CN110269633A - 医学图像处理方法和计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种医学图像处理方法和计算机可读存储介质，该方法包括：基于成像组织的体积图像重建成像组织的二维剖面图像；沿二维剖面图像中的成像组织的中心线的法线方向对成像组织的CT值进行投影；以及，根据成像组织的CT值的投影结果对成像组织进行定位。
Description
技术领域
本发明涉及医学成像检测领域，具体地，涉及医学图像处理方法及计算机可读存储介质。
背景技术
在医学图像处理过程中，常需要从计算机断层扫描(CT)或者核磁共振(MR)等成像装置获得医学图像中检测出目标对象(或成像组织)的某些特征。例如，医生在诊断颈椎病变时，需要根据获得的人体颈椎的医学图像来确定椎间盘的位置信息，例如中心位置、倾斜角、厚度等。现有技术中，有时需要在操作界面上对图像进行手动操作才能得到上述位置信息。如图11所示，医生在scout(定位)图像扫描完成后,需要在颈椎的scout图像上手动地标定每个椎间盘的位置与倾斜角，然后进行轴扫描或者螺旋扫描以提取每个椎间盘附近的切片图像进行病灶分析，以此类方式而进行的检查因医师的经验与习惯不同会造成手动标定椎间盘参数也存在不同的误差。同时，手动标定的方式也造成医师大量的重复操作，耗时耗力。现有技术中虽然已经开发出了一些针对成像组织的自动检测技术，但是其识别和定位的精度有待进一步提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种医学图像处理方法，以便提升成像组织识别和定位的精确性与鲁棒性。
本发明一方面公开了一种医学图像处理方法，包括：
基于成像组织的体积图像重建成像组织的二维剖面图像；
沿二维剖面图像中的成像组织的中心线的法线方向对成像组织的CT值进行投影；以及，
根据成像组织的CT值的投影结果对成像组织进行定位。
本发明另一方面公开了一种计算机可读存储介质，其被配置为存储计算机程序，该计算机程序被配置为执行上述医学图像处理方法。
附图说明
以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步详细的描述。
图1示出了本发明实施例中提供的CT医学成像系统的示意图；
图2示出了本发明实施例提供的医学图像处理方法的流程图；
图3示出了根据本发明的示例性实施例获取的颈椎的定位图像。
图4示出了根据本发明的示例性实施例获取的颈椎的体积图像。
图5示出了根据本发明的示例性实施例获取的颈椎的矢状位二维剖面图像；
图6示出了根据本发明的示例性实施例获取的二值化图像；
图7示出了根据本发明的示例性实施例，沿着颈椎椎体的中心线的法线方向进行CT值投影的示意图；
图8示出了根据本发明的示例性实施例获取的椎间盘的分布序列的示意图；
图9示出了根据本发明示例性实施例确定椎间盘的位置中心、角度和厚度的示意图；
图10示出了根据本发明示例性实施例标定椎间盘位置的示意图；
图11示出了根据本发明示例性实施例沿标定方向进行图像重建获取的椎间盘的冠状位切片图像；
图12示出了现有技术中对颈椎进行CT成像和定位的流程图。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施例，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施例的所有特征均作详尽的描述。这些实施例并不意图限制本发明权利要求的范围，相反，这些实施例仅意图概述本发明的可能形式。实际上，本发明的主题可涵盖与下述实施例类似或不同的各种形式。
本发明提供了一种医学图像处理方法，该方法可在例如CT成像系统的计算机单元中被执行以基于扫描获得的图像对成像组织，例如人体的椎体进行精确定位。
图1为本发明实施例中的一种CT成像系统的示意图。如图1所示该CT成像系统可以包括扫描单元11，其包括扫描架111、该扫描架111形成有圆柱状扫描腔112以容纳患者以及支撑患者的患者台113。该扫描架111上相对地设置有球管114和探测器115，扫描架111旋转的过程中，球管114发射的X射线穿透人体组织后被探测器115接收，探测器115接收的X射线被转换为数字图像信号。
