本發(fā)明一般地涉及醫(yī)學(xué)圖像中不確定度，并且更特別地涉及醫(yī)學(xué)圖像中分割(segmentation)不確定度的計(jì)算和可視化。

如今許多臨床應(yīng)用依賴(lài)于用于生理和功能的量化的幾何模型。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置中，這些模型從二維(2D)，三維(3D)和3D加時(shí)間(3D+t)的醫(yī)學(xué)圖像生成。基于估計(jì)的模型，臨床相關(guān)測(cè)量被計(jì)算并用于診斷和干預(yù)計(jì)劃。例如，在經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣膜植入術(shù)(TAVI)計(jì)劃期間，3D計(jì)算斷層掃描(CT)或經(jīng)食管超聲心動(dòng)(TEE)圖像被獲取?；?D圖像，患者特定的主動(dòng)脈瓣表面模型可被提取并且植入物尺寸的距離測(cè)量被得到。然而，由于由具有類(lèi)似成像響應(yīng)的鄰近組織引起的圖像噪聲和不清楚的邊界，部分模型邊界可能存在噪聲，模糊，或具有信號(hào)丟失。在這些情況下正確地描繪解剖學(xué)邊界常常是挑戰(zhàn)性的。因此，測(cè)量?jī)H僅從繼承自模型本身的不確定度的幾何模型得到，可能產(chǎn)生次優(yōu)的診斷和計(jì)劃數(shù)據(jù)。在TAVI的示例中，如果主動(dòng)脈瓣環(huán)面處的圖像模糊或具有信號(hào)丟失，若僅使用表面模型則植入物的尺寸可能是次優(yōu)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)實(shí)施例，用于計(jì)算不確定度的系統(tǒng)和方法包括從患者的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)生成目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型。不確定度在該表面模型多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)處被估計(jì)。在該多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)處估計(jì)的不確定度在該表面模型上被可視化。

在一個(gè)實(shí)施例中，在該表面模型多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)處估計(jì)不確定度包括：為該多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)估計(jì)沿表面法線的點(diǎn)的范圍，并且使不確定度分布適合于為該多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)所估計(jì)的點(diǎn)的范圍。點(diǎn)的范圍可對(duì)應(yīng)于概率分布，該概率分布指示點(diǎn)的范圍中的每個(gè)點(diǎn)精確標(biāo)識(shí)圖像邊界的概率。為多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)估計(jì)沿該表面法線的點(diǎn)的范圍可包括使用受過(guò)訓(xùn)練的分類(lèi)器來(lái)檢測(cè)點(diǎn)的范圍和定義點(diǎn)的范圍中的至少一個(gè)。該不確定度分布可以是高斯分布。

在一個(gè)實(shí)施例中，該不確定度通過(guò)為多個(gè)頂點(diǎn)中的至少一個(gè)的點(diǎn)的范圍定義最小值和最大值來(lái)改進(jìn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，生成該目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型包括使用基于邊際空間學(xué)習(xí)的分割來(lái)分割該目標(biāo)解剖對(duì)象。使用基于邊際空間學(xué)習(xí)的分割來(lái)分割該目標(biāo)解剖對(duì)象可包括：使用邊際空間學(xué)習(xí)檢測(cè)在該醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中封裝該目標(biāo)解剖對(duì)象的邊界框，檢測(cè)該邊界框內(nèi)目標(biāo)解剖對(duì)象的解剖標(biāo)志(landmark)，并且使該目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型適合于所檢測(cè)的解剖標(biāo)志。

在一個(gè)實(shí)施例中，可視化在該表面模型上的多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)處所估計(jì)的不確定度可包括：基于該多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)的顏色表示不確定度等級(jí)，其中該不確定度等級(jí)基于該不確定度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

在一個(gè)實(shí)施例中，該患者的測(cè)量基于該表面模型和不確定度來(lái)計(jì)算。該測(cè)量可以被表示為基于該表面模型和不確定度的測(cè)量的范圍、以及具有相關(guān)聯(lián)的置信區(qū)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差值和平均值中的至少一個(gè)。

本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參考如下詳細(xì)描述和附圖而對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算分割不確定度的高級(jí)框架；

圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中的不確定度的系統(tǒng)；

圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的基于多個(gè)空間學(xué)習(xí)的框架的概覽，該框架用于生成目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型；

圖4舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的從成像數(shù)據(jù)生成的主動(dòng)脈瓣的示例性表面模型；

