用于医学成像的骨骼分段中的用户引导的形状变体制造技术

半自动方案用于医学成像中的用户引导的骨骼分段（132）。用户指示（126）骨骼图像上的多个标志。处理器将骨骼模型上的相同标志变体（128）成图像上的用户输入标志，从而导致变换。该变换然后应用（130）于模型以粗略地分段骨骼。用户可以编辑（134）所得拟合，并且处理器然后细化（136）所编辑的拟合，诸如使骨骼模型与扫描数据拟合并且避免与其它骨骼的任何重叠。该用户引导的分段可以避免对于完全自动化方案的对许多样本用于训练分类器的需要，而同时还避免手动方案中的冗长描画轮廓。

User guided shape variants in bone segments for medical imaging

Semi automated scheme for user guided bone segmentation in medical imaging (132). A user indicates (126) a plurality of symbols on a bone image. The processor changes the same flag variant (128) on the skeleton model into a user input flag on the image, resulting in a transformation. The transformation is then applied (130) to the model in order to roughly segment the skeleton. The user can edit (134) the resulting fit, and the processor then refines (136) the edited fit, such as fitting the skeletal model with the scan data and avoiding any overlap with other bones. The user guided segmentation can avoid the need for training a classifier for a number of samples for a fully automated scheme, while avoiding the tedious depiction of the outline in the manual scheme.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本专利文档在35之下要求2014年7月3日提交的美国临时专利申请号62/020,636的提交日的权益，特此通过引用并入该美国临时专利申请。
本公开大体涉及医学成像的领域，并且更特别地涉及医学成像中的骨骼分段。
技术介绍
整形手术的数目由于医学技术的发展以及老龄化人口而已经快速地增长。已经扩展超出臀部和膝盖的关节置换术正在对较为年轻的候选者执行，随之而来的是不断增大百分比的手术修正。来自医学成像的骨骼分段帮助针对这些整形手术做规划。来自诸如计算机断层扫描（CT）图像或者磁共振（MR）图像之类的三维医学图像的骨骼组织的分段，允许工程学分析以用于个体化整形手术过程中的置换和优化。尽管存在大量研究，但是用于骨骼分段的高效且成本有效的算法的开发仍旧存在很多机会。大多数之前的方案是基于学习的并且严重依赖于标记训练图像的大数据库。然而，获得由人类专家产生的大量标记图像是非常昂贵且耗时的。手动分段也不是最佳的。通过CT或其它体积逐切片地描绘骨骼的边界可能非常冗长。
技术实现思路
