CN102129699A - 断层图像生成设备、断层图像生成方法和生成断层的程序 - Google Patents

Abstract

一种断层图像生成设备、断层图像生成方法和生成断层的程序，其中断层图像生成设备(10)包括：断层图像获取器(22)，用于从包括了具有预定线性结构的器官(40)的三维医学图像中获取垂直于预定方向的多个第一断层图像(36)；第一检测器(24)，用于检测分别包括在第一断层图像(36)中的器官(40)的截面形状；曲线生成器(26)，用于通过对检测到的器官(40)的截面形状的各个位置进行插值来生成第一曲线(46)作为一个近似曲线；以及断层图像生成器(28)，用于从所述三维医学图像中生成垂直于第一曲线(46)的多个第二断层图像(38)。

Description

断层图像生成设备、断层图像生成方法和生成断层的程序

技术领域

本发明涉及一种断层图像生成设备、一种断层图像生成方法和一种用于获取器官的预定截面形状的程序，该器官具有通常在解剖学上确定其方向的线性结构。

背景技术

至今，医生仍习惯于显示脊髓的轴向截面来进行诊断和临床检查。如日本早期公开专利申请第2009-207727号中所公开的，存在一种用脊髓的轴向截面来检查脊髓并确定椎骨中心线的技术。

具有脊柱弯曲度的人他们的脊髓与脊髓的轴向截面彼此并不垂直。因此，可能无法获得对这些人脊髓的期望的断层图像。日本早期公开专利申请第2009-207727号中所公开的技术是以基本为直的脊髓的轴向截面为前提的，并且在脊髓受到较大弯曲的情况下无法根据沿轴向截面的断层图像来精确检查脊髓。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种断层图像生成设备、一种断层图像生成方法、以及一种程序，用于生成具有预定线性结构的器官的期望的断层图像。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种断层图像生成设备，包括：断层图像获取器，用于从包括了具有预定线性结构的器官的三维医学图像中获取垂直于预定方向的多个第一断层图像；第一检测器，用于检测分别包括在多个第一断层图像中的器官截面形状；曲线生成器，通过对检测到的器官截面形状的各个位置插值来生成第一曲线作为近似曲线；以及断层图像生成器，用于由三维医学图像来生成垂直于第一曲线的多个第二断层图像。

断层图像生成设备还包括图像生成器，用于生成三维图像以使得通过对第二断层图像插值来使第一曲线变成直线。

断层图像生成设备还包括图像生成器，用于通过校正三维医学图像来生成三维图像以使得第一曲线变成直线，其中断层图像生成器从三维图像中生成垂直于直线的第二断层图像。

断层图像生成设备还包括图像生成器，用于生成三维图像以使得通过生成第一曲线和多个沿着与第一曲线平行的曲线弯曲的断层图像来将第一曲线变成直线，其中断层图像生成器从三维图像中生成垂直于直线的第二断层图像。

断层图像生成设备还包括第二检测器，用于检测器官的截面形状，这些截面形状分别包括在第二断层图像中。

曲线生成器可通过对第二检测器检测到的器官的截面形状的各个位置进行插值来生成第二曲线作为一个近似曲线，并且断层图像生成器可生成与三维图像的第二曲线垂直的多个第三断层图像。

第二检测器可检测器官的截面形状，这些截面形状分别包括在第三断层图像中。

器官可包括脊髓、脊柱、大动脉、大静脉和气管中的任何一个。

为了实现上述目的，根据本发明提供了一种使用计算机来生成器官的断层图像的方法，所述器官具有包括在三维医学图像中的预定线性结构，该方法包括步骤：从三维医学图像中获取垂直于预定方向的多个第一断层图像；检测器官的截面形状，这些截面形状分别包括在第一断层图像中；通过对检测到的器官的截面形状的各个位置进行插值来生成第一曲线作为一个近似曲线；以及从所述三维医学图像中生成垂直于第一曲线的多个第二断层图像。