圖5舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算不確定度的分類(lèi)器輸出的示例性可視化；

圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的量化不確定度的概覽；

圖7舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有覆蓋的不確定度的示例性表面模型；

圖8舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的基于不確定度的主動(dòng)脈瓣環(huán)面的直徑的示例性計(jì)算；

圖9示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中的不確定度的方法；以及

圖10示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖，該計(jì)算機(jī)用于計(jì)算醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中的不確定度。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一般地涉及在醫(yī)學(xué)圖像中分割不確定度的計(jì)算和可視化。在本文中描述本發(fā)明的實(shí)施例以給出用于計(jì)算和可視化醫(yī)學(xué)圖像中分割不確定度的方法的視覺(jué)理解。數(shù)字圖像常常由一個(gè)或多個(gè)對(duì)象(或形狀)的數(shù)字表示組成。對(duì)象的數(shù)字表示常常在本文中在標(biāo)識(shí)和操作對(duì)象方面加以描述。此類(lèi)操作是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器或其他電路/硬件中實(shí)現(xiàn)的虛擬操作。因此，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的實(shí)施例可使用存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)而在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)加以執(zhí)行。

圖1示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算分割不確定度的高級(jí)框架100?？蚣?00使用醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)生成具有相關(guān)聯(lián)的不確定度的感興趣的患者解剖區(qū)域的表面模型。應(yīng)當(dāng)理解，盡管本文討論的實(shí)施例可被討論用于計(jì)算醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中的不確定度，但本原理不限于此。本發(fā)明的實(shí)施例可被采用以計(jì)算任何成像數(shù)據(jù)的不確定度。

參考圖1，受實(shí)驗(yàn)者(例如，患者)的感興趣區(qū)域的成像數(shù)據(jù)102被接收。成像數(shù)據(jù)可以來(lái)自任何形式的成像設(shè)備，諸如，例如，計(jì)算斷層掃描(CT)，超聲波(US)，磁共振成像(MRI)等。感興趣區(qū)域可以是患者的目標(biāo)解剖對(duì)象。

使用成像數(shù)據(jù)102生成目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型104。表面模型104可以是目標(biāo)解剖對(duì)象的3D表面模型?？梢允褂萌魏畏指钏惴ㄉ杀砻婺Ｐ?04。在一個(gè)實(shí)施例中，使用基于邊際空間學(xué)習(xí)(MSL)的分割生成表面模型104。

不確定度106在表面模型104上被估計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，為表面模型104的每個(gè)頂點(diǎn)估計(jì)不確定度，以使用任何基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法來(lái)計(jì)算可接受邊界點(diǎn)的范圍，諸如，例如，利用圖像特征訓(xùn)練的概率漸近樹(shù)分類(lèi)器。可接受邊界點(diǎn)的范圍對(duì)應(yīng)于概率分布，該概率分布指示可接受邊界點(diǎn)的范圍中的每個(gè)點(diǎn)精確標(biāo)識(shí)圖像邊界的概率。通過(guò)使不確定度分布(例如，高斯分布)適合于可接受邊界點(diǎn)的范圍來(lái)量化不確定度106。

可視化108被提供具有在表面模型104上覆蓋的不確定度106。每個(gè)體素的不確定度等級(jí)可以在表面模型104上被可視地表示。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，不同的顏色可表示不同的不確定度等級(jí)。

目標(biāo)解剖對(duì)象的臨床測(cè)量110可使用表面模型104和不確定度106加以計(jì)算。臨床測(cè)量110可包括直徑，面積，距離，或任何其他測(cè)量。例如，臨床測(cè)量110可包括基于不確定度106的值的范圍，而不是單個(gè)值。

有利地，框架100可以被用于量化，診斷，治療計(jì)劃和干預(yù)引導(dǎo)。框架100使得用戶(hù)(例如，醫(yī)師)能夠可視化患者的解剖目標(biāo)對(duì)象的表面模型的每個(gè)點(diǎn)處的不確定度。

圖2示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)200的詳細(xì)視圖，該系統(tǒng)用于計(jì)算醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中的不確定度。系統(tǒng)200包括與一個(gè)或多個(gè)處理器204交互的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備202。應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)200還可包括附加的元件，諸如，例如，輸入/輸出接口，通信接口等。

