肿瘤分割结果的单击校正的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  6

专利名称:肿瘤分割结果的单击校正的制作方法
肿瘤分割结果的单击校正本申请具体应用于医学图像体积分割。然而,应当认识到,所述技术还可以应用于其他类型的成像系统、图像分割系统和/或医学应用。对肿瘤的分割是包括肿瘤可视化、体积测定、计算机辅助诊断(CADx)系统的输入以及治疗规划的诸多临床应用的核心部分。当前存在用于在图像中自动或半自动分割肿瘤的计算机算法,所述图像可以由不同的扫描模式采集,诸如计算机断层摄影(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层摄影(PET)、超声等。可以通过若干参数调谐这些算法中的大部分的确切行为。由于分割目标不明确的原因,常常无论如何都无法使图像得到令人满意地自动分割,而这与分割算法的性能无关。例如,是应当单独分割多灶性病灶(multi-focal lesion)的各个核心,还是应当将病灶作为整体进行分割取决于应用和用户偏好。对于可能包含在分割的区域内的病灶周围的“安全裕量”的宽度也是如此。预期的分割结果中的不确定性使得用户必须能够校正计算机给出的初始分割结果。然而,在许多情况下,自动分割算法的参数众多,并且其含义对于临床用户而言并不直观,从而导致了需要使用不同的参数设置多次重复运行分割,直到获得预期的结果为止。分割算法是相当复杂的数学公式,通常包括六个或更多个内部参数,诸如阈值、梯度、标量、指数极限等。在研究场所主要使用的专家系统中,有一个屏幕页,其使得用户能够调整内部参数中的每个。这些机械的公式常常包括相互响应以及在一些情况下相互抵消的函数。调整各个内部参数要求对等式的深度了解,而诊断医生往往对此不擅长。本领域需要一种便于通过提供经改进的参数调整机制而促进克服上述缺陷的系统和方法。根据一个方面,一种医学图像分割系统,包括在用户接口上的显示器,在所述显示器上向用户显示初始分割的感兴趣体积;用户输入工具,用户使用所述用户输入工具调整经分割的感兴趣体积的超级参数(superparameter)的权重;以及参数调整器,所述参数调整器调整与超级参数相关联的一个或多个内部参数,以在经分割的感兴趣体积内引起变化。该系统还包括处理器,所述处理器在通过参数调整器做出一次或多次内部参数调整之后以迭代的方式重新分割感兴趣体积,并将经重新分割的体积输出至显示器。根据另一方面,一种调整医学图像分割的方法,包括向用户显示感兴趣体积的初始分割;接收与所选择的超级参数的权重的调整相关的信息;以及识别在所选择的超级参数中包含的内部参数。所述方法还包括根据参数调整算法调整所选择的超级参数的识别的内部参数;在调整一个或多个识别的内部参数之后重新分割感兴趣体积;以及显示经重新分割的感兴趣体积。根据另一方面,一种用于同时调整用于分割解剖图像的多个分割参数的设备,包括用于向用户显示感兴趣体积的初始分割的模块、用于接收与所选择的超级参数的权重的调整相关的信息的模块,以及用于调整所选择的超级参数的识别的内部参数的模块。所述设备还包括用于在调整一个或多个识别的内部参数之后以迭代的方式重新分割感兴趣体积的模块、用于计算由于对所述一个或多个识别的内部参数的调整而在感兴趣体积内引起的变化量的模块,以及用于在确定计算出的变化量大于或等于预定的阈值变化量时输出最终的经重新分割的感兴趣体积的模块。一个优点在于简化了对内部参数的用户调整。另一个优点在于提供了对图像的迭代分割,直到用户取得了预期的结果为止。在阅读并理解了下述详细说明后,本领域技术人员将认识到本创新的更多优点。可以通过各种部件或部件布置,以及通过各种步骤或步骤安排实现本创新。附图仅用于图示说明各个方面,而不应认为其构成限制。

图1图示了一种医学图像分割系统,其将与给定的分割特征相关联的独立分割参数组合成可以由操作员(例如,医生、护士、技师等)做出调整的一个或多个“超级参数”。图2图示了超级参数的范例,其包括响应于超级参数的用户调整而自动受到调整的多个内部参数。图3图示了在连接的结构超级参数的调整之前和之后,经分割的体块病灶的图像。图4示出了调整孔填充超级参数之前和之后病灶的图像。图5A和5B示出了包括肺部结节的经分割的肺病灶的屏幕快照,其被显示为冠状最大强度投影。在第一幅屏幕快照中,示出了带有“泄漏”的病灶分割结果(图5A),而在图 5B中,已经降低了泄漏超级参数。