为了实现上述目的，根据本发明提供了一种程序，用于使计算机作为以下功能装置：断层图像获取器，用于从三维医学图像中获取垂直于预定方向的多个第一断层图像，所述三维医学图像包括具有预定线性结构的器官；第一检测器，用于检测器官的截面形状，这些截面形状分别包括在第一断层图像中；曲线生成器，用于通过对检测到的器官的截面形状的各个位置进行插值来生成第一曲线；以及断层图像生成器，用于从所述三维医学图像中生成垂直于第一曲线的多个第二断层图像。

根据本发明，由于通过对具有预定线性结构的器官的多个检测到的截面形状的位置进行插值而生成了一个近似曲线，并且生成了垂直于所生成的近似曲线的断层图像，因此可以生成器官的许多期望的断层图像。而且，由于根据所生成的器官的断层图像来检测器官的截面形状，所以能以增加的精度对器官的截面形状进行检测。

而且，通过重复在断层图像中检测器官截面形状的处理、对器官截面形状的位置进行插值而生成近似曲线的处理、以及与所生成的近似曲线垂直的断层图像的生成处理，可以增加检测到的器官截面形状的数量与包括了器官的断层图像的数量之比。

下面通过结合附图进行描述将使本发明的上述及其他目的、特征和优点更加明了，在附图中举例示出了本发明的优选实施例。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的断层图像生成设备的电气框图；

图2是断层图像生成设备的操作序列的流程图；

图3是以示例方式示出在图2的流程图的步骤S1中获取的三维医学图像中的脊髓的示图；

图4是示出由断层图像生成设备的第一检测器检测到的图3所示脊髓的截面形状位置的示图；

图5是示出在图4所示脊髓上生成并标绘的第一曲线的示图；

图6是示出由三维医学图像生成多个第二断层图像所沿平面的方向和位置的示图；

图7是示出被生成来使第一曲线变直的三维图像以及第二断层图像的位置的示图；以及

图8是示出由断层图像生成设备的第二检测器检测到的脊髓截面形状的位置的示图。

具体实施方式

下面将结合附图来详细描述根据本发明优选实施例的断层图像生成设备。

图1是根据本发明一个实施例的断层图像生成设备10的电气框图。如图1所示，断层图像生成设备10包括输入单元12、诸如CPU之类的作为信息处理器的控制器14、输出单元16、以及作为记录介质的存储器18。存储器18存储了用于执行断层图像生成设备10的功能的程序。输入单元12从外部接收信号。输入单元12包括用于获取包括脊髓的三维医学图像的图像获取器20。图像获取器20不仅可获取CT图像、MRI图像、RI图像、PET图像或X射线图像之类的医学图像，还可获取三维图像、人工生成的三维图像、或者二维或三维医学图像。稍后将描述的所生成的三维图像包括在三维医学图像的概念里。

控制器14包括断层图像获取器22、第一检测器24、曲线生成器26、断层图像生成器28、第二检测器30以及图像生成器32。

断层图像获取器22从一个已经由图像获取器20所获取的包括了脊髓的三维医学图像中生成并获取多个垂直于给定方向的表示截面(例如轴向截面)的第一断层图像。断层图像获取器22将所获取的第一截面图像记录在存储器18中。如果图像获取器20已直接获取了包括脊髓的三维医学图像的表示轴向截面的多个第一断层图像，则断层图像获取器22从图像获取器20获取第一断层图像并将它们未经处理就存储在存储器18中。

第一检测器24对分别包括在由断层图像获取器22所获取的第一断层图像中的脊髓的截面形状进行检测。第一检测器24检测脊髓截面形状与脊髓的给定截面形状完全一致或一致程度高于给定值的位置。因此，即使包括在第一断层图像中的脊髓截面形状并不与脊髓的给定截面形状完全一致，也会假设它们在一个预定范围内类似于给定截面形状而由第一检测器24进行检测。根据本实施例，与轴向平面垂直的脊髓的截面形状被用作脊髓的给定截面形状。

第一检测器24针对各个第一断层图像来检测脊髓截面形状的第一断层图像中的位置。对于一些第一断层图像，第一检测器24可能不检测在这些脊髓截面形状的第一断层图像中的位置。第一检测器24将检测到的脊髓截面形状的位置记录在存储器18中。第一检测器24根据模板匹配方法、分界方法或基于AdaBoost(一种用于集成机器学习法的算法)的学习方法来检测脊髓截面形状。

