Способ, система и компьютерная программа для сегментирования изображения

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в более робастном сегментировании изображения. Предложен способ сегментирования изображения, содержащий этапы, на которых: выполняют выборку априорной модели, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении; выполняют выборку дополнительной информации вслед за данными изображения; изменяют априорную модель с использованием этой дополнительной информации и тем самым создают дополнительную модель и выполняют сегментирование изображения с использованием упомянутой дополнительной модели. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способу сегментирования изображений, содержащему этап выборки априорной модели, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении.

Изобретение дополнительно относится к системе для сегментирования изображений, содержащей устройство ввода для выборки априорной модели, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении.

Кроме того, изобретение дополнительно относится к компьютерной программе для обеспечения сегментирования изображений, при этом упомянутая компьютерная программа содержит команды, предписывающие процессору выполнять этап выборки априорной модели, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении.

Вариант осуществления способа, описанного во вводном параграфе, известен из публикации WO 2005/008587 A1. Известный способ предназначен для сегментирования изображения, особенно, медицинского диагностического изображения, с использованием способа сегментирования на основе модели, в соответствии с которым модели органов представлены гибкими поверхностями и настроены соответственно границам представляющего интерес объекта. Для упомянутой цели известный способ дополнительно выполнен с возможностью использовать данные, специфические для конкретного органа, например характеристики формы органа или характеристики границ органов, например градиент, направление градиента и диапазон изменения интенсивностей, или свойства тканей органа. Затем модель формы применяют в ее неизменном виде и деформируют по подходящему алгоритму сегментирования изображений, в соответствии с которым данные, специфические для конкретного органа, применяют для настройки упомянутой модели соответственно границам объекта.

Недостаток известного способа состоит в том, что он использует априорно построенную модель, а именно модель формы, которая базируется на некотором количестве примерных изображений и соответственных результатов сегментирования соответствующих им изображений. В применении к медицине, ввиду сложности сбора упомянутых примерных сегментаций, они обычно дают стандартные изображения для исследуемой совокупности людей. Кроме того, априорно построенная модель формы не может содержать множества различных форм и размеров совокупности людей и не может представлять большинства патологий. Оба недостатка приводят к неполноценным результатам сегментирования, в частности, для нетипичных изображений.

Целью изобретения является создание способа сегментирования изображений, который является робастным для, по меньшей мере, широкого спектра обследуемых людей. Для этого способ в соответствии с изобретением содержит этапы:

выборки дополнительной информации;

изменения априорной модели с использованием этой дополнительной информации и создания, тем самым, дополнительной модели.

Технической основой изобретения является представление, что при обеспечении дополнительной информации априорную модель можно легко изменить согласно потребностям текущего случая. Следует отметить, что априорная модель может содержать модель формы, размерную модель органа, характеризующую физические размеры органа, модель движений, модель контраста изображения и/или внешнего вида и т.п. В контексте изобретения следует понимать, что термин «изменение» подразумевает либо исправление/настройку выбранной априорной модели, либо обращение к отличающейся априорной модели. Последняя возможность полезна при сегментировании медицинских данных, показывающих аномалию типа патологии в анатомических данных.

В варианте осуществления способа в соответствии с изобретением дополнительную информацию извлекают из данных изображений.

В предпочтительном варианте, для медицинских изображений, сохраняемых в формате стандарта DICOM (формирования, передачи и хранения медицинских изображений), дополнительную информацию, например возраст пациента, пол, размеры тела и т.п., можно извлекать автоматически в электронном виде. Изобретение не ограничено работой с изображениями в формате DICOM, другие возможности извлечения цифровых данных включают в себя такие источники, как системы архивирования и передачи изображений (PACS), информационные системы медучреждений (HIS) и/или радиологические информационные системы (RIS), или любые другие электронные форматы, предоставляющие возможность выборки дополнительной информации непосредственно за данными изображений. Техническим эффектом изобретения является обеспечение повышения уровня автоматизации при обработке данных. В альтернативном варианте, дополнительная информация может обеспечиваться оператором в интерактивном режиме, например, с использованием подходящего пользовательского интерфейса. Упомянутая дополнительная информация служит для настройки предполагаемого размера и/или предполагаемой формы анатомической структуры, предположительно подлежащей сегментированию, например, изменением масштаба общего размера априорной модели. В альтернативном варианте, из предварительно сохраненного набора доступных моделей можно выбрать отличающуюся априорную модель вместо выбранной априорной модели, например подходящую модель, характеризующую патологию, предполагаемую или диагностированную у пациента. В еще одном альтернативном варианте априорную модель можно заменять другой моделью, характеризующей группу населения, к которой относится пациент.

