[发明专利]利用外观和形状来检测和匹配解剖结构的系统和方法

说明书

本申请是申请日为2004年11月19日、申请号为200480040666.4、 发明名称为“利用外观和形状来检测和匹配解剖结构的系统和方法” 的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2003年11月19日提交的序列号为No.60/523,382 的美国临时申请、于2004年3月9日提交的序列号为No.60/551,585 的美国临时申请、于2004年4月27日提交的序列号为No.60/565,786 的美国临时申请、以及于2004年6月21日提交的序列号为 No.60/581,535的美国临时申请的权益，将这些申请整体引入作为参 考。

技术领域

本发明涉及用于利用外观和形状来检测和匹配对象的系统和方法， 并且更具体地涉及用于利用离线训练、在线检测以及外观和形状匹配 来检测并匹配解剖结构的系统和方法。

背景技术

在医学检查过程中将医学成像系统(例如超声成像系统)用于与解 剖结构(例如，诸如心脏的器官)相关联的异常的检测和诊断是非常 普遍的。常常由经过训练的医学专家(例如医生或医学技师)来评价 图像，以识别图像中的特征，所述特征可以指示与解剖结构相关联的 异常或指示健康的解剖结构。

由于计算机技术的进步，大多数计算机可以容易地处理大量的数据 并执行大规模的计算，所述大规模的计算可以提高所获得的图像的质 量。此外，图像处理可被用作辅助图像的分析的工具。图像中感兴趣 的解剖结构或对象的有效检测在该结构的进一步的分析中是重要的工 具。常常，解剖结构的形状的异常或这种形状的经过时间的变化(例 如，跳动的心脏或进行呼吸的肺)指示肿瘤或各种疾病(例如心肌的 扩张或局部缺血)。

这种类型的图像处理可以被用于其它应用，诸如图像中人脸的检 测。因为与不同面部特征相关的变量(例如头发颜色和长度，眼睛颜 色，面部形状等)，面部检测不是无足轻重的任务。面部检测可以用 于多种应用、诸如用户识别、监视或安全应用中。

各种类型的方法已经被用于检测感兴趣的对象(例如解剖结构或 脸)。基于部分的对象检测器(眼睛检测器和嘴巴检测器等)可以处 理姿势和照明方面的大的变化，并在遮挡和异方差噪声之下更稳健。 例如，在超声心动图分析中，相同解剖结构(例如隔膜)的局部外观 在病人之间是相似的，而心脏的结构或形状可以由于例如视角或疾病 情况而显著不同。同样地，在脸检测中，面部特征之间的一般空间关 系是相当一致的(例如眼睛相对于鼻子和嘴的一般位置)，而各种面 部特征的结构和形状(例如眼睛的形状、嘴的表情，以及它们之间的 相对距离)可以显著变化。

为了捕获局部外观变化，许多解决方案依靠高斯(Gaussian)假 设。最近，通过诸如支持向量机(Support Vector Machine，SVM)或 提升(boosting)之类的非线性学习机的使用，已经放宽了该假设。 一些最成功的实时对象检测方法基于简单特征的提升的级联。通过组 合所选数量的简单分类器经由提升的响应，所得到的强分类器能够实 现高检测率并能够实时处理图像。然而，在存在遮挡对象的情况下， 现有的方法没有解决检测问题。简单或弱分类器由于遮挡(occlusion) 的错误响应将负面地影响检测结果。

对于大多数视觉跟踪应用来说，测量数据是不确定的并且有时丢 失：图像带有噪声和失真，同时遮挡可能使感兴趣对象的一部分变得 不可见。不确定性可以在整体上是均匀的；但在大多数真实世界情况 中，它实际上是异方差的，也就是各向异性和不均匀的。好的例子是 超声心动图(超声心脏数据)。超声倾向于反射伪影，例如镜面反射 器，诸如来自隔膜的那些镜面反射器。由于单个“观察方向”，镜面 结构的垂直表面产生强的回波，但倾斜的或“离轴的”表面可以产生 弱回波，或根本不产生回波(声学“信号失落(drop out)”)。对 于超声心动图来说，在组织表面平行于超声射束的心脏区域处可能出 现信号失落。