该CT成像系统进一步包括数据采集单元12，其用于采集该数字图像信号并将其作为CT原始图像数据传输至计算机单元13的图像重建单元131进行图像重建。
计算机单元中的图像处理单元132还可以对重建获得的图像进行进一步处理以满足医疗诊断的需求。并且，经重建或处理获得的图像可以输出至显示单元14进行显示。
计算机单元13还包括控制单元133，用于控制扫描单元11和数据采集单元12的工作参数、状态等。
图2为本发明提供的医学图像处理方法的一个实施例的流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤S21、S23和S25。
在步骤S21中，基于成像组织的体积图像重建成像组织的二维剖面图像，上述成像组织的体积图像可以包括多个连续获取的切片，其可以是基于CT螺旋扫描、CT轴扫描或其它扫描方式而获取，在进行CT螺旋扫描、周扫描之前，可以先进行低剂量的定位(Scout)扫描以获取人体平片，通过成像组织在平片中的位置可以确定扫描的感兴趣区域，进而通过上述的三维扫描方式获取成像组织的体积图像。
本实施例中，可以基于成像组织在不同切片中的位置生成该成像组织的二维剖面图，以人体椎体为例，该二维剖面图像可以为人体椎体的矢状面图像。
在步骤S23中，在该二维剖面图像中沿成像像部位的中心线的法线方向对成像组织的CT值进行投影。
具体地，在步骤S21中，可以基于成像组织在体积图像中的中心位置形成成像组织的中心线，并沿着该中心线生成二维剖面图像，这样，在生成的二维剖面图像中含有该中心线的信息。
在步骤S25中，根据成像组织的CT值的投影结果对该成像组织进行定位。
本发明以对椎体进行定位作为实施例，结合附图具体说明本发明的实施方式，本领域技术人员也可将本发明公开的定位方法应用于其他脊椎(例如胸椎、腰椎)、骨与骨间组织或其他成像组织的图像处理。
上述椎体包括椎骨和椎间盘。具体地，在步骤S25中，根据成像组织的CT值的投影结果对成像组织进行定位包括：获取投影结果中的峰值所在的位置，并将相邻的两个峰值所在位置之间的中心位置定位成与椎间盘位置。由于椎骨和椎间盘组织的CT值明显不同，体现在图像中时，椎骨组织部分较亮，椎间盘组织部分较暗，因此，在投影结果中，投影值的峰值处被视为椎骨位置，而相邻两个峰值之间的位置则被视为椎间盘。结合椎骨中心线法线方向进行这样的投影，可以快速、准确地定位椎间盘。
为了进一步对以上的椎间盘定位结果进行修正，还可以利用椎间盘和椎骨的常规特征(例如较均匀地间隔排列)，对确定的椎间盘位置进行调整。具体地，在步骤S25中，根据成像组织的CT值的投影结果对成像组织进行定位还包括：将相邻椎间盘位置之间的间距与预先确定的最大阈值和最小阈值进行比较，当相邻两个椎间盘位置之间的间距小于该最小阈值，剔除该相邻两个椎间盘位置中的一个；当相邻两个椎间盘位置之间的间距大于所述最大阈值，在该相邻两个椎间盘位置之间增加新的椎间盘位置。这样，可以消除因金属或病变导致的椎间盘的误检或漏检，使得检测结果更加鲁棒。
上述最大阈值和最小阈值可以为动态阈值，该动态阈值可以根据当前患者的多个相邻椎间盘位置之间的间距的中值来动态地确定，例如对该中值增加适当的值作为最大阈值，减小适当的值作为最小阈值。
该动态阈值还可以基于云端来获取，例如，在云端基于记录的多个患者的椎间盘位置的间距的中值来确定该动态阈值，当然，该多个患者可以是根据患者信息与当前患者自动匹配的患者，或者是根据患者的椎间盘形状、间距等与当前患者的椎间盘自动匹配的患者。上述云端可以通过云网络与计算机单元13的图像处理单元132进行数据传输。
可选地，在步骤S23之前还可以包括：对二维剖面图像中的成像组织的CT值进行二值化分割，例如，对大于特定值的CT值赋予1，对小于或等于特定值的CT值赋予0，通过这种方式，使得能够以更高的投影效率获得更准确的定位结果。
可选地，在步骤S25中，根据成像组织的CT值的投影结果对成像组织进行定位还进一步包括：根据椎间盘位置和与其相邻的椎骨的图像特征确定椎间盘的中心位置、椎间盘的倾斜角度以及椎间盘的厚度。具体地，可以利用例如图像灰度梯度信息与椎体边缘的连续性特点，得到与每个椎间盘相邻的两个椎骨的上下边缘与角点位置，进而精准确定每个椎间盘的三维参数信息，包括上述椎间盘的中心位置、椎间盘的倾斜角度(例如椎间盘相对于水平线的倾斜角度)和椎间盘的厚度。
