CN115210768A - 图像分割系统 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种医学系统(100、300)，包括显示器(112)和用户接口(114)。所述机器可执行指令(120)的运行使处理器(104)执行以下操作：接收(200)解剖结构(128、322)的三维医学图像数据(122)；接收(202)具有一个或多个参考定位(800)的三维分割结果(124)；显示(204)所述三维医学图像数据的至少一个二维切片(126)；绘制(206)所述三维分割结果的横截面(134)；提供(208)所述用户接口的控制元件(130)，所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径(806)的至少一个参考定位的一维位置；从所述控制元件接收(210)所述一维位置(137)；使用所述一维位置来调整(212)所述三维分割结果(124)；并且更新(214)对所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制。

Description

图像分割系统

技术领域

本发明涉及三维医学成像，特别涉及对三维医学图像的分割。

背景技术

在诸如磁共振成像(MRI)、计算机断层摄影(CT)和三维超声成像之类的各种医学成像技术中，可以分割三维图像数据以提供对解剖结构的定量测量。

美国专利申请US 2013/0050207 A1公开了一种用于导航三维(3D)图像的方法，所述方法包括：访问3D图像数据集，使用所述3D图像数据集来生成与3D分割结果相对应的3D网格，并且显示在所述3D网格上绘制3D图像强度的3D表面。

Valenzuela等人的期刊文章“FISICO:Fast Image SegmentatIon COrrection”(PLoS ONE 11(5)，2016年，e0156035，https://doi.org/10.1371/journal.pone.0156035)公开了使用二维交互对图像的三维形状校正和分割。使用轮廓映射来执行校正过程。用户能够选择任何轮廓点并在操纵后使用变形方法来计算新的形状。

发明内容

本发明在独立权利要求中提供了磁共振成像系统、计算机程序产品和方法。

三维分割系统的一个困难在于可能难以调整分割结果。可以例如以可理解的方式将用于表示分割结果的三维网格方便地可视化在二维屏幕上，但是可能难以同时对三维分割结果和测量的三维图像数据进行可视化。检查三维图像数据并将其与三维分割结果进行比较的当前方式是将三维图像数据的切片与显示的三维分割结果的横截面一起显示。

分割可以具有许多参数，例如，参考定位，例如，识别解剖界标的点，例如，解剖结构的点或平面。实施例提供了调整在所显示的切片之外的参考定位的定位或将参考定位的定位移动到所显示切片之外的手段。实施例提供了控制元件，例如，滑块或刻度盘，其允许沿着一维路径输入参考定位的一维位置。用户能够操纵控制元件并且三维横截面的横截面绘制结果被更新。一维路径能够被定义在模型内，也可以被定义在三维分割结果内。在一些情况下，三维分割结果能够用作定义三维分割结果与参考定位之间的几何关系的模型。

一些用于修改三维分割结果的现有方法使用医学图像的横截面和二维平面上的分割结果。然后系统的操作者能够选择分割结果的轮廓点并在二维平面内移动轮廓点。以这种方式修改三维分割结果有几个困难之处。首先，可能需要非常仔细地选择二维平面的位置。

例如，如果正在调整心脏分割结果，则心脏的顶点可能错误地位于分割结果之内或之外。为了仅使用二维平面来有效地调整分割结果，系统的用户不仅需要选择穿过正确的顶点定位的平面，而且还需要选择在分割结果中定义的顶点定位。

实施例可以通过提供控制元件来避免这个问题，所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径的至少一个参考定位的一维位置。所述一维路径不一定非要在观察医学图像的横截面和分割结果的二维切片内。这可以具有可以适当调整三维分割结果而不需要精确定位二维切片的优点。这可以具有使用户接口更符合人体工程学的益处。为了正确编辑三维分割结果，用户可以查看二维切片并调整控制元件，使得分割结果与在二维切片上显示的医学图像最佳匹配。这会需要关于用户的部分的较少配置和数据录入来正确调整三维分割结果。

通过直接操纵二维平面中的轮廓来调整三维分割结果的另一问题是：在对定义三维平面的轮廓的二维点进行移动之后，模型可能会更新其自身，使得当前的二维平面对于编辑分割结构不再有用。例如，系统的用户可能会花费大量时间来正确定位编辑三维分割结果所用的二维平面。一旦(例如使用变形方法)三维分割结果发生了更新，当前的二维平面对于进一步编辑来说可能不再有效。然后用户可能需要重新定位二维平面。

使用接收沿着预定一维路径的一维位置的控制元件可以消除或降低在调整三维分割结果期间迭代地重新定位三维医学成像数据和三维分割结果的二维切片的需求。这可以提供更符合人体工程学的用户接口。

在一个方面，本发明提供了一种医学系统，所述医学系统包括显示器和用户接口。所述医学系统还包括存储器，所述存储器包含机器可执行指令。所述医学系统还包括处理器，所述处理器被配置用于控制所述医学系统。所述机器可执行指令的运行使所述处理器接收描述解剖结构的三维医学图像数据。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器接收所述解剖结构的三维分割结果。可以从不同的地方接收三维分割结果。在一个示例中，可以从存储器中检索三维分割结果。

在另一示例中，可以从存储设备中检索三维分割结果，也可以经由网络接口从远程定位检索三维分割结果。在又一示例中，可以从用户接口接收三维分割结果。在其他示例中，在处理器接收到三维医学图像数据之后，自动分割算法可以提供三维分割结果。所述三维分割结果包括一个或多个参考定位。在本文中使用的参考定位是三维分割结果上的定义定位。这可以是例如在三维分割结果内识别的重要解剖界标或位置。

