[發明專利]用于在三維解剖圖像中自動分割個別骨骼骨的系統及方法

有效

• 申請號: 201580081954.2
• 申請日: 2015-07-29
• 公開（公告）號: CN107851312B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: A·貝赫魯茲;P·卡斯克
• 申請（專利權）人: 珀金埃爾默健康科學公司;珀金埃爾默細胞科技德國公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/155;G06V10/44;G06V10/42;G06T15/08;G06T7/187;G06T15/00;G06T7/62;A61B6/03;A61B6/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

在某些實施例中，本文呈現的是用于在例如微CT成像的小動物成像的背景下進行穩健骨分裂及分割的方法。在某些實施例中，描述一種用于計算單個及混合二階導數分裂濾波器并將其應用于灰度圖像及二元骨掩模的方法。即使對于低分辨率數據，這些濾波器也可準確地識別所述骨的分裂線/平面，且因此準確地在形態學上斷開個別骨。接著，可將分裂骨用作區生長技術中的種子，例如標記物控制的分水嶺分割。使用此方法，與現有技術方法相比較，可以高得多的穩健性及準確性對骨進行分割。

技術領域

本發明大體上涉及圖像分析的方法及系統。更特定來說，在某些實施例中，本發明涉及從小型受試者(例如，小型動物、小型哺乳動物)的解剖圖像的自動骨分裂及分割，所述解剖圖像例如用計算斷層掃描(CT)掃描儀捕獲。

背景技術

存在大量針對哺乳動物體內成像的技術—例如生物發光、熒光、斷層掃描及多模式成像技術。小型哺乳動物的體內成像由大量研究者在各種領域(例如，腫瘤學、傳染病及藥物發現)中執行。

體內微型計算機斷層掃描(以下稱為“微CT”)成像是可以高分辨率對組織、器官及非有機結構成像的基于x射線的技術，然而更高處理量的成像可有益地使用更低分辨率的微CT成像來加速圖像采集及/或處理，同時維持可接受的準確度及圖像細節。微CT發展迅速，需要低劑量掃描及快速成像協議以促進多模式應用并啟用縱向實驗模型。體內成像通常涉及將例如熒光探針的試劑用于活體動物內部的生物學現象的無創性時空可視化。多模式成像涉及以不同方式獲得的圖像的融合，舉例來說，通過組合FMT、PET、MRI、CT及/或SPECT成像數據。

圖像分析應用及/或成像系統通常允許生物醫學圖像的可視化、分析、處理、分割、配準及測量。這些應用程序及系統還提供體繪制工具(例如，體積合成、深度描影、梯度描影、最大強度投影、總體素投影、信號投影)；操縱功能(例如，界定所關注結構的區域、刪除非所要對象、編輯圖像及對象圖)；及測量功能(例如，用于計算表面體素的數目、暴露面的數目、區的平面面積及區的估計表面積或體積)。

常規對象分割算法通常依賴于形態學方法來執行骨分裂。在這些方法中，通常將分水嶺變換應用于灰度圖像數據或二元對象掩模的距離變換。分水嶺變換將二元掩模分離成標記區，其表示組成二元掩模的個別對象(例如，在F.邁耶(F.Meyer)、S.布切爾(S.Beucher)所著的《視覺傳達與圖像表示雜志(J.Vis.Comm.Im.Rep.)》1(1)，199021-46中所論述)。使用這種方法，來自圖1的二元骨掩模可被分離并如圖2中所描繪那樣來標記。

如在圖2中顯而易見，此常規分割方法存在導致欠分割、過分割且最重要的是分裂線/平面的不正確放置的限制及缺陷。后者的出現主要是因為距離及分水嶺變換的組合將分裂線/平面放置在對象之間最薄連接器上。然而，最薄連接器可能會或可能不會與骨關節重合。此問題可在圖2中所示的結果中從股盆分裂股骨中看到。

盡管一些現有形態學分割技術有時可在較大的哺乳動物(例如人類)的高分辨率圖像中提供充足準確性，其中對象之間的間隔大于體素分辨率，但其性能無法提供在處置例如圖1中所示的數據集的低分辨率數據時進行進一步圖像處理所需的充足準確度，例如用于小型動物(例如，小鼠、大鼠、田鼠、兔子及類似大小的動物)的成像。微CT圖像通常具有大約幾微米到幾百微米(例如4.5微米到200微米之間)的體素大小。在較低分辨率(例如，對應于40微米或更高的體素大小)下，部分體積效應可導致兩個單獨對象在二元掩模中在形態學上連接，這可能例如導致分割準確性的顯著損失，如圖2中所示。在一些實施例中，受試者(例如，小型哺乳動物受試者，例如小鼠)的圖像具有使得圖像的每一體素對應于每一維度中至少40微米的體積的分辨率。