從多個(gè)三維視圖對大對象的分割的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維超聲成像。具體地，本發(fā)明涉及對被掃描體積中的對象的圖像處理和分割。
【背景技術(shù)】
[0002]在三維超聲成像或體積成像中，能夠根據(jù)探頭以不同方式執(zhí)行對三維圖像的采集。例如，能夠使用諸如飛利浦的X6-1的xMatrix探頭來執(zhí)行真實(shí)3D采集。使用諸如飛利浦的V6-2的機(jī)械探頭，從對多個(gè)二維切片的采集中獲得3D體積，多個(gè)二維切片的校準(zhǔn)被機(jī)械驅(qū)動。使用二維探頭，通過進(jìn)行在感興趣體積中切片的許多二維掃描而得到三維體積。因此，采集到彼此相鄰的多幅二維圖像。另外，通過適當(dāng)?shù)膱D像處理，能夠從多幅二維圖像構(gòu)建出感興趣體積的三維圖像。在以上列舉的所有情況中，三維信息以恰當(dāng)?shù)男问奖伙@示在用于超聲系統(tǒng)的用戶的顯示器上。
[0003]另外，所謂的實(shí)況三維成像或4D成像通常用于臨床應(yīng)用中。在實(shí)況三維成像中，能夠采集到關(guān)于體積的實(shí)時(shí)視圖，使得用戶能夠查看解剖部位的移動部分，例如搏動的心臟或其他。在實(shí)況三維成像的臨床應(yīng)用中，有時(shí)需要對心臟的相對小區(qū)域(諸如單個(gè)瓣膜或間隔缺損)進(jìn)行成像，并且有時(shí)需要對心臟的大區(qū)域(諸如整個(gè)心室)進(jìn)行成像。
[0004]二維圖像分割是放射科醫(yī)師的常見任務(wù)。通常根據(jù)多個(gè)堆疊的二維分割執(zhí)行對三維對象的圖像分割。三維中的圖像分割是較不常見的。提取的表面能夠用于量化器官或腫瘤的體積或用作執(zhí)行基于特征的圖像配準(zhǔn)的標(biāo)志。然而，手動分割3D圖像中的器官通常是繁瑣的。盡管量化和可視化工具相對可用于2D圖像，但是3D體積分析通常通過臨床實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)的繁瑣流程手工完成。因此，這樣的方法是非常不方便的。因此，需要自動進(jìn)行且精確的分割，但是其難以獲得，尤其在受到許多噪聲和各種偽影損壞的超聲圖像中。
[0005]文獻(xiàn)US 2008/0139938示出了一種用于采集、處理并呈現(xiàn)超聲圖像中的感興趣區(qū)域內(nèi)的腔組織界面的邊界的系統(tǒng)，所述超聲圖像基于從感興趣區(qū)域(ROI)內(nèi)的結(jié)構(gòu)返回的超聲回波的信號的強(qiáng)度。對占有感興趣區(qū)域的腔形狀的邊界的分割利用占有腔組織界面的像素組的價(jià)值函數(shù)分析。經(jīng)分割的形狀進(jìn)一步被圖像處理以確定包含感興趣區(qū)域內(nèi)的腔的器官或結(jié)構(gòu)的區(qū)或體積。
[0006]另外，超聲是大量使用的模態(tài)，尤其在微創(chuàng)介入期間，例如在肝臟中，因?yàn)樗鼘颊邿o害。相較于例如計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)或磁共振(MR)模態(tài)，超聲圖像不提供相同的醫(yī)學(xué)信息。所有這些模態(tài)在提供全面的體內(nèi)視圖中彼此補(bǔ)充。然而，超聲能夠使肋骨之間的組織可視化，因?yàn)槔吖峭渡潢幱把诒涡畔?。而且，相較于計(jì)算機(jī)斷層攝影或磁共振斷層攝影，超聲圖像具有有限的視場。這變成將人類身體內(nèi)的對象的計(jì)算機(jī)斷層攝影或磁共振斷層攝影數(shù)據(jù)與超聲圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊的話題。CT或MR通常在對超聲的使用之前被采集并且包含關(guān)于例如腫瘤形狀和位置的精確信息。在對超聲成像的使用期間，期望一直保持經(jīng)由CT和/或MR采集的諸如腫瘤形狀和位置的標(biāo)注數(shù)據(jù)與超聲數(shù)據(jù)對齊。
[0007]另外，即使在不使用其他模態(tài)的情況下，也可以從不同視角采集超聲圖像。因此，將多幅超聲圖像彼此進(jìn)行配準(zhǔn)是進(jìn)一步的話題。
