應(yīng)性分割。適應(yīng)性分割可包括基于體素灰度值的適應(yīng)性區(qū)域生長(zhǎng)的步驟。區(qū)域生長(zhǎng)可以根據(jù)閾值(例如，低于過(guò)濾器響應(yīng)閾值的閾值)，并且在適應(yīng)性分割過(guò)程中可以調(diào)節(jié)閾值。例如，可以適應(yīng)性調(diào)節(jié)區(qū)域生長(zhǎng)閾值，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)檢查已分割對(duì)象的形狀以確保它保持管狀結(jié)構(gòu)。由于細(xì)血管結(jié)構(gòu)的低對(duì)比度， 由線狀濾波分割獲得的結(jié)果可產(chǎn)生多個(gè)碎片。不過(guò)，在區(qū)域生長(zhǎng)過(guò)程中，用戶或系統(tǒng)可通過(guò)分析它們的形狀和空間關(guān)系連接斷開(kāi)的血管分支。在其它步驟包括例如圖2(a)的流程圖的步驟2-111可以調(diào)節(jié)和選擇區(qū)域生長(zhǎng)閾值。血管分割的一個(gè)示例結(jié)果在圖2(h)和2(i)中示出。具體地說(shuō)，圖2(h)示出了疊加在MIP影像上的血管分割結(jié)果2-501，而圖2(i)示出了在二維影像切片中的血管分割結(jié)果 2-601。血管分割不限于通過(guò)線狀濾波響應(yīng)算法進(jìn)行的分割。而是，血管分割可通過(guò)與結(jié)合圖2(b)所述的示例程序之外的程序進(jìn)行。例如，可以執(zhí)行其它優(yōu)化程度，以便根據(jù)用戶在MIP影像上所繪制的輪廓提取血管結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以使用動(dòng)態(tài)編程程序來(lái)找到VOI內(nèi)的三維路徑。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的，動(dòng)態(tài)編程是用于將復(fù)雜問(wèn)題分解成簡(jiǎn)單遞歸搜索的算法。動(dòng)態(tài)編程的示例披露于S. Dasgupta等人的論文中 (Algorithms (2006))。由動(dòng)態(tài)編程方法找到的最佳路徑可表示具有線性過(guò)濾器響應(yīng)和/或灰度值的最大和的曲面VOI內(nèi)的路徑。所得到的三維路徑可相對(duì)于管狀模型匹配以模擬已被分割的血管結(jié)構(gòu)。
上文結(jié)合圖2 (a)到2 (i)所述的血管分析和分割程序還可用于膽管系統(tǒng)分析和分割。在這里，膽管結(jié)構(gòu)分析單元114可執(zhí)行與血管分析單元113所執(zhí)行的程序相似的程序。 不過(guò)，膽管結(jié)構(gòu)分析單元114可執(zhí)行不同的分割程序。例如，可利用不同的程序?qū)ψ鳛槟懝芟到y(tǒng)構(gòu)成部分的膽囊進(jìn)行分割。所述程序的示例包括通過(guò)區(qū)域生長(zhǎng)播種(自動(dòng)或手動(dòng))，適應(yīng)性定閾值，和形狀保持。在該示例中，閾值的值和范圍與血管分割中的那些不同。計(jì)算待分割區(qū)域的形狀(例如，每個(gè)切片上的環(huán)狀)并且所述形狀用作閾值選擇的條件。
血管-膽管系統(tǒng)配準(zhǔn)在相同的三維空間中顯示不同的解剖部分(例如肝臟、病灶、門(mén)靜脈、肝靜脈、肝動(dòng)脈、膽管、和膽囊)可以大大增強(qiáng)醫(yī)師辨別和區(qū)分這些解剖部分之間的空間關(guān)系的能力。 如上文所述，例如在血管分析單元113和/或膽管結(jié)構(gòu)分析單元114上進(jìn)行的血管和膽管系統(tǒng)分割程序可用于分割和量化單獨(dú)的血管和膽管系統(tǒng)。不過(guò)，這些已分割的系統(tǒng)可能不易于被結(jié)合入單個(gè)三維空間，因?yàn)樗鼋馄式Y(jié)構(gòu)的分割通常在相同影像采集模式的不同掃描期的掃描上或來(lái)自多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的掃描上進(jìn)行。例如，動(dòng)脈通常在CT或MR掃描的動(dòng)脈期中是增強(qiáng)和可視的，而靜脈通常在靜脈期中是增強(qiáng)和可視的。此外，通?？衫肕RCP 或CTC掃描使膽管系統(tǒng)成像。由于使用了不同掃描期和/或影像采集模式，在這些不同的掃描中患者的姿勢(shì)可能不同。如果只是將膽管系統(tǒng)顯示在肝臟三維空間中，很可能產(chǎn)生較大的空間差異。反而，膽管系統(tǒng)的掃描和/或分割必須與其它解剖結(jié)構(gòu)例如血管系統(tǒng)的掃描和/或分割配準(zhǔn)。圖4(d)示出了由一個(gè)掃描分割的膽管系統(tǒng)與其它肝內(nèi)結(jié)構(gòu)的另一掃描組合而得到的空間差異。