下面以对患者的颈椎进行CT成像和处理以定位颈椎椎间盘为例对本发明做进一步描述：
图3-9为本发明实施例中在对该颈椎进行CT成像和处理的不同阶段获得的图像。先通过CT成像系统的扫描单元对患者颈部进行定位扫描(也称Scout扫描、平扫等)，获得如图3所示的定位图像。基于该定位图像，可以通过计算机单元手动或自动地确定感兴趣区域，本示例中，该感兴趣区域包括患者的颈椎。
扫描单元12基于该感兴趣区域对患者进行螺旋扫描，计算机单元13中的图像重建单元131根据螺旋扫描数据进行图像重建，获取如图4所示的体积图像。
基于该体积图像，计算机单元13中的图像处理单元132可以在该体积图像的各切片(Slice)中识别颈椎并确定该颈椎的中心位置，即颈椎的中心在该体积图像的位置。基于识别结果和中心位置的确定结果，可以重建如图5所示的颈椎的矢状位二维剖面图像。从该矢状位二维剖面图像中可以清楚地看出颈椎椎体垂直分布在椎体中心线上。
图像处理单元132进一步对该矢状位二维剖面图像中的颈椎椎体进行二值分割，获取如图6所示的二值化图像。其中位于图像中心的多个白色不规则四边形为颈椎椎骨，白色椎骨之间的黑色缝隙为颈椎椎间盘。
如图7所示，图像处理单元在二值化图像中在椎体的中心线附近选取目标区域，该目标区域至少能够涵盖椎骨和椎间盘，沿椎体中心线的法线方向(例如箭头所示)投影二值化后的颈椎椎体的CT值(即法线方向上的CT值的累加值)。获取多个峰值位置，在此过程中，可以仅保留投影结果在零值与正值交叉点处的峰值位置，将最近相邻的两个峰值位置之间的中心初步定位成椎间盘位置。以此类推，当完成目标区域内所有的颈椎椎间盘的位置的定位后，可以预估出如图8所示的椎间盘位置原始分布序列。上述“最近相邻”是指，如图7所示，对于当前峰值，其具有两个相邻峰值，其中一个相邻峰值较远，另一个较近，而本实施例中，将较近的相邻峰值作为当前峰值的最近相邻的峰值。
如上所述，为了使得椎间盘定位的结果更加精准，当完成了上述目标区域内的所有椎间盘位置定位后还可以进一步修订上述定位的结果。如图8上图所示，图像处理单元132将椎间盘的中心曲线法线方向的CT值投影峰值作为椎间盘宽度，根据初步预估的每个椎间盘的位置，计算并统计每个椎间盘与其相邻椎间盘的间距，通过颈椎椎间盘分布统计算法对该原始分布序列进行处理而得到如图8下图所示的修正后的椎间盘的分布序列。例如，将多个相邻椎间盘的间距的中值作为主间距，并基于主间距设定动态阈值，即最大阈值和最小阈值，若初步计算的相邻颈椎椎间盘间距小于最小阈值，则剔除该相邻颈椎椎间盘位置(如图8上图中的干扰值位置)中的一个，若大于最大阈值，则插入一个椎间盘位置(如图8上图中的缺失值位置)，获得如图8下图所示的分布序列。
进一步地，如图9所示，在二值化图像中，图像处理单元132针对每个椎间盘，利用图像灰度梯度信息可以找到其左侧两个角点(P1，P2)、右侧两个角点(P3，P4)以及左侧两个角点(P1，P2)的连线的中心点、右侧两个角点(P3，P4)的连线的中心点，并由该两个中心点生成直线，该直线即被确定为平分两个椎骨的中心线，该直线相对于两个中心点之间的中心位置(O)为椎间盘的中心位置，该直线的倾斜角为椎间盘的倾斜角，计算椎间盘的中心位置(O)到两个椎体的最短距离之和而得到的值即为椎间盘的厚度。
确定椎间盘位置后，通过图像处理单元在该二值化图像上标示出椎间盘位置，以例如图10所示白色线段标示颈椎间盘位置并在显示单元14上进行显示。
基于标示的椎间盘位置，可以沿该标示方向重建切片图像，以获得如图11所示的椎间盘的冠状位切片图像，以供医生进行病灶分析。
本领域技术人员应当理解，上述各阶段中，在二值化图像基础上所做的图像处理，也可以被代替为：直接在未经二值化处理的该二维剖面图像上进行。
本发明的实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其可以安装在上述CT成像系统的计算机单元中，并用以存储计算机程序，该计算机程序至少被配置为执行上述的医学图像处理方法，其中包括执行以下步骤：
基于成像组织的体积图像重建成像组织的二维剖面图像；
沿该二维剖面图像中的成像组织的中心线的法线方向对成像组织的CT值进行投影；以及，
根据成像组织的CT值的投影结果对该成像组织进行定位。
