心肌運動解析裝置的制造方法
【專利說明】心肌運動解析裝置
[0001]本發(fā)明申請為申請日2011年7月19日的發(fā)明名稱為“運動對象輪廓跟蹤方法和裝置、心肌運動解析方法和裝置”的第201110209868.9號發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及計算機(jī)視覺領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種運動對象輪廓跟蹤方法和裝置以及一種心肌運動解析方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]運動對象，尤其是作變形運動的運動對象的輪廓提取是計算機(jī)視覺領(lǐng)域的一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。在實際應(yīng)用中，例如，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，從利用計算機(jī)斷層掃描(ComputedTomography, CT)設(shè)備、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)設(shè)備、超聲波(Ultrasound,UL)診斷裝置等醫(yī)療設(shè)備獲取的三維圖像時間序列中提取出生物器官或生物器官的一部分的輪廓，有利于后續(xù)對生物器官的各項參數(shù)的測量。
[0004]—些傳統(tǒng)的運動對象輪廓提取方法在各個時相(phase)中獨立地提取運動對象的輪廓。由于是各時相獨立地提取，可能在特定時相中發(fā)生提取錯誤。
[0005]—些基于運動跟蹤的其他方法追蹤運動對象在一個運動周期內(nèi)的輪廓。在這樣的方法中，有可能產(chǎn)生誤差累加，導(dǎo)致所獲得的第一個時相與最后一個時相的輪廓存在巨大差異。
[0006]另外，在心臟病學(xué)領(lǐng)域，通常利用核磁共振成像技術(shù)來提供心臟的三維圖像時間序列(3D+T)。醫(yī)生們對識別心室、心內(nèi)膜和心外膜以及解析心臟的運動很感興趣。根據(jù)識別出的心室、心內(nèi)膜和心外膜的輪廓可以測量心動周期不同階段的心室血容量(射血分?jǐn)?shù)(eject1n fract1n))、心室壁運動和壁厚特性等。根據(jù)心肌的運動運動矢量可以計算心肌的應(yīng)變和應(yīng)變力等參數(shù)。其中左心室(LV)特別重要，因為它將含氧血從心臟栗浦到整個身體的各個組織。
[0007]已經(jīng)開發(fā)了很多醫(yī)療運動圖像處理技術(shù)，以量化心肌運動。這些技術(shù)包括斑點跟蹤、心肌標(biāo)記、對心肌初始輪廓的登記和傳播輪廓以及各種心肌分割方法等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0009]本發(fā)明的一個目的是提供一種運動對象輪廓跟蹤方法和裝置，以從圖像片時間序列中準(zhǔn)確地提取運動對象的輪廓。本發(fā)明的另一目的是提供一種運動對象輪廓跟蹤方法和裝置，以從三維圖像時間序列中準(zhǔn)確地提取運動對象的輪廓。本發(fā)明的另一目的是提供一種心肌運動解析方法和裝置，以在醫(yī)學(xué)圖像片時間序列中穩(wěn)定地解析左心室的心肌的運動。本發(fā)明的另一目的是提供一種心肌運動解析方法和裝置，以在三維醫(yī)學(xué)圖像時間序列中穩(wěn)定地解析左心室的心肌的運動。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種運動對象輪廓跟蹤方法，用于在圖像片時間序列中跟蹤作周期性變形運動的運動對象的輪廓，所述圖像片時間序列包括分別在運動對象的一個運動周期中的多個時刻獲得的多個圖像片。所述方法包括:以運動對象在該圖像片時間序列中的預(yù)定圖像片中的初始輪廓作為起始輪廓，在第一時間方向上在所述圖像片時間序列中進(jìn)行輪廓跟蹤，以得到運動對象在所述圖像片時間序列中的每個圖像片中的第一輪廓，其中，以所述第一時間方向上的最后一個圖像片作為第一個圖像片的在前圖像片；以所述初始輪廓作為起始輪廓，在第二時間方向上在所述圖像片時間序列中進(jìn)行輪廓跟蹤，以得到運動對象在所述圖像片時間序列中的每個圖像片中的第二輪廓，其中，以所述第二時間方向上的最后一個圖像片作為第一個圖像片的在前圖像片；計算運動對象在所述預(yù)定圖像片中的第一輪廓與所述初始輪廓的相似度作為第一相似度，以及運動對象在所述預(yù)定圖像片中的第二輪廓與所述初始輪廓的相似度作為第二相似度；以及以在所述第一相似度與所述第二相似度中較大的一個所對應(yīng)的輪廓跟蹤方向上得到的各個圖像片中的輪廓，作為運動對象在相應(yīng)圖像片中的輪廓。