曲线生成器26通过对检测到的脊髓截面形状的位置插值来生成近似于检测到的脊髓截面形状位置的曲线。具体来说，曲线生成器26根据样条插值(一种最小平方方法)等方法来生成曲线。曲线生成器26将生成的曲线记录在存储器18中。

断层图像生成器28从三维医学图像或稍后将描述的生成的三维图像中生成垂直于曲线的多个断层图像，并将断层图像记录在存储器18中。具体来说，断层图像生成器28从三维医学图像或生成的三维图像中生成多个垂直于曲线的断层图像，这些断层图像沿曲线生成器26所生成的曲线相隔预定的间距。

第二检测器30对断层图像生成器28所生成的断层图像中包含的脊髓截面形状进行检测。第二检测器30检测脊髓截面形状与脊髓的给定截面形状完全一致或在一个高于预定值的水平上一致的位置。因此，即使包括在断层图像中的脊髓截面形状与脊髓的给定截面形状不完全一致，只要它们在一个预定范围内类似于给定截面形状，也会由第二检测器30对它们进行检测。根据本实施例，垂直于断层图像的脊髓截面形状被用作脊髓的给定截面形状。第二检测器30可根据模板匹配方法、分界方法或基于AdaBoost(一种用于集成机器学习法的算法)的学习方法来检测脊髓截面形状。第二检测器30将检测到的脊髓截面形状的位置记录在存储器18中。

图像生成器32通过对最近由断层图像生成器28生成的断层图像插值来生成三维图像而使曲线生成器26所生成的曲线变直，并将生成的三维图像记录在存储器18中。具体来说，图像生成器32通过将以前面提到的预定间距相隔的断层图像进行重叠而将断层图像和曲线之间的交叉点沿一条直线排列，并对断层图像插值，从而来生成三维图像。

输出单元16将断层图像生成器28所生成的垂直于曲线的断层图像以及第二检测器30检测到的脊髓截面形状在各个断层图像的位置输出到外部。输出单元16只能要么输出垂直于曲线的断层图像，要么输出脊髓截面形状的位置。

下面将参考图2的流程图来描述断层图像生成设备的操作。

在步骤S1，图像获取器20获取包括脊髓的三维医学图像。图3是以示例方式示出在图2的流程图的步骤S1中获取的三维医学图像中的脊髓40的示图。从图3能够看出脊髓40是曲线的。在本实施例中，为了图示的目的将三维图像标绘成二维图像。图3示出了垂直于轴向截面的截面，即，平行于人体轴的人体截面。

随后在步骤S2中，断层图像获取器22从所获取的三维医学图像中生成并获取多个表示垂直于身体轴的轴向截面的第一断层图像36(见图4)。如果图像获取器20已获取了多个表示了包括脊髓的三维医学图像的轴向截面的第一断层图像，则断层图像获取器22从图像获取器20中获取第一断层图像。

在步骤S3中，第一检测器24对分别包括在第一断层图像中的脊髓40的截面形状进行检测。第一检测器24对垂直于轴向截面的脊髓40的截面形状进行检测。然而，第一检测器24可对脊髓40的给定截面进行检测。

图4示出了由第一检测器24检测到的脊髓40的截面形状的位置42。在图4中，用粗线表示脊髓40，用水平线表示在步骤S2获取的作为轴向截面的第一断层图像36的位置，并用圆圈表示由第一检测器24检测到的脊髓40的截面形状的位置42。如图4所示，一些第一断层图像36包括并不垂直于轴向平面的脊髓40的部分44，并且不在这些部分中检测脊髓40的截面形状。尽管在图4中示出了将脊髓40视为在二维图像中垂直于轴向平面，但脊髓40可包括在三维图像中并不垂直于轴向平面的部分。