在該圖中，膽囊和膽管系統(tǒng)的其余部分(由CTC掃描分割)顯示在二維CT 影像中。不過(guò)，由于例如患者姿勢(shì)的不同，膽管系統(tǒng)從其它肝臟解剖結(jié)構(gòu)明顯偏移。如該圖所表明，配準(zhǔn)由多個(gè)掃描分割的解剖結(jié)構(gòu)對(duì)于術(shù)前和術(shù)后評(píng)估是重要的。不過(guò)，將一個(gè)掃描中的解剖結(jié)構(gòu)與另一掃描中的解剖結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)可能由于這些結(jié)構(gòu)的成像特征而變得復(fù)雜。例如，由MRCP或CTC數(shù)據(jù)分割的膽管可能不易于與CT或MR數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，因?yàn)槟懝芡ǔ２煌ㄟ^(guò)CT或MR技術(shù)成像，而很多其它的肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)包括肝動(dòng)脈、門(mén)靜脈和肝靜脈通過(guò)這些技術(shù)成像。因此，可能沒(méi)有可配準(zhǔn)的已分割膽管的解剖結(jié)構(gòu)顯示在 CT或MR掃描中。在圖4(c)中示出了這個(gè)問(wèn)題的示例，示出了患者腹部的CT掃描，其中沒(méi)有對(duì)膽管成像。此外，MRCP掃描可能只明顯顯示膽管結(jié)構(gòu)；掃描可能顯示肝臟的解剖結(jié)構(gòu)的最少信息。結(jié)果，可能有很少的解剖結(jié)構(gòu)標(biāo)志(如果有的話)可用于跨空間或跨模式配準(zhǔn)。因此，利用檢測(cè)到的標(biāo)志進(jìn)行配準(zhǔn)的傳統(tǒng)配準(zhǔn)方法在這種情況可能不適用。在一些示例性實(shí)施例中，可以部分基于膽囊的配準(zhǔn)進(jìn)行膽管系統(tǒng)和其它解剖結(jié)構(gòu)的配準(zhǔn)?？赏ㄟ^(guò)MRCP或CTC技術(shù)以及CT或MR技術(shù)對(duì)膽管所連接的膽囊進(jìn)行成像。不過(guò)， 盡管在MRCP/CTC掃描和CT/MR掃描中膽囊均是可見(jiàn)的，它的大小可能例如由于注入的造影劑的作用而明顯不同。例如，在MRCP/CTC掃描上成像的膽囊可能在尺寸上遠(yuǎn)大于在CT/MR 掃描上成像的膽囊。這由圖4(b)到4(d)示出。圖4(b)示出了已分割膽管系統(tǒng)的三維顯示，包括從CTC掃描獲得的膽囊，而圖4(c)中的箭頭指向膽囊在CT掃描中的成像。如上所述的圖4(d)示出了兩個(gè)掃描之間的空間配準(zhǔn)的不匹配，還示出了膽囊在CTC掃描和CT掃描之間的尺寸上的差異。因此，可能有很少的“真相”信息，例如，在膽囊的配準(zhǔn)過(guò)程中可以依賴的不同掃描期或影像采集模式的掃描之間的信息一致性。
因此，在配準(zhǔn)是部分基于膽囊的配準(zhǔn)的示例性實(shí)施例中，還可以根據(jù)肝臟解剖結(jié)構(gòu)尤其是膽管的特征進(jìn)行配準(zhǔn)。膽管沿著門(mén)靜脈和動(dòng)脈分布，但這些結(jié)構(gòu)不交疊。圖5(a) 示出了門(mén)靜脈系統(tǒng)和膽管系統(tǒng)。如在該圖所示，門(mén)靜脈5-102和膽管5-104彼此平行，但它們不交疊。因此，使兩個(gè)對(duì)象的交疊最大化的傳統(tǒng)配準(zhǔn)算法不適用于配準(zhǔn)。根據(jù)這些示例性實(shí)施例，用于在多期掃描或多模式掃描中配準(zhǔn)增強(qiáng)和分割的膽管或血管結(jié)構(gòu)的程序?qū)⑾嗤馄式Y(jié)構(gòu)的配準(zhǔn)與不同解剖結(jié)構(gòu)的配準(zhǔn)組合成一個(gè)程序。具體地說(shuō)，配準(zhǔn)程序找到使兩個(gè)掃描中膽囊之間的交疊和/或兩個(gè)掃描中膽囊之間的特征(例如， 方向、質(zhì)心等等)的一致性最大化并且使門(mén)靜脈和膽管之間的交疊最小化的配準(zhǔn)，同時(shí)使門(mén)靜脈和膽管的表面點(diǎn)之間的距離最小化。在圖5(b)和5(c)中示出了適用于配準(zhǔn)程序的掃描的示例。圖5(b)示出了在一個(gè)掃描例如CT掃描中分割的門(mén)靜脈和膽囊，而圖5(c)示出了由另一掃描例如CTC掃描分割的膽管和膽囊。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，配準(zhǔn)程序包括確定代價(jià)函數(shù)。一個(gè)示例代價(jià)函數(shù)如下 價(jià)值(Cost) =W1 交疊(膽囊_1，膽囊_2) (overlap (gallbladder_l, gallbladder_2) -W2 ·交疊(門(mén)靜脈，膽管)(overlap (portal_vein, bile_duct)
