[发明专利]在存在金属伪影的情况下用于分割的不确定性图

说明书

本申请为分案申请，其原申请的申请日是2010年2月26日，申请号为200880104577.X，发明名称为“在存在金属伪影的情况下用于分割的不确定性图”。

本发明具体应用于基于模型的分割系统，尤其涉及自适应对象成像。然而，应当理解所描述的技术也可应用于其他对象成像系统、其他图像自适应情况或其他医学技术。

诸如髋关节置换物或牙科填充物的金属植入物是CT成像过程中严重伪影的来源。主要的和不期望的影响是金属植入物引起射束硬化，其引起靠近金属并从所述金属发射的亮暗阴影。金属伪影妨碍正确诊断，以及自动或半自动器官分割。金属伪影降低方法可以改进针对观察者的对象图像质量。不考虑可见改进，这些方法通常基于伪影体素的移除以及通过临近体素的插值进行的置换，这引入附加的不确定性，使得不能保证由该方法恢复原始结构。另外，在金属伪影降低之后，结构通常不明确，并且可能会不期望地引入其他结构。这为自动器官分割强加了另一个阻碍。

图像重建和/或分割可能有害地受患者体内的金属影响。在基于模型的重建的一个示例中，将器官的网格模型重叠在诊断图像或诊断数据上。两个反作用力——模型试图通过其来保持自身形状的内能和驱使模型朝向诊断图像中的界面或表面的外能，以相反的方向同时作用将模型带到器官的形状。虽然当器官的边缘在图像中被确切限定时基于模型的分割令人满意，但是当存在的伪影退化(例如上面所讨论的金属伪影)时，会出现问题。即：患者体内的金属物(例如，销、螺钉、髋关节置换物、填充物等)生成诸如线条的伪影，其使得图像细节模糊，增加与器官表面的精确定位有关的不确定性。

本申请提供了新的和改进的基于模型的、说明与被金属伪影模糊的图像数据相关的不确定性的分割系统和方法，其克服了上述提到的问题以及其他问题。

根据一方面，提供用于在存在金属伪影的情况下用于图像分割的系统的系统，其包括模型生成器以及体素分析器，所述模型生成器接收患者图像数据并存储解剖结构的经训练的模型，所述体素分析器确定金属伪影是否存在于患者图像数据中的一个或多个体素中。系统还包括处理器以及分割工具，所述处理器执行金属伪影降低算法并生成具有合并于其中的对于从患者图像数据生成的患者图像的经校正的体素数据的不确定性图，所述分割工具对对应于患者图像的解剖结构的经训练的模型进行匹配并使用基于模型的分割技术分割患者图像并对由处理器导出的不确定性进行评估。

根据另一方面，提供用于执行基于模型的分割的方法，其包括生成包括金属物的患者区域的患者图像，生成指示患者图像中由于金属物的重建伪影导致的部分的不确定性的患者图像的不确定性图，并且当使用基于模型的分割对取代金属物的患者图像部分进行分割时采用不确定图像。

根据另一方面，提供便于使用不确定性图进行基于模型的分割的装置，其包括用于生成患者图像数据的器件、用于将患者图像数据重建为3D患者图像的器件，以及用于检测在3D患者图像的一个或多个体素中的金属伪影的器件。所述装置还包括用于生成具有降低金属伪影的插值数据的不确定性图的器件，用于对与网格模型的表面区域相关联的特征进行加权的器件，以及使用基于模型的分割对3D患者图像进行分割以将所述网格模型与3D患者图像进行匹配的器件。

根据另一方面，提供执行基于模型的分割的方法，其包括生成对象的器官或区域的诊断图像，所述诊断图像具有金属伪影；选择所成像的器官或区域的模型；以及在模型上施加驱使模型保持其原始形状的第一力。该方法还包括在模型上施加驱使模型变形至与诊断图像中的对应界面对准的第二力，以及，基于图像体素，根据金属伪影的程度的调整第一和第二力，使得对于具有较高程度的金属伪影的体素第一力的幅度相对于第二力增加，并且对于具有较低程度的金属伪影的体素第二力的幅度相对于第一力增加。

另外一方面涉及用于在存在金属伪影的情况下用于图像分割的系统，其包括接收患者图像数据并存储解剖结构的经训练的模型的模型生成器，确定金属伪影是否存在于患者图像数据中的一个或多个体素中的体素分析器，以及在不改变患者图像数据的情况下生成不确定性图的处理器。所述系统还包括分割工具，所述分割工具对对应于患者图像的解剖结构的经训练的模型进行匹配，并使用基于模型的分割技术分割患者图像并对由处理器导出的不确定性进行评估。

一个优势在于提高了图像分割精确度。

另一个优势在于减轻了在所分割图像中的金属伪影失真。

另一个优势在于降低了将模型变形至图像所消耗的总能量，这改善了处理速度。