系統(tǒng)200從圖像獲取設(shè)備206接收受實(shí)驗(yàn)者的目標(biāo)對(duì)象的成像數(shù)據(jù)208作為輸入。成像數(shù)據(jù)208優(yōu)選地為患者的感興趣目標(biāo)解剖對(duì)象的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)。圖像獲取設(shè)備206可以為任何成像形式，諸如，例如，CT，US，MRI等。成像數(shù)據(jù)208可以包括二維(2D)成像數(shù)據(jù)，3D成像數(shù)據(jù)，3D加時(shí)間(3D+t)成像數(shù)據(jù)，或任何其他合適的成像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，成像數(shù)據(jù)208由系統(tǒng)200直接從對(duì)患者成像的圖像獲取設(shè)備206接收。在另一實(shí)施例中，成像數(shù)據(jù)208通過(guò)加載使用圖像獲取設(shè)備206獲取的先前存儲(chǔ)的患者的成像數(shù)據(jù)來(lái)接收。

模型生成模塊210被配置成從成像數(shù)據(jù)208生成目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型。生成的表面模型可以是3D表面模型。模型生成模塊210可應(yīng)用任何分割算法來(lái)生成表面模型。例如，基于邊際空間學(xué)習(xí)(MSL)的框架可被采用以生成表面模型。為有效地處理解剖復(fù)雜度，表面模型可通過(guò)檢測(cè)在成像數(shù)據(jù)208中封裝目標(biāo)解剖對(duì)象的邊界框，在目標(biāo)解剖對(duì)象上標(biāo)識(shí)關(guān)鍵解剖標(biāo)志，并使包括詳細(xì)表面網(wǎng)格的完整表面模型適合于解剖標(biāo)志以生成患者特定的表面模型而被分層次地加以構(gòu)造。

圖3示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的基于MSL的框架的概覽，該框架用于使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法生成目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型。盡管在圖3中示出的目標(biāo)解剖對(duì)象為主動(dòng)脈瓣，應(yīng)當(dāng)理解目標(biāo)解剖對(duì)象可以是任何感興趣對(duì)象(例如，肝臟，左心室等)。

定義主動(dòng)脈瓣的初始姿態(tài)的邊界框302，通過(guò)使用基于MSL的3D對(duì)象檢測(cè)被首先從成像數(shù)據(jù)208中檢測(cè)。MSL通過(guò)操作于漸增維度的子空間中，提供有效技術(shù)用于學(xué)習(xí)高維模型和快速在線搜索。因此，MSL的思想是在邊際空間序列中增量式學(xué)習(xí)分類(lèi)器。隨著維度增加，有效空間區(qū)域由先前的邊際空間分類(lèi)器變得更加受限。3D對(duì)象檢測(cè)(全局位置估計(jì))被分成三個(gè)步驟：對(duì)象位置估計(jì)，位置方向估計(jì)和位置方向尺度估計(jì)。獨(dú)立的分類(lèi)器基于這些步驟(例如，在離線步驟中)中的每一個(gè)的注釋訓(xùn)練數(shù)據(jù)加以訓(xùn)練。每一個(gè)分類(lèi)器可基于一組注釋訓(xùn)練數(shù)據(jù)使用概率漸近樹(shù)(PBT)結(jié)合哈爾(Haar)和/或可操縱特征來(lái)訓(xùn)練。這導(dǎo)致估計(jì)的仿射變換(位置，方向和尺度)，定義邊界框作為成像數(shù)據(jù)208中主動(dòng)脈瓣模型的全局位置的過(guò)程表示。應(yīng)當(dāng)理解，任何基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法都可以被采用，諸如，例如，深度學(xué)習(xí)方法。

一旦在成像數(shù)據(jù)208中檢測(cè)到邊界框302，就從邊界框302內(nèi)的成像數(shù)據(jù)208中檢測(cè)解剖標(biāo)志304。解剖標(biāo)志304為主動(dòng)脈瓣上的點(diǎn)，其具有解剖意義。例如，解剖標(biāo)志304可以包括主動(dòng)脈瓣接合組織，主動(dòng)脈瓣鉸合部，主動(dòng)脈根等。解剖標(biāo)志304包括標(biāo)志I1，...，I6，其使用相應(yīng)受過(guò)訓(xùn)練的標(biāo)志檢測(cè)器在成像數(shù)據(jù)208中被檢測(cè)。解剖標(biāo)志304可包括任何數(shù)量的解剖標(biāo)志，諸如，例如，5至15個(gè)解剖標(biāo)志。獨(dú)立標(biāo)志檢測(cè)器被訓(xùn)練用于解剖標(biāo)志中的每一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)標(biāo)志檢測(cè)器使用基于注釋訓(xùn)練數(shù)據(jù)的哈爾特征被訓(xùn)練為PBT分類(lèi)器。受過(guò)訓(xùn)練的標(biāo)志檢測(cè)器在邊界框302的更小的子空間中搜索相應(yīng)的標(biāo)志，而不是在成像數(shù)據(jù)208中的整個(gè)圖像空間中搜索。因此，可以在比全局本地化更精細(xì)的分辨率上執(zhí)行標(biāo)志檢測(cè)。