-W3 · ^Migi^ ( Π^Ε,ΙΙ^ ) (surface_distance (portal_vein, bile_duct)胃巾， 交疊(對(duì)象1，對(duì)象2)是測(cè)量對(duì)象1和對(duì)象2之間的交疊和/或?qū)ο?和對(duì)象2之間的特征(例如，方向、質(zhì)心)的一致性的函數(shù)，表面距離(對(duì)象1，對(duì)象2)是測(cè)量?jī)蓚€(gè)表面之間的距離的函數(shù)，而Wl，W2和W3是平衡上述三個(gè)構(gòu)成部分之間的重要性的權(quán)重因數(shù)。配準(zhǔn)程序找到可以使代價(jià)函數(shù)最大化的一組配準(zhǔn)參數(shù)。圖5(d)示出了從一個(gè)掃描分割的膽囊和從另一掃描分割的膽囊之間的交疊，而圖5(e)示出了門(mén)靜脈和膽管之間的表面距離。現(xiàn)在將進(jìn)一步詳細(xì)描述配準(zhǔn)程序。圖3示出了所述程序的示例性流程圖。該圖所示的程序可以是通過(guò)例如血管_膽管結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)單元115執(zhí)行的程序。例如，所述程序可用于將基于MRCP或CTC掃描分割的膽管結(jié)構(gòu)與基于CT或MR掃描分割的血管結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)。盡管結(jié)合CT和MRCP掃描描述程序，但僅作為易于理解的非限制性示例。其它影像采集模式， 包括CT、MR、MRCP和CTC之外的影像采集模式可用于在程序的說(shuō)明中所提及的任何一個(gè)掃描。在步驟3-101，分割CT模式中的門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈以及MRCP模式中的膽管。還可分割CT和MRCP模式中的膽囊?？梢酝ㄟ^(guò)交互式或自動(dòng)方式單獨(dú)進(jìn)行CT中的門(mén)靜脈、動(dòng)脈和膽囊以及MR中的膽管和膽囊的分割。例如，用戶可以點(diǎn)擊感興趣的對(duì)象例如膽囊，以便開(kāi)始交互式分割過(guò)程。隨后，由已分割的對(duì)象可以根據(jù)其幾何形狀和位置屬性自動(dòng)或交互式識(shí)別CT和MRCP中的膽囊。例如，在沒(méi)有分割的情況下，可以例如通過(guò)二維或三維邊框表示的位置、定向和尺寸在二維影像上識(shí)別膽囊。在步驟3-103，可以配準(zhǔn)CT和MRCP中的已分割或識(shí)別的膽囊，以便配準(zhǔn)相應(yīng)的CT 和MRCP坐標(biāo)系。初始配準(zhǔn)可被理解為初步配準(zhǔn)，因?yàn)槟懩业男螤畋焕L(zhǎng)并且有時(shí)不能對(duì)兩個(gè)坐標(biāo)系的定向配準(zhǔn)提供適當(dāng)?shù)募s束。在步驟3-105，根據(jù)步驟3-103的配準(zhǔn)識(shí)別對(duì)膽囊配準(zhǔn)的約束。一個(gè)示例是對(duì)隨后配準(zhǔn)步驟中的膽囊的位置和/或定向的可容許的調(diào)節(jié)進(jìn)行約束。例如，可將配準(zhǔn)的中心識(shí)別為配準(zhǔn)后在CT和MRCP中的膽囊的平均中心。該中心可被視為在隨后的配準(zhǔn)步驟中保持不變的旋轉(zhuǎn)中心。作為另一個(gè)示例，可定義邊框，使邊框表示在隨后的配準(zhǔn)步驟中對(duì)膽囊位置的調(diào)整范圍的限制。在步驟3-107，指定即識(shí)別門(mén)靜脈(或動(dòng)脈)和膽管之間對(duì)應(yīng)的分支和/或分叉點(diǎn)。指定可包括識(shí)別門(mén)靜脈和膽管中的哪些分支和/或分叉點(diǎn)應(yīng)當(dāng)彼此平行。該指定是基于在肝臟解剖結(jié)構(gòu)中，門(mén)靜脈、動(dòng)脈和膽管被捆綁在一起并且彼此平行的事實(shí)?？梢宰詣?dòng)識(shí)別對(duì)應(yīng)的分支或分叉點(diǎn)。例如，如果使用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)表示已分割的門(mén)靜脈(或動(dòng)脈)和膽管， 系統(tǒng)能夠根據(jù)儲(chǔ)存或預(yù)定的解剖知識(shí)自動(dòng)標(biāo)記分支。在一些示例性實(shí)施例中，不是整個(gè)血管和膽管樹(shù)中的所有分支都需要配對(duì)，而可以僅將那些大的分支進(jìn)行配對(duì)。例如，門(mén)靜脈(或肝動(dòng)脈)和膽管的第一和/或第二代可用于配對(duì)，而較低級(jí)的較小分支會(huì)相應(yīng)與大的分支配準(zhǔn)。在步驟3-109，將門(mén)靜脈(或動(dòng)脈)和膽管的對(duì)應(yīng)分支和/或分叉配準(zhǔn)。