图1图示了一种医学图像分割系统10,其用于通过图像分割算法计算机化地分割图像体积,所述算法将经调整以改变图像分割的各个图像分割参数(例如,阈值、梯度、标量、指数、极值等)组合成一个或多个“超级参数”,所述超级参数可以由操作员(例如,医生、护士、技师等)进行调整以改变或调整与超级参数相关联的图像分割特征(例如,圆度、 平滑度、体积、孔填充、连接性等)。亦即,对超级参数的调整触发对超级参数(例如,“内部” 参数)内包含的图像分割参数的自动调整,以实现与超级参数相关联的图像分割特征中的变化。例如,图像分割特征包括成像体积的诸如平滑度、圆度、体积等的特征,并且其由一个或多个参数决定,用户可能直观地了解所述参数含义,也可能不了解。例如,对决定图像分割圆度(例如,形状凸度)的超级参数的调整触发对诸如平滑参数(例如,处于圆度超级参数内部的参数)的一个或多个图像分割参数的调整,其有助于改变感兴趣体积(例如,病灶或肿瘤、软组织轮廓等)的图像分割的圆度特征。因此,系统10的超级参数决定着诸如体积、表面平滑度、形状凸度(圆度)、连接性、孔填充等的图像分割特征。为了使这些超级参数中的一个按照一定增量增大或减小,需要通过使这些增量不同来调整内部参数(例如,超级参数内包含的各个参数)的组合。超级参数和基础内部参数之间的关系在某些情况下是线性的,而在其他一些情况下则是非线性的。因而,系统10对内部参数做出适当的增量调整,以实现对超级参数中的一个的小的增量调整,而这通常超出了一般的诊断者的能力。系统10例如是医学成像工作站(例如,图像存档和通信系统(PACS)工作站或 CADx工作站等)的一部分,或者直接是扫描器控制台等的一部分。系统10包括耦合至用户接口 16的处理器12和存储器14。所述存储器存储与执行本文所述的各种功能相关的各种计算机可执行算法和/或信息(例如,图像体积数据、分割数据、参数信息、超级参数信息等)。例如,所述存储器包括参数查找表18,其存储内部参数信息和相关联的超级参数。例如,参数的第一内部子集与第一超级参数相关联,参数的第二子集与第二超级参数相关联,依此类推。此外,给定的参数可以与一个以上的超级参数相关联。所述存储器还包括参数调整算法20,其由处理器12中的参数调整器22执行,从而响应于经由用户接口 16对超级参数的用户调整来调整给定的超级参数中的参数。用户接口 16包括用于在其上向用户显示图像信息的显示器M和用户通过其调整超级参数的用户输入工具26。例如,用户采用超级参数选择器观选择与感兴趣体积相关的超级参数或在显示器M上的图像中的其他图像分割特征。例如,可以根据与给定的治疗方案(例如,消融等)等相关联的条件调整决定肿瘤或其他解剖结构周围的缓冲区(例如, 2mm等)的超级参数(例如,使其变窄或变宽)。用户使用超级参数调整器30调整所选择的超级参数的权重。作为一个说明性的范例,超级参数调整器30包括按钮,诸如分别增加和降低参数的权重的(+)和(-)按钮。参数调整器22执行参数调整算法20中的一种或多种,从而根据对超级参数的权重的调整修改所选择的超级参数中的各个参数的权重。处理器12根据经参数调整器22修改的各个参数的新的权重重新分割感兴趣体积,其采取的方式使得所述处理对用户透明,或者对用户可见(例如,在专家或高级模式中)。通过重复按下超级参数调整器30上的按钮,诊断者能够步进通过超级参数的一定权重范围。在该背景下,参数调整器执行变换(其是超级参数算法20中的一种),其将每一按钮的递增步进链接至与用户选择的超级参数相关联的基础内部参数中的对应增量调整。应当认识到,超级参数调整器30和/或超级参数选择器观上的按钮可以是采用了系统10的机器或装置上的物理按钮,或者可以是在显示器上向用户呈现的虚拟按钮。此外,超级参数调整器不限于包括(+)和(_)指示符的按钮,而是可以包括任何适当的向用户传达按钮功能的指示符(例如,箭头、诸如“上升”和“下降”、“增多”和“减少”等的文字)。此外或备选地,超级参数调整器30'为滑动条(实际的或虚拟的)的形式,用户通过对其加以操纵来提高或降低所选择的超级参数的权重。本领域技术人员应当理解,系统 10还可以具有针对超级参数调整器的机制的任意组合,所述机制包括滑动条(实际的或虚拟的)、可按或虚拟的按钮等。将可能的参数变化概括成组,可以通过修改单个对临床用户而言具有直观含义的超级参数而来操控所述组,通过这种方式能够执行对感兴趣体积的迭代分割,直到用户对分割满意为止。在该背景下(例如,对用户透明),以迭代的方式重复运行分割,直到在分割结果中已经达到了一定的变化量为止。