主動(dòng)脈瓣的表面模型306適合于解剖標(biāo)志304以提供患者特定的表面模型。表面模型306可包括具有任何數(shù)量的表面點(diǎn)的主動(dòng)脈瓣的詳細(xì)表面網(wǎng)格表示。例如，表面模型306可包括，例如，數(shù)百至數(shù)千個(gè)表面點(diǎn)(未示出)。適合于解剖標(biāo)志304的表面模型306提供了患者特定的主動(dòng)脈瓣模型。每個(gè)解剖標(biāo)志205和每個(gè)表面點(diǎn)為患者特定的主動(dòng)脈瓣模型上的頂點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，此類(lèi)基于MSL的框架可使用描述于通過(guò)引用整體并入本文的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)為8,934,693，標(biāo)題為“用于來(lái)自3D計(jì)算斷層掃描數(shù)據(jù)的經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣植入的干預(yù)計(jì)劃的方法和系統(tǒng)”的美國(guó)專(zhuān)利中的方法被加以采用。

圖4舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例從成像數(shù)據(jù)208生成的主動(dòng)脈瓣的示例性表面模型400。主動(dòng)脈瓣的表面模型400以主動(dòng)脈瓣根和三個(gè)小葉示出。主動(dòng)脈瓣的表面模型400從3D CT成像數(shù)據(jù)生成。圖4包括主動(dòng)脈瓣的表面模型400的頂視圖402，底視圖404和側(cè)視圖406。

回到圖2，不確定度確定模塊212被配置成在表面模型的每個(gè)頂點(diǎn)處估計(jì)不確定度，以提供不確定度模型。表面模型中的不確定度可由于例如，圖像邊界被不清晰地描繪或不存在(例如，來(lái)自經(jīng)食管超聲心動(dòng)圖中的信號(hào)丟失)，或可由于圖像邊界在特定范圍中具有多個(gè)響應(yīng)。

不確定度確定模塊212為每個(gè)頂點(diǎn)確定沿表面法線的可接受邊界點(diǎn)的范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，利用提取自一組注釋訓(xùn)練數(shù)據(jù)的圖像特征訓(xùn)練的分類(lèi)器，諸如，例如，PBT分類(lèi)器，被采用以確定每個(gè)頂點(diǎn)的可接受邊界點(diǎn)的范圍。每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)于分割表面邊界上的點(diǎn)。受過(guò)訓(xùn)練的分類(lèi)器檢測(cè)點(diǎn)沿每個(gè)點(diǎn)處的表面法線的概率?？山邮苓吔琰c(diǎn)的范圍基于由分類(lèi)器確定(例如，與閾值比較)的概率值來(lái)定義?？山邮苓吔琰c(diǎn)的范圍可對(duì)應(yīng)于概率分布，該概率分布指示可接受邊界點(diǎn)的范圍中的每個(gè)點(diǎn)精確標(biāo)識(shí)圖像邊界的概率。在一些實(shí)施例中，用戶(hù)可定義可接受邊界點(diǎn)的范圍。

圖5舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于計(jì)算不確定度的分類(lèi)器輸出的示例性可視化500?？梢暬?00包括主動(dòng)脈瓣環(huán)面的示例502，504和506。列508示出了主動(dòng)脈瓣環(huán)面輪廓514的CT圖像。列510示出了概率地圖，包括對(duì)應(yīng)于概率分布(例如，由分類(lèi)器作為輸出)的主動(dòng)脈瓣邊界位置的加亮部分516。列512示出了概率地圖和CT圖像的融合圖像。

不確定度確定模塊212通過(guò)使相應(yīng)的不確定度分布適合于為每個(gè)頂點(diǎn)確定的可接受邊界點(diǎn)的范圍來(lái)量化不確定度。特別地，每個(gè)頂點(diǎn)的不確定度分布適合于與該頂點(diǎn)的可接受邊界點(diǎn)的范圍相關(guān)聯(lián)的概率分布。在一個(gè)實(shí)施例中，不確定度分布可以是高斯分布。其他分布也可被采用。