进一步地，在对成像组织的CT值进行投影之前，该计算机程序还被配置为：对二维剖面图像中的成像组织进行CT值的二值化分割。
进一步地，该计算机程序还被配置为：基于成像组织的中心在该体积图像中的位置在该二维剖面图像中确定成像组织的中心线。
进一步地，该成像组织包括椎体，所述椎体包括椎骨和椎间盘，该计算机程序还被配置为：获取投影结果中的峰值所在的位置，并将相邻的两个峰值所在的位置之间的中心位置定位成椎间盘位置。
进一步地，该计算机程序还被配置为：将相邻椎间盘位置之间的间距与最大阈值和最小阈值进行比较，当相邻两个椎间盘位置之间的间距小于所述最小阈值，剔除所述相邻两个椎间盘位置中的一个；当相邻两个椎间盘位置之间的间距大于所述最大阈值，在所述相邻两个椎间盘位置中增加新的椎间盘位置。
进一步地，该计算机程序还被配置为：根据多个相邻椎间盘位置之间的间距的中值动态地确定上述最大阈值和最小阈值。
进一步地，该最大阈值是根据当前患者的所述椎体的多个相邻椎间盘位置之间的间距的中值确定的，或者，是根据从云端获取的多个患者的椎体的多个相邻椎间盘位置之间的中值确定的。
进一步地，该计算机程序还被配置为：根据椎间盘位置和与其相邻的椎骨的图像特征确定椎间盘的位置中心、倾斜角度以及厚度。
本发明的实施例可以基于三维重建图像生成成像组织的二维剖面图，并基于沿成像组织的中心线的法线方向获得的CT值的投影、定位、修正成像组织的位置信息，实现了高精度全自动提取临床图像，为医生快速分析病灶提供准确的图像信息。
以上，参照附图说明了本发明的医学图像处理装置和处方法的优选实施方式，但是上述本发明不仅仅局限于上述示例性实施方式和附图，本领域技术人员能够在本申请所公开的技术思想范围内想到各种替代，变更和修正的实施方式也都落入本申请要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种医学图像处理方法，其特征在于，包括：
基于成像组织的体积图像重建成像组织的二维剖面图像；
沿所述二维剖面图像中的成像组织的中心线的法线方向对所述成像组织的CT值进行投影；以及，
根据成像组织的CT值的投影结果对所述成像组织进行定位。
2.根据权利要求1所述的医学图像处理方法，其特征在于，在对所述成像组织的CT值进行投影之前还包括：
对二维剖面图像中的成像组织进行CT值的二值化分割。
3.根据权利要求1所述的医学图像处理方法，其特征在于，基于成像组织的体积图像重建成像组织的二维剖面图像包括：
基于所述成像组织的中心在所述体积图像中的位置在所述二维剖面图像中确定所述成像组织的中心线。
4.根据权利要求1所述的医学图像处理方法，其特征在于，所述成像组织包括椎体，所述椎体包括椎骨和椎间盘，根据成像组织的CT值的投影结果对所述成像组织进行定位包括：获取投影结果中的峰值所在的位置，并将相邻的两个峰值所在的位置之间的中心位置定位成椎间盘位置。
5.根据权利要求4所述的医学图像处理方法，其特征在于，根据成像组织的CT值的投影结果对所述成像组织进行定位还包括：
将相邻椎间盘位置之间的间距与最大阈值和最小阈值进行比较，当相邻两个椎间盘位置之间的间距小于所述最小阈值，剔除所述相邻两个椎间盘位置中的一个；当相邻两个椎间盘位置之间的间距大于所述最大阈值，在所述相邻两个椎间盘位置中增加新的椎间盘位置。
6.根据权利要求5所述的医学图像处理方法，其特征在于，还包括：根据多个相邻椎间盘位置之间的间距的中值动态地确定所述最大阈值和最小阈值。
7.根据权利要求6所述的医学图像处理方法，其特征在于，所述最大阈值是根据当前患者的所述椎体的多个相邻椎间盘位置之间的间距的中值确定的。
8.根据权利要求6所述的医学图像处理方法，其特征在于，所述最大阈值是根据根据从云端获取的多个患者的椎体的多个相邻椎间盘位置之间的中值确定的。
9.根据权利要求4所述的医学图像处理方法，其特征在于，根据成像组织的CT值的投影结果对所述成像组织进行定位还包括：
根据椎间盘位置和与其相邻的椎骨的图像特征确定椎间盘的位置中心、倾斜角度以及厚度。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质被配置为存储计算机程序，所述计算机程序被配置为执行权利要求1-9任一项所述的方法。
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