专利名称：借助动态变化特征的组织自动分割的制作方法
技术领域：
本发明涉及诊断成像技术。本发明发现了和将造影剂增强诊断图像分割成不同组织区域或器官有关的特殊应用，并且将在这里进行详细描述。
背景技术：
在许多诊断成像场合，诊断医师试图确定不同感兴趣组织间的边界，例如血液和血管壁间的边界。通常，诊断医师依靠强度或灰度上的差别区分不同组织。已经开发出各种计算机程序用于自动分割或区分诊断图像的不同组织，而不是依靠人眼做出上述鉴别。
通常，通过强度或灰度区分感兴趣组织、斑块和其它结构是相当困难的。尤其是当一种组织是血液时，一种技术通过使用造影剂帮助实现上述鉴别。造影剂是一种药剂，它通常被注入到血液中用于改变血液对诊断成像技术的响应。在CT扫描机中，造影剂相对于血液具有更高的X射线吸收率，这就导致携带造影剂的血液看起来更亮。通过观察造影剂(也就是血液)渗入感兴趣组织的速率，诊断医师还能够确定血液被不同组织吸收的速率。通过比较在使用造影剂和未使用造影剂的情况下拍摄的相同图像，图像分割能够被简化。
为了最大化造影剂的效果，通常是在造影剂达到峰值时采集造影剂增强图像。造影剂被注入到血液中。当造影剂药团(bolus)到达成像区域时，血液强度沿相对较为陡峭的曲线增加，直到造影剂达到峰值。当造影剂药团离开感兴趣区域时，曲线沿更为平缓的斜率衰减。在理想状态下，造影剂增强图像的产生被定时，这样成像过程恰好在峰值之前开始并恰好延续到峰值之后结束。
峰值定位的一种技术包括在注入造影剂之后产生感兴趣区域的多个图像。血液强度在药团到达成像区域之前保持不变。通过监测强度沿高斯曲线陡峭上升部分的增加并掌握曲线的总体形状，峰值和成像开始时间能够被预测。
虽然上述技术有一定的效果，但是即使使用了造影增强图像和未使用造影剂的相应图像的组合，感兴趣组织或其它物质仍然难以分割。本发明则克服了上述问题和其它问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于分割诊断图像的设备。一个装置至少在感兴趣区域内的造影剂浓度正在向峰值增大的那段时间内产生受检者感兴趣区域的图像。另一个装置产生变换(change)映射或图像，在上述变换映射或图像中每个像素或体元均具有一个表示在造影剂浓度正在向峰值增大期间产生的图像中相应像素或体元变化的值。
根据本发明的另一个方面，提供一种分割诊断图像的方法。至少在感兴趣区域内的造影剂浓度正在向峰值增大的那段时间内产生受检者感兴趣区域的图像。产生变换映射或图像，在上述变换映射或图像中每个像素或体元均具有一个表示在造影剂浓度正在向峰值增大期间产生的图像中相应像素或体元变化的值。
本发明的一个优点在于使组织和器官的分割与识别成为可能，即使这些组织和器官和周围或相邻组织在灰度或强度上几乎或根本没有差别。
本发明的另一个优点在于当基于固定差别的其它技术不能对感兴趣器官或组织区域的全部进行分割时，通过使用随造影剂变化的强度或灰度值使组织和器官的分割成为可能。
通过阅读和理解下面的详细描述，本发明的其它优点对本领域技术人员而言是显而易见的。
本发明可以采用多种部件和部件排列，并且可以采用多种步骤和步骤安排。附图仅用于说明优选实施方案，并没有对本发明构成限制。
图1是根据本发明的诊断成像系统的图解说明；和图2是血液强度曲线的图示。
具体实施例方式
参考图1，一种诊断成像装置(诸如CT扫描机10)无创检查位于成像区域12中的受检者，并产生代表被放置在检查区域中的受检者感兴趣区域的诊断图像数据。在所述的CT扫描机实施方案中，X射线管14或其它辐射源产生射线束，优选多层或锥形束，射线束经过检查区域12指向辐射检测器16。马达18和相关驱动器(未显示)通常通过旋转X射线源和检测器围绕检查区域旋转X射线束。受检者被支撑在诸如受检者检查床这样的患者支架20上。马达22和相关啮合与连接装置(未显示)推动受检者纵向通过检查区域，以便使受检者感兴趣区域通过检查区域。对于螺旋扫描，当马达18旋转X射线束时，马达22移动患者支架连续通过检查区域，这样受检者沿螺旋轨迹被扫描。