圖6示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的量化不確定度的概覽600。如上所討論，分類(lèi)器確定對(duì)應(yīng)于沿主動(dòng)脈瓣表面模型602的特定頂點(diǎn)p_n的表面法線的點(diǎn)的范圍的概率分布606。概率分布606對(duì)應(yīng)于沿頂點(diǎn)p_n表面法線的點(diǎn)的范圍中的每個(gè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)圖像邊界的概率。如由延伸自表面模型602自頂向下視圖604中的頂點(diǎn)p_n的箭頭示出，沿頂點(diǎn)p_n表面法線的點(diǎn)的范圍可從頂點(diǎn)p_n在瓣膜內(nèi)部或瓣膜外部。高斯分布608適合于頂點(diǎn)p_n的可接受邊界點(diǎn)的范圍的概率分布606。均值μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ可提取自高斯分布608。因此，表示頂點(diǎn)p_n的不確定度的值可按照以下公式(1)計(jì)算。

不確定度

在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)可通過(guò)為沿每個(gè)頂點(diǎn)的表面法線的可接受邊界點(diǎn)的范圍定義最小值和最大值來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)不確定度模型。一維(1D)高斯分布可基于為每個(gè)頂點(diǎn)定義的最小可接受邊界點(diǎn)p_min和最大可接受邊界點(diǎn)p_max而適合于可接受邊界點(diǎn)的范圍。高斯分布的均值位于邊界點(diǎn)處(即，頂點(diǎn))而標(biāo)準(zhǔn)偏差定義置信區(qū)間。表示表面模型中的不確定度的值可基于用戶(hù)定義的可接受邊界點(diǎn)的范圍按照以下公式(2)計(jì)算。

不確定度

$p_n=\frac{p_{min}+p_{max}}{2},\mathrm{\σ}=\frac{\left|\right|p_{\max }-p_n\left|\right|}{2}---\left(2\right).$

在一個(gè)實(shí)施例中，不確定度模型可以被反饋至分割算法，用于訓(xùn)練用于分割成像數(shù)據(jù)中的對(duì)象的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分類(lèi)器。例如，具有高確定度的區(qū)域可被選擇用于訓(xùn)練，而不確定的區(qū)域在判別式學(xué)習(xí)管線中可不被選擇為正數(shù)。

回到圖2，可視化模塊214被配置成在表面模型上生成不確定度的可視化。例如，不確定度可以被覆蓋在每個(gè)頂點(diǎn)的表面模型上方。不確定度等級(jí)可以在每個(gè)頂點(diǎn)的表面模型上被視覺(jué)地區(qū)分。不確定度等級(jí)可基于標(biāo)準(zhǔn)偏差或高斯分布的方差。在一個(gè)實(shí)施例中，不確定度可使用對(duì)應(yīng)于不確定度的不同等級(jí)的不同顏色在表面模型上加以表示。應(yīng)當(dāng)理解，還可以在本原理的環(huán)境內(nèi)采用任何其他可視區(qū)分來(lái)表示不確定度等級(jí)。

圖7舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有覆蓋的不確定度的示例性表面模型700。表面模型700包括頂視圖702，底視圖704和側(cè)視圖706。不確定度被可視地表示于表面模型700上，例如，通過(guò)顏色或陰影。例如，盡管圖7中的表面模型700被以黑色和白色示出，但表面模型700可包括表示不同邊界輪廓不確定度等級(jí)的指定的顏色或陰影。例如，表面模型700可利用指示高邊界輪廓不確定度的紅色部分和指示可信(confidant)邊界位置的藍(lán)色部分來(lái)可視化。

在一個(gè)實(shí)施例中，可視化模塊214可沿不確定度制作網(wǎng)格動(dòng)畫(huà)，以使得可能的分割解決方案能夠可視化。例如，在干預(yù)期間，用戶(hù)可基于在干預(yù)期間獲取的附加信息(例如，對(duì)比度，新的圖像等)選擇一個(gè)模型，因此進(jìn)一步降低不確定度并改進(jìn)決策過(guò)程。

測(cè)量計(jì)算模塊216被配置成基于不確定度計(jì)算表面模型上的對(duì)象的測(cè)量。例如，表面模型上的對(duì)象的直徑，面積，距離，或任何其他測(cè)量可考慮不確定度而加以計(jì)算?；诓淮_定度計(jì)算的參數(shù)可以被表示為值的范圍。在一些實(shí)施例中，參數(shù)可以被表示為具有百分比置信區(qū)間的均值加或減標(biāo)準(zhǔn)偏差。

