本發(fā)明涉及一種用于基于圖像的滑動界面檢測的圖像處理系統(tǒng)、包括這樣的系統(tǒng)的布置、相關(guān)方法、計算機(jī)程序單元以及計算機(jī)可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、人體中的某些解剖結(jié)構(gòu)可能會引起一個或多個滑動界面，感興趣解剖特征沿著這些滑動界面通過滑動運(yùn)動的方式經(jīng)過彼此。示例可能包括肺葉沿裂縫表面或沿胸膜的運(yùn)動，或者關(guān)節(jié)的運(yùn)動等。

2、此類滑動界面(其可能形成表面或滑動層)的精確定位可能有利于支持診斷或治療中的特定圖像處理任務(wù)。示例可能包括測量關(guān)節(jié)軟骨厚度、分析肺功能、對齊呼吸階段門控圖像、規(guī)劃輻射治療處置等。

3、例如，定位這種滑動界面的一種方法可能依賴于對單個圖像體積應(yīng)用的分割。分割可以使用圖像強(qiáng)度或者圖像中包含的結(jié)構(gòu)。盡管有時會展示出良好的結(jié)果，但是由疾病或甚至由較差的圖像對比度引起的成像或重建偽影或解剖改變可能導(dǎo)致分割失敗或不準(zhǔn)確。

4、替代方法可以使用在發(fā)生這種滑動運(yùn)動時記錄的兩幅或更多幅圖像，諸如在屈曲/伸展期間對膝關(guān)節(jié)的圖像采集，或在呼吸周期期間對肺部的圖像采集。另一個示例是4d-ct采集，其中每次掃描都是在不同的呼吸階段進(jìn)行的。r?amelon等人在發(fā)表為ann.biomed.eng.,vol?42(3),pp?642–50,(2014)的“a?measure?for?characterizingsliding?on?lung?boundaries”中描述了一種相關(guān)方法，其中使用了圖像配準(zhǔn)技術(shù)。然而，所描述的方法需要預(yù)先了解特定圖像配準(zhǔn)參數(shù)，其通常是未知的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，可能存在對改進(jìn)圖像處理的需要。

2、本發(fā)明的目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題得以解決，其中，在從屬權(quán)利要求中并入了另外的實施例。應(yīng)當(dāng)注意，以下描述的本發(fā)明的方面同樣地應(yīng)用于相關(guān)的方法、醫(yī)學(xué)成像布置、計算機(jī)程序單元以及計算機(jī)可讀介質(zhì)。

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于基于圖像的滑動界面檢測的圖像處理系統(tǒng)，包括：

4、輸入端口，其用于接收至少兩幅醫(yī)學(xué)輸入圖像，所述至少兩幅醫(yī)學(xué)輸入圖像是在患者的至少兩個解剖特征中的至少一個解剖特征相對于所述至少兩個解剖特征中的至少另一個解剖特征進(jìn)行滑動運(yùn)動期間在不同時間針對所述患者采集的，所述滑動運(yùn)動關(guān)于所述至少兩個解剖特征定義了滑動界面；

5、滑動運(yùn)動評估器，其被配置為將配準(zhǔn)算法應(yīng)用于所述至少兩幅圖像，并以所述配準(zhǔn)算法的參數(shù)的變化的值進(jìn)行應(yīng)用，以計算一系列度量圖，所述一系列度量圖被配置為對在所述至少兩幅輸入圖像處記錄的滑動運(yùn)動進(jìn)行響應(yīng)；

6、靈敏度分析器，其被配置為計算靈敏度圖，所述靈敏度圖表示所述一系列度量圖根據(jù)所述參數(shù)的所述變化的值的變化；以及

7、滑動界面檢測器，其被配置為基于所述靈敏度圖來檢測所述兩幅輸入圖像中的至少一幅中的所述滑動界面的表示的位置。

8、根據(jù)一個實施例，所述參數(shù)是正則化參數(shù)，其被配置為影響平滑項，基于所述平滑項，所述算法可操作。

9、根據(jù)一個實施例，其中，所述配準(zhǔn)算法基于針對所述至少兩幅圖像中的至少一幅圖像建立每參數(shù)向量場。

10、根據(jù)一個實施例，所述度量是根據(jù)所述向量場的。

11、根據(jù)一個實施例系統(tǒng)，所述向量場是變形向量場。

12、根據(jù)一個實施例，所述度量基于以下中的任一項：i)向量場之間的差異，ii)所述向量場的雅可比矩陣，iii)所述向量場的特征值，(iv)作用于所述向量場的算符。

13、根據(jù)一個實施例，所述系統(tǒng)包括可視化器，所述可視化器被配置為生成用于在顯示設(shè)備上顯示的圖形顯示，所述圖形顯示包括所述至少兩幅圖像中的至少一幅圖像中的滑動界面的表示的位置的指示。

14、根據(jù)一個實施例，所述至少兩幅圖像由以下中任一項采集：i)被配置為用于透射成像的成像裝置，ii)被配置用于發(fā)射成像的成像裝置，iii)磁共振成像裝置，iv)超聲成像裝置。

15、根據(jù)一個實施例，由滑動界面進(jìn)行的檢測操作基于閾值處理。

16、在另一方面中，提供了一種布置，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的系統(tǒng)以及成像裝置。

17、在另一方面中，提供了一種基于圖像的滑動界面檢測的計算機(jī)實施的方法，包括：

18、接收至少兩幅醫(yī)學(xué)輸入圖像，所述至少兩幅醫(yī)學(xué)輸入圖像是在患者的至少兩個解剖特征中的至少一個解剖特征相對于所述至少兩個解剖特征中的至少另一個解剖特征進(jìn)行滑動運(yùn)動期間在不同時間針對所述患者采集的，所述滑動運(yùn)動關(guān)于所述至少兩個解剖特征定義了滑動界面；