随后，在步骤S4中，曲线生成器26通过对检测到的脊髓40的截面形状的位置进行插值来生成近似于检测到的脊髓40截面形状的位置的第一曲线46(见图5)。图5示出了在图4所示脊髓40上生成并标绘的第一曲线46。

在步骤S5中，断层图像生成器28从步骤S1中所获取的三维医学图像中生成多个垂直于第一曲线46的第二断层图像38(见图7)。具体来说，断层图像生成器28从三维医学图像中生成多个沿第一曲线46以预定间距间隔的垂直于第一曲线46的第二断层图像38。图6示出了从三维医学图像中生成多个第二断层图像38所沿平面的方向和位置的示图。由垂直于第一曲线46延伸的线48来表示生成第二断层图像38所沿的方向和位置。

如果将所生成的第二断层图像38重叠以使得第一曲线46变成直线46S(见图7)，即，如果重叠第二断层图像38并将它们间隔预定的间距而使得第二断层图像38与第一曲线46之间的交叉点沿直线46S排列，则第二断层图像38被标绘成图7所示的那样。由于由第二断层图像38所表示的脊髓40比起由第一断层图像36所表示的脊髓40更加实际垂直于断层图像的截面，所以第二断层图像38比起第一断层图像36提供了更加令人满意的脊髓40的截面形状。在图7中，第二断层图像38的位置由水平线表示。尽管在相邻的第二断层图像38之间不存在图像，但在第一曲线46被转换成直线46S时所标绘的脊髓40由粗线表示。

随后，在步骤S6中，第二检测器30对包括在各个第二断层图像38中的脊髓40的截面形状进行检测。图8示出了由第二检测器30检测到的脊髓40的截面形状的位置50，位置50由圆圈表示。图5与图8的比较显示出由于由第二断层图像38所表示的脊髓40比起由第一断层图像36所表示的脊髓40更加实际垂直于断层图像的截面，所以第二检测器30可以检测脊髓40更多的截面形状。因此，能够以更高的精度来检测脊髓40的截面形状。

随后，在步骤S7中，控制器14确定断层图像的生成是否将要结束。如果检测到的脊髓40的截面形状数量与每个都包括了脊髓40的第二断层图像38的数量之间的比大于预定的比值，或者如果检测到的脊髓40的位置50的数量大于预定的数量，则控制器14判定断层图像的生成结束。可替代地，根据用户对未示出的命令输入单元的操作，或根据从步骤S8到步骤S11的处理是否已经重复了预定的次数，控制器14可确定断层图像的生成是否结束。

如果控制器14判定在步骤S7不会结束断层图像的生成，则在步骤S8中，图像生成器32通过对在步骤S5中最新生成的第二断层图像38进行插值来生成一个三维图像以使第一曲线46变直。具体来说，通过将以预定间距间隔的第二断层图像38相重叠而将第二断层图像38与所生成的曲线之间的交叉点沿直线布置，并且通过对第二断层图像38进行插值，从而图像生成器32生成了三维图像。所生成的三维图像包括如图7所示的脊髓40。在步骤S8中进行了插值处理的断层图像在接下来的循环中是在随后将要描述的步骤S 10中最新生成的断层图像。图像生成器32可从第二断层图像38中的脊髓区域的图像中生成脊髓的三维图像。

在以上描述中，通过对第二断层图像38进行插值来生成三维图像。然而，如果在步骤S5中生成的第二断层图像38相隔的预定间距被缩短，则可能通过重叠所生成的第二断层图像38使第一曲线46变直来生成三维图像，而不需要对第二断层图像38进行插值。

随后，在步骤S9中，以重叠第二断层图像来将第一曲线46转换成直线46S为前提，通过对在步骤S6中第二检测器30最新检测到的分别包括在第二断层图像38中的截面形状的位置进行插值，曲线生成器26生成了与检测到的脊髓40的截面形状的位置近似的第二曲线。换句话说，曲线生成器26通过对图8所示由第二检测器30检测到的脊髓40的截面形状的位置进行插值来生成第二曲线。