在步驟 3-105識(shí)別的膽囊的配準(zhǔn)約束內(nèi)進(jìn)行分支的配準(zhǔn)。由于CT和MRCP數(shù)據(jù)之間在定向上的差異，在步驟3-109的配準(zhǔn)可產(chǎn)生可能不完全對(duì)應(yīng)于肝臟的實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)的膽管和門(mén)靜脈 (或動(dòng)脈)的交疊分支。換句話說(shuō)，膽囊約束內(nèi)的配準(zhǔn)可能導(dǎo)致例如在門(mén)靜脈和膽管的配準(zhǔn)中存在這些解剖結(jié)構(gòu)的交疊。不過(guò)，在肝臟解剖結(jié)構(gòu)中，膽管和門(mén)靜脈平行并且不交疊。因此，程序的其它步驟例如步驟3-111可考慮在定向上的這種差異并且可通過(guò)例如減少交疊來(lái)獲得解剖結(jié)構(gòu)優(yōu)化的配準(zhǔn)結(jié)果。在步驟3-111，調(diào)節(jié)在步驟3-109獲得的配準(zhǔn)參數(shù)，以便使膽管和門(mén)靜脈和/或動(dòng)脈的交疊最小化，同時(shí)使膽管和/或門(mén)靜脈和動(dòng)脈之間的總體距離最小化。調(diào)節(jié)可包括一個(gè)或兩個(gè)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)，并且可根據(jù)約束的最優(yōu)化方法進(jìn)行。鑒于本文示例性實(shí)施例的說(shuō)明，合適的約束最優(yōu)化方法對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。一個(gè)示例是拉格朗日乘子(Lagrange multipliers)的方法。此外，在該步驟可繼續(xù)應(yīng)用關(guān)于膽囊的配準(zhǔn)約束。盡管在圖3中未示出，在執(zhí)行了上述配準(zhǔn)程序后，可以進(jìn)行進(jìn)一步的手動(dòng)調(diào)節(jié)以微調(diào)配準(zhǔn)結(jié)果。具體地說(shuō)，可以進(jìn)行一個(gè)坐標(biāo)系的平移和/或旋轉(zhuǎn)，以便視覺(jué)配準(zhǔn)來(lái)自兩個(gè)坐標(biāo)系的感興趣對(duì)象。例如，用戶可以通過(guò)平移或旋轉(zhuǎn)三維顯示的膽管系統(tǒng)交互式調(diào)節(jié)膽管系統(tǒng)的位置和定向。圖4(e)示出了在肝臟三維空間中顯示并且覆蓋在原CT 二維影像切片上的配準(zhǔn)的膽管系統(tǒng)的一個(gè)示例。圖3所示的流程圖還可應(yīng)用于配準(zhǔn)在動(dòng)脈期中分割的動(dòng)脈和在靜脈期中分割的門(mén)靜脈。此外，由于可以在一個(gè)掃描期中看到動(dòng)脈和門(mén)靜脈，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，三維和二維上的標(biāo)志可由用戶交互式或配準(zhǔn)系統(tǒng)自動(dòng)交叉引用。圖6-8示出了根據(jù)不同示例性實(shí)施例設(shè)置的功能模塊圖。在這些附圖中所示的模塊(不管是單獨(dú)還是設(shè)置在一起)可包括圖1所示系統(tǒng)的任何構(gòu)成部分。根據(jù)圖2(a)的流程圖設(shè)置圖6的模塊。所述模塊包括顯示模塊601，投影生成模塊602，影像調(diào)節(jié)模塊603，描繪模塊604，和提取模塊605。每個(gè)模塊與其它模塊通信連接。 顯示模塊601可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟2-101和2-109相關(guān)的任務(wù)，以及顯示與其它模塊執(zhí)行的任務(wù)相關(guān)的輸出。投影生成模塊602可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟2-101相關(guān)的任務(wù)。影像調(diào)節(jié)模塊603可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟2-103和2-111相關(guān)的任務(wù)。描繪模塊604可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟2-105相關(guān)的任務(wù)。提取模塊605可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟2-107相關(guān)的任務(wù)。根據(jù)圖2 (b)的流程圖設(shè)置圖7的模塊。所述模塊包括顯示模塊701，VOI提取模塊702，過(guò)濾模塊703，和分割模塊704。每個(gè)模塊與其它模塊通信連接。顯示模塊701可被設(shè)置成顯示與其它模塊執(zhí)行的任務(wù)相關(guān)的輸出。