亦即,随着重复的分割使所选择的超级参数内包含的数字分割参数发生内部变化,而所述分割是不向用户显示的,直到(例如)体积或紧致性(compactness)朝所希望的方向取得了相当大的变化为止,并且仅向用户显示发生了充分变化的分割结果,以进行重新评估。作为一个范例,根据与预定阈值的比较确定或测量所述充分的变化。所述阈值可以由用户或由系统设置,并且其被设置为所希望得到的相对于当前分割图像的差异百分比(例如,l^d^j^UO^dO^i等)。用户可以重复使用递增 /递减按钮,直到对结果满意为止,而不需要关心实际的数字参数值。根据一个范例,将其体积超级参数受到调整的感兴趣体积的变化量阈值设置为 20%。然后根据体积参数调整算法调整内部参数,直到体积降低或增大20%为止。所述分割算法能够进行后处理步骤,以包括病灶或肿瘤的非增强的内部部分,并排除附接至病灶但非病灶的部分的增强的组织(血管、增强的软组织等)。孔填充算法,其在感兴趣体积的图像内“填充”与病灶内的坏死组织相关联的暗区,包括对来自图像中相邻增强体素的体素数据进行插值。亦即,不吸收示踪剂并且因而在图像中未增强的坏死肿瘤组织呈现为暗区,而吸收示踪剂的其他肿瘤组织则得到了增强。孔填充算法使用来自肿瘤图像的邻近增强区域的体素值填充暗区,以创建整个体积,可以将所述整个体积用于肿瘤体积计算、表面识别、形态判断等。在系统10的使用的一个范例中,在显示器M上向用户显示对感兴趣体积的初始 (例如,原始)分割,并且用户经由用户接口 16选择和调整超级参数。一旦满足或超过了变化的阈值量,处理器12就输出感兴趣体积的最终分割。在显示器M上同时显示初始和最终分割,以允许用户进行比较。然后用户接受或拒绝所述最终分割。如果拒绝了最终分割, 则舍弃所述最终分割或将其存储到存储器14中,而处理器12保留初始分割以供另一轮超级参数调整之用。如果接受了所述最终分割,那么将所述最终分割作为新的“初始”分割存储到存储器14中,以供用户根据意愿做进一步的超级参数调整之用。最初的初始分割也保留到存储器14内,也可以将其舍弃。图2图示了各种超级参数50以及多种基础内部参数52的示范性显示48。例如, 多个内部参数52包括平滑参数、内在阈值参数、泄漏消除严格性参数、过度扩张因数参数、 分割安全裕量参数等。超级参数基于诸如体积、表面平滑度、形状凸度(圆度)、连接性、孔填充等的特征。在用户使超级参数50中的一个(或多个)递增或递减时,根据调整算法20 向上或向下调整对应的内部参数52,直到在感兴趣体积的分割中实现了变化的阈值水平为止。图3图示了经分割的体块病灶的图像。在第一图像70中,示出了病灶的两个叶 (lobe)72、74,其中,已经将第一叶72识别为“泄漏”并从分割结果中排除,而包含第二叶74 作为病灶组织。当非病灶组织吸收了示踪物质时发生泄漏,并且其出现在病灶图像中。例如,由于肿瘤包括朝向其生长以提供营养的血管,因而示踪剂或造影剂有时会“泄漏”到这样的血管中,从而使其出现在肿瘤的图像中。在用户通过对输入工具沈的超级参数调整器30上的“包括更多”按钮76做单次鼠标点击以请求包括更多的连接结构之后,包含第一叶72作为肿瘤的部分(例如,不将第一叶识别为泄漏,而是作为病灶组织)。关于连接结构的包含,所述分割算法含有后处理步骤,其基于与分割的病灶的主要部分的连接的宽度弃用初始分割结果的部分。例如,使病灶的例如第一和第二叶72、74 之间的连接变窄的最大允许度的阈值,确定连接部分是断开的(例如,被识别为泄漏),还是未断开的。如果用户请求在经分割的区域内包含更多的连接结构,那么在预定步骤中降低允许变窄的程度。针对每一参数设置重复所述后处理步骤,并将结果与初始分割结果进行比较。在这一范例中,如果经分割的区域增大了某一预定量(例如,超过了变化的预定阈值),则向用户呈现新的结果。图4示出了使孔填充算法递增之前和之后的病灶的图像。第一图像90示出了孔填充算法之前的病灶92,其中,坏死核94表现出了较差的示踪剂摄取,其在第一图像中显示为暗区。许多肿瘤含有这样的坏死区,其不摄取造影剂,并且因此不会显示出图像强度的增强。用户可以选择孔填充超级参数50,以调整在分割中包含的暗区的量。例如,用户可以点击或者选择用户输入工具26的超级参数调整器30上的“更多填充”按钮,从而在病灶体积内包括更多或所有的暗区。分割算法可以增大或调整“内在阈值”参数以填充暗区,直到病灶92得到了充分填充,从而允许确定病灶体积、表面特征等为止,如第二幅图像98中所示 图5A和5B示出了包括肺部结节的经分割的肺病灶的屏幕快照,其被显示为冠状最大强度投影。第一屏幕快照Iio中,示出了带有“泄漏”的病灶112的分割结果。图形用户界面(⑶I)具有“加”按钮114和“减”按钮116,以请求更大或更小的体积或紧凑性。图 5B的第二屏幕快照118示出了用户使用减按钮116请求降低体积之后的病灶112,泄漏消失了。为了实现这一目的,分割算法通过几个步骤改变了“圆度”超级参数120,并且运行重复分割,直到体积相对于向用户显示的分割下降了预定量(例如,20%等)为止。已经参考若干实施例描述了本创新。在阅读详细说明后,其他人可以想到修改和变型。这意味着,应当将本创新解释为包括所有此类落在权利要求以及与其等价的范围内的修改和变型。