在一個(gè)實(shí)施例中，表面模型上的對(duì)象的測(cè)量基于不確定度被表示為最小值和最大值之間的值的范圍。在其他實(shí)施例中，表面模型上的對(duì)象的測(cè)量可以被概率式地計(jì)算。例如，最小和最大距離可基于不確定度針對(duì)給定置信區(qū)間(例如，95％置信度)來(lái)估計(jì)。在另一實(shí)施例中，隨機(jī)方法可以被應(yīng)用，其中點(diǎn)配置可基于不確定度表面模型而得出。用于基于不確定度計(jì)算表面模型上的對(duì)象的參數(shù)的其他方法也可以被采用。

圖8舉例說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的基于不確定度的主動(dòng)脈瓣環(huán)面直徑的示例性計(jì)算800。不確定度表面模型802被用于計(jì)算主動(dòng)脈瓣環(huán)面的直徑范圍。主動(dòng)脈瓣環(huán)面的最小直徑d1(被示出為圖8中的虛線)和最大直徑d2(被示出為圖8的實(shí)線)基于不確定度來(lái)估計(jì)，在視圖804中示出。主動(dòng)脈瓣的直徑范圍806被提供為從最小直徑d1到最大直徑d2的值的范圍(例如，8mm至12mm)。

有利地，系統(tǒng)200確定與表面模型的每個(gè)頂點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的不確定度。基于估計(jì)的不確定度，用戶(hù)(例如，醫(yī)師)可改變用于量化和干預(yù)計(jì)劃的常規(guī)的工作流。例如，在測(cè)量用于TAVI植入尺寸的情況下，如果不確定度小于0.5mm，醫(yī)師可繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)前測(cè)量用于測(cè)量尺寸(當(dāng)設(shè)備進(jìn)入3mm的范圍時(shí))。然而，如果不確定度大于2mm，醫(yī)師可決定重新對(duì)目標(biāo)解剖對(duì)象進(jìn)行成像(例如，使用不同的形式)。

圖9示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法900，用于計(jì)算醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中的不確定度。在步驟902處，接收患者的目標(biāo)解剖對(duì)象的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)可為任何形式，諸如，例如，CT，US，MRI等。醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)優(yōu)選地包括3D成像數(shù)據(jù)，但可包括任何合適的成像數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)可直接從圖像獲取設(shè)備接收或可通過(guò)加載先前存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)加以接收。

在步驟904處，目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型是從醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)生成的。表面模型可以是目標(biāo)解剖對(duì)象的3D表面模型。表面模型可使用任何分割算法生成，諸如，例如，以上結(jié)合圖3描述的基于MSL的框架。例如，表面模型可通過(guò)首先使用MSL和任何受過(guò)訓(xùn)練的基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，諸如，例如，PBT檢測(cè)邊界框來(lái)生成，作為目標(biāo)解剖對(duì)象的過(guò)程表示。然后可以使用受過(guò)訓(xùn)練的標(biāo)志檢測(cè)器在醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)中的邊界框內(nèi)標(biāo)識(shí)目標(biāo)解剖對(duì)象的解剖標(biāo)志。目標(biāo)解剖對(duì)象的表面模型然后適合于解剖標(biāo)志，以提供患者特定的表面模型。表面模型包括表面網(wǎng)格，該表面網(wǎng)格包括表面點(diǎn)。解剖標(biāo)志和表面點(diǎn)為表面模型的頂點(diǎn)。

在步驟906處，不確定度在表面模型的多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)處被估計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，受過(guò)訓(xùn)練的分類(lèi)器(例如，PBT分類(lèi)器)確定沿每個(gè)頂點(diǎn)的表面法線的可接受邊界點(diǎn)的范圍。可接受邊界點(diǎn)的范圍可對(duì)應(yīng)于概率分布，該概率分布指示由受過(guò)訓(xùn)練的分類(lèi)器計(jì)算的可接受邊界點(diǎn)的范圍的每個(gè)點(diǎn)精確標(biāo)識(shí)圖像邊界的概率。通過(guò)使相應(yīng)的不確定度分布(例如，高斯分布)適合于為每個(gè)頂點(diǎn)確定的可接受邊界點(diǎn)的范圍的概率分布來(lái)量化不確定度。在一個(gè)實(shí)施例中，不確定度通過(guò)為一個(gè)或多個(gè)頂點(diǎn)的可接受邊界點(diǎn)的范圍定義最大值和最小值來(lái)改進(jìn)。