VOI提取模塊702可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟2-301相關(guān)的任務(wù)。過(guò)濾模塊703可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟3-303相關(guān)的任務(wù)。分割模塊 704可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟2-305和2-307相關(guān)的任務(wù)。根據(jù)圖3的流程圖設(shè)置圖8的模塊。所述模塊包括顯示模塊801，分割模塊802， 配準(zhǔn)模塊803，和調(diào)節(jié)模塊804。每個(gè)模塊與其它模塊通信連接。顯示模塊801可被設(shè)置成顯示與其它模塊執(zhí)行的任務(wù)相關(guān)的輸出。分割模塊802可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟3-101相關(guān)的任務(wù)。配準(zhǔn)模塊803可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟3-103，3-105，3-107和3-109相關(guān)的任務(wù)。 調(diào)節(jié)模塊804可被設(shè)置成執(zhí)行與步驟3-111相關(guān)的任務(wù)。圖6-8的模塊各自可包括軟件、硬件或其組合，并且這些模塊中的至少一些可被結(jié)合入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其一個(gè)示例將在下文結(jié)合圖9進(jìn)行討論。作為一個(gè)示例，模塊至少部分可通過(guò)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)設(shè)備中的計(jì)算機(jī)程序指令體現(xiàn)，或可由位于處理器中或與處理器相連的硬件部分構(gòu)成。圖9是示例數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的示圖。圖9的系統(tǒng)包括處理器902、存儲(chǔ)器903、存儲(chǔ)設(shè)備904、通信設(shè)備905和用戶界面906，所有上述部件均連接至總線901。處理器902可通過(guò)總線901與體系結(jié)構(gòu)的其它部件進(jìn)行通信。存儲(chǔ)設(shè)備904包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)器可讀介質(zhì)。存儲(chǔ)設(shè)備904可被設(shè)置成讀/寫(xiě)包括程序指令的數(shù)據(jù)，所述程序指令可由處理器902和允許處理器902控制其它部件的工作的操作系統(tǒng)(例如，Microsoft Windows,UNIX)執(zhí)行。通信設(shè)備905可被設(shè)置成允許處理器902與例如網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)通信。 用戶界面906可包括輸入設(shè)備(例如，鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、操縱桿、觸控板、手寫(xiě)輸入板、麥克風(fēng)和攝像頭)和輸出設(shè)備(例如，視頻顯示器、打印機(jī)、揚(yáng)聲器)。用戶界面906至少部分可包括本文所討論的界面或顯示器中的任意一種。處理器902可被設(shè)置成執(zhí)行本文所述的程序中的任意一種。例如，可以通過(guò)機(jī)器可讀程序指令的形式將程序儲(chǔ)存在存儲(chǔ)設(shè)備上。隨后為了執(zhí)行程序，處理器將存在存儲(chǔ)設(shè)備904上的適當(dāng)指令加載入存儲(chǔ)器903，并隨后執(zhí)行加載的指令。另外，本文所述的一些示例方面提供了根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)的掃描生成三維血管分割的血管分割程序。本文所述的其它示例方面提供了允許評(píng)估患者的血管和膽管系統(tǒng)的配準(zhǔn)程序。通過(guò)這些程序，可以作出改進(jìn)的患者解剖結(jié)構(gòu)的術(shù)前評(píng)估。在上文的描述中，參照特定的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的示例方面。說(shuō)明書(shū)和附圖因此被視為是說(shuō)明性的而非限制性的。不過(guò)，顯而易見(jiàn)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或軟件、硬件、或其任意組合對(duì)其進(jìn)行不同的修改和改變，而不偏離本發(fā)明的更寬泛的精神和范圍。