[0008]需要改進(jìn)的自動分割和配準(zhǔn)工具或至少計(jì)算機(jī)輔助的分割和配準(zhǔn)工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于檢查體積中的對象的超聲成像系統(tǒng)，所述超聲成像系統(tǒng)更加便于校準(zhǔn)并且能夠顯示彼此配準(zhǔn)的經(jīng)分割的超聲圖像或任何備選參考，例如，經(jīng)由不同模態(tài)獲得的圖像。
[0010]在本發(fā)明的第一方面中，提出了一種用于檢查體積中的對象的超聲成像系統(tǒng)，所述超聲成像系統(tǒng)包括:超聲圖像采集探頭，其用于采集三維超聲圖像并提供或輸出三維超聲圖像數(shù)據(jù)，所述超聲圖像采集探頭包括跟蹤設(shè)備，所述跟蹤設(shè)備用于跟蹤所述超聲圖像采集探頭的位置并提供所述三維超聲圖像的視角位置；以及圖像處理器，其被配置為接收所述三維超聲圖像數(shù)據(jù)并且被配置為提供顯示數(shù)據(jù)，其中，所述圖像處理器被配置為接收多幅三維超聲圖像及其各自的視角位置，并且被配置為在所述多幅三維超聲圖像中同時(shí)進(jìn)行對所述對象的分割。
[0011]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于提供體積中的對象的超聲圖像的方法，所述方法包括以下步驟:提供尤其是采集包括多幅三維超聲圖像和每幅三維超聲圖像的視角位置的所述體積的超聲圖像數(shù)據(jù)；處理所述超聲圖像數(shù)據(jù)以在第一超聲圖像和至少一幅另外的超聲圖像中同時(shí)對所述對象進(jìn)行分割和配準(zhǔn)，從而提供經(jīng)分割和經(jīng)配準(zhǔn)的超聲圖像數(shù)據(jù)；并且基于所述經(jīng)分割和經(jīng)配準(zhǔn)的超聲圖像數(shù)據(jù)來顯示超聲圖像。
[0012]在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種包括程序代碼模塊的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述程序代碼模塊用于令所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行用于提供體積中的對象的超聲圖像的所述方法的步驟，所述方法包括以下步驟:提供尤其是采集包括多幅三維超聲圖像和每幅超聲圖像的視角位置的所述體積的超聲圖像數(shù)據(jù)；處理所述超聲圖像數(shù)據(jù)以在第一超聲圖像和至少一幅另外的超聲圖像中同時(shí)對所述對象進(jìn)行分割和配準(zhǔn)，從而提供經(jīng)分割和經(jīng)配準(zhǔn)的超聲圖像數(shù)據(jù)；并且基于所述經(jīng)分割和經(jīng)配準(zhǔn)的超聲圖像數(shù)據(jù)來顯示超聲圖像。
[0013]本發(fā)明的基本構(gòu)思是使用跟蹤設(shè)備，尤其是電磁跟蹤設(shè)備以便于所述超聲圖像的配準(zhǔn)和共分割。經(jīng)由與每幅超聲圖像相關(guān)聯(lián)的并且利用所述跟蹤設(shè)備跟蹤的視角位置，能夠粗略地初始化配準(zhǔn)搜索空間。經(jīng)由共分割和配準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)的另外的確切結(jié)果可以用于準(zhǔn)確地校準(zhǔn)所述跟蹤設(shè)備。
[0014]由此，還便于保持所述超聲圖像與相同體積的先前采集的三維圖像(例如與所述超聲數(shù)據(jù)對齊的計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)圖像或磁共振(MR)圖像)配準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，跟蹤設(shè)備被附接到所述超聲圖像采集探頭，用作用于超聲視圖的一種類型的全球定位系統(tǒng)(GPS)。一旦所述跟蹤設(shè)備被校準(zhǔn)，尤其針對諸如CT體積的參考被校準(zhǔn)，隨后的超聲體積采集就與所述CT體積對齊。
