[發(fā)明專利]用于自動(dòng)化脊柱加標(biāo)簽的方法、裝置和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380039267.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN104641397B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D.馬喬;J.赫拉杜卡;K.貝爾勒;F.舒爾策
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 愛克發(fā)醫(yī)療保健公司;VRVIS虛擬現(xiàn)實(shí)和形象化研究中心有限責(zé)任公司;IMP分子病理研究所有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): A61B6/00
• 分類號(hào): A61B6/00;A61B5/00;A61B6/03;G06K9/00;G06K9/62;G06T7/143
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 王岳,劉春元

本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的用于人類或動(dòng)物體的圖像、特別是計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）圖像中的脊柱的自動(dòng)化加標(biāo)簽的方法及對(duì)應(yīng)的裝置和系統(tǒng)。

有和沒有腹部、胸部和/或頸部的對(duì)比劑情況下的CT圖像的采集是用于診斷大量疾病或損傷的例行程序。脊柱表示用于描述器官和病變的位置的身體的上部的自然參考結(jié)構(gòu)。為了用作每日臨床例程中的參考系統(tǒng)，必須對(duì)圖像中的椎骨和/或椎間盤加標(biāo)簽。手動(dòng)加標(biāo)簽可能是耗費(fèi)時(shí)間的，尤其是如果只有脊柱的任意部分在數(shù)據(jù)中是可見的。因此，自動(dòng)方法是令人感興趣的，其在沒有任何用戶交互的情況下在圖像采集之后遞送加標(biāo)簽結(jié)果。

對(duì)于加標(biāo)簽任務(wù)而言，例如椎骨和/或盤之類的脊柱組成部分的稀疏局部化就足夠了。在本上下文內(nèi)，術(shù)語(yǔ)“稀疏”指的是要求，根據(jù)該要求，正確的解剖標(biāo)簽在示出某個(gè)椎骨或椎間盤的所有視圖中且可選地還在3D再現(xiàn)（rendering）中應(yīng)是可見的。這不一定要求所有脊柱結(jié)構(gòu)的完全分段。盤和椎骨的中心的局部化及其范圍的粗略近似遞送足夠的結(jié)果。

雖然此任務(wù)看起來(lái)是微不足道的，但用于支持放射治療師的3D CT數(shù)據(jù)的全自動(dòng)加標(biāo)簽系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是有挑戰(zhàn)性的：加標(biāo)簽應(yīng)在合理的時(shí)間內(nèi)可用，以便保證圖像采集之后的快速診斷。盡管如此，加標(biāo)簽算法必須可靠地處理變化的分辨率和圖像質(zhì)量，以尺寸、形狀、骨密度方面的變化和不同數(shù)目的椎骨示出脊柱。基于手術(shù)程序的比如脊柱側(cè)彎、塌陷盤、椎骨折斷、退行性變化或椎骨融合之類的對(duì)比劑或病變的存在使得對(duì)所選方法的靈活性提出高要求。

本發(fā)明的目的是提供一種具有高可靠性和高圖像吞吐量的用于人類或動(dòng)物體的圖像中的脊柱的自動(dòng)化加標(biāo)簽的方法、裝置和系統(tǒng)。

此目的由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的方法、裝置和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟：a）通過(guò)開始使脊柱段的所述模型與圖像中的脊柱的初始段匹配（其中圖像中的脊柱的所述初始段沿著圖像中的脊柱位于初始位置處），并且通過(guò)繼續(xù)使脊柱段的所述模型與圖像中的脊柱的一個(gè)或多個(gè)另外的段匹配（其中圖像中的脊柱的所述另外的段沿著圖像中的脊柱位于另外的位置處）來(lái)使脊柱段的模型與圖像中的脊柱的段匹配，其中，脊柱段的所述模型涉及脊柱的一個(gè)或多個(gè)部分的解剖性質(zhì)，以及b）響應(yīng)于步驟a）而對(duì)圖像中的脊柱的一個(gè)或多個(gè)部分加標(biāo)簽。

根據(jù)本發(fā)明的裝置包括圖像處理單元，其用于執(zhí)行和/或控制以下步驟：a）通過(guò)開始使脊柱段的所述模型與圖像中的脊柱的初始段匹配（其中圖像中的脊柱的所述初始段沿著圖像中的脊柱位于初始位置處），并且通過(guò)繼續(xù)使脊柱段的所述模型與圖像中的脊柱的一個(gè)或多個(gè)另外的段匹配（其中圖像中的脊柱的所述另外的段沿著圖像中的脊柱位于另外的位置處）來(lái)使脊柱段的模型與圖像中的脊柱的段匹配，其中，脊柱段的所述模型涉及脊柱的一個(gè)或多個(gè)部分的解剖性質(zhì)，以及b）響應(yīng)于步驟a）而對(duì)圖像中的脊柱的一個(gè)或多個(gè)部分加標(biāo)簽。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的用于獲取人類或動(dòng)物體的至少一部分的至少一個(gè)圖像的圖像采集單元（特別是計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）單元）和用于圖像中的脊柱的自動(dòng)化加標(biāo)簽的裝置。

本發(fā)明是基于用于對(duì)CT數(shù)據(jù)中所示的脊柱的任意部分加標(biāo)簽的全自動(dòng)算法。該算法通過(guò)檢測(cè)參考區(qū)域（例如骶骨）來(lái)發(fā)現(xiàn)具有其解剖標(biāo)簽的初始位置，并且隨后自動(dòng)地對(duì)所有其余可見的盤和椎骨加標(biāo)簽。優(yōu)選地，應(yīng)用用于由馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)（MRF）進(jìn)行的稀疏結(jié)構(gòu)局部化的高性能方法，其中，構(gòu)建稀疏3盤MRF模型，并且從初始位置開始，傳播至脊柱的所有部分。優(yōu)選地，將感興趣區(qū)域內(nèi)部的基于提升決策樹的特征檢測(cè)方法用于MRF模型匹配的優(yōu)化。此外，考慮關(guān)于脊柱解剖和外觀的先驗(yàn)知識(shí)。

借助于本發(fā)明，在更少的時(shí)間內(nèi)獲得高精度結(jié)果—甚至對(duì)于僅少數(shù)椎骨的CT掃描而言，使得實(shí)現(xiàn)要加標(biāo)簽的圖像的高可靠性和高吞吐量?jī)烧摺＠纾瑢?duì)于由512×512軸向切片（slice）構(gòu)成的體圖像而言，實(shí)現(xiàn)在約2分鐘內(nèi)的99,0%的平均加標(biāo)簽精度。

在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語(yǔ)“脊柱的一部分”優(yōu)選地涉及脊柱的椎骨或椎間盤。術(shù)語(yǔ)“脊柱段”和“脊柱的段”優(yōu)選地涉及脊柱的一部分，包括脊柱的一個(gè)或多個(gè)部分，特別是一個(gè)或多個(gè)椎骨和/或椎間盤。因此，“脊柱的初始段”或“脊柱的另外的段”包括分別地位于脊柱上或沿著脊柱的初始或另外的位置處的脊柱的一個(gè)或多個(gè)部分。

在本發(fā)明的意義上的術(shù)語(yǔ)“匹配”或“要匹配”涉及脊柱段的所述模型與圖像中的脊柱的段的比較和/或脊柱段的模型是否與圖像中的脊柱的段相對(duì)應(yīng)和/或相關(guān)的檢查。