重建处理器24将产生的图像数据重建成图像表示，优选三维图像表示，它们被保存到图像存储器30中。更具体而言，在注入造影剂之前，处理诊断成像序列，并且产生没有使用造影剂的感兴趣区域的基准或参考诊断图像，上述图像被保存在基准图像存储部分32中。一旦造影剂已经被使用，则产生一系列图像并且保存到一系列造影剂注入后图像存储部分34中。当造影剂达到峰值时，产生峰值造影剂增强诊断图像并且保存到峰值诊断图像存储部分36中。可选地，在造影剂达到峰值之后产生附加系列诊断图像并且保存到峰值后诊断图像存储部分38中。
一部分基准或参考图像被显示在监视器40上。操作人员操纵显示图像使感兴趣区域的显示最优化。操作人员使用用户输入装置42来指定显示图像的区域或子区域，用于监视造影剂的增加并且用于产生诊断图像。可以使用各种子区域选择装置，诸如键盘、鼠标或其它图形输入，上述图形输入能够使用户在显示器的预定点上限定预定形状，诸如具有可选择直径的圆。作为另一种选择，操作人员能够使用鼠标、触敏屏或其它电子绘图装置在显示器上自由绘制。作为另一种选择，能够操纵光标用于指定单个像素或体元，诸如被单独或用少数周围像素或体元监测的血管中心点。多个感兴趣子区域可以被指定用于监测造影剂峰值。更具体而言，扫描机控制器44控制扫描机捕获基准图像和一系列造影剂注入后的图像。
继续参考图1并且进一步参考图2，造影剂监测装置46监测变换图像指定子区域中的像素或体元。在造影剂到达指定区域前，强度如采样点50所示相对较低。当造影剂药团到达指定区域时，指定区域的强度如采样点52所示增大。根据造影剂曲线强度增大区域中的采样点和指定区域中造影剂曲线典型形状的知识，峰值预测装置或处理器54预测何时达到峰值。更具体而言，峰值预测装置使控制装置44在恰好位于造影剂峰值之前的时刻56启动造影剂峰值数据采集，这样峰值强度诊断图像的采样窗口58基本上是以峰值为中心。应当注意的是，在所示实施方案中，采样50、52以均匀间隔采集，但是动态调整采样点56的准确定时以便捕获峰值。应当进一步理解图像数据可以用更高的速率进行采集，这样在造影剂峰值到来之前可以采集更多的采样数据。
变换确定装置60确定变换映射或图像，在上述变换映射或图像中每个体元或像素均表示变换图像中相应体元或像素的变化，其中上述变换图像来自造影剂注入后图像存储器34。在优选实施方案中，变换确定装置60包括梯度或变化率确定装置或处理器62和峰值时间确定装置或处理器64。梯度或变化率确定装置确定每个体元或像素的强度的陡度或变化率。峰值时间确定装置确定强度增大到峰值所经过的时间。能够在监视器40上作为图像显示变换映射或图像。
自动分割装置70自动分割用户输入装置42指定的每个区域，分割成不同类型的组织或结构。能够相对于一个或多个种子光标周围的像素、环形区域或类似物指定分割区域。当然，分割能够在一幅图片上被总体处理，而不是将分割限制在指定的感兴趣区域中。在优选实施方案中，分割装置根据变换映射以及诊断图像中相应体元的灰度或强度，或峰值图像和无造影剂图像之间的差别，查看区域的变换映射分割，其中上述诊断图像来自存储器32、36、38中的一个。这就和下述分割完全不同，这种分割仅根据使用或没有使用造影剂的分割区域中的每个体元或像素的灰度或强度，或是仅根据使用和没有使用造影剂的图像之间的差别。通过基于变换的分割，合成图像根据不同组织类型的造影剂吸收率被分割。基于上述造影剂吸收的分割也能够用于从健康组织中分割患病或受损组织。