随后，在步骤S10中，断层图像生成器28从步骤S8中最新生成的三维图像中生成多个垂直于第二曲线的第三断层图像。具体来说，断层图像生成器28从三维图像中生成多个垂直于第二曲线的第三断层图像，这些第三断层图像沿第二曲线以预定间距间隔。

随后，在步骤S11中，第二检测器30对分别包括在第三断层图像中的脊髓40的截面形状进行检测。此后，控制返回到步骤S7。重复步骤S7到S11来增加具有脊髓40的期望截面形状的断层图像的数量与包括脊髓40的断层图像数量的比值。换句话说，通过重复步骤S7到S11来增加检测到的脊髓截面形状的数量与包括脊髓40的断层图像的数量之间的比值。

如果在步骤S7中控制器14判定要结束断层图像的生成，则在步骤S12中，输出单元16向外部输出最新生成的断层图像和检测到的脊髓40的截面形状的位置。输出单元16可提取并输出位于距检测到的截面形状位置预定范围内的断层图像的图像。可替代的，输出单元16可向外部电路输出并非最新生成的断层图像以及检测到的截面形状的位置，或者可输出所生成的三维图像。输出单元16或者可输出断层图像，或者可输出检测到的截面形状的位置。输出单元16可向未示出的显示装置输出断层图像，从而显示装置可显示断层图像。

从步骤S8到S11的处理用于将即使是进行了校正时也会示为曲线的脊髓的显示图像伸展为直线图像，并用于在脊髓40的截面形状未通过步骤S4到S6的处理而被充分检测到时通过重复类似于步骤S4到S6的处理来检测脊髓的截面形状。

修改：

本发明的以上实施例可进行以下修改：

(1)在图2所示的步骤S8中，图像生成器32可通过校正在步骤S1中获取的三维医学图像以使第一曲线46变直从而来生成三维图像。换句话说，图像生成器32可通过校正图5所示的三维医学图像来生成图7所示的三维图像。在下一循环的步骤S8中，图像生成器32通过校正先前生成的三维图像来生成新的三维图像。而且，通过生成第一曲线46和多个沿着与第一曲线46平行并相距确定距离的曲线的CPR(弯曲的平面修正)图像(弯曲的断层图像)，图像生成器32可生成使第一曲线46被校正成直线46S的三维图像。

(2)在步骤S4生成了第一曲线46之后，图像生成器32可通过校正在步骤S1中获取的三维医学图像以使第一曲线46转换成直线46S从而来生成三维图像，随后控制前进到步骤S5。在此情况下，在步骤S5中，断层图像生成器28从通过校正三维医学图像而产生的三维图像中生成多个垂直于直线46S的第二图像38。具体来说，断层图像生成器28从图7所示的三维图像中生成多个垂直于直线46S并沿直线46S相隔预定间距的第二断层图像38。在此情况下，不需要步骤S8。可通过生成第一曲线46和多个平行于第一曲线46的CPR图像来生成使第一曲线被校正成直线的三维图像。

在步骤S9中由曲线生成器26生成了第二曲线之后，图像生成器32从使得第一曲线46被校正成直线的三维图像中生成一个使得第二曲线被校正成直线的新的三维图像，随后控制前进到步骤S10。在此情况下，在步骤S10中，断层图像生成器28可从最新校正所产生的三维图像中生成多个垂直于直线的第三断层图像。

(3)在上述实施例中，脊髓40被描述为具有预定线性结构的器官的示例。可选择的，具有预定线性结构的器官还可以是脊柱、大动脉、大静脉、气管等。由于将脊髓40描述为具有线性结构的器官，则将第一断层图像36表示为轴向截面。然而，不同的线性结构器官具有不同方向的截面。换句话说，对于具有预定线性结构并且其方向通常在解剖学上确定的器官来说，第一断层图像36被表示为垂直于某一固定方向的截面。

(4)在上述实施例中，输出单元16仅在断层图像的生成完成时才输出断层图像等。然而，输出单元16可以在断层图像生成器28每次生成多个断层图像时或者在用户指示输出单元16输出断层图像等时输出断层图像等。例如，输出单元16可以在步骤S5或步骤S6之后立即输出断层图像等，和/或在步骤S10或步骤S11之后立即输出断层图像等。