权利要求
1.一种医学图像分割系统(10),包括用户接口(16)上的显示器(M),在所述显示器上向用户显示经初始分割的感兴趣体积;用户输入工具(26),所述用户利用所述用户输入工具调整经分割的感兴趣体积的超级参数(50)的权重;参数调整器(22),所述参数调整器调整与所述超级参数相关联的一个或多个内部参数 (52),以实现在所述经分割的感兴趣体积内的变化;以及处理器(12),所述处理器在所述参数调整器0 做出一次或多次内部参数调整之后以迭代的方式重新分割所述感兴趣体积,并将经重新分割的体积输出至所述显示器。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述用户接口(16)还包括超级参数选择器 ( ),用户采用所述超级参数选择器选择要调整的超级参数(50)。
3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述用户接口(16)还包括超级参数调整器 (30),用户采用所述超级参数调整器调整所选择的超级参数的所述权重。
4.根据权利要求3所述的系统,其中,所述超级参数调整器(30)包括以下内容中的至少一个第一按钮和第二按钮,在将所选择的超级参数应用到在所述感兴趣体积上执行的分割算法中时,所述第一按钮用于提高所选择的超级参数的所述权重,而所述第二按钮用于降低所选择的超级参数的所述权重;或者滑动条(30'),用户操纵所述滑动条以调整所选择的超级参数的所述权重。
5.根据权利要求1所述的系统,其中,所述超级参数(50)是体积超级参数、表面平滑度超级参数、圆度超级参数、连接性超级参数或孔填充超级参数中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的系统,其中,所述内部参数(5 包括平滑参数、内在阈值参数、泄漏消除严格性参数、过度扩张因数参数、分割安全裕量参数中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的系统,还包括存储器(14),其存储参数查找表(18),所述参数查找表识别与多个超级参数中的每个相关联的一个或多个内部参数;以及一种或多种参数调整算法(20),当由所述处理器(1 执行时,所述参数调整算法令所述参数调整器调整内部参数,直到达到或超过预定的阈值变化量为止。
8.根据权利要求1所述的系统,其中,所述处理器将每个经重新分割的感兴趣体积与所述经初始分割的感兴趣体积进行比较,以确定通过每次内部参数调整引起的变化量,并在确定通过所述一次或多次内部参数调整达到或超过所述预定的阈值变化量时输出最终的经重新分割的感兴趣体积。
9.根据权利要求1所述的系统,其中,所述处理器(1 执行存储在所述存储器(14)中的机器可执行指令,用于分割所述感兴趣体积,所述机器可执行指令包括用于执行以下操作的指令生成对所述感兴趣体积的初始分割;接收与所选择的超级参数(50)的调整相关的信息;识别所选择的超级参数(50)中包含的内部参数(52);根据参数调整算法00)调整所识别出的内部参数(52);在对一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整之后重新分割所述感兴趣体积; 计算由于对所述一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整而在所述感兴趣体积内引起的变化量;以及在确定所计算出的变化量大于或等于预定的阈值变化量时输出最终的经重新分割的感兴趣体积。
