[发明专利]解剖结构的基于模型的分割

说明书

提供一种用于对医学图像中的解剖结构执行基于模型的分割的系统(100)。所述系统包括处理器(140)，所述处理器被配置用于通过将可变形模型应用于图像数据(042)来执行对所述解剖结构的基于模型的分割。此外，提供定义数据(220)，其定义所述可变形模型的第一部分与第二部分之间的几何关系，其中，所述解剖结构的对应第一部分被假定在所述图像数据中比所述解剖结构的对应第二部分是较好可见的。所述定义数据然后被用于调节所述可变形模型的所述第二部分的拟合。结果，获得所述可变形模型的所述第二部分到所述解剖结构的所述第二部分的更好的拟合，而不管所述部分在医学图像中是相对较差可见的。

技术领域

本发明涉及一种用于对医学图像中的解剖结构执行基于模型的分割的系统和方法。本发明还涉及一种包括定义可变形模型的模型数据的数据存储设备，涉及包括所述系统的工作站和成像装置，并且涉及包括用于令处理器系统执行所述方法的指令的计算机程序产品。

背景技术

对医学图像中的各种解剖结构的鲁棒自动分割是在改进临床工作流程中的关键使能器。此处，术语分割是指通过例如对解剖结构的边界的描绘或者通过对由边界包围的体素进行标记而对医学图像中的解剖结构的识别。一旦已经执行这样的分割，就能够提取临床参数，例如在心脏结构的情况下，心室质量、射血分数以及壁厚度。因此，自动分割能够显著减少扫描到诊断时间，并且因此帮助临床医师建立更有效的患者管理。

已知使用可变形模型来分割医学图像中的解剖结构。这种类型的分割也被称为基于模型的分割。可以由模型数据来定义可变形模型。具体地，模型数据可以定义解剖结构的几何结构，例如以多室三角网格的形式。可以通过将仿射变换分配到这样的可变形模型的每个部分来对患者间和相位间形状变异性进行有效建模。仿射变换覆盖平移、旋转、沿不同坐标轴的缩放以及剪切。此外，可以通过对在可变形模型的不同部分之间的过渡处的仿射变换的内插来维持网格规律性。

将可变形模型应用到医学图像的图像数据(也被称为网格适应)可以涉及对能量函数进行优化，所述能量函数可以基于外部能量项和内部能量项，所述外部能量项帮助使可变形模型适应于图像数据，所述内部能量项维持可变形模型的刚度。

上面描述的类型的可变形模型本身是已知的，将这样的模型应用到医学图像中的解剖结构的方法同样也是已知的。

例如，O.Ecabert等人的题为“Automatic Model-based Segmentation of theHeart in CT Images”(IEEE Transactions on Medical Imaging 2008,27(9),pp.1189-1201)的出版物描述了一种用于从三维(3D)计算机断层摄影(CT)图像对心脏(四个腔、心肌以及大血管)的自动分割的基于模型的方法。此处，执行模型适应，逐渐增加允许的变形的自由度，以改进收敛性以及分割准确性。首先使用广义的霍夫变换的3D形式将心脏在图像中局域化。通过利用全局相似性变换将模型匹配到图像来校正姿势未对准。然后通过将仿射变换分配到模型的每个解剖区域来解决多室网格的复杂初始化。最后，执行可变形适应以准确地匹配患者的解剖体的边界。

发明内容

已知可变形模型和将这样的模型应用于医学图像中的解剖结构的方式的问题在于，它们可能不足够拟合医学图像中的解剖结构的具有不良可见性的部分。

具有用于使得可变形模型能够更好地拟合具有这样的不良可见性的部分中的解剖结构的系统或方法会是有利的。

为了更好地解决该问题，本发明的以下方面提供了定义数据，所述定义数据定义所述可变形模型的第一部分与第二部分之间的几何关系，其中，所述可变形模型的第一部分要被拟合到的所述解剖结构的第一部分被假定在所述图像数据中具有比所述可变形模型的第二部分要被拟合到的所述解剖结构的第二部分更好的可见性。所述定义数据然后被用于调节所述可变形模型的第二部分的拟合以便更好地拟合解剖结构的第二部分。