В дополнительном варианте осуществления способа в соответствии с изобретением, способ дополнительно содержит этап выполнения сегментирования изображения с использованием дополнительной модели.

В соответствии с этим техническим эффектом предлагается возможный робастный способ сегментирования изображений, который обеспечивает надежные результаты сегментирования для множества различных групп населения, является повозрастным и способен работать с нетипичными формами, характеризующими патологии.

В системе в соответствии с изобретением устройство ввода дополнительно выполнено с возможностью выборки дополнительной информации, при этом система дополнительно содержит процессорный блок для изменения априорной модели с использованием дополнительной информации и создания, тем самым, дополнительной модели. Дополнительные предпочтительные варианты осуществления системы в соответствии с изобретением приведены в пунктах 7 и 8 формулы изобретения. Ниже, со ссылкой на фиг. 2, приведено подробное описание системы в соответствии с изобретением.

Компьютерная программа в соответствии с изобретением для обеспечения возможности сегментирования изображений содержит дополнительные команды, предписывающие процессору выполнять этапы

выборки дополнительной информации;

изменения априорной модели с использованием дополнительной информации и создания, тем самым, дополнительной модели.

Дополнительные предпочтительные варианты осуществления компьютерной программы в соответствии с изобретением приведены в пунктах 10 и 11. Компьютерная программа в соответствии с изобретением предоставляет средство для обеспечения возможности автоматического робастного сегментирования изображений, посредством которого можно получать точные результаты для широкого множества различных структур и, в частности, для широкого множества различных групп пациентов и состояний здоровья. Ниже, со ссылкой на фигуру 3, поясняются дополнительные преимущества компьютерной программы в соответствии с изобретением.

Вышеописанные и другие аспекты изобретения изложены ниже со ссылками на нижеследующие чертежи.

Фиг. 1 - схема варианта осуществления способа в соответствии с изобретением.

Фиг. 2 - схема варианта осуществления системы в соответствии с изобретением.

Фиг. 3 - блок-схема компьютерной программы в соответствии с изобретением.

На фиг. 1 представлена схема варианта осуществления способа в соответствии с изобретением. На этапе 2 способа 1 в соответствии с изобретением осуществляют выборку априорной модели, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении. В предпочтительном варианте изображение содержит медицинское диагностическое изображение. В еще одном предпочтительном варианте медицинское диагностическое изображение приготовлено в формате стандарта DICOM, в соответствии с чем дополнительная информация хранится в виде дополнения к диагностическим данным. В альтернативном варианте диагностическое изображение может храниться в любом другом электронном формате, содержащем дополнительную информацию, например, выбираемом из источника в виде системы PACS/HIS/RIS. В таких случаях способ 1 в соответствии с изобретением выгодным образом переходит на этап 3, на котором дополнительную информацию извлекают из электронного файла 5, содержащего, например, подходящую информацию 5a, касающуюся пациента, и/или подходящую информацию 5b, касающуюся структуры. Примеры информации, касающейся пациента, включают в себя возраст, пол, группу пациента и т.п., тогда как пример информации, касающейся структуры, может включать в себя анатомическое местоположение структуры, например прямой кишки, мочевого пузыря, легких и т.д., или подозреваемую/диагностированную патологию пациента. В альтернативном варианте осуществления способа 1 в соответствии с изобретением дополнительная информация обеспечивается оператором на этапе 7, на котором оператор может вводить подходящую дополнительную информацию 9a, 9b с пользовательского интерфейса 9. Когда дополнительная информация загружена, способ 1 в соответствии с изобретением переходит на этап 4, на котором априорную модель изменяют с использованием дополнительной информации и, тем самым, создают дополнительную модель. Процесс изменения в контексте изобретения следует понимать либо как исправление исходной априорной модели, возможно, изменение ее размеров, либо, в альтернативном варианте, как переход к отличающейся априорной модели, возможно, выбор априорной модели, характеризующей некоторую группу пациентов или аномалию, обнаруженную (или подозреваемую по данным предварительного клинического исследования) в структуре, предположительно подлежащей сегментированию. На этапе 6 способ 1 выполняет сегментирование изображения с использованием полученной таким образом дополнительной модели, и на этапе 8 результаты этапа сегментирования могут быть визуализированы на подходящем видеоустройстве.

