用于分割图像的参数优化制造技术

本发明专利技术涉及一种用于分割对象(14)的图像(12)的设备，其包括：数据接口(16)，其用于接收所述对象(14)的图像(12)和至少一个轮廓(18)或轮廓(18)的至少一个部分，所述轮廓(18)指示在所述图像(12)内的结构(19)；选择单元(20)，其用于选择在所述图像(12)中的由所述轮廓(18)或所述轮廓(18)的所述部分划分成第一不相交部分(24)和第二不相交部分(26)的区域(22)，所选择的区域(22)包括绘制的区域和/或计算的区域；分类器(28)，其用于基于用于图像分割的至少一个参数来对所选择的区域(22)进行分类；分析单元(29)，其用于基于分类结果来定义目标函数；优化器(30)，其用于通过改变所述目标函数的输出来优化所述参数集；以及图像分割单元(32)，其用于使用所优化的参数集来分割所述图像(12)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于分割对象的图像的设备、系统和方法。其可以应用于基于软件的交互式图像分析，尤其用于辐射治疗处置规划。
技术介绍
在医学成像领域中，图像分割是将数字图像划分成为像素或体素的图像元素的多个分段的过程。出于基于图像的医学分析的目的或为了改善可视化或基于上下文的导航，医学处置规划在医学图像分割中是必不可少的技术。例如，为了辐射治疗处置规划，图像分割对于防止损害辐射敏感的解剖结构是重要的。存在分割图像的不同的方式。例如，基于阈值或外观的分割算法、基于图谱配准的分割算法或基于形状模型的分割算法。在所有的图像分割方法之中，如果自动的方法不能用于特定分割任务或如果自动分割算法的结果需要手动校正，则需要交互式图像分割技术。例如，用于交互式图像分割的一种接受的技术是图像切片的手动勾画轮廓。与通常仅仅用于特定解剖结构的自动图像分割相比，交互式图像分割提供较高的用户灵活性。例如，可以结合不同成像模态和/或特定成像协议使用。US2010/022489A1公开了一种分割图像的计算机实现的方法，其包括以下步骤：接收图像，基于初始分割参数来生成图像的分段，对所生成的分段的特征进行分类，以及生成至少一个改进的分割参数。此外，当分割参数变化时，可以提取感兴趣的轮廓并可以产生不同的轮廓。Vincent，Martin等人的“ACognitiveVisionApproachtoImageSegmentation”、“ToolsinArtificialIntelligence”，208，InTechEducationandPublishing，第265-294页公开了用于对具有闭合的轮廓区域的图像进行训练的手动分割的框架。特别地，该框架包括定义分割质量函数和通过使分割质量函数最小化或最大化来优化参数集。EP1526481A2公开了一种用于分割第一区域和第二区域的方法和装置，其中该方法包括基于颜色布置中的一个或多个使用学习机来确定图像的哪些像素满足用于分类为与第一区域相关联以及图像的哪些像素满足用于分类为与第二区域相关联的准则。WilliamB.Kerr等人的“AMethodologyandMetricforQuantitativeAnalysisandParameterOptimizationofUnsupervised,Multi-RegionImageSegmentation”(第8届国际科学技术发展协会关于信号和图像处理的研讨会，2006年8月14，第243-248页)公开了对用于无监督的多区域图像分割的定量分析和参数优化的方法的使用，其中该方法基于八个个体性能测度。公开了基于在机器分割的图像与对应的地面实况图像之间的交叠的统计分析的度量以评估和优化算法参数，其中比较了无监督分割算法的算法间性能。然而，在本领域中公知的交互式图像分割工具受限于其效率，因为通常需要选择和优化地调节大量技术参数。此外，例如，由于不准确的轮廓校正，通常分割的可靠性还受到限制。由于进一步的图像分割以及具有致命后果的非优化辐射治疗处置计划，这导致了高成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于可靠的、准确的且简单的操作对象的交互式图像分割的设备、系统和方法。在本专利技术的第一方面中，提出了一种用于分割对象的图像的设备，包括：数据接口，其用于接收所述对象的图像和至少一个轮廓或轮廓的至少一个部分，所述轮廓指示在所述图像内的结构；选择单元，其用于选择在所述图像中的由所述轮廓或所述轮廓的所述部分划分成第一不相交部分和第二不相交部分的区域，所选择的区域包括绘制的区域和/或计算的区域；分类器，其用于基于用于图像分割的至少一个参数来对所选择的区域进行分类；分析单元，其用于基于分类结果来定义目标函数；优化器，其用于通过改变所述目标函数的输出来优化所述参数集；以及图像分割单元，其用于使用所优化的参数集来分割所述图像。优选地，所述分类器被配置为不对所述轮廓或所述轮廓的所述至少一个部分进行分割。利用在接收到的图像中选择区域的可能性，用户能够以高度自由度和灵活性交互式地分割图像。特别地，与在前面提到的现有技术中公开的技术相比，本专利技术实现基于用户的选择对局部区域的直接选择。因为区域不是由设备基于初始分割参数来生成的，所以用户对区域选择的正确性具有直接影响。不需要初始分割参数并避免了使用错误参数的风险。本专利技术因此实现交互式图像分割的有效方式。借助于在接收到的图像内的给定轮廓，可以容易地识别感兴趣结构，这提高了图像分割的进一步进行的效率。通过选择由给定轮廓或轮廓的部分划分成两个不相交部分的区域并对该区域进行分类，本专利技术能够出于全局图像分割和/或轮廓校正的目的而局部地优化图像分割参数。特别地，本专利技术通过以下不同于已知的图像分割技术，例如在前面提到的现有技术中公开的技术：被选择用于参数优化的区域位于给定轮廓的附近。