本文所述的示例方面的軟件實(shí)施例可被設(shè)置為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或軟件，所述產(chǎn)品或軟件可包括在機(jī)器可訪問(wèn)或機(jī)器可讀介質(zhì)(存儲(chǔ)器)上具有指令的制造品。機(jī)器可訪問(wèn)或機(jī)器可讀介質(zhì)上的指令可用于為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它電子設(shè)備進(jìn)行編程。機(jī)器可讀介質(zhì)可包括但不限于軟盤(pán)、光盤(pán)、CD-ROM、和磁光盤(pán)或適于儲(chǔ)存或傳送電子指令的其它類(lèi)型的介質(zhì) /機(jī)器可讀介質(zhì)。本文所述的技術(shù)并不限于任何具體的軟件配置?？砂l(fā)現(xiàn)它們可應(yīng)用于任何計(jì)算或處理環(huán)境。本文所用的術(shù)語(yǔ)“機(jī)器可讀介質(zhì)”或“存儲(chǔ)器”應(yīng)當(dāng)包括能夠儲(chǔ)存、編碼或傳輸由機(jī)器執(zhí)行并且使機(jī)器執(zhí)行本文所述方法中任意一個(gè)的指令序列的任何介質(zhì)。此外，在本領(lǐng)域中將一種形式或另一形式(例如，計(jì)算機(jī)程序、程序、進(jìn)程、應(yīng)用、模塊、單元、 邏輯等等)的軟件說(shuō)成采取行動(dòng)或產(chǎn)生結(jié)果是常見(jiàn)的。所述表達(dá)僅是表明由處理系統(tǒng)執(zhí)行軟件使得處理器執(zhí)行動(dòng)作以產(chǎn)生結(jié)果的一種縮寫(xiě)方式。在其它實(shí)施例中，軟件執(zhí)行的功能可替換地可由硬編碼模塊執(zhí)行，因此本發(fā)明不僅限于使用存儲(chǔ)的軟件程序。此外，應(yīng)當(dāng)理解突出本發(fā)明的功能性和優(yōu)勢(shì)的所附的附圖僅用于示例目的。本發(fā)明的示例方面的體系結(jié)構(gòu)是足夠靈活和可設(shè)置的，以便它可通過(guò)附圖所示之外的方式進(jìn)行利用(和操縱)。此外，不需要通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行由分析者執(zhí)行的程序，而是可由人工操作者進(jìn)行。盡管在某些特定實(shí)施例中已描述了本發(fā)明的示例方面，但很多其它的改動(dòng)和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。因此應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可通過(guò)具體所述之外的方式進(jìn)行實(shí)施。因此，再次重申本發(fā)明的示例性實(shí)施例在所有方面都應(yīng)當(dāng)被視為是說(shuō)明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于在三維醫(yī)學(xué)影像上進(jìn)行影像分割的方法，包括 產(chǎn)生包括解剖結(jié)構(gòu)的三維影像的投影；在所述投影上描繪對(duì)應(yīng)于所述解剖結(jié)構(gòu)的至少一條曲線； 根據(jù)所述至少一條曲線和投影提取曲面三維感興趣區(qū)域；和在所述曲面三維感興趣區(qū)域提取解剖結(jié)構(gòu)的分割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中提取所述分割包括 對(duì)所述感興趣區(qū)域應(yīng)用一算法；為所述算法的輸出選擇一閾值； 對(duì)所述算法的輸出進(jìn)行分割；和根據(jù)所述曲線的方向?qū)λ鲚敵鲞M(jìn)行插值以連接斷開(kāi)的分段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述算法是線狀濾波算法，并且其中對(duì)所述算法的輸出進(jìn)行分割包括基于所述感興趣區(qū)域中的至少一個(gè)體素的適應(yīng)性區(qū)域生長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述解剖結(jié)構(gòu)包括膽管系統(tǒng)、肝血管系統(tǒng)和肝動(dòng)脈系統(tǒng)中的一個(gè)的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述投影是最大密度投影和最小密度投影中的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括在投影上進(jìn)行描繪之前調(diào)節(jié)所述投影的層塊厚度。