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種運動對象輪廓跟蹤方法，用于在三維圖像時間序列中跟蹤作周期性變形運動的運動對象的輪廓，所述三維圖像時間序列包括分別在運動對象的一個運動周期中的多個時刻獲得的多個三維圖像，每個三維圖像由平行的多個二維圖像片構(gòu)成，且在所述多個三維圖像中同一位置的多個二維圖像片構(gòu)成一個圖像片時間序列。所述方法包括:使用根據(jù)本發(fā)明的上述方面的運動對象輪廓跟蹤方法來分別在每一個圖像片時間序列中跟蹤運動對象的輪廓。運動對象在同一時刻的所述多個二維圖像片中的輪廓構(gòu)成運動對象在該時刻的三維輪廓。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種心肌運動解析方法，用于在醫(yī)學(xué)圖像片時間序列中解析左心室的心肌的運動，所述圖像片時間序列包括分別在一個心動周期中的多個時刻針對所述左心室的與左心室的長軸相交的一個截面獲得的多個圖像片。所述方法包括:獲取左心室在每個圖像片中的心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓；將所述圖像片時間序列中的參考圖像片中的心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓上的輪廓點配置成多個關(guān)聯(lián)點對，每個關(guān)聯(lián)點對包含心內(nèi)膜輪廓上的一個輪廓點和心外膜輪廓上的一個輪廓點，并且每個關(guān)聯(lián)點對中的兩個輪廓點位于左心室壁在所述參考圖像片中的參考輪廓的同一條法線上；確定每個關(guān)聯(lián)點對在所述圖像片時間序列中的其他圖像片中的位置；以及根據(jù)所述多個關(guān)聯(lián)點對在所述圖像片時間序列中的相鄰圖像片中的位置來計算左心室的由心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓限定的心肌在所述相鄰圖像片之間的運動矢量。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種心肌運動解析方法，用于在三維醫(yī)學(xué)圖像時間序列中解析左心室的心肌的運動，所述三維醫(yī)學(xué)圖像時間序列包括分別在一個心動周期中的多個時刻獲得的多個三維圖像，每個三維圖像由與所述左心室的長軸相交的多個平行二維圖像片構(gòu)成，且在所述多個三維圖像中同一位置的多個二維圖像片構(gòu)成一個圖像片時間序列。所述方法包括:使用根據(jù)本發(fā)明的上述方面的心肌運動解析方法分別在每一個醫(yī)學(xué)圖像片時間序列中解析左心室的心肌的運動。心肌在同一時刻的所述多個二維圖像片中的運動構(gòu)成左心室在該時刻的運動。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種運動對象輪廓跟蹤裝置，用于在圖像片時間序列中跟蹤作周期性變形運動的運動對象的輪廓，所述圖像片時間序列包括分別在運動對象的一個運動周期中的多個時刻獲得的多個圖像片。所述裝置包括:輪廓跟蹤部件，被配置為:以運動對象在該圖像片時間序列中的預(yù)定圖像片中的初始輪廓作為起始輪廓，在第一時間方向上在所述圖像片時間序列中進(jìn)行輪廓跟蹤，以得到運動對象在所述圖像片時間序列中的每個圖像片中的第一輪廓，其中，以所述第一時間方向上的最后一個圖像片作為第一個圖像片的在前圖像片；以及以所述初始輪廓作為起始輪廓，在第二時間方向上在所述圖像片時間序列中進(jìn)行輪廓跟蹤，以得到運動對象在所述圖像片時間序列中的每個圖像片中的第二輪廓，其中，以所述第二時間方向上的最后一個圖像片作為第一個圖像片的在前圖像片；輪廓比較部件，被配置為計算運動對象在所述預(yù)定圖像片中的第一輪廓與所述初始輪廓的相似度作為第一相似度，以及運動對象在所述預(yù)定圖像片中的第二輪廓與所述初始輪廓的相似度作為第二相似度；以及輪廓校正部件，被配置為以所述輪廓跟蹤部件在所述第一相似度與所述第二相似度中較大的一個所對應(yīng)的輪廓跟蹤方向上得到的各個圖像片中的輪廓，作為運動對象在相應(yīng)圖像片中的輪廓。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種運動對象輪廓跟蹤裝置，用于在三維圖像時間序列中跟蹤作周期性變形運動的運動對象的輪廓，所述三維圖像時間序列包括分別在運動對象的一個運動周期中的多個時刻獲得的多個三維圖像，每個三維圖像由平行的多個二維圖像片構(gòu)成，且在所述多個三維圖像中同一位置的多個二維圖像片構(gòu)成一個圖像片時間序列。所述裝置包括:跟蹤部件，以根據(jù)本發(fā)明的上述方面的運動對象輪廓跟蹤裝置來實施，用于分別在每一個圖像片時間序列中跟蹤運動對象的輪廓。運動對象在同一時刻的所述多個二維圖像片中的輪廓構(gòu)成運動對象在該時刻的三維輪廓。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種心肌運動解析裝置，用于在醫(yī)學(xué)圖像片時間序列中解析左心室的心肌的運動，所述圖像片時間序列包括分別在一個心動周期中的多個時刻針對所述左心室的與左心室的長軸相交的一個截面獲得的多個圖像片。