[0015]一般能夠通過不同方式進(jìn)行對所述跟蹤設(shè)備，尤其是電磁跟蹤設(shè)備的校準(zhǔn)，例如，能夠使用被定位在患者的胸部上的基準(zhǔn)(fiducials)。另外，可以使用在超聲視圖中對CT或MR視圖中的顯著特征(標(biāo)志)進(jìn)行定位的手動配準(zhǔn)。當(dāng)然，可以使用基于圖像處理的技術(shù)來對齊圖像，所述基于圖像處理的技術(shù)自動識別存在于CT和超聲視圖兩者中的標(biāo)志(例如，肝臟血管)或形狀表面。然而，除了這一點(diǎn)，本發(fā)明提出進(jìn)行另外的校準(zhǔn)過程。
[0016]這是因?yàn)樵跊]有進(jìn)行造影劑注射的情況下諸如肝臟血管的標(biāo)志不能夠一直在CT數(shù)據(jù)中被可視化。因此，標(biāo)志技術(shù)被給出關(guān)于CT數(shù)據(jù)的一些約束。使用被放置在例如患者的胸部上的基準(zhǔn)的配準(zhǔn)出于各種原因不能夠一直被實(shí)施。例如，這種配準(zhǔn)和校準(zhǔn)要求基準(zhǔn)在這些CT掃描期間和在另外的超聲采集期間呆在原地。然而，這對CT圖像采集(或MR圖像采集)與超聲成像系統(tǒng)的采集之間的時(shí)間施加約束。另外，一些對象或器官可能太大以至于不能使用超聲圖像采集探頭來完整地捕獲。那么，對各自的器官的子集進(jìn)行匹配可能不提供對整個(gè)表面的準(zhǔn)確配準(zhǔn)。而且，超聲體積可以因回波描記術(shù)固有的陰影效應(yīng)而嚴(yán)重受損。另外，還可以從例如CT數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確地提取對諸如肝臟的器官的分割。然而，該結(jié)果可以不必在超聲采集時(shí)將患者的各自的形狀與體積相匹配。患者可以已經(jīng)改變了他或她的姿勢和/或患者可以呈現(xiàn)與在CT采集期間不同的呼吸相位。然而，利用根據(jù)本發(fā)明的超聲圖像采集設(shè)備，用于分割和準(zhǔn)確配準(zhǔn)本身的解決方案能夠被提供為對超聲偽影穩(wěn)定且非常準(zhǔn)確。另外，所提出的發(fā)明應(yīng)對不同的患者姿勢和呼吸相位。最后，諸如肝臟的大的器官還可以方便地被處置。
[0017]因此，基本上，本發(fā)明提出了一種被附接到超聲采集探頭的位置跟蹤系統(tǒng)，例如，電磁(EM)跟蹤設(shè)備。來自所述跟蹤設(shè)備的數(shù)據(jù)被處理并當(dāng)處理由所述超聲圖像采集探頭提供的圖像數(shù)據(jù)時(shí)由圖像處理器考慮在內(nèi)。因此，對具有也由所述跟蹤設(shè)備記錄的不同視角位置的多幅超聲圖像的采集能夠由所述超聲圖像采集系統(tǒng)來處理。能夠經(jīng)由基于模型的配準(zhǔn)和共分割過程來進(jìn)行對所述對象的分割和對所述多幅超聲圖像的配準(zhǔn)。
[0018]在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，要求保護(hù)的方法具有與要求保護(hù)的設(shè)備和與在從屬權(quán)利要求中限定的相同和/或相似的優(yōu)選實(shí)施例。
[0019]在所述超聲成像系統(tǒng)的實(shí)施例中，所述圖像處理器被配置為通過使能量項(xiàng)最小化來進(jìn)行分割，使得變形的初始幾何形狀盡可能好地與所述對象的邊界相匹配。
[0020]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用在分割過程期間變換的先前指定的初始幾何形狀的基于模型的方法提供在所有超聲圖像中同時(shí)找到并分割所述對象的魯棒收斂方法。如下面將更詳細(xì)解釋的，所述分割包括對初始模型，例如粗略表示目標(biāo)對象的形狀的初始模型進(jìn)行變形。在另一實(shí)施例中，所述能量項(xiàng)包括表示第一三維超聲圖像的第一項(xiàng)和表示另一三維超聲圖像的至少另一項(xiàng)，其中，經(jīng)變形的初始幾何形狀在所述第一項(xiàng)和所述至少另一項(xiàng)中相同，并且其中，數(shù)據(jù)保真項(xiàng)或所述第一項(xiàng)和所述至少另一項(xiàng)中的至少一個(gè)每個(gè)包括將所述三維超聲圖像與至少一幅三維超聲圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的配準(zhǔn)變換。
[0021]第一超聲圖像和至少另一超聲圖像可以被配準(zhǔn)到共同參考。例如，所述共同參考