На фиг. 2 представлена схема варианта осуществления системы в соответствии с изобретением. Система 10 в соответствии с изобретением для сегментирования изображений содержит компьютер 12 с устройством ввода 14 для выборки априорной модели 11, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении 15. Устройство ввода 14 дополнительно выполнено с возможностью выборки дополнительной информации 13, тогда как процессорный блок 16 выполнен с возможностью изменения априорной модели 11 в соответствии с дополнительной информацией. Как пояснялось со ссылкой на фиг. 1, дополнительную информацию 13 можно загружать непосредственно из изображения 15, или, в альтернативном варианте, дополнительную информацию можно загружать с пользовательского интерфейса в случае, когда ее предоставил оператор. В предпочтительном варианте система 10 дополнительно содержит подходящее устройство, в частности, медицинское диагностическое устройство 18, выполненное с возможностью обеспечения изображения 15.

На фиг. 3 представлена блок-схема компьютерной программы в соответствии с изобретением. Команда 32 компьютерной программы 30 в соответствии с изобретением предписывает подходящему процессору (не показанному) осуществить выборку априорной модели, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении. В предпочтительном варианте, изображение содержит медицинское диагностическое изображение. В еще одном предпочтительном варианте медицинское диагностическое изображение приготовлено в формате стандарта DICOM, в соответствии с чем дополнительная информация хранится в виде дополнения к диагностическим данным. В альтернативном варианте диагностическое изображение может храниться в любом другом электронном формате, содержащем дополнительную информацию, например, выбираемом из источника в виде системы PACS/HIS/RIS. В таких случаях компьютерная программа 30 в соответствии с изобретением предпочтительно содержит команду 33, предписывающую процессору извлечь дополнительную информацию из электронного файла 35. Дополнительная информация содержит, например, подходящую информацию 35a, касающуюся пациента, и/или подходящую информацию 35b, касающуюся структуры. Примеры информации, касающейся пациента, включают в себя возраст, пол, группу пациента и т.п., тогда как пример информации, касающейся структуры, может включать в себя анатомическое местоположение структуры, например, прямой кишки, мочевого пузыря, легких и т.д. В альтернативном варианте компьютерной программы 30 в соответствии с изобретением компьютерная программа содержит команду 37, предписывающую получить дополнительную информацию 39a, 39b с использованием подходящего пользовательского интерфейса 39. Когда дополнительная информация загружена, компьютерная программа 30 в соответствии с изобретением переходит к дополнительному этапу, на котором, при посредстве команды 34, априорная модель изменяется с использованием дополнительной информации и, тем самым, создается дополнительная модель. Процесс изменения в контексте изобретения следует понимать либо как исправление априорной модели, например изменение ее размеров, либо как переход к отличающейся модели, возможно, выбор модели, характеризующей некоторую группу пациентов или аномалию, обнаруженную в структуре, предположительно подлежащей сегментированию. При использовании дополнительной команды 36 компьютерная программа 30 выполняет сегментирование изображения с использованием полученной таким образом дополнительной модели. В предпочтительном варианте компьютерная программа 30 дополнительно содержит команду 38, предписывающую процессору визуализировать результаты этапа сегментирования на подходящем видеоустройстве.

1. Способ (1) сегментирования изображения, содержащий этапы, на которых:
выполняют выборку (2) априорной модели, характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении;
выполняют выборку (3) дополнительной информации (5а, 5b) вслед за данными изображения;
изменяют (4) априорную модель с использованием этой дополнительной информации (5а, 5b) и тем самым создают дополнительную модель; и
выполняют сегментирование (6) изображения с использованием упомянутой дополнительной модели.

2. Способ по п.1, в котором упомянутую дополнительную информацию (5а, 5b) извлекают из данных (5) изображения.

3. Способ по п.1 или 2, в котором в качестве изображения выбирают медицинское изображение, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором выбирают информацию (5а), касающуюся пациента, в качестве упомянутой дополнительной информации.

4. Способ по п.1 или 2, в котором в качестве изображения выбирают медицинское изображение, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором выбирают информацию (5b), касающуюся структуры, в качестве упомянутой дополнительной информации.

5. Система (10) для сегментирования изображений, содержащая:
устройство ввода (14) для
выборки априорной модели (11), характеризующей структуру, предположительно подлежащую сегментированию в изображении (15);
выборки дополнительной информации (13) вслед за данными изображения;
процессорный блок (16) для
изменения априорной модели с использованием упомянутой дополнительной информации и создания, тем самым, дополнительной модели,
сегментирования изображения с использованием упомянутой дополнительной модели.

6. Система по п.5, в которой устройство ввода дополнительно выполнено с возможностью выборки изображения, предположительно подлежащего сегментированию, при этом процессор дополнительно выполнен с возможностью извлечения упомянутой дополнительной информации (13) из этого изображения (15).