所述裝置包括:輪廓獲取部件，被配置為獲取左心室在每個圖像片中的心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓；關(guān)聯(lián)點對配置部件，被配置為:將所述圖像片時間序列中的參考圖像片中的心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓上的輪廓點配置成多個關(guān)聯(lián)點對，每個關(guān)聯(lián)點對包含心內(nèi)膜輪廓上的一個輪廓點和心外膜輪廓上的一個輪廓點，并且每個關(guān)聯(lián)點對中的兩個輪廓點位于左心室壁在所述參考圖像片中的參考輪廓的同一條法線上；關(guān)聯(lián)點對跟蹤部件，被配置為確定每個關(guān)聯(lián)點對在所述圖像片時間序列中的其他圖像片中的位置；以及運動矢量計算部件，被配置為根據(jù)所述多個關(guān)聯(lián)點對在所述圖像片時間序列中的相鄰圖像片中的位置來計算左心室的由心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓限定的心肌在所述相鄰圖像片之間的運動矢量。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種心肌運動解析裝置，用于在三維醫(yī)學(xué)圖像時間序列中解析左心室的心肌的運動，所述三維醫(yī)學(xué)圖像時間序列包括分別在一個心動周期中的多個時刻獲得的多個三維圖像，每個三維圖像由與所述左心室的長軸相交的多個平行二維圖像片構(gòu)成，且在所述多個三維圖像中同一位置的多個二維圖像片構(gòu)成一個圖像片時間序列。所述裝置包括:解析部件，以根據(jù)本發(fā)明的上述方面的心肌運動解析裝置來實施，并被配置為分別在每一個醫(yī)學(xué)圖像片時間序列中解析左心室的心肌的運動。心肌在同一時刻的所述多個二維圖像片中的運動構(gòu)成左心室在該時刻的運動。
[0018]另外，本發(fā)明的另一方面還提供了用于實現(xiàn)上述方法的計算機(jī)程序。
[0019]此外，本發(fā)明的另一方面還提供了至少計算機(jī)可讀介質(zhì)形式的計算機(jī)程序產(chǎn)品，其上記錄有用于實現(xiàn)上述方法的計算機(jī)程序代碼。
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點。在附圖中:
[0021]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的運動對象輪廓跟蹤方法的示意性流程圖；
[0022]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的所述實施例的運動對象輪廓跟蹤方法的一個應(yīng)用示例；
[0023]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的輪廓跟蹤步驟的示意性流程圖；
[0024]圖4示出輪廓感興趣區(qū)域和跟蹤單元的一個示例；
[0025]圖5示出歐幾里德坐標(biāo)系與極坐標(biāo)系的變換關(guān)系的示意圖；
[0026]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的獲取左心室的初始輪廓的示意性流程圖；
[0027]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的獲取左心室的心內(nèi)膜輪廓的示意性流程圖；
[0028]圖8a示出極坐標(biāo)系中的圖像片的灰度圖像的示例；
[0029]圖8b示出圖8a中的灰度圖像的水平投影的示例；
[0030]圖9示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的獲取左心室的初始輪廓的示意性流程圖；
[0031]圖10示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的獲取左心室的心外膜輪廓的示意性流程圖；
[0032]圖1la示出極坐標(biāo)系中的圖像片的邊緣圖像的示例；
[0033]圖1lb示出圖1la中的邊緣圖像的水平投影的示例；
[0034]圖12a示出在極坐標(biāo)系中獲得的心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓的示例；
[0035]圖12b示出圖12a中獲得的心內(nèi)膜輪廓和心外膜輪廓變換到原始圖像片中的示例；
[0036]圖13示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的運動對象輪廓跟蹤方法的示意性流程圖；
