[發明專利]用于自動肋骨中心線提取的方法和設備

有效

• 申請號: 201210368926.7
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN103218800B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 吳迪嘉;劉大元;C.蒂金;G.索扎;周少華;D.科馬尼丘
• 申請（專利權）人: 西門子公司;西門子公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06K9/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬永利;劉春元

本申請要求2011年9月27日提交的美國臨時申請號61/539,561的權益，其公開內容被合并在此以作參考。

技術領域

本發明涉及3D醫療圖像數據（比如3D計算機斷層攝影（CT）掃描）中的肋骨中心線線條提取，并且更具體來說涉及利用基于學習的可變形模板匹配進行自動肋骨中心線提取。

背景技術

在胸部CT掃描中，定位肋骨轉移和骨折通常涉及讀取數以百計的軸向CT切片，以便在視覺上跟蹤肋骨截面積的改變。相應地，對于CT掃描的人工讀取相當耗時，并且在實踐中常常由于人為失誤而錯過肋骨異常。對于肋骨解剖中心線的自動提取可以被用來增強展開的肋骨籃的可視化，這可以使得例行的骨骼讀取任務對于放射科醫師更加高效且有效。所提取出的并且加了標記的肋骨中心線還可以用作定位器官、登記病變以及引導間隔改變分析的串行胸廓CT掃描之間的對應性的參考。此外，肋骨幾何結構的所導出的信息可以幫助肋骨籃骨折固定手術。

盡管具有前面描述的臨床方面的重要性，但是在CT掃描中對肋骨的自動檢測和標記仍然是一項具有挑戰性的任務。大多數傳統方法將肋骨建模為細長管狀結構，并且采用海賽（Hessian）或結構張量本征系統分析以進行脊背體素檢測。但是，這些算法通常在計算方面花費很高，并且可能無法對于所有患者都獲得一致的結果。圖1示出了不同患者的不同肋骨截面的示例。如圖1中所示，圖像（b）所示的肋骨截面104比圖像（a）中所示的肋骨截面102具有更加清晰的暗骨髓。在許多情況中，肋骨骨髓可能比肋骨邊界更暗；從而可能無法將肋骨中心點一致地檢測為脊背體素。為了構造肋骨中心線，通常使用基于跟蹤的方法（比如Kalman濾波）從一個切片到下一個切片對所檢測到的肋骨中心點進行追蹤。但是，一些傳統的基于跟蹤的方法需要人工初始種子點，并且這樣的點到點跟蹤方法對于例如骨折之類的肋骨病變（這可能是放射科醫師最感興趣的）所造成的局部模糊或不連續高度敏感。圖2示出了可能導致基于追蹤的方法中的不準確的肋骨中心線的不同肋骨病變的示例。如圖2中所示，圖像（a）示出了缺失肋骨節段202的肋骨，并且圖像（b）示出了具有肋骨轉移204的肋骨。此外，在傳統的肋骨追蹤算法中，每一根肋骨被單獨地檢測及追蹤；因此肋骨標記需要單獨的試探方法。

發明內容

本發明提供了一種用于3D?CT體積中的自動肋骨中心線提取和標記的方法和系統。本發明實施例的實施例利用基于學習的肋骨中心線檢測來檢測種子點，并且隨后將整個肋骨籃的可變形模板與種子點相匹配以便提取出肋骨中心線。通過同時地而不是單獨地提取出整個肋骨籃的肋骨中心線，本發明的實施例可以在相鄰的肋骨之間施加預先約束以便改進肋骨跟蹤期間的魯棒性，以及在肋骨跟蹤的同時提供肋骨標記。

在本發明的一個實施例中，在3D體積中檢測肋骨中心線體素。通過基于所檢測到的肋骨中心線體素把多根肋骨的肋骨中心線的模板與所述3D體積相匹配而提取出肋骨中心線。肋骨中心線的模板可以是對于整個肋骨籃的肋骨中心線的模板。可以利用主動形狀模型單獨細化所提取出的肋骨中心線。

通過參照下面的詳細描述和附圖，本領域普通技術人員將認識到本發明的這些和其他優點。

附圖說明

圖1示出了不同患者中的不同肋骨截面的示例；

圖2示出了不同肋骨病變的示例；

圖3示出了根據本發明的一個實施例的用于從3D體積提取出肋骨中心線的方法；

圖4示出了示例性的肋骨中心線體素檢測結果；

圖5示出了對于不同肋骨籃形狀的肋骨中心線的示例；

圖6示出了關節式肋骨節段匹配方法的示例性結果；

圖7示出了利用主動輪廓的示例性肋骨中心線細化；

圖8示出了示例性肋骨中心線提取結果；

圖9示出了對于利用圖3的方法具有挑戰性的情況的示例性肋骨中心線提取結果；以及

圖10是能夠實施本發明的計算機的高層級方框圖。

具體實施方式

本發明針對用于在3D醫療圖像體積（比如3D計算機斷層攝影（CT）體積）中提取肋骨中心線的方法和系統。在這里描述本發明的實施例以便給出對于所述肋骨中心線提取方法的視覺理解。數字圖像常常由一個或多個對象（或形狀）的數字表示構成。在這里常常是關于標識及操縱對象方面來描述對象的數字表示。這樣的操縱是在計算機系統的存儲器或其他電路/硬件中實現的虛擬操縱。相應地，應當理解的是，可以利用存儲在計算機系統內的數據在所述計算機系統內施行本發明的實施例。