用于快速评估扫描的组合的肋骨和脊柱图像处理的制作方法

本发明涉及医学成像领域，尤其涉及用于自动生成肋骨和脊柱的可视化表示的方法和设备。

背景技术：

1、医疗专业人员通常使用医学成像来使患者的解剖结构可视化，其中可视化数据被用于诊断疾病或损伤。在创伤情境中，出于诊断目的，例如，检测肋骨骨折，医疗人员可依靠呈计算机断层扫描(ct)形式的医学图像数据。

2、逐个切片查看胸部或全身的三维(3d)ct扫描结果通常是一个耗时的过程，尤其是当目标解剖结构跨越多个切片(例如，追踪24根单个肋骨)时。

3、阅读成像扫描结果，更具体而言，阅读创伤或急诊科扫描结果是一项时间紧迫的任务，需要高度集中注意力来完成，以避免忽略关键发现。通常，在这些情境下，成像是基于全身扫描的，这导致生成大量必须彻底检查的图像数据。肋骨和脊柱是需要评估的特别重要的结构。这些是重复的结构，需要花费大量时间来检查，并且就脊柱而言，这些结构从神经学角度来看至关重要。

4、以直观的方式使患者的解剖结构和具体的关键结构可视化可以简化当前需要的耗时的检查。已经提出了几种简化患者的解剖结构和关键结构的可视化和评估的方法，尤其是针对肋骨架(rib cage)的可视化的方法。虽然提供了一些益处，但当前的方法具有明显的根本局限性。

5、一种众所周知的可视化方案是“鱼片视图(filet view)”或“鱼骨视图(fishboneview)”。该视图基于对肋骨进行分割(例如，使用深度卷积神经网络)，然后使用中心线提取器标记视野中的肋骨对。沿其轨迹对每根肋骨进行采样，从而允许以规范化且变直的方式(曲面重新格式化)对每根肋骨进行可视化。这种视图允许医疗专业人员在规范化的视图中准确检查肋骨中心线，其中所有肋骨都变直并被放置在检查画布(重新格式化的视图)上的独有位置。

6、然而，这种类型的视图有几个缺点。这种类型的视图的一个缺点是，独立地处理每根肋骨的性质导致肋骨之间的不连续性，这可导致来自相邻肋骨的成像伪影出现在肋骨形状中。此外，这种视图仅限于肋骨，且添加比如脊柱之类的背景信息将需要附加的步骤以及需要单独完成的成像处理。

7、另一种可视化方案是内脏腔视图(visceral cavity view)。在这种视图中，应用分割算法(例如，使用基于模型的方法)根据圆柱形流形(manifold)的变形来分割肋骨架的内部。一旦完成分割，就可以展开流形，并可以计算靠近表面的最大强度投影(mip)。这种视图允许用户在检查画布上以连续可视化的方式检查作为一个整体的肋骨架。

8、这种视图的缺陷之一是无法保持相对肋骨长度。展开圆柱形流形的性质不允许正确的肋骨长度的可视化。例如，第一根肋骨相对于其他肋骨显得太长。此外，mip可视化的性质可能不允许检测细小的骨折。例如，mip可视化可能会使小的肋骨骨折在生成的视图中不可见且不可检测。另一个缺陷是这种视图增加了明显的不合实际的扭曲(波浪状肋骨)，这限制了对生成的内脏腔视图的临床信心。

9、因此，需要一种创新的可视化方案，该方案结合了鱼片视图和内脏腔视图的优点，且没有与这些视图相关联的缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供用于生成克服现有可视化方案中的缺陷的新流形视图的技术。该技术可应用于许多成像系统，包括ct、ct臂、单光子发射计算机断层扫描ct(spect-ct)、磁共振ct(mr-ct)、正电子发射断层扫描ct(pet-ct)和磁共振成像(mri)系统。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种图像处理装置。该图像处理装置包括：存储器，其被配置成存储计算机可执行指令；和至少一个处理器，其被配置成执行计算机可执行指令，以使该图像处理装置接收表示三维诊断图像的数据，该三维诊断图像包含受试者的肋骨和脊柱。计算机可执行指令使图像处理装置根据接收到的表示三维诊断图像的数据来分割肋骨和脊柱，根据肋骨的分割检测并标记肋骨中心线，根据脊柱的分割检测并标记椎体中心界标，并定义二维流形平面，以便表示用于显示重新格式化的图像的可视化画布。计算机可执行指令使图像处理装置将肋骨中心线和椎骨中心界标的对应于接收到的表示三维诊断图像的数据的每个三维位置映射到所定义的二维平面上的二维位置；对所定义的二维流形平面上缺失的三维位置坐标进行插值，这使二维流形变形，使得其与检测到的肋骨中心线和椎骨中心界标对齐；对变形后的二维流形平面的每个坐标处的来自三维诊断图像空间的图像强度进行采样。根据采样到的图像强度生成重新格式化的图像作为流形切片，该流形切片显示肋骨架和脊柱的连续且变直的可视化表示。使变形后的二维流形平面沿其法线方向移位并重复进行采样，以便生成覆盖肋骨架的完整的三维可视化表示的一叠流形切片。生成肋骨架和椎体中心的三维可视化表示，作为覆盖完整的肋骨架的一叠流形。

