[發(fā)明專利]用于醫(yī)學成像中的圖像裁剪和解剖結(jié)構(gòu)分割的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080060494.6
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN114341936A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設計）人: H·拉克索南;J·諾德;J·施雷伊爾
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)國際股份公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/12;G06T7/174;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 張維

患者的一個或多個醫(yī)學圖像由第一神經(jīng)網(wǎng)絡模型處理(516)以確定感興趣區(qū)域(ROI)或截斷平面。來自第一神經(jīng)網(wǎng)絡模型的信息被用來裁剪(517)醫(yī)學圖像，該醫(yī)學圖像用作到第二神經(jīng)網(wǎng)絡模型的輸入。第二神經(jīng)網(wǎng)絡模型處理(518)經(jīng)裁剪的醫(yī)學圖像以確定患者的醫(yī)學圖像中的解剖結(jié)構(gòu)的輪廓。第一神經(jīng)網(wǎng)絡模型和第二神經(jīng)網(wǎng)絡模型中的每一個都是深度神經(jīng)網(wǎng)絡模型。通過在第二神經(jīng)網(wǎng)絡模型的訓練階段和推理階段使用裁剪圖像，產(chǎn)生具有銳利邊緣或平坦表面的輪廓。

技術領域

本公開總體上涉及醫(yī)學成像，并且更具體地涉及用于在諸如被用于放射療法規(guī)劃的圖像之類的醫(yī)學圖像中進行圖像裁剪和解剖結(jié)構(gòu)分割的系統(tǒng)和方法。

背景技術

放射療法是用于治療患者的癌性腫瘤的重要工具。不幸的是，被施加來治療患者的電離放射本質(zhì)上并不能區(qū)分腫瘤和近端健康結(jié)構(gòu)(例如，風險器官)。因此，必須仔細調(diào)節(jié)電離放射的施用，以限制對目標(即腫瘤)施加的放射，同時避免對周圍解剖結(jié)構(gòu)的不必要放射，目的是向腫瘤輸送致命的放射劑量，同時對近端結(jié)構(gòu)維持可接受的劑量。

作為放射療法規(guī)劃過程的一部分，獲得腫瘤和周圍解剖結(jié)構(gòu)的醫(yī)學圖像。醫(yī)學圖像可以用作放射療法的仿真基礎，并且可以被用來規(guī)劃療法的各個方面，包括但不限于射束幾何形狀和位置、放射能量和劑量。醫(yī)學圖像通常被處理以描繪目標區(qū)域(例如，對腫瘤或其它需要被照射的區(qū)域進行成像的像素或體素)并分離周圍結(jié)構(gòu)(例如，對風險器官(OAR)或其它要避免被照射的解剖結(jié)構(gòu)進行成像的像素或體素。這種描繪，被稱為畫輪廓或分割，涉及定義相應的邊界，該邊界定義圖像中的不同解剖結(jié)構(gòu)的界限。然而，如果圖像中的解剖結(jié)構(gòu)被不正確地繪制輪廓，這可能會導致對目標的照射不足和/或?qū)χ車Y(jié)構(gòu)的不希望的照射。

在放射療法規(guī)劃過程中，手動繪制醫(yī)學圖像中的結(jié)構(gòu)輪廓可能是一個耗時的階段。為了解決這個問題，已經(jīng)提出了自動分割模型。然而，現(xiàn)有方法在結(jié)構(gòu)的邊界處存在不準確性。例如，在邊界處可能存在有限的解剖信息以停止輪廓繪制。在一些情況下，真值可能與確切邊界不一致，但是由于臨床實踐，邊界本身必然是直線切割(即在平面上)。在這種情形中，現(xiàn)有的自動分割方法將對所生成的輪廓應用圓形或平滑過渡，因為它試圖在訓練數(shù)據(jù)中找到輪廓之間的平衡。由于訓練數(shù)據(jù)可能無法就應該在哪里截斷達成一致，所以現(xiàn)有的方法無法被輕易訓練為具有銳利截斷。此外，用戶(例如放射科醫(yī)生或放射治療師)可能對如何繪制結(jié)構(gòu)輪廓有自己的偏好，這些偏好可能與基線分割指南不同。因此，采用現(xiàn)有方法需要用戶手動校正所獲得的輪廓的部分，這可能很耗時。

這種情況的一個示例是定義乳房的上邊界。例如，圖1A示出了具有通過自動分割方法生成的輪廓104的乳房102的示例性二維圖像100。盡管沒有明確的解剖界標，但是臨床醫(yī)生可能更喜歡在乳房102的上端106處的軸向切割108。然而，現(xiàn)有的分割方法可能導致在上端106處的圓形輪廓104s。因此用戶可能需要校正所生成的輪廓104，以具有所期望的直線切割108。

在一些場景中，器官或結(jié)構(gòu)可能僅被部分地描繪。例如，用戶可能更喜歡僅在預期放射的區(qū)域(例如，基于放射場信息)中分割脊椎，而不是在圖像中存在脊椎的任何地方分割脊椎。為了節(jié)省時間和處理資源，用戶可以定義具有平坦邊緣的邊界框110，其定義了圖像120中的脊椎122的應該被繪制輪廓的部分，如圖1B中所圖示。然而，同樣，現(xiàn)有的分割方法可能導致脊椎122在邊界框110的頂部124和底部126邊緣處的圓形輪廓，而不是否則將由邊界框110定義的銳利截斷所規(guī)定的直線邊緣。因此，用戶可能需要校正由現(xiàn)有分割方法所生成的輪廓。