[發明專利]用于自動分割3D醫學圖像的方法、系統和計算機可讀介質

在審

• 申請號: 202011099705.5
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112700451A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 拉斯洛·魯斯科;伊麗莎白·格雷基;佩特拉·塔卡斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣精準醫療有限責任公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖;錢慰民

本發明題為“用于自動分割3D醫學圖像的方法、系統和計算機可讀介質”。本發明公開了用于自動分割3D醫學圖像的方法、系統和計算機可讀介質，該3D醫學圖像包括待分割的對象，該方法的特征在于包括：通過使用機器學習模型，以第一正交取向、第二正交取向和第三正交取向中的至少兩個正交取向，對為3D醫學圖像的切片形式的對象進行2D分割以導出2D分割數據；基于2D分割數據確定邊界框(10)在3D醫學圖像內的位置，該邊界框(10)具有預先確定的尺寸；以及對3D醫學圖像的對應于邊界框(10)的部分中的對象執行3D分割。

技術領域

本文所公開的主題涉及使用機器學習模型自動分割3D醫學圖像的方法、系統和計算機可讀介質。更具體地講，本發明所公開的主題涉及圖像處理，并且涉及用于具有有效且準確的三維3D圖像分割能力的醫學成像的系統和方法。

背景技術

解剖結構(例如，3D醫學圖像中的器官)的分割是腫瘤學、放射學領域以及在計劃外科介入時的多個臨床過程中的基本任務。3D醫學圖像是受檢者體內沿諸如軸向、冠狀、矢狀或傾斜的取向的3D體積的醫學圖像，其中醫學圖像可通過2D采集、3D采集或它們的組合來采集。這些3D醫學圖像可被視為在3D方向中的每一個方向上的一組2D切片或層，即，在第一正交取向、第二正交取向和第三正交取向中的任一者上的一組2D軸向、冠狀或矢狀切片，或更一般地為一組2D切片。在本發明的上下文中，術語“第一正交取向”、“第二正交取向”和“第三正交取向”包括三維取向的所有可能的組。用于成像的示例性技術包括常規超聲成像、計算機斷層攝影(“CT”)成像、磁共振成像(“MR”或“MRI”)和核醫學成像技術，諸如正電子發射斷層顯像(“PET”)和單光子發射計算機斷層顯像(“SPECT”)。分割用于測量解剖結構的尺寸和形狀，以引導個體之間解剖結構的空間歸一化以及計劃醫療介入。可用分割方法的范圍廣泛，范圍從以2D橫截面手動繪制結構的輪廓到使用所謂的“配準”來找到3D圖像與標記的概率圖或圖集之間的最佳對應關系的更先進方法。還存在將自動分割的效率和可重復性與僅來自專業技術人員的人為判斷相結合的已知半自動方法。

盡管已經公開了大量全自動和半自動分割方法，但手動繪制輪廓仍然通常用作圖像分割的選擇技術。不愿意使用全自動方法是由于擔心其在目標解剖結構可能與正常值不同的情況下可靠性不足，以及由于基于圖像配準的方法的高計算要求。

在鄰接的2D切片組上手動繪制輪廓然后將它們組合在一起可能是耗時且勞動密集型的。隨著圖像切片的數量增加，以及隨著解剖感興趣區域中器官、腫瘤等的數量和尺寸增加，時間和勞力顯著增加。輪廓繪制的質量和所產生3D對象的質量取決于2D切片的分辨率和對比度，并且取決于執行重建的臨床醫生的知識和判斷。

使用可靠的自動圖像分割可節省時間和勞力，并且可通過消除臨床醫生的主觀性來增加精度。

器官的自動圖像分割面臨著某些挑戰。一些器官位于軟組織環境中，其中相對于周圍結構的分辨率具有較差的對比度，因為相鄰的器官具有類似的密度值。此外，器官的形狀和位置可能周期性地改變。成像機器的成像參數也不同。

分割是將標簽分配給3D醫學圖像的數據集中的單個體素的過程。因此，自動分割意指在人體的2D或3D數字掃描中自動識別和標記人體解剖結構。