19、將配準(zhǔn)算法應(yīng)用于所述至少兩幅圖像，并且以所述配準(zhǔn)算法的參數(shù)的變化的值應(yīng)用，以計算一系列度量圖，所述一系列度量圖被配置為對在所述至少兩幅輸入圖像中記錄的滑動運(yùn)動進(jìn)行響應(yīng)；

20、計算靈敏度圖，所述靈敏度圖表示所述一系列度量圖根據(jù)所述參數(shù)的變化的值的變化；以及

21、基于靈敏度圖來檢測所述至少兩幅輸入圖像中的至少一幅中的所述滑動界面的表示的位置。

22、在又一方面中，提供了一種計算機(jī)程序單元，其在由至少一個計算單元運(yùn)行時，適于執(zhí)行所述方法。

23、在另一方面中，提供了一種其上存儲有所述程序單元的計算機(jī)可讀介質(zhì)。

24、所提出的系統(tǒng)和方法允許全自動的滑動界面檢測。不需要用戶輸入。此外，不需要分割，從而克服了基于分割的方法的上述局限性。與許多(如果不是全部)分割方法不同，所述系統(tǒng)和方法不是特定于解剖結(jié)構(gòu)的，并且可以用于檢測任何此類“解剖結(jié)構(gòu)對解剖結(jié)構(gòu)”滑動界面。因此，所提出的設(shè)置對于解剖類型是不變的。利用所提出的系統(tǒng)和方法，不需要對輸入影像進(jìn)行事先分割。因此，無需任何分割即可使用所述系統(tǒng)和方法。

25、所提出的系統(tǒng)和方法依賴于運(yùn)動變化/位置變化而不是解剖結(jié)構(gòu)本身。由于處理使用多個輸入圖像(而不是使用單幅圖像進(jìn)行分割)，所以所提出的系統(tǒng)和方法更加魯棒。

26、在一個實施例中，所述系統(tǒng)被配置為以重復(fù)的方式應(yīng)用配準(zhǔn)算法，作為研究特定度量對輸入?yún)?shù)空間中變化的靈敏度的工具。關(guān)于變化的輸入?yún)?shù)的度量的導(dǎo)數(shù)/梯度可用于滑動界面/滑動運(yùn)動檢測。

27、使用上面提到的amelon等人提出的針對局部滑動指標(biāo)的確定的剪切量要求配準(zhǔn)算法中的正則化項的權(quán)重從最佳范圍中選擇，這可能并不直截了當(dāng)：選擇相對較低的權(quán)重會高估滑動，導(dǎo)致大量假陽性結(jié)果，其是不希望的。但選擇相對較高的權(quán)重會導(dǎo)致相當(dāng)僵硬的變形，具有很少或零滑動發(fā)現(xiàn)。關(guān)于尋找正則化權(quán)重的最佳范圍的最優(yōu)性取決于數(shù)據(jù)集——既與運(yùn)動的幅度有關(guān)，也與圖像內(nèi)受影響的區(qū)域有關(guān)。例如，在腹部掃描中，沿胸膜的滑動比沿肺裂或沿腹腔的滑動更容易識別。所提出的系統(tǒng)和方法避免進(jìn)行這樣的選擇，并且通過監(jiān)測隨著參數(shù)dm/dp的變化而變化的度量變化來達(dá)到正確的平衡。因此，本文中提出的是監(jiān)測變形的量的范圍上的變化。通過構(gòu)造，然而存在該范圍內(nèi)的值，對于該值，響應(yīng)是最佳的。

28、一般而言，正則化權(quán)重不能獨(dú)立于圖像對齊來選擇，因為優(yōu)選地對正則化器進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訖?quán)以確保準(zhǔn)確對齊。

29、所提出的系統(tǒng)和方法避免了選擇針對正則化器權(quán)重的最佳范圍的需要。而是，所述提案提供了一種通用且魯棒的方法來全自動檢測滑動運(yùn)動或滑動界面。

30、使用(非剛性)圖像配準(zhǔn)算法在本文中僅僅是一個工具。此類算法的目的通常是提供一種變換，以便在公共坐標(biāo)系中將源圖像與目標(biāo)圖像對齊。然而，這種圖像配準(zhǔn)算法計算的變換在本文中不太感興趣或者根本不感興趣。本文感興趣的是在這種圖像配準(zhǔn)算法的背景下計算的(變形)向量場。本文中正是利用這種(變形)向量場的行為來用于優(yōu)選地全自動的滑動界面檢測的目的。

31、可以使用超過兩幅輸入圖像，例如與逐組的配準(zhǔn)算法相結(jié)合。作為替代，當(dāng)使用三幅或更多幅圖像時，可以使用連接和反轉(zhuǎn)。例如，給定輸入圖像a，b，和c，可以將a配準(zhǔn)到b并將a配準(zhǔn)到c。針對其他組合的向量場(例如，c到b)然后可以經(jīng)由連接和/或反轉(zhuǎn)向量場來導(dǎo)出。

32、當(dāng)不需要從頭和重新計算每一個圖像位置的向量場時，可以使用基于控制點(diǎn)的配準(zhǔn)?？梢蕴娲厥褂靡唤M稀疏的控制點(diǎn)，并且可以根據(jù)需要對任何所需體素或像素的局部向量場進(jìn)行內(nèi)推/外推。

33、“用戶”涉及操作成像裝置或監(jiān)督成像過程的人員，諸如醫(yī)務(wù)人員或其他人員。換句話說，用戶通常不是患者。