在步驟908處，在多個(gè)頂點(diǎn)中的每一個(gè)處估計(jì)的不確定度在表面模型上被可視化。在每個(gè)頂點(diǎn)處的不確定度等級(jí)可被視覺(jué)地區(qū)分。例如，不同的顏色可被采用以表示不同的不確定度等級(jí)。不確定度等級(jí)可基于高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差(或方差)。

在步驟910處，目標(biāo)解剖對(duì)象的臨床測(cè)量基于表面模型和不確定度來(lái)計(jì)算。臨床測(cè)量可包括直徑，面積，距離，或其他任何測(cè)量。臨床測(cè)量可以被表示為值的范圍或被表示為具有百分比置信區(qū)間的均值加或減標(biāo)準(zhǔn)偏差。

本文描述的系統(tǒng)，設(shè)備和方法可使用數(shù)字電路，或使用一個(gè)或多個(gè)使用眾所周知的計(jì)算機(jī)處理器，存儲(chǔ)器單元，存儲(chǔ)設(shè)備，計(jì)算機(jī)軟件，以及其他組件的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。典型地，計(jì)算機(jī)包括用于執(zhí)行指令的處理器和用于存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)還可包括，或耦合于，一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)設(shè)備，諸如一個(gè)或多個(gè)磁盤(pán)，內(nèi)部硬盤(pán)和可移除磁盤(pán)，磁光盤(pán)，光盤(pán)等。

本文描述的系統(tǒng)，設(shè)備和方法可使用操作于客戶(hù)端服務(wù)器關(guān)系中的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。典型地，在此類(lèi)系統(tǒng)中，客戶(hù)端計(jì)算機(jī)離服務(wù)器計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程地定位并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)交互。客戶(hù)端服務(wù)器關(guān)系可由運(yùn)行于相應(yīng)的客戶(hù)端和服務(wù)器計(jì)算機(jī)上的計(jì)算機(jī)程序定義和控制。

本文描述的系統(tǒng)，設(shè)備和方法可實(shí)現(xiàn)于基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)。在此類(lèi)基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中，連接于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器或另一處理器與一個(gè)或多個(gè)客戶(hù)端計(jì)算機(jī)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通信?？蛻?hù)端計(jì)算機(jī)可與服務(wù)器例如經(jīng)由駐留和操作于客戶(hù)端計(jì)算機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器應(yīng)用相通信?？蛻?hù)端計(jì)算機(jī)可在服務(wù)器上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)?？蛻?hù)端計(jì)算機(jī)可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸用于數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，或用于在線服務(wù)的請(qǐng)求至服務(wù)器。服務(wù)器可執(zhí)行請(qǐng)求的服務(wù)并提供數(shù)據(jù)至(一個(gè)或多個(gè))客戶(hù)端計(jì)算機(jī)。服務(wù)器還可傳輸數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)適用于致使客戶(hù)端計(jì)算機(jī)執(zhí)行指定功能，例如，執(zhí)行計(jì)算，在屏幕上顯示指定數(shù)據(jù)等。例如，服務(wù)器可傳輸請(qǐng)求，該請(qǐng)求適用于致使客戶(hù)端計(jì)算機(jī)執(zhí)行本文描述的方法步驟中的一個(gè)或多個(gè)，包括圖9步驟中的一個(gè)或多個(gè)。本文描述的方法的特定步驟，包括圖9步驟中的一個(gè)或多個(gè)，可由服務(wù)器或基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中的另一處理器執(zhí)行。本文描述的方法的特定步驟，包括圖9步驟中的一個(gè)或多個(gè)，可由基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中的客戶(hù)端計(jì)算機(jī)執(zhí)行。本文描述的方法步驟，包括圖9步驟中的一個(gè)或多個(gè)，可由服務(wù)器和/或基于網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)中的客戶(hù)端計(jì)算機(jī)以任何組合來(lái)執(zhí)行。

本文描述的系統(tǒng)，設(shè)備和方法可使用有形地體現(xiàn)于信息載體中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，在非暫時(shí)機(jī)器可讀存儲(chǔ)設(shè)備中，用于供可編程處理器執(zhí)行；并且本文描述的方法步驟，包括圖9步驟中的一個(gè)或多個(gè)，可使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，該一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序可由此類(lèi)處理器執(zhí)行。計(jì)算機(jī)程序?yàn)橐唤M計(jì)算機(jī)程序指令，其可直接或間接地被用在計(jì)算機(jī)中，以執(zhí)行特定活動(dòng)或帶來(lái)特定結(jié)果。計(jì)算機(jī)程序可以任何形式的編程語(yǔ)言編寫(xiě)，包括編譯或解釋語(yǔ)言，并且該計(jì)算機(jī)程序可采用任何形式部署，包括作為獨(dú)立程序或作為模塊，組件，子例程，或適用于供在計(jì)算環(huán)境中使用的其他單元。