作为另一个实例，当造影剂被注入到血液中，动脉强度迅速发生变化。但是，和动脉强度变化相比，静脉的强度变化需要更长的时间达到峰值。因此，尽管动脉和静脉都可以到达相同的峰值强度，但是峰值时间不同，并且峰值时间提供了分割基础。此外，尽管一些体内组织或物质(诸如，斑块)能够以和造影剂增强血液相同的亮度被成像，但是由于它在强度上相对于造影剂增强像素或体元有所不同或缺少变化，所以它们能够被区分出来。可选地，分割装置70能够根据峰值时间和每个体元的变化率进行分割。作为另一种可替换的方案，分割装置能够根据峰值时间和每个体元变化率中的某一个或全部因素，并根据传统的造影剂注入前灰度级、造影剂注入后灰度级、峰值和造影剂注入前灰度级之间的差别和类似因素进行分割。
优选地，分割装置70包括程序、过程或用于实现自动分割技术的其它装置，上述自动分割技术包括简单阈值技术72、区域增长技术74、主动轮廓76和类似技术。
对准处理器78查看位于存储器部分32-38的每个图像，并做出适当的空间调节，从而使它们实现分割对齐，并且确保同一个体元被梯度确定处理器62和峰值时间处理器64处理(follow)。对准处理器能够根据身体轮廓、骨骼或在本领域已知的其它各种配准方法配准图像。
通过上述实例，使用主动轮廓技术提取轮廓或表面的一种常见技术可以使能量最小化。更具体而言，根据灰度变化或操作人员粗略指示的表面或边界，表面S(X)可以通过下述提取S(X)=12∫s⋐Vα(s)[∂X∂s]2+β(s)[∂2X∂s2]2ds---(1)]]>其中在n维轮廓或表面上X(s)＝(x(s)，y(s)，z(s)，...，n)。本分割技术最小也是n+1维表面，附加的那一维是时间，而不是限制在n维空间中。表面函数X(s)现在能够被写成X(s)＝(x(s)，y(s)，z(s)，...，t)，其中t是时间。例如，能量也是相对于变化映射或图像和/或峰值时间映射或图像被最小化，而不是在没有使用造影剂产生的图像中或在使用和没有使用造影剂产生的图像中将能量最小化。
在区域增长中，区域增长技术检查当前像素的邻域，邻近意味着时间和空间上的邻近。从种子像素或体元开始，并且向外移动到具有类似峰值时间、梯度、灰度和类似特征的邻近体元上来检查邻近像素。
分割图像被处理器80处理，用于建立在监视器40上显示的用户选择显示格式，这在本领域是公知常识。
本发明已经通过参考优选实施方案进行了描述。显然，其他人在阅读理解上述详细描述后，可以对本发明做出修改和变更。应当理解在不背离后附权利要求书或其等效表述的情况下，可以对本发明做出各种修改和变更。
权利要求
1.一种分割诊断图像的设备，该设备包括装置(10、24、44)，用于至少在感兴趣区域的造影剂浓度正在向峰值增大的那一段时间内产生受检者感兴趣区域的图像；装置(60)，用于产生变换映射或图像，在上述变换映射或图像中每个像素或体元均具有一个表示在造影剂浓度正在向峰值增大期间产生的图像中相应像素或体元变化的值。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括装置(70)，用于根据变换映射或图像分割已生成的诊断图像。
3.根据权利要求2所述的设备，其中产生诊断图像至少要满足下述条件中的一个(a)造影剂到达感兴趣区域以前和(b)感兴趣区域中的造影剂浓度到达峰值以后，并且分割装置(70)根据变换映射或图像分割诊断图像。
4.根据权利要求3所述的设备，进一步包括显示装置(40)，用于显示分割图像和变换映射或图像中的至少一个。
5.根据权利要求2所述的设备，其中变换装置(60)包括装置(62)，用于确定在变换图像的每个相应像素或体元中的变化率。
