[发明专利]一种基于空间相对位置先验的颞骨关键解剖结构自动定位方法

说明书

本发明提出一种基于空间相对位置先验的颞骨关键解剖结构自动定位方法，提升了解剖结构的定位速度和定位精度，同时提升了对不同数据分布的颞骨CT数据的分割效果。本发明中，通过以邻接矩阵图对颞骨9个关键解剖结构进行空间相对位置建模，并对该模型设计了一种自适主动微调策略，使得该模型适用于不同尺度的颞骨CT。本文提出的二阶段定位算法以易定位结构先定位作为基准点，结合空间相对位置对其他难定位结构粗定位，再进一步采用精确定位算法在粗定位范围内进行各个解剖结构的精确定位，降低了复杂背景对于定位结果的干扰，有效提升了定位精度和定位速度。同时，我们的模型在处理不同数据分布的颞骨CT有更好的泛化能力。

技术领域

本发明属于医学影像处理领域，特别涉及一种结合空间相对位置先验信息，进行颞骨关键结构小目标自动定位方法。

背景技术

颞骨CT可以显示中耳、内耳等细微结构，例如耳蜗、半规管、前庭、听小骨等结构。医生通过观察颞骨关键解剖结构有无异常，对病人症状做出判断。而随着临床需求的不断增加，医学影像数据每年急剧增长，以及我国医疗资源的短缺，极大增加了医生的工作量，同时降低了患者的就诊效率。因此，快速地将医生需要关注的区域定位出来，可以大大减轻医生的工作负担，提升诊断效率，缓解医疗资源短缺的状况。

近些年基于深度学习的医学影像智能化分析成为研究热门。准确的解剖结构定位，不仅可以为医生快速地提供需要关注的区域，还可以为后续解剖结构的异常检测奠定基础。医学影像不同于常规的自然图像，一般情况下是一组序列组成的三维体数据。对于小的解剖结构而言，占整例影像的比例较小，且每个结构之间并没有明显的界限，因此定位困难。常规的定位算法在整例CT影像中定位，定位速度较慢，且常被复杂的无关背景干扰，难以获得准确的定位效果。此外，这些算法并没有利用到解剖结构之间的相对位置关系，而是将每个待定位的结构视为独立的个体，解剖结构之间的相对位置关系是医学影像的优势特点，可以为定位提供指导信息。

即便解剖结构之间的空间相对位置是医学影像的特点，但是目前尚未有一种模型表示方法能够对解剖结构之间的空间相对位置关系进行表示，转化为计算机能够处理的数据，进而利用到这种关系处理医学影像定位任务。因此，本发明提出了一种邻接矩阵图模型描述的颞骨解剖结构空间相对位置先验模型，并结合一种由粗分割到精确分割的解剖结构定位算法，将容易定位的解剖结构先定位出来，再根据解剖结构间的空间相对位置关系，在易定位结构的特定空间范围内，进行难定位解剖结构的进一步精确定位。

发明内容

本发明的目的在于克服现有医学影像定位方法不足。对于多个小解剖结构定位任务而言，常规的定位算法不能对每类解剖结构都有良好的定位性能。在医学影像定位任务中，解剖结构之间的空间相对位置关系可以为解剖结构定位提供先验指导，如果将容易定位的解剖结构先定位出来，再根据空间相对位置对其他难定位结构提供指导，可以进一步提升难定位解剖结构的定位效果。但是，目前的定位方法将每个解剖结构视为独立的个体，尚未有一种模型表示方法对解剖结构之间的空间相对位置关系进行表示，并能够按照不同患者自身尺寸自适应调整，转化为计算机能够处理的格式进行解剖结构之间指导定位；颞骨关键解剖结构微小，常规的医学影像定位方法在定位的过程中采用滑动窗口的方式，在一整例影像中进行解剖结构检测，时间复杂度较高；此外，对于大量医学影像而言，数据分布的不同会降低算法模型的泛化能力。针对以上问题，提出了一种基于邻接矩阵图模型的解剖结构空间相对位置先验模型表示方法，用于颞骨关键解剖结构自动定位，基于该模型，在确立容易定位解剖结构作为基准点基础上，自适应调整模型尺度以适应不同的患者，缩小难定位解剖结构待定位区域，降低定位的时间复杂度，同时降低医学影像整体数据分布不同对模型泛化能力的影响，实现颞骨关键解剖结构锤骨、砧骨、耳蜗外壁、耳蜗内腔、外半规管、后半规管、前半规管、前庭以及内听道的自动定位。

本发明是采用以下技术手段实现的：