所述机器可执行指令的运行还使所述处理器使用所述显示器来显示所述三维医学图像数据的至少一个二维切片。可以以不同的方式提供三维医学图像数据的二维切片。在一些实例中，三维医学图像数据是在切片中采集的。在其他示例中，三维医学图像数据可以是完整的三维数据集，并且二维切片可以是该三维数据的横截面。

所述机器可执行指令的运行还使所述处理器在所述显示器上绘制所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的横截面。这样做的效果是参考定位的定位能够独立于参考定位是否在显示的切片内而移动。

所述机器可执行指令的运行还使所述处理器在所述用户接口上提供所述用户接口的针对所述至少一个参考定位的控制元件。所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径的所述至少一个参考定位的一维位置。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器从所述控制元件接收所述一维位置。

所述机器可执行指令的运行还使所述处理器使用所述一维位置来调整所述三维分割结果。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器在所述显示器上更新对所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制。

在该实施例中，控制元件提供用于移动至少一个参考定位的位置的手段。为了进行这种操作，提供了控制元件。然而，至少一个参考定位的运动并不是任意的；它是沿着预定一维路径的。可以关于三维分割结果来定义这种预定一维路径。这是有益的，因为它提供了调整未被包含在所显示的二维切片中的一个二维切片中的三维分割结果的重要参数的方法。这还可以具有进一步的益处，因为它提供了用于将参考定位移出所显示的二维切片的手段。

沿着预定一维路径移动至少一个参考定位还提供了用于以在解剖学上有意义的方式调整三维分割结果的手段。这不仅仅是点的任意移动，而且还是对可能影响所有二维切片视图的总量参数的调整。用户例如能够操纵控制元件，然后在绘制中对控制元件进行更新，并且可以调整控制元件而使总分割结果得到改善。

在本文中使用的医学系统在不同的示例中可以采取不同的形式。在一个示例中，医学系统可以是例如在放射科或其他医学中心中的工作站，在所述放射科或其他医学中心中，医学专业人员正在检查三维医学图像数据。在其他示例中，医学系统可以是用于处理大量医学成像数据的远程计算系统。在其他示例中，医学系统可以是与医学成像系统集成在一起并控制医学成像系统的工作站或其他计算机系统。例如，医学系统可以包括磁共振成像系统、超声系统或者甚至计算机断层摄影系统。

医学系统还可以被配置用于显示可变数量的二维切片。在一个示例中，可能仅显示单个切片，但即便如此，也能够通过用户操纵控制元件来改进分割结果。在其他示例中，可以显示多个切片。

在另一实施例中，所述一维路径是在所述三维分割结果内定义的。这可以是有用的，因为该实施方式可以拟合到现有数据。在这种情况下，然后以对在三维医学图像数据中描绘的解剖结构有意义的方式移动一维路径。

一维路径是在三维分割结果内定义的，这可以意味着一维路径是用于定义三维分割结果的模型的部分。例如，可以将分割结果定义为一个或多个解剖界标。一维路径可以例如穿过一个或多个解剖界标。在另一示例中，一维路径可以使其路径由拟合到一个或多个解剖界标的曲线或样条来定义。

一维路径是利用三维分割结果定义的，这可以意味着三维路径包含指定一维路径的定位的定义。

在另一实施例中，所述三维分割结果是通过使用所述一维位置来计算所述参考定位的矢量平移来调整的。所述三维分割结果还是通过以下操作来调整的：通过将所述矢量平移输入到三维编辑引擎中来更新所述三维分割结果。该实施例可以是有益的，因为当显示的二维投影不表示通过三维分割结果表示的整个三维空间时，可以使用用于执行对分割结果的全三维编辑的软件。例如，沿着路径的位置变化可以有助于生成矢量平移。

在另一实施例中，所述参考定位的所述矢量平移作为虚拟鼠标运动而被输入到所述三维编辑引擎中。在该示例中，被输入到三维编辑引擎的输入是模拟的鼠标运动或对分割的操纵结果。这还可以具有以下益处：当不显示三维视图时，可以使用为执行对分割的三维编辑而设计的现有软件。

在另一实施例中，所述三维分割结果是心脏分割结果。该实施例可以是有益的，因为对象的心脏具有非常明确的参考定位，这些参考定位需要针对心脏进行优化和拟合以执行准确的分割。

在另一实施例中，所述至少一个参考定位包括左心室心尖。

在另一实施例中，所述至少一个参考定位包括右心室心尖。

在另一实施例中，所述至少一个参考定位包括心室尖。

在另一实施例中，所述至少一个参考定位包括二尖瓣平面。

在另一实施例中，所述至少一个参考定位包括三尖瓣平面。

在另一实施例中，所述三维分割结果包括瓣膜平面。

在另一实施例中，所述至少一个参考定位包括以上各项的组合，只要它们不相互排斥即可。

在另一实施例中，所述三维医学图像数据的所述多个二维切片垂直于左心室的长轴。例如，所述至少一个参考定位可以是左心室心尖。在这种情况下，可以在二维切片中的每个二维切片中非常有效地调整分割结果。

在一些示例中，二维切片(以90°角)垂直于左心室的长轴。这可能是因为在对心脏的分割之后，基于解剖信息对三维医学图像数据进行了重新格式化。在另一场景中，切片可能大致垂直，因为它们是三维医学图像数据的最初采集的切片的平面。例如，可以以这样的方式设置采集，使得切片示出短轴切割穿过心脏。然而，在第二种情况下，对齐是粗略完成的，可能还存在某种剩余的未对齐状况。

在另一实施例中，所述三维分割结果是前列腺分割结果。该实施例可以是有益的，因为前列腺具有非常明确的解剖形状。然后可以通过修改至少一个参考定位来有效地修改前列腺的分割结果。

在另一实施例中，所述至少一个参考定位包括前列腺底。

在另一实施例中，所述前列腺分割结果还包括前列腺尖。

在另一实施例中，所述前列腺分割结果还包括前列腺中腺平面定位。

在另一实施例中，所述前列腺分割结果组合了任何上述前列腺分割结果参考定位。

在另一实施例中，所述参考定位包括顶点。

在另一实施例中，所述顶点是一个以上的顶点。

在另一实施例中，所述参考定位包括三角形。在一些变体中，所述参考定位是多个三角形。

在另一实施例中，所述参考定位包括解剖界标。

在另一实施例中，所述参考定位包括平面。例如，参考定位可以仅包括单个顶点或一组顶点。同样，可能仅指定一个三角形或一组三角形。类似地，多个解剖界标和平面也可以是参考定位。

在另一实施例中，所述至少一个二维切片是多个二维切片。多个所述多个二维切片被同时显示。这可以是有益的，因为它可以提供更有效地将至少一个参考定位移动到适当位置以优化分割结果的手段。

在另一实施例中，图形用户接口控件位于三维分割结果的横截面的绘制之外。该实施例可以具有以下益处：确保了能够以减少对二维横截面定位的需求的方式调整三维分割结果。

在另一实施例中，所述用户接口还被配置用于接收对在所述显示器上的所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的修改。例如，分割结果可以提供被放置到显示器上的轮廓或投影。用户例如能够拖动或以其他方式移动或操纵这些显示的横截面。

所述机器可执行指令的运行还使所述处理器从所述用户接口接收对所述横截面的所述修改。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器使用对所述横截面的所述修改来调整所述三维分割结果。例如，这可能涉及更新模型的其他部分或模型的位于被移动部分的特定位置或邻域内的其他部分。

在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还使所述处理器通过使用图像分割模块分割所述三维医学成像数据来提供所述三维分割结果。例如，在处理器接收到三维医学成像数据之后，可以将三维医学成像数据输入到图像分割模块中，所述图像分割模块可以例如自动运行。不同示例中的图像分割模块可以是许多不同类型中的一种类型。一些非限制性示例是基于解剖图谱的分割模块、优化拟合并具有能量约束的可变形形状分割模块，它还可以包括基于区域的分割模块、基于阈值的分割模块、基于边缘的分割，甚至是被训练为执行分割的神经网络。

例如，神经网络可以被配置为接收三维图像数据并作为响应而输出分割结果。然后可以使用在本文中描述的系统来改进或修改使用这些自动化方法中的一种方法执行的分割结果。

在另一实施例中，所述医学系统还包括医学成像系统，所述医学成像系统被配置用于从成像区采集所述三维医学成像数据。所述机器可执行指令的运行还被配置用于控制所述医学成像系统以采集所述三维医学成像数据。该实施例可以是有益的，因为它可以提供集成系统来采集医学成像数据并然后提供改善的分割结果。

在另一实施例中，所述医学成像系统是磁共振成像系统。

在另一实施例中，所述医学成像系统是计算机断层摄影系统。

在另一实施例中，所述医学成像系统是被配置用于提供三维医学成像数据的超声成像系统。

在另一方面，本发明提供了一种包括机器可执行指令的计算机程序产品，所述机器可执行指令用于由控制医学系统的处理器来运行。例如，计算机程序产品可以被包含在存储器、存储设备或者甚至非瞬态存储介质上。所述医学系统包括显示器和用户接口。所述机器可执行指令的运行使所述处理器接收描述解剖结构的三维医学图像数据。

所述机器可执行指令的运行还使所述处理器接收所述解剖结构的三维分割结果。所述三维分割结果包括一个或多个参考定位。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器使用所述显示器来显示所述三维医学图像数据的至少一个二维切片。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器在所述显示器上绘制所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的横截面。

所述机器可执行指令的运行还使所述处理器在所述用户接口上提供所述用户接口的针对所述至少一个参考定位的控制元件。所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径的所述至少一个参考定位的一维位置。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器从所述控制元件接收所述一维位置。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器使用所述一维位置来调整所述三维分割结果。所述机器可执行指令的运行还使所述处理器在所述显示器上更新对所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制。

在另一实施例中，所述机器可执行指令的运行还使所述处理器在所述三维分割结果已被更新之后保存所述三维分割结果。

在不同的示例中，控制元件可以采取不同的形式。由于控制元件用于控制沿着预定一维路径的至少一个参考定位的位置，因此可以使用能够提供一维坐标的任何控制元件。例如，可以使用滑块或刻度盘或数值输入。在其他示例中，一个控制元件可以用于将数据输入到一个以上的参考定位中。例如，如果有两个参考定位，则可以使用XY垫或平面以同时一维调整参考定位中的两个参考定位。

在另一方面，本发明提供了一种操作医学系统的方法。所述医学系统包括显示器和用户接口。所述方法包括接收描述解剖结构的三维医学图像数据。所述方法还包括接收所述解剖结构的三维分割结果。所述三维分割结果包括一个或多个参考定位。所述方法还包括使用所述显示器来显示所述三维医学图像数据的至少一个二维切片。所述方法还包括在所述显示器上绘制所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的横截面。

所述方法还包括在所述用户接口上提供所述用户接口的针对所述至少一个参考定位的控制元件。所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径的所述至少一个参考定位的一维位置。所述方法还包括从所述控制元件接收所述一维位置。所述方法还包括使用所述一维位置来调整所述三维分割结果。所述方法还包括在所述显示器上更新对所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制。

应当理解，可以组合本发明的前述实施例中的一个或多个实施例，只要所组合的实施例并不相互排斥即可。

本领域的技术人员将意识到，本发明的各方面可以被实施为装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采用以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或在本文中全部被通称为“电路”、“模块”或“系统”的组合了软件方面和硬件方面的实施例。此外，本发明的各方面可以采用被实施在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有被实施在其上的计算机可执行代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。本文使用的“计算机可读存储介质”涵盖可以存储能由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。计算机可读存储介质还可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还能够存储能够由计算设备的处理器访问的数据。计算机可读存储媒介的示例包括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪速存储器、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘以及处理器的寄存器文件。光盘的示例包括压缩盘(CD)和数字多用盘(DVD)，例如，CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语“计算机可读存储介质”还指能够由计算机设备经由网络或通信链路进行存取的各种类型的记录媒介。例如，可以在调制解调器上、在互联网上或在局域网上检索数据。可以使用任何适当的介质来传输在计算机可读介质上实施的计算机可执行代码，所述任何适当的介质包括但不限于：无线、有线、光纤缆线、RF等，或前项的任何合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的部分的、在其中实施计算机可执行代码的传播的数据信号。这样的经传播的信号可以采用各种形式中的任何形式，包括但不限于：电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是这样的任何计算机可读介质：所述计算机可读介质不是计算机可读存储介质并且能够传递、传播或传输用于由指令执行系统、装置或设备使用的程序或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序。

“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的示例。计算机存储器是能由处理器直接访问的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另外的示例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或者反之亦然。

本文使用的“处理器”涵盖能够运行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应被解读为可能包含一个以上的处理器或处理核。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统之内的或被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语“计算设备”也应被解读为可能指多个计算设备的集合或网络，所述多个计算设备中的每个计算设备均包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由可以在相同的计算设备之内或者甚至可以被分布在多个计算设备上的多个处理器来执行。

计算机可执行代码可以包括令处理器执行本发明的一方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本发明的各方面的操作的计算机可执行代码可以被写成一种或多种编程语言的任何组合，包括面向对象的编程语言(例如，Java、Smalltalk、C++等)和常规程序编程语言(例如，“C”编程语言或类似的编程语言)，并且被编译成机器可执行指令。在一些实例中，计算机可执行代码可以是高级语言的形式或是预编译的形式，并且可以与解读器联合使用，所述解读器在运行中生成机器可执行指令。

计算机可执行代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，所述网络包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。

参考根据本发明的实施例的流程图图示和/或方法、装置(系统)以及计算机程序产品的框图描述了本发明的各方面。应当理解，在适当时能够由计算机可执行代码形式的计算机程序指令来实施流程图、图示和/或框图的框的每个框或部分。还应当理解，当互不排斥时，可以对不同的流程图、图示和/或框图中的框进行组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的单元。

这些计算机程序指令也可以被存储在计算机可读介质中，所述计算机可读介质能够指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备来以特定方式起作用，使得被存储在计算机可读介质中的指令产生制造品，所述制造品包括实施在流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以引起要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤，从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程装置上运行的指令提供用于实施在流程图和/或一个或多个框图框中指定的功能/动作的过程。

本文使用的“用户接口”是允许用户或操作者与计算机或计算机系统交互的接口。“用户接口”还可以被称为“人机接口设备”。用户接口可以向操作者提供信息或数据和/或从操作者接收信息或数据。用户接口可以使得来自操作者的输入能够被所述计算机接收，并且可以从计算机向用户提供输出。换言之，用户接口可以允许操作者控制或操纵计算机，并且接口可以允许计算机指示操作者的控制或操纵的效果。在显示器或图形用户接口上显示数据或信息是向操作者提供信息的示例。通过键盘、鼠标、跟踪球、触控板、指点杆、图形输入板、操纵杆、游戏手柄、网络摄像头、头戴式设备、脚踏板、有线手套、遥控器以及加速度计来接收数据是使得能够从操作者接收信息或数据的用户接口部件的全部示例。

本文使用的“硬件接口”涵盖使得计算机系统的处理器能够与外部计算设备和/或装置交互和/或控制外部计算设备和/或装置的接口。硬件接口可以允许处理器向外部计算设备和/或装置发送控制信号或指令。硬件接口还可以使得处理器能够与外部计算设备和/或装置交换数据。硬件接口的示例包括但不限于：通用串行总线、IEEE 1394端口、并行端口、IEEE 1284端口、串行端口、RS-232端口、IEEE-488端口、蓝牙连接、无线局域网连接、TCP/IP连接、以太网连接、控制电压接口、MIDI接口、模拟输入接口以及数字输入接口。

本文使用的“显示器”或“显示设备”涵盖适于显示图像或数据的输出设备或用户接口。显示器可以输出视觉、听觉和/或触觉的数据。显示器的示例包括，但不限于：计算机监视器、电视屏幕、触摸屏、触觉电子显示器、盲文屏幕、阴极射线管(CRT)、存储管、双稳显示器、电子纸、矢量显示器、平板显示器、真空荧光显示器(VF)、发光二极管(LED)显示器、电致发光显示器(ELD)、等离子显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、投影仪以及头戴式显示器。

磁共振(MR)成像数据在本文中被定义为是在磁共振成像扫描期间使用磁共振装置的天线记录的对通过原子自旋发射的射频信号的测量结果。磁共振数据是医学图像数据的示例。磁共振成像(MRI)图像或MR图像在本文中被定义为是对在磁共振成像数据内包含的解剖数据重建的二维可视化或三维可视化。MR图像是三维医学图像数据的示例。能够使用计算机来执行这种可视化。

附图说明

下面将参考附图并且仅通过示例的方式描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1图示了医学系统的示例；

图2示出了图示操作图1的医学系统的方法的流程图；

图3图示了医学系统的另外的示例；

图4示出了图示操作图3的医学系统的方法的流程图；

图5图示了使用控制元件对三维分割结果的调整；

图6示出了将多个控制元件实施为GUI中的滑块的实施方式；

图7图示了与图6中的滑块相对应的一维路径；并且

图8图示了使用滑块对三维分割结果的修改。

附图标记列表

100 医学系统

102 计算机

104 处理器

106 硬件接口

108 用户接口

110 存储器

112 显示器

114 图形用户接口

120 机器可执行指令

122 三维医学图像数据

124 三维分割结果

126 二维切片的绘制

128 解剖结构

130 控制元件(滑块)

132 第一滑块位置

134 三维分割结果的横截面

136 第二滑块位置

137 一维位置

138 三维分割结果的经调整的横截面

200 接收描述解剖结构的三维医学图像数据

202 接收解剖结构的三维分割结果，其中，所述三维分割结果包括一个或多个参考定位；

204 使用显示器来显示三维医学图像数据的至少一个二维切片

206 在显示器上绘制至少一个二维切片内的三维分割结果的横截面

208 在用户接口上提供用户接口的针对至少一个参考定位的控制元件

210 从控制元件接收一维位置

212 使用一维位置来调整三维分割结果

214 在显示器上更新对至少一个二维切片内的三维分割结果的横截面的绘制

300 医学仪器

302 磁共振成像系统

304 磁体

306 磁体的膛

308 成像区

309 感兴趣区域

310 磁场梯度线圈

312 磁场梯度线圈电源

314 射频线圈

316 收发器

318 对象

320 对象支撑物

322 解剖结构

330 脉冲序列命令

332 磁共振成像数据

334 图像分割模块

400 控制医学成像系统以采集三维医学图像数据

402 使用图像分割模块来分割所述三维医学图像数据

500 被绘制的短轴图像(二维切片)

502 未被绘制的长轴图像

504 原始分割横截面

506 经调整的分割横截面

510 在滑块校正之前

512 在小滑块校正之后

514 在大滑块校正之后

516 在平面中进行手动鼠标编辑之后

700 针对顶点的路径

702 针对三尖瓣的路径

704 针对二尖瓣的路径

800 顶点的定位

802 分割结果

804 矢量平移

806 一维路径

808 二尖瓣的定位

810 一维定位

具体实施方式

在这些附图中，相同编号的元件要么是等效的元件，要么执行相同的功能。如果功能是等效的，则先前已经讨论过的元件将不必在后面的附图中再进行讨论。

图1图示了医学系统100的示例。所述医学系统被示为包括计算机102。计算机102包括处理器104。处理器104旨在表示位于一个或多个定位的一个或多个计算核心。处理器104因此可以是多个处理核心和/或芯片，并且可以位于在不同定位处的在物理上不同的计算机系统中。处理器104被连接到任选的硬件接口106。如果医学系统100包括额外的部件，则可以存在硬件接口106并且处理器104可以使用硬件接口106以控制硬件接口106。处理器104也被连接到用户接口108和存储器110。存储器110旨在表示处理器104可访问的任何类型的存储器。用户接口108被示为包括显示器112。在显示器上存在图形用户接口114。

存储器110被示为包含机器可执行指令120。机器可执行指令120包括使得处理器104能够执行各种控制任务、数据处理任务和图像处理任务的指令。存储器110还被示为包含三维医学图像数据122和分割结果124。分割结果124包含解剖结构的分割结果。在图形用户接口114中存在窗口，所述窗口示出三维医学图像数据122的二维切片126的绘制。在切片126内能够示出解剖结构128。

图形用户接口114也被示为包含控制元件130。在该示例中，控制元件130是滑块。框132表示处于第一位置的滑块。点划线134表示三维分割结果124的横截面。在该示例中，横截面134没有很好地拟合解剖结构128。然后用户将滑块移动到第二滑块位置136。分割结果然后被更新，使得分割结果现在是虚线138。这是三维分割结果124的经调整的横截面138。

当滑块130从第一位置132被移动到第二位置136时，一维位置137被存储在存储器110中。这个一维位置137用于通过沿着预定一维路径移动至少一个参考定位来更新分割结果。

图2示出了图示操作图1的医学系统100的方法的流程图。首先，在步骤200中，接收描述解剖结构的三维医学图像数据122。接下来，在步骤202中，接收解剖结构124的三维分割结果。三维分割结果包括一个或多个在二维切片126的绘制中不可见的参考定位。因此，用户在没有滑块130的情况下无法调整参考定位。替代地，用户可以使用滑块将参考定位移出所显示的二维切片126中的一个二维切片。

接下来，在步骤206中，在二维切片126内绘制三维分割结果134的横截面。接下来，在步骤208中，在用户接口114上提供控制元件130。在该示例中，仅提供了一个参考定位。在其他模型中，可能存在额外的滑块或额外的控件。然后用户将滑块从第一位置132调整到第二位置136，并且在步骤216中，从控制元件130接收一维位置。接下来，在步骤212中，使用该一维位置来调整三维分割结果。然后，在步骤214中，在二维切片126上更新横截面138的绘制。

图3图示了医学系统300的另外的示例。图3中的医学系统300类似于图1中的医学系统100，不同之处在于，它额外地包括磁共振成像系统302。显示器112也是医学系统300的部分，但并未在图3中示出。图3旨在是代表性的。也可以用其他类型的医学成像系统(例如，计算机断层摄影系统或超声成像系统)来代替磁共振成像系统302。

磁共振成像系统302包括磁体304。磁体304是超导圆柱型磁体，其具有穿过其中的膛306。也可以使用不同类型的磁体；例如，也可以使用剖分式圆柱形磁体和所谓的开放式磁体。剖分式圆柱形磁体与标准圆柱形磁体相似，不同之处在于，低温恒温器已被分成两部分以允许进入磁体的等平面，这种磁体例如可以与带电粒子束治疗结合使用。开放式磁体具有两个磁体部分，一个磁体部分在另一个磁体部分上方，这两个磁体部分之间具有足够的空间以接收对象：这两个部分的区域布置类似于亥姆霍兹线圈。开放式磁体之所以受欢迎，是因为对象受到的约束较小。在圆柱形磁体的低温恒温器内部具有超导线圈的集合。

在圆柱形磁体304的膛306内存在成像区308，其中，磁场足够强且均匀以执行磁共振成像。感兴趣区域309被示出在成像区308内。所采集的磁共振数据通常是针对感兴趣区域采集的。对象318被示为由对象支撑物320来支撑，使得对象318的至少部分在成像区308和感兴趣区域309内。

在感兴趣区域309内存在解剖结构322。在该示例中，对象318的解剖结构322是对象的心脏。也可以对其他器官或结构(例如，前列腺)进行成像。

在磁体的膛306内还有一组磁场梯度线圈310，这组磁场梯度线圈310用于采集初步磁共振数据以对磁体304的成像区308内的磁自旋进行空间编码。磁场梯度线圈310被连接到磁场梯度线圈电源312。磁场梯度线圈310旨在是代表性的。通常，磁场梯度线圈310包含三组独立的线圈，这三组独立的线圈用于在三个正交的空间方向上进行空间编码。磁场梯度电源向磁场梯度线圈供应电流。被供应给磁场梯度线圈310的电流根据时间的函数受到控制并且可以是斜坡变化的或脉冲变化的。

与成像区308邻近的是射频线圈314，所述射频线圈314用于操控成像区308内的磁自旋的取向并且用于接收来自也在成像区308内的自旋的无线电发射。射频天线可以包含多个线圈元件。射频天线也可以被称作通道或天线。射频线圈314被连接到射频收发器316。可以用单独的发射线圈和接收线圈以及单独的发射器和接收器来替代射频线圈314和射频收发器316。应当理解，射频线圈314和射频收发器316是代表性的。

射频线圈314还旨在表示专用的发射天线和专用的接收天线。同样地，收发器316也可以表示单独的发射器和接收器。射频线圈314还可以具有多个接收元件/发射元件，并且射频收发器316可以具有多个接收通道/发射通道。例如，如果执行诸如SENSE之类的并行成像技术，则射频线圈314将具有多个线圈元件。

收发器316和梯度控制器312被示为被连接到计算机系统102的硬件接口106。

存储器110还被示为包含脉冲序列命令330。脉冲序列命令使得处理器104能够控制磁共振成像系统以采集磁共振成像数据332。处理器可以将磁共振成像数据332重建成三维医学图像数据122。存储器110还被示为任选地包含图像分割模块334。图像分割模块334可以被配置为将三维医学图像数据122作为输入并且作为响应而输出三维分割结果124。如前所述，有多种方法可以实现这一点。

图4示出了图示操作图3的医学系统300的方法的流程图。图4中的方法开始于步骤400。在步骤400中，机器可执行指令120控制医学成像系统(在这种情况下是磁共振成像系统302)以采集三维医学图像数据122。在这个特定示例中，使用脉冲序列命令330来采集磁共振成像数据332，然后将磁共振成像数据332重建成三维医学图像数据122。接下来，在步骤402中，将三维医学图像数据122输入到图像分割模块334中，以便提供三维分割结果124。在此之后，所述方法然后进行到图2的步骤200，并且图4中的方法的其余部分遵循图2所示的方法。

一些示例可能涉及通过额外的GUI控件沿着视图平面的法线/平面外方向进行交互式3D网格编辑。

在MR应用中，3D编辑工具可能存在的问题是：在用户接口中只能逐切片进行编辑。这意味着通常只能在平面内编辑结果，例如在心脏MR或前列腺MR中就是这种情况。在心脏MR中，当示出短轴平面时，这不允许改变顶点或瓣膜平面的高度。例如，左心室(LV)可能被分割得太短，即，经分割的顶点位置高于实际顶点切片。在这种情况下，网格在实际顶点切片中甚至不可见。如果没有显示的网格轮廓，将无法进行编辑以将顶点下移到图像中的正确定位。

在另一示例中，可以将三维分割结果的调整拆分成两个部分。与3D网格的平面内交互仍可使用鼠标来完成。通过将来自3D网格的解剖信息与一维滑块GUI控制元件或其他控制元件进行组合来完成沿着法线方向的编辑。编辑的起点和方向是根据模型的解剖学背景来定义的。例如，为了移动顶点，以顶点位置为起点，并且顶点与二尖瓣之间的连接线定义方向。当移动滑块时，编辑算法会收到反馈信息，就好像鼠标沿着那个方向拖动了顶点位置一样。这样，网格得到更新，就好像顶点被向上/向下拖动一样。

总体而言，这使得能够通过保留3D网格的一致编辑工具包来控制平面内编辑和平面外编辑。

示例可以将交互编辑拆分为两个部分。在一些示例中，可以使用鼠标来完成与3D网格的平面内交互。可以通过将来自3D网格的解剖信息与一维滑块GUI或其他控制元件进行组合来完成利用在法线方向上的(不可忽略的)部分进行的编辑。编辑不一定非要精确沿着法线方向。编辑的起点和方向可以根据模型的解剖学背景来定义。例如，为了移动顶点，以顶点位置为起点，并且顶点与二尖瓣之间的连接线定义方向。当移动滑块时，编辑算法会收到反馈信息，就好像鼠标沿着那个方向拖动了顶点位置一样。这样，网格得到更新，就好像顶点被向上/向下拖动一样。

图5图示了当解剖结构是心脏时的具体示例。示出了四幅图像。顶行中的图像表示被绘制并被显示给对象的短轴图像。这些图像是用户接口上的二维切片的示例。底部图像502是沿着心脏的长轴且未被绘制的图像，但这里出于图示目的而示出了该图像。在第一列510中，显示了在校正之前的原始分割横截面504。列512示出了在小滑块校正之后更新的分割结果；内顶点开始移动到切片中。列414示出了在将内顶点轮廓移动到期望高度的大滑块校正之后更新的图像分割结果506。列516示出了在平面内进行手动切片编辑之后的进一步的校正。在此之后，可以再次使用顶点滑块在顶点高度方面调整最新网格。

在不同示例中可以修改控制元件130的行为。例如，在已经释放了滑块并且已经更新了网格之后的一种情况下，再次将滑块130直接重置到能够开始新的编辑的中心定位。

在另一种情况下，即使在释放了滑块之后，滑块也会保持在目标定位处，使得用户能够执行以下操作：

检查其他解剖定位(例如，滚动浏览切片)以了解当前网格位置的正确性，以及

进一步调整滑块。然后，这会修改先前的滑块编辑步骤(即，具有与前一步骤相同的初始网格，只是具有沿着一维轴的另一目标位置)，

在该示例中，滑块在下一次手动编辑时或在改变可能存在的其他滑块之一时被重置到中心定位。然后，在下一滑块移动时，将基于在该点处有效的网格来执行编辑，而且还基于该网格来重新计算所有界标。

图6图示了图形用户接口114的部分的示例。该示例也用于心脏，并且有三个滑块来修改顶点、二尖瓣和三尖瓣TV的位置。

图7图示了模型中的沿着图6所示的三个滑块中的每个滑块的一维路径的变化。路径700是针对LV顶点的路径。路径702是针对三尖瓣的一维路径。最后，路径704是针对二尖瓣的路径。随着这些滑块中的每个滑块的移动，会针对这种变化自动调整分割结果并且将更新绘制。

图7和图8：左图图示了GUI中的示例滑块控件。用户点击滑块并移动滑块，并且结果是网格中的结构正在移动。图8示出了受益于滑块编辑的示例结构(LV顶点700、瓣膜平面702、704)。这里在长轴视图中示出运动。如果根本没有可用的长轴视图，或者在长轴视图中没有可用的编辑，则滑块使得能够沿着这些方向进行编辑。

示例可以包括以下部件中的一个或多个部件：

显示单元：显示心脏MR图像以及分割结果的叠加物(即，经分割的3D网格)。图6示出了示例显示，其中示出了MR图像。通常，仅示出短轴图像(顶行)。

交互式3D编辑单元：允许通过直接在显示图像/网格上进行点击和拖动来与3D网格交互。典型使用方式：

用户查看具有叠加的分割结果的图像并识别要编辑的区域。

用户点击区域中心以进行编辑并按住鼠标按钮。

用户将鼠标拖动到所期望的位置，同时正在使所显示的网格发生动态变形，即，使起点周围的区域朝向新的鼠标位置移动。使网格在3D空间中变形。

用户在所期望的定位处释放鼠标按钮。

显示经变形的网格并使用经变形的网格来进行进一步分析，例如，体积计算。

从描述中能够看出，能够在与鼠标在所显示的平面中的移动相对应的方向上编辑网格。如果仅示出短轴剖切面，则例如能够将LV壁移入和移出，但不能上下移动。

滑块编辑单元：允许沿着所示出的短轴剖切面未启用的方向修改网格。这包括：

图形用户接口中的与解剖学定义的网格校正相对应的控件。通常，这能够是滑块控件，请参见图6和图7。针对心脏MR分割编辑的优选应用：

上下移动LV顶点

上下移动二尖瓣平面

上下移动三尖瓣平面

将与滑块控件的交互转换成虚拟鼠标移动的解剖单元。3D编辑引擎可以理解这些虚拟鼠标移动，但是由于缺少视图平面，用户无法直接执行这些虚拟鼠标移动。

根据分割模型的解剖学背景来确定顶点的位置p_顶点和二尖瓣的位置p_二尖瓣。

校正方向(虚拟鼠标运动)n_滑块被计算为归一化差分矢量

交互式编辑被初始化，就好像用户点击了p_顶点

然后用户调整滑块值d_滑块，所述滑块值d_滑块确定对顶点的编辑长度(虚拟鼠标移动)。由此，目标鼠标点被计算为p_当前＝p_顶点+d_滑块*n_滑块。该点p_当前然后被馈送到3D编辑引擎中，就好像用户将鼠标移到那里一样。

注意：在实践中，能够反转n_滑块的方向，使得正的滑块值使心室变长。

在一些示例中，仅显示平行(或大致平行)的切片。例如，可以呈现长轴视图(或其他视图)，但是可能仍然只能在其他视图中(即，在短轴视图中)进行编辑。因此，普遍缺少特定视图本身并不是示例有效的必要条件。

图8图示了滑块编辑的构思。点800表示左心室的顶点的定位。线802表示分割结果。点808表示二尖瓣808的平面内的位置。虚线806是在点800和808之间定义的一维路径。然后通过分割结果808定义一维路径806。当滑块移动时，沿着路径806定义一维位置810。这能够改变为矢量平移804，所述矢量平移804能够用于修改分割结果802。

虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实施对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实施在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分而供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统进行分布。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种医学系统(100、300)，包括：

显示器(112)；

用户接口(114)；

存储器(110)，其包含机器可执行指令(120)，以及

处理器(104)，其用于控制所述医学系统，其中，所述机器可执行指令的运行使所述处理器执行以下操作：

接收(200)描述解剖结构(128、322)的三维医学图像数据(122)；

接收(202)所述解剖结构的三维分割结果(124)，其中，所述三维分割结果包括一个或多个参考定位(800)，其中，所述一个或多个参考定位包括解剖界标；

使用所述显示器来显示(204)所述三维医学图像数据的至少一个二维切片(126)；

在所述显示器上绘制(206)所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的横截面(134)；

在所述用户接口上提供(208)所述用户接口的针对所述至少一个参考定位的控制元件(130)，其中，所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径(806)的所述至少一个参考定位的一维位置；

从所述控制元件接收(210)所述一维位置(137)；

使用所述一维位置来调整(212)所述三维分割结果(124)；并且

在所述显示器上更新(214)对所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制。

2.根据前述权利要求中的任一项所述的医学系统，其中，所述一维路径是在所述三维分割结果内定义的。

3.根据权利要求1或2所述的医学系统，其中，所述三维分割结果是通过以下操作调整的：

使用所述一维位置来计算所述参考定位的矢量平移(804)；并且

通过将所述矢量平移输入到三维编辑引擎中来更新所述三维分割结果。

4.根据权利要求3所述的医学系统，其中，所述参考定位的所述矢量平移作为虚拟鼠标运动而被输入到所述三维编辑引擎中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的医学系统，其中，所述三维分割结果是心脏分割结果，其中，所述至少一个参考定位包括以下各项中的任一项：左心室心尖、右心室心尖、心室尖、二尖瓣平面、三尖瓣平面、瓣膜平面，以及其组合。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的医学系统，其中，所述三维分割结果是前列腺分割结果，其中，所述至少一个参考定位包括以下各项中的任一项：前列腺底、前列腺尖、前列腺中腺平面定位，以及其组合。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的医学系统，其中，所述一个或多个参考定位还包括以下各项中的任一项：顶点、三角形、平面，以及其组合。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的医学系统，其中，所述至少一个二维切片是多个二维切片，其中，在所述显示器上的多个所述多个二维切片被同时显示。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的医学系统，其中，所述用户接口还被配置用于接收对在所述显示器上的所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的修改，其中，所述机器可执行指令的运行还使所述处理器执行以下操作：

从所述用户接口接收对所述横截面的所述修改；

使用对所述横截面的所述修改来调整所述三维分割结果；并且

更新对在所述显示器上的所述多个二维切片中的每个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制(516)。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的医学系统，其中，所述机器可执行指令的运行还使所述处理器通过使用图像分割模块分割(402)所述三维医学成像数据来提供所述三维分割结果。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的医学系统，其中，所述医学系统还包括医学成像系统(302)，所述医学成像系统被配置用于从成像区采集所述三维医学成像数据，其中，所述机器可执行指令的运行还被配置用于控制所述医学成像系统以采集所述三维医学图像数据。

12.根据权利要求11所述的医学系统，其中，所述医学成像系统是以下各项中的任一项：磁共振成像系统、计算机断层摄影系统，以及超声成像系统。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的医学系统，其中，在所述用户接口上的所述用户接口的针对所述至少一个参考定位的所述控制元件包括以下各项中的任一项：滑块、刻度盘、位于所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制之外的图形用户接口控件，以及其组合。

14.一种包括机器可执行指令(120)的计算机程序产品，所述机器可执行指令用于由控制医学系统(100、300)的处理器(104)来运行，其中，所述医学系统包括显示器(112)和用户接口(114)，

其中，所述机器可执行指令的运行使所述处理器执行以下操作：

接收(200)描述解剖结构的三维医学图像数据(122)；

接收(202)所述解剖结构的三维分割结果(124)，其中，所述三维分割结果包括一个或多个参考定位，其中，所述一个或多个参考定位包括解剖界标；

使用所述显示器来显示所述三维医学图像数据的至少一个二维切片(126)；

在所述显示器上绘制(206)所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的横截面(134)；

在所述用户接口上提供(208)所述用户接口的针对所述至少一个参考定位的控制元件(130)，其中，所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径(806)的所述至少一个参考定位的一维位置；

从所述控制元件接收(210)所述一维位置(137)；

使用所述一维位置来调整(212)所述三维分割结果(124)；并且

在所述显示器上更新(214)对所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制。

15.一种操作医学系统(100、300)的方法，其中，所述医学系统包括显示器(112)和用户接口(114)，其中，所述方法包括：

接收(200)描述解剖结构的三维医学图像数据(122)；

接收(202)所述解剖结构的三维分割结果(124)，其中，所述三维分割结果包括一个或多个参考定位，其中，所述一个或多个参考定位包括解剖界标；

使用所述显示器来显示所述三维医学图像数据的至少一个二维切片(126)；

在所述显示器上绘制(206)所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的横截面(134)；

在所述用户接口上提供(208)所述用户接口的针对所述至少一个参考定位的控制元件(130)，其中，所述控制元件被配置用于接收沿着预定一维路径(806)的所述至少一个参考定位的一维位置；

从所述控制元件接收(210)所述一维位置(137)；

使用所述一维位置来调整(212)所述三维分割结果(124)；并且

在所述显示器上更新(214)对所述至少一个二维切片内的所述三维分割结果的所述横截面的所述绘制。

Images