(5)在上述实施例中，在步骤S6之后，控制进入到步骤S7来确定断层图像的生成是否将结束，并且如果断层图像的生成将要结束，则控制进入到步骤S12。然而，在步骤S6之后，控制可直接进入到步骤S12。

(6)修改(1)到修改(5)可以通过使它们的结合不缺少一致性的任何方式来结合。

尽管显示和详细描述的本发明的特定优选实施例，但应当理解在不超出所附权利要求范围的情况下可进行任何的变化和修改。

Claims (10)

1.一种断层图像生成设备(10)，包括：

断层图像获取器(22)，用于从三维医学图像中获取垂直于预定方向的多个第一断层图像(36)，所述三维医学图像包括具有预定线性结构的器官(40)；

第一检测器(24)，用于检测器官(40)的截面形状，这些截面形状分别包括在第一断层图像(36)中；

曲线生成器(26)，用于通过对检测到的器官(40)的截面形状的各个位置进行插值来生成第一曲线(46)作为一个近似曲线；以及

断层图像生成器(28)，用于从所述三维医学图像中生成垂直于第一曲线(46)的多个第二断层图像(38)。

2.根据权利要求1所述的断层图像生成设备(10)，还包括图像生成器(32)，用于通过对第二断层图像(38)进行插值来生成三维图像以将第一曲线(46)变成直线(46S)。

3.根据权利要求1所述的断层图像生成设备(10)，还包括图像生成器(32)，用于通过校正三维医学图像来生成三维图像以使得第一曲线(46)变成直线(46S)；

其中断层图像生成器(28)从三维图像中生成垂直于直线(46S)的第二断层图像(38)。

4.根据权利要求1所述的断层图像生成设备(10)，还包括图像生成器(32)，用于通过生成第一曲线(46)和多个沿着与第一曲线(46)平行的曲线弯曲的断层图像来生成三维图像以将第一曲线(46)变成直线(46S)；

其中断层图像生成器(28)从三维图像中生成垂直于直线(46S)的第二断层图像(38)。

5.根据权利要求2所述的断层图像生成设备(10)，还包括第二检测器(30)，用于检测器官(40)的截面形状，这些截面形状分别包括在第二断层图像(38)中。

6.根据权利要求5所述的断层图像生成设备(10)，其中曲线生成器(26)通过对第二检测器(30)检测到的器官(40)的截面形状的各个位置进行插值来生成第二曲线作为一个近似曲线；并且

断层图像生成器(28)生成与三维图像的第二曲线垂直的多个第三断层图像。

7.根据权利要求6所述的断层图像生成设备(10)，其中第二检测器(30)检测器官(40)的截面形状，这些截面形状分别包括在第三断层图像中。

8.根据权利要求1所述的断层图像生成设备(10)，其中器官(40)包括脊髓(40)、脊柱、大动脉、大静脉和气管中的任何一个。

9.一种使用计算机来生成器官(40)的断层图像的方法，所述器官(40)具有包括在三维医学图像中的预定线性结构，该方法包括步骤：

从三维医学图像中获取垂直于预定方向的多个第一断层图像(36)；

检测器官(40)的截面形状，这些截面形状分别包括在第一断层图像(36)中；

通过对检测到的器官(40)的截面形状的各个位置进行插值来生成第一曲线(46)作为一个近似曲线；以及

从所述三维医学图像中生成垂直于第一曲线(46)的多个第二断层图像(38)。

10.一种程序，用于使计算机作为以下功能装置：

断层图像获取器(22)，用于从三维医学图像中获取垂直于预定方向的多个第一断层图像(36)，所述三维医学图像包括具有预定线性结构的器官(40)；

第一检测器(24)，用于检测器官(40)的截面形状，这些截面形状分别包括在第一断层图像(36)中；

曲线生成器(26)，用于通过对检测到的器官(40)的截面形状的各个位置进行插值来生成第一曲线(46)；以及

断层图像生成器(28)，用于从所述三维医学图像中生成垂直于第一曲线(46)的多个第二断层图像(38)。

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