[发明专利]图像物体分割方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及图像数据分析，尤其是从图像数据中提取用图像数据表示的物体属性。

对相关申请的引用

本发明申请案主张2007年5月21日申请之美国临时专利申请案第60/931,126号，以及2008年2月19日申请之美国临时专利申请案第61/066,217号之权利，所有披露申请案一经引用便全文纳入，不排除任何部分。

背景技术

心脏疾病是发达国家导致死亡的主要原因。为了降低心脏死亡率、提高生活质量，人们发展大量诊断方法用于前瞻性地诊断和治疗心脏疾病。特别是测量和复查心脏功能指标，可以更加清楚地了解心脏功能、心脏疾病以及不同方法的疗效。考虑到左心室是心脏中把富氧血泵入大动脉以供应全身的部分，并且左心室图像和左心室功能测量提供了有关心脏健康的有价值信息，故左心室研究就变得尤其重要，

例如，左心室每搏输出量，即从左心室泵出经主动脉瓣进入主动脉的血液体积，是诊断心血管疾病、跟踪疗效的重要临床指标。左心室射血分数，即左心室每搏输出量与舒张末期容量比值，同样给医生提供了有关心脏功能和疗效的重要信息。心肌，包围左心室的结构，其参数也提供了重要的心脏功能指标。成像技术通过测定心肌质量、心肌厚度及其它参数，可对心肌进行研究和评价。

许多已有的成像系统能够提供详细的心脏图像。比如，磁共振成像(MRI)，计算机断层扫描(CT)，超声，X光以及单光子发射计算机断层扫描(SPECT)都能提供心脏的图像。其中，大多数成像系统都能获取被试的三维图像，不但可以捕捉其三维表面，还可以采集到其内部细节。

一幅图像可视为被称作“体素”的单元集合。体素就是一个结构单元，它对应于图像的某一特定区域，包括了颜色、灰度强度及其它特征信息。由于任何成像设备不可能具有无限的精确度，体素近似表示了被试位置特征。比如，尽管某一体素对应的区域显示出灰度强度变化，但由于成像设备不能分辨更小细节，可能将该体素的灰度强度值指定为成像设备测量到的该区域的灰度强度平均值。

[体素可以有任意的维数，但典型的是两维、三维或者四维，并且每一个维度可以是空间、时间或其他特征。在两维空间里，体素通常被称为像素，对应一幅两维图像的一个长方形区域。由于内部设置或物理限制，该长方形区域通常对应成像设备所能扫描到的最小区域，或者图像显示设备能够显示的最小区域。尽管像素表示被试一个长方形区域，但它在显示屏、文件或其他显示设备上可能被显示为一个点。在三维空间里，体素通常对应于被试的一个长方体部分。如果成像设备在一段时间内对被试扫描，体素还可以包括时间维度。

一般而言，三维图像由层层叠加构成，每一层是被试某一截面的空间两维图像。典型的情况是，层与层之间平行，并且有一个小的间距，因此所有的层就可以合理还原近似的被试。三维图像的体素具有长度，垂直层面测量，与连续的层面间的距离一致。考虑时间维度，每一层可以包括一系列帧，每一帧就是在某一特定时间下的层面，与电影胶片中的帧在原理上相似。通常用足够短的时间间隔去获取每一帧，以获得被试在该时间间隔的合理表示。

多维图像为医生提供了一个强有力的工具。他们可以看到一个时间段内的心脏及其内部结构，从而非常详细地观察心脏功能。例如，四维成像可以让医生看到从舒张期到收缩期的完整的心脏跳动，以便检查心脏功能正常，辨别任何问题或潜在问题，确定药物或其它治疗是否有效。

各种成像系统除了提供详细图像外，还允许医生对相关被试图像进行重要测量。放射科医师或者技师能够查看心脏层面，描绘左心室或其它结构的轮廓，比如心脏每一层心肌。找到每一层描绘结构的区域，由于层间距已知，便可以估计物体的体积。此外，当每一层包括一系列的帧时，可以观察一个时间段内的体积，从而可以确定功能指标，如上述的射血参数。然而，这种方法计算一幅图像中物体的体积时，需要手工描绘每一层每一帧的轮廓，工作量非常大。手工描绘还受到手工错误和物理限制的影响，特别是如果图像中出现的轮廓不易定义或小到只有放大才能看见。

开发出图像处理系统允许自动地或半自动地分割成像设备提供的图像。例如，人们提出了大量算法可以检测图像中的物体，从而减少了图像分析中所需的手工介入的数量。再如，人们利用提出的确定心脏图像左心室的算法确定一个种子，该种子是左心室血池中的一个点或几个灰度强度灰度值相似的点。该算法以种子为起点向外生长，搜索灰度强度值或其它属性与种子点的灰度强度值或其它属性接近的点。具有相似特征的点被分类为与左心室有关，而其它具有不同特征的点把分类为与左心室无关。