3、在本发明的第二方面中，提供了一种处理三维图像的方法。该方法包括：接收表示三维诊断图像的数据，该三维诊断图像包含受试者的肋骨和脊柱；根据接收到的表示三维诊断图像的数据来分割肋骨和脊柱；根据肋骨的分割检测和标记肋骨中心线；根据脊柱的分割检测和标记椎体中心界标；以及定义二维流形平面，以便表示用于显示重新格式化的图像的可视化画布。该方法包括：将肋骨中心线和椎骨中心界标的对应于接收到的表示三维诊断图像的数据的每个三维位置映射到所定义的二维平面上的二维位置；对所定义的二维流形平面上缺失的三维位置坐标进行插值，这使二维流形变形，使得使其与检测到的肋骨中心线和椎骨中心界标对齐；以及对变形后的二维流形平面的每个坐标处的来自三维诊断图像空间的图像强度进行采样。根据采样到的图像强度生成重新格式化的图像作为流形切片，该流形切片显示肋骨架和脊柱的连续且变直的可视化表示。使变形后的二维流形平面沿其法线方向移位并重复进行采样，以便生成覆盖肋骨架的完整的三维可视化表示的一叠流形切片。生成肋骨架和椎体中心的三维可视化表示，作为覆盖完整的肋骨架的一叠流形。

4、在本发明的第三方面中，提供了一种非暂时性的计算机可读介质，其上存储有用于使处理电路执行过程的指令。该过程包括：接收表示三维诊断图像的数据，该三维诊断图像包含受试者的肋骨和脊柱；根据接收到的表示三维诊断图像的数据来分割肋骨和脊柱；根据肋骨的分割检测并标记肋骨中心线；根据脊柱的分割检测并标记椎体中心界标；以及定义二维流形平面，以便表示用于显示重新格式化的图像的可视化画布，该二维流形平面被变形以便与检测到的肋骨中心线和椎骨中心界标对齐。该过程还包括：将肋骨中心线和椎骨中心界标的对应于接收到的表示三维诊断图像的数据的每个三维位置映射到所定义的二维平面上的二维位置；对所定义的二维流形平面上缺失的三维位置坐标进行插值，这使二维流形变形，使得其与检测到的肋骨中心线和椎骨中心界标对齐。对变形后的二维流形平面的每个坐标处的来自三维诊断图像空间的图像强度进行采样。根据采样到的图像强度生成重新格式化的图像作为流形切片，该流形切片显示肋骨架和脊柱的连续且变直的可视化表示。使变形后的二维流形平面沿其法线方向移位并重复进行采样，以便生成覆盖肋骨架的完整的三维可视化表示的一叠流形切片。生成肋骨架和椎体中心的三维可视化表示，作为覆盖完整的肋骨架的一叠流形。

5、在优选实施例中，分割肋骨和脊柱是使用机器学习技术或深度学习技术进行的。机器学习技术或深度学习技术包括神经网络、逻辑回归、随机森林、最近邻和聚类或多变量分析中的至少一种。使用深度学习的分割方法被分割肋骨和脊柱，然后进行肋骨中心线提取以及椎体中心界标检测。因此，所有肋骨对和椎体重心都以自动化方式被准确检测和标记。

6、定义了二维流形平面，该平面将用于表示用于显示重新格式化的图像的可视化画布。检测到的肋骨中心线和椎体中心界标的每个三维位置都被映射到可视化画布上的二维位置，这将使展开的肋骨架可视化。换句话说，定义了从二维空间到三维空间的坐标对应关系。

7、一旦建立了二维到三维坐标，来自二维空间中的剩余像素的对应关系仍然滞后。在本发明的一个方面中，实施了一种插值方案，该方案在尚未提供此信息的区域内对从三维空间到二维空间的x/y/z坐标对应关系进行插值。

8、在优选实施例中，插值是使用薄板样条技术进行的。薄板样条是插值技术的良好选择，因为它最初模拟了薄的二维金属板的变形。在变形后的二维流形平面的每个坐标处对来自三维诊断图像空间的图像强度进行采样。因此，根据采样到的图像强度生成重新格式化的图像作为流形切片，该流形切片显示肋骨架和脊柱的连续且变直的可视化表示。

9、在本发明的一个方面中，在变形后的二维流形平面的每个位置处采样到的图像强度对应于肋骨之间的组织区域和肋骨边缘的组织区域中的至少一种。

10、在本发明的一个方面中，通过计算二维平面上的每个点的法线方向并使流形平面朝向流形平面的内部和外部移位或移动多次来生成一叠经过插值的二维多平面重建结果(mpr)。然后，基于该叠二维mpr生成肋骨架和脊柱的三维图像。