7.一種用于影像分割的系統(tǒng)，包括投影生成模塊，所述投影生成模塊被設(shè)置成產(chǎn)生包括解剖結(jié)構(gòu)的三維影像的投影； 描繪模塊，所述描繪模塊被設(shè)置成在所述投影上描繪對(duì)應(yīng)于所述解剖結(jié)構(gòu)的至少一條曲線；提取模塊，所述提取模塊被設(shè)置成根據(jù)所述至少一條曲線和投影提取曲線的三維感興趣區(qū)域，并且在所述曲線的三維感興趣區(qū)域中提取所述解剖結(jié)構(gòu)的分割。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述提取模塊還被設(shè)置成對(duì)所述三維感興趣區(qū)域應(yīng)用一算法，為所述算法的輸出選擇一閾值，對(duì)所述算法的輸出進(jìn)行分割，和根據(jù)所述曲線的定向?qū)λ鲚敵鲞M(jìn)行插值以連接斷開(kāi)的分段。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述算法是線狀濾波算法，并且其中當(dāng)對(duì)所述算法的輸出進(jìn)行分割時(shí)，所述提取模塊基于在所述三維感興趣區(qū)域中的至少一個(gè)體素應(yīng)用適應(yīng)性區(qū)域生長(zhǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述解剖結(jié)構(gòu)包括膽管系統(tǒng)、肝血管系統(tǒng)和肝動(dòng)脈系統(tǒng)中的一個(gè)的至少一部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，還包括連接至分析模塊的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中所述投影生成模塊從所述數(shù)據(jù)庫(kù)接收三維影像，并且其中所述投影是最大密度投影和最小密度投影中的一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括被設(shè)置成調(diào)節(jié)所述投影的層塊厚度的調(diào)節(jié)模塊。
13.一種用于在影像中使解剖結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)的方法，包括 在第一影像中確定膽管系統(tǒng)的一部分；在第二影像中確定肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)的一部分； 在所述第一和第二影像中確定膽囊；根據(jù)與所述膽管系統(tǒng)及所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)相關(guān)的至少一個(gè)預(yù)定的空間關(guān)系確定代價(jià)函數(shù)；和通過(guò)使所述代價(jià)函數(shù)最大化使所述膽管系統(tǒng)及所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)配準(zhǔn)， 其中所述至少一個(gè)預(yù)定的空間關(guān)系包括膽管系統(tǒng)的所述一部分相對(duì)于所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)的一部分的定向。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中使所述代價(jià)函數(shù)最大化包括使兩個(gè)影像中膽囊的特征的一致性最大化，使所述膽管系統(tǒng)及肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)之間的交疊最小化，和使所述膽管系統(tǒng)及肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)之間的表面距離最小化。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述膽囊的特征包括膽囊的尺寸、形狀、定向和質(zhì)心中的一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一影像由在電腦斷層造影(CT)膽管造影掃描和磁共振(MR)胰膽管造影掃描中的一種中獲得的數(shù)據(jù)而生成，并且其中所述第二影像由在CT掃描和MR掃描中的一種中獲得的數(shù)據(jù)而生成。