在圖10中描繪了可被用來(lái)實(shí)現(xiàn)本文描述的系統(tǒng)，設(shè)備和方法的示例計(jì)算機(jī)的高級(jí)框圖1000。計(jì)算機(jī)1002包括處理器1004，該處理器可被操作地耦合到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備1012和存儲(chǔ)器1010。處理器1004通過(guò)執(zhí)行定義此類(lèi)操作的計(jì)算機(jī)程序指令控制計(jì)算機(jī)1002的總體操作。計(jì)算機(jī)程序指令可被存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備1012中，或被存儲(chǔ)于其他計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，并當(dāng)期望執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令時(shí)被加載到存儲(chǔ)器1010中。因此，圖9的方法步驟可由存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器1010和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備1012中的計(jì)算機(jī)程序指令定義并由執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令的處理器1004控制。例如，計(jì)算機(jī)程序指令可被實(shí)現(xiàn)為由本領(lǐng)域技術(shù)人員編程的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼，以執(zhí)行圖1和圖9的方法步驟和圖2的模塊。因此，通過(guò)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令，處理器1004執(zhí)行圖1和圖9的方法步驟以及圖2的模塊。計(jì)算機(jī)1002還可以包括一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口1006，用于經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備通信。計(jì)算機(jī)1002還可以包括一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出設(shè)備1008，使得用戶(hù)能夠與計(jì)算機(jī)1002交互(例如，顯示器，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，揚(yáng)聲器，按鈕等)。

處理器1004可以包括通用和專(zhuān)用微處理器二者，并可以是單獨(dú)的處理器或計(jì)算機(jī)1002的多個(gè)處理器之一。處理器1004可以包括例如一個(gè)或多個(gè)中央處理單元(CPU)。處理器1004，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備1012和/或存儲(chǔ)器1010可包括一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)用集成電路(ASIC)和/或一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，或由其補(bǔ)充，或并入其中。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備1012和存儲(chǔ)器1010每一個(gè)包括有形的非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備1012和存儲(chǔ)器1010，每一個(gè)可以包括高速隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，諸如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)，雙數(shù)據(jù)速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DDR RAM)，或其他隨機(jī)存取固態(tài)存儲(chǔ)器設(shè)備，并可以包括非易失性存儲(chǔ)器，諸如一個(gè)或多個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備，諸如內(nèi)部硬盤(pán)和可移除磁盤(pán)，磁光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備，光盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備，閃存設(shè)備，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器設(shè)備，諸如可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)，壓縮盤(pán)只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)，數(shù)字多樣化只讀存儲(chǔ)器(DVD-ROM)磁盤(pán)，或其他非易失性固態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。

輸入/輸出設(shè)備1008可以包括外圍設(shè)備，諸如打印機(jī)，掃描儀，顯示屏幕等。例如，輸入/輸出設(shè)備1008可以包括顯示設(shè)備，諸如陰極射線管(CRT)或液晶顯示(LCD)監(jiān)視器，用于顯示信息給用戶(hù)，鍵盤(pán)和指點(diǎn)設(shè)備，諸如鼠標(biāo)或軌跡球，通過(guò)其用戶(hù)可提供輸入至計(jì)算機(jī)1002。

本文討論的任何或所有系統(tǒng)和設(shè)備，包括圖2的系統(tǒng)200的元件，可使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)諸如計(jì)算機(jī)1002加以實(shí)現(xiàn)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，實(shí)際計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以具有其他結(jié)構(gòu)并也可以包含其他組件，并且圖10是此類(lèi)計(jì)算機(jī)的組件中的一些的高級(jí)表示，用于說(shuō)明目的。

在前的具體實(shí)施方式在各方面應(yīng)被理解為說(shuō)明性的和示例性的，而不是限制性的，而且本文公開(kāi)的本發(fā)明的范圍并非從具體實(shí)施方式來(lái)確定，而是從如根據(jù)專(zhuān)利法允許的所有方面所解釋的權(quán)利要求來(lái)確定。應(yīng)當(dāng)理解，本文示出和描述的實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明的原理，并且在不偏離本發(fā)明的范圍和精神情況下可由本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)各種修改。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)各種其他特征組合。