10.一种使用根据权利要求1所述的系统调整感兴趣体积分割的方法,包括 生成对所述感兴趣体积的初始分割;接收与所选择的超级参数(50)的调整相关的信息; 识别在所选择的超级参数(50)中包含的内部参数(52); 根据参数调整算法00)调整所识别出的内部参数(52);在对一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整之后重新分割所述感兴趣体积;以及显示经重新分割的感兴趣体积。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括计算由于对所述一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整而在所述感兴趣体积内引起的变化量;以及在确定所计算出的变化量大于或等于预定的阈值变化量时输出最终的经重新分割的感兴趣体积。
12.—种调整医学图像分割的方法,包括 向用户显示感兴趣体积的初始分割;接收与所选择的超级参数(50)的权重的调整相关的信息; 识别在所选择的超级参数(50)中包含的内部参数(52);根据参数调整算法00)调整所选择的超级参数(50)的所识别出的内部参数(52); 在对一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整之后重新分割所述感兴趣体积;以及显示经重新分割的感兴趣体积。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述超级参数(50)是体积超级参数、表面平滑度超级参数、圆度超级参数、连接性超级参数或孔填充超级参数中的至少一个。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,所述内部参数(5 包括平滑参数、内在阈值参数、泄漏消除严格性参数、过度扩张因数参数、分割安全裕量参数中的一个或多个。
15.根据权利要求12所述的方法,还包括在对一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整之后以迭代的方式重新分割所述感兴趣体积;计算由于对所述一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整而在所述感兴趣体积内引起的变化量;以及在确定所计算出的变化量大于或等于预定的阈值变化量时输出最终的经重新分割的感兴趣体积。
16.根据权利要求15所述的方法,还包括向所述用户同时显示所述感兴趣体积的初始分割和所述感兴趣体积的最终分割。
17.根据权利要求16所述的方法,还包括在所述用户接受所述感兴趣体积的最终分割时存储所述最终分割以供进一步的超级参数调整之用;或者在所述用户拒绝所述最终分割时还原所述感兴趣体积的初始分割,以供进一步的超级参数调整之用。
18.—种处理器(1 或计算机可读介质(14),其被配置成执行根据权利要求12所述的方法。
19.一种用于同时调整用于分割解剖图像的多个分割参数的设备,包括 用于向用户显示感兴趣体积的初始分割的模块04);用于接收与所选择的超级参数(50)的权重的调整相关的信息的模块(12、30、30'); 用于调整所选择的超级参数(50)的所识别出的内部参数(52)的模块(12、18、20、22);用于在对一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整之后以迭代的方式重新分割所述感兴趣体积的模块(12);用于计算由于对所述一个或多个所识别出的内部参数(5 的调整而在感兴趣体积内引起的变化量的模块(⑵;以及用于在确定所计算出的变化量大于或等于预定的阈值变化量时输出最终的经重新分割的感兴趣体积的模块(12J4)。
全文摘要
当调整用于分割解剖图像中的感兴趣体积的分割流程的参数时,用户选择包括用于调整感兴趣体积的原始分割的多个内部参数(52)的超级参数(50)。随着对所选择超级参数的权重的调整,与所述超级参数相关联的内部参数的权重也根据超级参数分割调整算法(20)而受到调整。在每次内部参数调整之后以迭代的方式对感兴趣体积重新分割,其对用户而言是透明的,直到已经在感兴趣体积分割中达到了预定变化量为止,这时向用户显示经重新分割的感兴趣体积。
文档编号G06T7/00GK102187368SQ200980140533
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月6日 优先权日2008年10月14日
发明者T·比洛, R·维姆科 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司

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