17.一種用于使解剖結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)的系統(tǒng)，包括分析模塊，所述分析模塊被設(shè)置成 在第一影像中確定膽管系統(tǒng)的一部分；在第二影像中確定肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)的一部分； 在所述第一和第二影像中確定膽囊；根據(jù)與所述膽管系統(tǒng)及所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)相關(guān)的至少一個(gè)預(yù)定的空間關(guān)系確定代價(jià)函數(shù)；和通過(guò)使所述代價(jià)函數(shù)最大化使所述膽管系統(tǒng)及所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)配準(zhǔn)， 其中所述至少一個(gè)預(yù)定的空間關(guān)系包括所述膽管系統(tǒng)的一部分相對(duì)于所述肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)的一部分的定向。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中使所述代價(jià)函數(shù)最大化包括使兩個(gè)影像中膽囊的特征的一致性最大化，使膽管系統(tǒng)及肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)之間的交疊最小化，和使膽管系統(tǒng)及肝門(mén)靜脈和肝動(dòng)脈中的一個(gè)之間的表面距離最小化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述膽囊的特征包括膽囊的尺寸、形狀、定向和質(zhì)心中的一個(gè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述第一影像由在電腦斷層造影(CT)膽管造影掃描和磁共振(MR)胰膽管造影掃描中的一種中獲得的數(shù)據(jù)而生成，并且其中所述第二影像由在CT掃描和MR掃描中的一種中獲得的數(shù)據(jù)而生成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，還包括連接至所述分析模塊的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中所述分析模塊從所述數(shù)據(jù)庫(kù)接收所述第一和第二影像。
22.一種用于評(píng)估患者肝臟的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)，所述數(shù)據(jù)庫(kù)被設(shè)置成儲(chǔ)存肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)最大密度投影(MIP)影像；和分割模塊，所述分割模塊被設(shè)置成從所述數(shù)據(jù)庫(kù)接收至少一個(gè)MIP影像，在所述至少一個(gè)MIP影像上產(chǎn)生曲線，和根據(jù)所述曲線對(duì)肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，還包括配準(zhǔn)模塊，所述配準(zhǔn)模塊被設(shè)置成 從所述分割模塊接收肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)的分割， 從所述數(shù)據(jù)庫(kù)接收第一和第二影像， 確定肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)在所述第一影像上的位置， 確定另一肝內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)在所述第二影像上的位置，和使所述第一和第二影像配準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種在三維醫(yī)學(xué)影像上進(jìn)行影像分割的程序，以及根據(jù)所述程序工作的系統(tǒng)、裝置和計(jì)算機(jī)程序。所述程序包括產(chǎn)生包括解剖結(jié)構(gòu)的投影，描繪對(duì)應(yīng)于所述解剖結(jié)構(gòu)的曲線，基于所述曲線和投影提取曲面三維感興趣區(qū)域，和提取所述解剖結(jié)構(gòu)的分割。本發(fā)明還提供了一種用于配準(zhǔn)影像中解剖結(jié)構(gòu)的程序，以及根據(jù)所述程序工作的系統(tǒng)、裝置和計(jì)算機(jī)程序。所述程序包括在第一影像中確定膽管系統(tǒng)的一部分，在第二影像中確定肝門(mén)靜脈或肝動(dòng)脈的一部分，在所述影像中確定膽囊，確定代價(jià)函數(shù)，和通過(guò)使所述代價(jià)函數(shù)最大化配準(zhǔn)所述膽管系統(tǒng)和所述肝門(mén)靜脈或肝動(dòng)脈。
文檔編號(hào)G06K9/34GK102422307SQ201080020205
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者曾小蘭, 楊長(zhǎng)波, 梁正中, 范黎, 錢(qián)建中, 馬峰, 魏國(guó)慶 申請(qǐng)人:美國(guó)醫(yī)軟科技公司