作为介绍，以下描述的优选实施例包括用于医学成像中的用户引导的骨骼分段的方法、系统、指令和计算机可读介质。使用半自动方案。用户指示骨骼图像上的多个标志。处理器使骨骼模型上的相同标志变体为图像上的用户输入标志，从而导致变换。该变换然后应用于模型以粗略地分段骨骼。用户可以编辑所得拟合），并且处理器然后细化所编辑的拟合，诸如将骨骼模型与扫描数据拟合并且避免与其它骨骼的任何重叠。该用户引导的分段可以避免对于完全自动化方案的对许多样本用于训练分类器的需要，而同时还避免手动方案中的冗长描画轮廓。在第一方面中，提供了一种用于医学成像的用户引导的骨骼分段的方法。接收表示患者体积的医学扫描数据。体积包括骨骼。在显示器上从医学扫描数据生成体积的一个或多个图像。从用户输入接收对一个或多个图像上的多个点的用户选择。多个点针对在三维中分布于体积中的位置。处理器从多个点与骨骼模型中的对应点的拟合来估计体积中的骨骼的姿态。处理器根据拟合而变换骨骼的模型，并且利用经变换的模型对来自体积的骨骼进行分段。在第二方面中，非暂时性计算机可读存储介质具有存储在其中的数据，所述数据表示由编程的处理器可执行以用于三维医学成像的骨骼分段的指令。存储介质包括用于以下的指令：确定骨骼的扫描体积中的骨骼模型的姿态；从用户输入接收对扫描体积中的姿态的编辑；利用所编辑的姿态细化扫描体积中的骨骼的分段；更改如所细化的骨骼的分段，该更改避免与另一个骨骼的另一个分段的重叠；以及在最小化之后生成第一和第二分段的图像的指令。在第三方面中，提供了一种用于医学成像中的用户引导的骨骼分段的方法。处理器使骨骼形状的预确定标志变体成患者体积图像上的骨骼的用户输入标志。变体提供非刚性空间变换。处理器利用非刚性空间变换对骨骼形状进行变换，并且利用经变换的骨骼形状对来自体积的骨骼进行分段。骨骼的图像使用从所述分段产生的分段而生成。本专利技术由所附权利要求限定，并且本章节中没有任何内容应当被视为对那些权利要求的限制。本专利技术的另外的方面和优点在下文结合优选实施例进行讨论，并且可以随后独立地或者组合地被要求保护。附图说明组件和个体不一定是按照比例的，代之以将重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在各图中，相同参考标号贯穿不同视图指明对应部分。图1是用于医学成像中的用户引导的骨骼分段的方法的另一个实施例的流程图；图2示出了将用户录入的图像上的标志链接到骨骼模型上的相同标志的示例；图3示出了变换成多平面重构的图2的骨骼模型的示例；图4A和B示出了通过变体确定的姿态的用户输入细化的示例；图5A和B示出了处理器确定的姿态估计的细化的示例；图6A和B示出了基于处理器的避免骨骼分段的重叠的示例；以及图7是示出了用于医学成像中的用户引导的骨骼分段的系统的一个实施例的框图。具体实施方式用户引导的形状变体和自动优化高效地分段骨骼。高效骨骼分段可以利用最少量的用户输入取代从训练数据和机器学习所获得的先验知识，而同时保持由自动分段提供的高准确度和快速度。在一个半自动方案中，用户引导的形状变体和自动优化组合。首先使用从用户指定的对应标志集合计算的所估计的姿态参数来初始化分段。然后，应用粗略或用户编辑以校正较大误差。分段进一步通过处理器使用基于图形的算法而被全局地细化。针对局部细化，可以应用用于避免与其它骨骼的重叠的关节区的再分段和/或交互式编辑方案。用户引导的形状变体或自动优化可以单独地使用。对于用户引导的变体，从用户指定的对应标志集合计算姿态参数，而不是从大训练数据集学习姿态参数。例如，用户通过点击图像体积的多平面重构（MPR）视图而指定若干预限定解剖学标志的位置。这些参数然后用于将统计形状或其它骨骼模型与表示在体积中的三维图像或骨骼对准。对于优化，使用多步骤细化以改进分段准确度。不同步骤可以包括自动优化和用户引导的编辑二者。例如，首先使用粗略编辑以校正形状初始化中的大误差，诸如平移、旋转或缩放误差。然后，应用使用基于图形的算法的自动化全局细化。对多骨骼的关节区自动地再分段以避免相邻器官/结构的边界重叠。最后，使用交互式编辑方案实现局部细化。可以使用自动或用户引导的细化的任何组合。图1示出了用于医学成像中的用户引导的骨骼分段的方法的一个实施例。该方法使用图7的系统、医学成像系统、工作站、处理器、服务器、计算机和/或不同的系统而实现。一般地，处理器接收三维数据并且执行该方法的动作，以输出用于由三维数据表示的骨骼的位置的指示。图1的方法的示例在图2-6中表示。该示例使用表示患者的CT数据。骨盆骨骼包括在患者的扫描体积中。从表示在体积中的其余组织和/或骨骼分段出骨盆骨骼的体素或位置。在其它实施例中，可以对其它骨骼或器官进行分段。在又其它实施例中，可以使用MR、超声、PET、SPECT、荧光检查、x射线或者表示体积的其它数据而不是CT数据。对表示患者体积（例如，在三维中分布的体素）的数据执行分段。