[發(fā)明專利]用于自動分割和時間跟蹤的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080064647.0
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102763135A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K.A.帕特瓦漢;S.N.古普塔;A.M.登廷格爾;Y.于;D.M.米爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;G06T7/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 葉曉勇;朱海煜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及醫(yī)療成像，并且更具體地，涉及用于實時三維超聲（實時3D?US）的改進(jìn)的分割和跟蹤方法。

背景技術(shù)

一些醫(yī)療程序需要在人體血管內(nèi)放置導(dǎo)液管。目前在盲目地執(zhí)行中央導(dǎo)液管的放置，之后在醫(yī)療程序完成后用X射線確認(rèn)。X射線成像有足夠的分辨率來看到微小的導(dǎo)管（vessel），但也將導(dǎo)致與輻射有關(guān)的并發(fā)癥。

為了對包括虛弱的嬰兒在內(nèi)的患者進(jìn)行改進(jìn)的和更安全的護(hù)理，已經(jīng)提出實時3D超聲成像來補(bǔ)充或逐步取代當(dāng)前的X射線成像器以幫助臨床醫(yī)生執(zhí)行導(dǎo)液管插入操作。

超聲的實時和無輻射的成像能力使其在指導(dǎo)介入式程序方面成為比基于X射線的成像器更具吸引力的選擇。此外，超聲圖像的實時使用可能有助于以許多方式實現(xiàn)醫(yī)療程序，包括對嬰兒的改進(jìn)結(jié)果和醫(yī)療程序的更快的完成。然而，超聲圖像遭受嚴(yán)重的斑點噪聲和較低的空間分辨率。當(dāng)其中一只手手持和掃描探頭而另一只手靈活地處理導(dǎo)液管、雙手都被占用時，觀察和跟隨在原始的、實時的圖像中的移動血管對臨床醫(yī)生是有挑戰(zhàn)性的。根據(jù)臨床文獻(xiàn)，中央導(dǎo)液管定位不當(dāng)是可導(dǎo)致虛弱的患者死亡的嚴(yán)重并發(fā)癥的疑因。

另一方面，在執(zhí)行診斷步驟時，執(zhí)行這些步驟的醫(yī)療人員都沒被訓(xùn)練使用超聲，因此并不習(xí)慣由醫(yī)學(xué)超聲系統(tǒng)取得的圖像。在現(xiàn)有技術(shù)中已提出幾種方法，其描述其中能夠使用超聲成像的方式來提高可視化。

與現(xiàn)有技術(shù)方法相關(guān)的一些局限包括圖像質(zhì)量低、信噪比低、感興趣的導(dǎo)管運動大、感興趣的導(dǎo)管尺寸小、由于偽影等而使導(dǎo)管中的一些部分失蹤、由于在感興趣的導(dǎo)管附近存在其它結(jié)構(gòu)和/或?qū)Ч芏跀?shù)據(jù)中有雜波（clutter）、數(shù)據(jù)的高的時間幀率以及需要分割和跟蹤與數(shù)據(jù)采集速度匹配。

特別地，現(xiàn)有技術(shù)的方法之一描述了一種算法，其中在單個2D切片中分割導(dǎo)管橫截面、然后在單個3D體積中跟蹤分割的導(dǎo)管。這種方法不處理時間跟蹤方面，即，該方法不描述隨著時間的推移而更新導(dǎo)管分割以考慮運動。

已經(jīng)為其它成像模態(tài)提出了幾種導(dǎo)管分割或管狀結(jié)構(gòu)分割的方法。然而，這些方法并不適用于超聲數(shù)據(jù)和時間跟蹤的應(yīng)用。

因此，存在著對簡單的、提供血管的時間有效的跟蹤的血管跟蹤方法的需要，其中血管的時間有效的跟蹤是易于可視化和理解的、在復(fù)雜的環(huán)境中是魯棒的并且在計算上是有效率的。

發(fā)明內(nèi)容

在本文，上述缺點、不足和問題得到解決，通過閱讀和理解下面的說明書將理解這一點。

在一個實施例中，提供了一種檢測導(dǎo)管中心線的方法。該方法包括如下步驟：獲得3D圖像體積；初始化中心線；初始化卡爾曼濾波器；使用卡爾曼濾波器預(yù)測下一個中心點；檢查所進(jìn)行的預(yù)測的有效性；執(zhí)行基于模板匹配的中心線檢測來估計測量誤差；基于模板匹配更新卡爾曼濾波器；以及重復(fù)預(yù)測、檢查、執(zhí)行和更新的步驟，直至達(dá)到導(dǎo)管終端或預(yù)定的次數(shù)為止。

在另一個實施例中，提供了一種用于產(chǎn)生導(dǎo)管的表面輪廓的自動分割方法，該方法包括如下步驟：初始化導(dǎo)管橫截面；初始化迭代計數(shù)器；向著導(dǎo)管邊界演化活動輪廓；通過使用最小二乘擬合從活動輪廓演化來調(diào)整輪廓；確定迭代計數(shù)器的值是否大于預(yù)定值；如果迭代計數(shù)器的值小于預(yù)定值，就使用調(diào)整的輪廓執(zhí)行重新初始化；迭代計數(shù)器增加；以及重復(fù)演化、調(diào)整、確定、執(zhí)行和增加的步驟，直到整個導(dǎo)管已分割。

在又一個實施例中，提供了分割包括多個橫截面的導(dǎo)管的方法。該方法包括如下步驟：獲得3D圖像體積；使用預(yù)設(shè)的配置文件初始化一個或多個卡爾曼濾波器參數(shù)；在要分割的導(dǎo)管內(nèi)選擇初始中心點；基于初始中心點對第一圖像片執(zhí)行初始分割，第一圖像片是導(dǎo)管的2D橫截面；基于初始分割來創(chuàng)建導(dǎo)管的橫截面的模板；使用卡爾曼濾波器預(yù)測作為初始點沿束方向的平移的下一個中心點；基于在圖像體積中的下一個中心點的測量來校正下一個中心點；基于下一個中心點分割第二圖像片；以及重復(fù)預(yù)測、校正和分割的步驟，直至導(dǎo)管在3D圖像體積內(nèi)已完全分割為止。