6.根据权利要求2所述的设备，其中变换装置(60)包括装置(64)，用于确定在变换图像的每个体元或像素中造影剂增大到峰值的时间。
7.根据权利要求2所述的设备，其中分割装置(70)包括阈值分割装置(72)、区域增长分割装置(74)和主动轮廓分割装置(76)中的至少一个。
8.根据权利要求2所述的设备，其中成像装置(10、24、44)产生诊断图像至少要满足下述条件中的一个在造影剂到达感兴趣区域之前；和在感兴趣区域内的造影剂浓度达到峰值时；并且其中分割装置(70)根据诊断图像和变换映射的强度值的组合分割诊断图像。
9.根据权利要求2所述的设备，进一步包括用于对准诊断图像的对准装置(78)，诊断图像在造影剂到达感兴趣区域之前、在造影剂到达峰值时和造影剂正在向峰值增大期间被采集。
10.根据权利要求2所述的设备，进一步包括区域指定装置(42)，用于指定待分割成像体积的一个或多个感兴趣区域。
11.一种分割诊断图像的方法，该方法包括至少在感兴趣区域的造影剂浓度正在向峰值增大的那一段时间内产生受检者感兴趣区域的图像；产生变换映射或图像，在上述变换映射或图像中每个像素或体元均具有一个表示至少在造影剂浓度正在向峰值增大期间产生的图像中相应像素或体元变化的值。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括根据变换映射或图像分割已生成的诊断图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中至少在下述某一个时刻内产生诊断图像造影剂到达感兴趣区域之前、感兴趣区域中的造影剂浓度到达峰值之后，和分割步骤根据变换映射或图像分割诊断图像。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括显示分割图像和变换映射中的至少一个。
15.根据权利要求12所述的方法，其中变换确定步骤包括下述步骤中的至少一个确定在造影剂正在向峰值增大的那段时间内产生的图像中每个相应像素或体元的变化率；和确定在每个像素或体元中造影剂达到峰值的时间。
16.根据权利要求12所述的方法，其中分割步骤包括阈值、区域增长和主动轮廓分割中的至少一个。
17.根据权利要求12所述的方法，其中图像生成步骤包括至少在下述某一个时刻内产生诊断图像在造影剂到达感兴趣区域之前和在感兴趣区域内的造影剂浓度达到峰值时，以及其中分割步骤根据诊断图像和变换映射的强度值的组合分割诊断图像。
18.根据权利要求12所述的方法，进一步包括对准在造影剂到达感兴趣区域之前、在感兴趣区域中造影剂到达峰值时和造影剂正在向峰值增大期间生成的图像。
19.根据权利要求12所述的方法，进一步包括指定待分割成像体积的一个或多个区域。
20.在产生受检者的诊断图像的诊断成像设备(10)中，分割处理器(70)根据权利要求12的方法被编程用于分割诊断图像。
全文摘要
重建处理器(24)重建来自诊断成像设备(诸如CT扫描机)的诊断数据，上述诊断成像设备在造影剂达到感兴趣区域之前(50)、感兴趣区域内的造影剂浓度增大时(52)和达到造影剂峰值时(56)启动。在造影剂浓度正在增大时产生的多个图像被对准(78)。变换映射被产生，用于表示在造影剂正在向峰值增大期间产生的图像中相应像素或体元的梯度(62)或峰值时间(64)变化率。分割处理器(70)使用变换映射分割未使用造影剂时产生的诊断图像或造影剂浓度达到峰值时产生的诊断图像。
文档编号G06T7/00GK1914642SQ200580003415
公开日2007年2月14日 申请日期2005年1月6日 优先权日2004年1月29日
发明者O·海, A·马科维奇, I·莱夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司