分段在三维（例如，在笛卡尔坐标空间中，x、y和z）中执行。在可替换实施例中，分段在二维中执行。相比图1中示出的情况，可以提供附加的、不同的或者更少的动作。例如，提供了用于访问其它类型数据的动作、用于传送输出的动作和/或用于存储分段的动作。作为另一个示例，动作122-132在没有对动作134-138的进一步优化的情况下执行。在另一个示例中，动作124以任何方式执行（例如，在具有或者没有用户引导的变体和对应动作26-32的情况下），并且提供了优化动作134-138中的任何一个或多个。动作120和140可以是可选的。动作以所示出的次序或者不同的次序执行。优化动作134-140可以以任何次序执行，诸如在基于处理器的分段的细化之前或者作为细化的部分而避免重叠。在动作120中，接收医学扫描数据，诸如CT数据。CT扫描数据用于描述图1的动作，但是可以使用其它模态。CT数据通过扫描患者来接收。X射线源和检测器围绕患者旋转以获取通过患者体积的x射线投影。所检测到的强度被重构成表示体积的数据。在可替换实施例中，CT数据从存储器接收，诸如从DICOM存档系统加载数据。CT数据表示患者。由数据表示部分或全部的不同器官、组织类型、骨骼或者其它解剖学结构。例如，数据表示部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于医学成像中的用户引导的骨骼分段的方法，所述方法包括：接收（120）表示患者体积的医学扫描数据，所述体积包括骨骼；在显示器上从所述医学扫描数据生成（122）所述体积的一个或多个图像；从用户输入接收（126）对所述一个或多个图像上的多个点的用户选择，所述多个点针对在三维中分布于所述体积中的位置；通过处理器从所述多个点与所述骨骼的模型中对应点的拟合来估计（128）所述体积中的所述骨骼的姿态；通过所述处理器根据所述拟合来变换（130）所述骨骼的模型；以及通过所述处理器利用经变换的模型来分段（132）来自所述体积的所述骨骼。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.03 US 62/020636;2015.01.30 US 14/6107751.一种用于医学成像中的用户引导的骨骼分段的方法，所述方法包括：接收（120）表示患者体积的医学扫描数据，所述体积包括骨骼；在显示器上从所述医学扫描数据生成（122）所述体积的一个或多个图像；从用户输入接收（126）对所述一个或多个图像上的多个点的用户选择，所述多个点针对在三维中分布于所述体积中的位置；通过处理器从所述多个点与所述骨骼的模型中对应点的拟合来估计（128）所述体积中的所述骨骼的姿态；通过所述处理器根据所述拟合来变换（130）所述骨骼的模型；以及通过所述处理器利用经变换的模型来分段（132）来自所述体积的所述骨骼。2.权利要求1所述的方法，其中接收（120）医学扫描数据包括接收（120）表示包括所述骨骼和其它组织的体积的医学扫描数据。3.权利要求1所述的方法，其中生成（122）一个或多个图像包括生成（122）多平面重构，并且其中接收（126）用户选择包括接收（126）对所述多平面重构的图像上的点的选择。4.权利要求1所述的方法，其中生成（122）包括生成（122）所述体积的渲染和所述模型的渲染，并且其中接收（126）用户选择包括将所述模型的渲染上高亮的对应点与所述体积的渲染上示出的所述骨骼相链接。5.权利要求1所述的方法，其中接收（126）用户选择包括在所述多个点包括所述骨骼的标志的情况下进行接收（126），所述对应点针对所述模型中表示的所述骨骼的标志。6.权利要求1所述的方法，其中估计（128）包括最小化所述多个点和所述对应点之间的差异。7.权利要求1所述的方法，其中估计（128）包括计算从所述对应点向所述多个点的变换，并且其中变换（130）包括将所述变换应用于所述模型。8.权利要求1所述的方法，其中变换（130）包括非刚性平移、旋转和/或缩放包括不同于所述对应点的位置的所述模型。9.权利要求1所述的方法，其中分段（132）包括标识所述体积中的所述骨骼的位置，所述位...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐大光，SK周，
申请(专利权)人：西门子产品生命周期管理软件公司，
类型：发明
国别省市：美国;US