这是有利的，因为以这种方式优化的分割参数可以直接用于调节给定轮廓或轮廓的部分，而无需进一步调节或只需最小的进一步调节。结果，可以简化接收到的图像的交互式分割。本专利技术尤其有利地用于辐射治疗规划。由于患者的解剖结构的复杂性，执行辐射治疗规划的医生/操作人员通常需要能够同时调节大量参数的交互式图像分割工具。本领域中已知的辐射治疗规划系统通常装备有难以理解的复杂的图形用户界面。此外，参数优化和轮廓调节通常要求对操作人员的大量训练。借助于本专利技术，操作人员可以仅使用计算机的鼠标光标和/或用户的手指或结合触摸屏的其他单元来选择区域。不需要复杂的图形用户界面，并且医生/操作人员不需要熟知大量参数，以便以可靠性的满意度完成图像分割的任务。最后，通过定义目标函数并通过增大其输出，可以独立于目标函数的实际算法细节直接地且精确地优化分割参数。因此，可以简化图像的全局分割，同时维护或甚至改善分割质量。在优选实施例中，所述分类器被配置为将所选择的区域分类成第一图像类别和第二图像类别。这具有的优点在于可以以最小计算量局部地优化包括至少一个图像分割参数的参数集。在另一优选实施例中，所述第一图像类别是所述第一不相交部分的主要图像类别。在本专利技术的范围内，本质上表示图像的子集的主要图像类别是实质上表征图像或其部分的图像类别。这意味着当图像或其部分被分类成主要图像类别时分类是肯定的。有利地，第一不相交部分被正确地分类，使得在图像分割的另外的步骤中，可以使用于参数集的额外校正的计算量最小化。在另一优选实施例中，所述第二图像类别是所述第二不相交部分的主要图像类别。有利地，第二不相交部分被正确地分类，从而在图像分割的另外的步骤中，可以使用于参数集的额外校正的计算量最小化，从而得到快速且有效的图像分割。在另一优选实施例中，所述优化器被配置为根据所述第一不相交部分来确定第一面积，所述第一面积对应于所述第一图像类别。该实施例是有利的，因为关于第一不相交部分的尺寸的第一面积的尺寸是在第一不相交部分与在第一不相交部分内的实际图像细节之间的一致的测度。因此，可以确定用于对所选择的区域(尤其是第一不相交部分)进行分类的参数集的质量。在另一优选实施例中，所述优化器被配置为根据所述第二不相交部分来确定第二面积，所述第二面积对应于所述第二图像类别。该实施例是有利的，因为关于第二不相交部分的尺寸的第二面积的尺寸是在第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分割对象(14)的图像(12)的设备，包括：‑数据接口(16)，其用于接收所述对象(14)的图像(12)和至少一个轮廓(18)或轮廓(18)的至少一个部分，所述轮廓(18)指示在所述图像(12)内的结构(19)；‑选择单元(20)，其用于选择在所述图像(12)中的由所述轮廓(18)或所述轮廓(18)的所述部分划分成第一不相交部分(24)和第二不相交部分(26)的区域(22)，所选择的区域(22)包括绘制的区域和/或计算的区域；‑分类器(28)，其用于基于用于图像分割的至少一个参数来对所选择的区域(22)进行分类；‑分析单元(29)，其用于基于分类结果来定义目标函数；‑优化器(30)，其用于通过改变所述目标函数的输出来优化所述参数集；以及‑图像分割单元(32)，其用于使用所优化的参数集来分割所述图像(12)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.12 EP 14172124.11.一种用于分割对象(14)的图像(12)的设备，包括：-数据接口(16)，其用于接收所述对象(14)的图像(12)和至少一个轮廓(18)或轮廓(18)的至少一个部分，所述轮廓(18)指示在所述图像(12)内的结构(19)；-选择单元(20)，其用于选择在所述图像(12)中的由所述轮廓(18)或所述轮廓(18)的所述部分划分成第一不相交部分(24)和第二不相交部分(26)的区域(22)，所选择的区域(22)包括绘制的区域和/或计算的区域；-分类器(28)，其用于基于用于图像分割的至少一个参数来对所选择的区域(22)进行分类；-分析单元(29)，其用于基于分类结果来定义目标函数；-优化器(30)，其用于通过改变所述目标函数的输出来优化所述参数集；以及-图像分割单元(32)，其用于使用所优化的参数集来分割所述图像(12)。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分类器(28)被配置为将所选择的区域(22)分类成第一图像类别和第二图像类别。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一图像类别是所述第一不相交部分(24)的主要图像类别。4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第二图像类别是所述第二不相交部分(26)的主要图像类别。5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述优化器被配置为根据所述第一不相交部分(24)来确定第一面积，所述第一面积对应于所述第一图像类别。6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述优化器(30)被配置为根据所述第二不相交部分(26)来确定第二面积，所述第二面积对应于所述第二图像类别。7.根据权利要求5和6所述的设备，其中，所述目标函数包括所述第一面积和所述第二面积的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·贝斯特罗夫，H·舒尔茨，T·维克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL