[发明专利]一种椎体亚区域分割方法、装置及存储介质

说明书

本发明属于医学图像处理技术领域，公开了一种椎体亚区域分割方法、装置及存储介质，其中，分割方法包括：对获取得到的脊柱椎体影像数据进行预处理；将预处理后的影像数据输入预训练的神经网络模型，得到脊柱椎体对应的亚区域分割掩膜回归结果；通过形态学操作和连通性测试将掩膜回归结果进行后处理，得到厚度均匀且可自定义厚度的椎体上下骨性终板，以及皮质骨侧板、松质骨区域的三维分割掩膜，完成椎体亚区域分割。本发明解决了现有技术中椎体亚区域分割方法无法实现与椎体骨性终板复杂的解剖形态相匹配的终板及终板下骨个性化亚区域分割；对椎体侧板和椎体松质骨区域的分割性能较差，且泛化能力不高的问题。

技术领域

本发明涉及医学图像处理领域，尤其涉及一种椎体亚区域分割方法、装置及存储介质。

背景技术

脊柱椎体亚区域主要包括骨性终板、皮质骨侧壁和松质，它们都对人体起着重要的支撑作用。其中，骨性终板及其邻近终板下骨区域的骨质量还是影响脊柱椎间融合术疗效的关键因素之一。终板骨质量越差，椎间融合术中出现终板损伤，术后出现终板塌陷和融合器下沉移位的风险越高。从骨密度、力学、形态结构等方面对椎体骨性终板、皮质骨侧板和松质骨区域(下文部分内容简称椎体亚区域)进行分析有助于建立骨质量的量化评价指标，辅助临床诊断和手术计划。基于三维医学影像(例如计算机断层成像，CT)，可对椎体亚区域进行精准的三维分割和三维重建。现有技术方案一般基于形态学算法和相似度指标等底层图像处理方法对椎体图像进行分割，可自动生成椎体亚区域的分割掩膜。

现有方法分割的骨性终板主要存在以下问题。第一，终板分割区域无法与复杂的终板解剖外形很好地匹配；第二，实际上在同一终板范围内不同厚度和不同形状的亚区域(下文简称终板亚区域)骨密度也各不相同，脊柱手术植入椎间的内植物往往只和某个终板亚区域接触，而不会和整个终板都接触。现有方法无法实现对自定义终板亚区域的分割；第三，现有方法无法对骨赘等非骨性终板区域进行分离排除。

另一方面，现有方法对椎体侧板和椎体松质骨区域的分割性能较差。对椎体图像质量有较强依赖性，即泛化能力较差，难以在不同的成像设备(如CT设备的品牌、型号)、不同的扫描参数(电压、辐射剂量、扫描层厚、重建核函数)、不同脊柱形态(结构异常，如畸形、骨折等；椎体角度异常，如侧弯、前后凸等)等场景中均保持较高的分割准确度。

上述问题均制约了现有方法在临床上的广泛应用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种椎体亚区域分割方法、装置及存储介质，通过预训练的椎体亚区域分割神经网络模型，得到椎体亚区域的三维分割掩膜。本发明解决了现有技术中椎体亚区域分割方法未涉及的问题，包括：无法实现与椎体骨性终板复杂的解剖形态相匹配的自定义终板及终板下骨亚区域分割；对椎体侧板和椎体松质骨区域的分割性能较差，且泛化能力不高。本发明可以在脊柱局部骨密度计算领域进行拓展应用。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种椎体亚区域分割方法，包括以下步骤：

对获取得到的脊柱椎体影像数据进行预处理；

将预处理后的影像数据输入预训练的神经网络模型，得到脊柱椎体对应的亚区域分割掩膜回归结果；其中，神经网络模型用于输出椎体上下骨性终板掩膜回归结果、皮质骨侧板掩膜回归结果、松质骨区域掩膜回归结果以及基于融合得到的椎体掩膜回归结果；

通过形态学操作和连通性测试将椎体掩膜回归结果进行后处理，得到椎体上下骨性终板、皮质骨侧板、松质骨区域的三维分割掩膜，完成椎体亚区域分割；

椎体亚区域包括椎体上下骨性终板、皮质骨侧板和松质骨区域。

进一步的，预训练的神经网络模型为分叉式多任务卷积神经网络结构,包括一个编码器、三个解码器和一个MAX融合单元：其中，

编码器用于接收预处理后的影像数据得到特征图；