[发明专利]器官与解剖结构的图像分割

说明书

本申请要求由Senhu Li等人于2011年4月18日提交的美国临时申请号61/476,744的利益和优先权，并且使其从那个提交日开始享受优先权。美国临时申请号61/476,744的说明书、附图与完整公开内容通过具体引用被结合于此以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及为医疗图像分割目的区分具有相同或相似图像强度的目标与背景区域的方法与装置。

背景技术

器官与解剖结构分割在若干医疗应用中都很重要，包括在图像引导的外科手术系统中所使用的表面的创建。多种现有技术的器官分割方法与系统在Dawant等人的美国专利号7,519,209中公开，该专利通过具体引用被全部结合于此以用于所有目的。

对医疗图像进行分割的最困难的问题之一是定义具有相同或相似图像强度的两个器官或解剖结构之间的邻接（adjunction）。在这种情况下，现有技术常常不能成功地区分目标与背景。

相应地，所需要的是为医疗图像分割目的区分具有相同或相似图像强度的目标与背景的方式。

发明内容

图像配准提供了定义两个图像之间对应点或元素的方法。这些图像可以是器官或解剖结构的图像，而且包括但不限于人体器官与解剖结构。在各种示例性实施例中，本发明包括通过成像从一个2维（2-D）的图像片发展成取自3维（3-D）一个或多个附近相邻的2-D图像的目标形态形状来进行图像分割的方法。通过使用利用两个图像片之间的可变形图像配准过程生成的变形域，一个图像片上由用户定义为目标的一个区域可以在附近相邻的图像片上对应的区域中找到。它提供了区分具有相同或相似图像强度的目标与背景区域的解决办法，这在现有技术，例如基于强度的区域增长方法，中是最困难的问题之一。

在一种示例性实施例中，本发明利用附近相邻图像片上器官形态结构的相似性，并且通过进行两个图像片之间的图像配准建立这两个附近相邻图像片之间的变形域。相应地，当一个图像片上的目标区域或者由用户手动定义或者从前面的分割步骤定义时，附近相邻图像片上对应的区域可以通过应用变形域来定义，即使当目标与背景区域具有相同或相似的图像强度时也可以。换句话说，两个片之间的图像配准有助于区分目标与背景区域，即使它们显示出相同或相似的图像强度。用户在一个图像片上定义目标与背景，而且，所有其它图像片上的形态结构都可以基于利用图像配准过程建立的变形域从其推导。

尽管基于配准的分割是已知的，但是现有技术不进行配准过程来探究相邻横截面片之间的相似性并且使用它执行图像分割。已经开发出了其它基于配准的分割方法，确定把来自一个图像的一个对象上的点映射到另一个图像中相同对象上的同源点的变换。总的来说，这两个图像包含相同的内容而且取自不同的时间，因此基于标准配准的分割方法映射随着时间的推移变形的相同对象。相反，考虑到人体器官具有光滑的表面，本文所述的基于配准的分割方法映射代表一个形状从一个横截面到其相邻横截面的发展的同源点。

图1示出了根据本发明的示例性实施例、利用3-D图像中的变形域进行器官分割的方法的图。总的来说，在进入配准过程之前，顶部的片，称为“种子图像”片，具有已知的目标器官轮廓。底部的片在这里被称为“相邻的”片，而且是在其上导出目标器官轮廓的片。

图2示出了在3-D图像中利用变形域进行器官分割的方法的步骤图。第一步是从相同或相似的成像形态获取感兴趣的器官的3-D图像或体积，成像形态例如（但不限于）有或没有相同或相似脉冲序列的对照的磁共振（MR）图像的计算出的X射线计算机断层成像（CT）图形，及正电子发射X射线计算机断层成像（PET）图像。如果必要的话，则可以应用图像平滑或过滤过程，以减少图像噪声并方便进一步的图像配准过程。

接下来，手动地或者自动地选择2-D种子图像片。这是为目标器官勾勒的第一个图像片，也是手动地或者自动地。然后，在种子图像片与其相邻的图像片之间进行2-D可变形图像配准过程。这个过程生成变形域。相邻图像片上新的轮廓是通过对来自种子图像片的轮廓应用变形域获得的。在这个步骤之后，可能需要或者可能不需要轮廓细化。利用新的轮廓及其对应的2-D图像片作为新的种子图像片，重复图像配准过程步骤。当被2-D轮廓覆盖的面积变得特别小或者达到小于预设值或阈值的数量时，分割过程停止。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的分割方法的图。

图2示出了根据本发明一个实施例的分割方法的图表。

图3示出了图2方法的图。

图4示出了显示种子图像片的用户界面显示的例子。