[0037]圖14示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的心肌運動解析方法的示意性流程圖；
[0038]圖15示出根據(jù)本發(fā)明的所述實施例的關(guān)聯(lián)點對的示例；
[0039]圖16示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的心肌運動分量的示意圖；
[0040]圖17示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對運動分量時間序列進(jìn)行平滑的示意圖；
[0041]圖18示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的心肌應(yīng)變視圖；
[0042]圖19示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的心肌運動解析方法的示意性流程圖；
[0043]圖20示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的運動對象輪廓跟蹤裝置的示意性框圖；
[0044]圖21示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的輪廓跟蹤部件的示意性框圖；
[0045]圖22示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的運動對象輪廓跟蹤裝置的示意性框圖；
[0046]圖23示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的初始輪廓獲取部件的示意性框圖；
[0047]圖24示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的心內(nèi)膜輪廓獲取部件的示意性框圖；
[0048]圖25示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的初始輪廓獲取部件的示意性框圖；
[0049]圖26示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的心外膜輪廓獲取部件的示意性框圖；
[0050]圖27示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的運動對象輪廓跟蹤裝置的示意性框圖；
[0051]圖28示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的心肌運動解析裝置的示意性框圖；
[0052]圖29示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的心肌運動解析裝置的示意性框圖；
[0053]圖30示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的心肌運動解析裝置的示意性框圖；
[0054]圖31示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的心肌運動解析裝置的示意性框圖；
[0055]圖32示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的心肌運動解析裝置的示意性框圖；以及
[0056]圖33示出可實施根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法/裝置的計算機(jī)結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0057]下面將參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0058]以下，將以下面的順序來描述示例性實施例。
[0059]1.運動對象輪廓跟蹤方法
[0060]2.用于三維圖像時間序列的運動對象輪廓跟蹤方法
[0061]3.心肌運動解析方法
[0062]4.用于三維醫(yī)學(xué)圖像時間序列的心肌運動解析方法
[0063]5.運動對象輪廓跟蹤裝置
[0064]6.用于三維圖像時間序列的運動對象輪廓跟蹤裝置
[0065]7.心肌運動解析裝置
[0066]8.用于三維醫(yī)學(xué)圖像時間序列的心肌運動解析裝置
[0067]9.可實施根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法/裝置的計算機(jī)結(jié)構(gòu)
[0068]〈1.運動對象輪廓跟蹤方法>
[0069]以下根據(jù)圖1至圖12b來描述根據(jù)本發(fā)明實施例的運動對象輪廓跟蹤方法。
[0070]根據(jù)本發(fā)明實施例的運動對象輪廓提取方法用于在圖像片時間序列中跟蹤作周期性變形運動的運動對象的輪廓。一個圖像片時間序列中包括分別在運動對象的一個運動周期中的多個時刻針對運動對象獲得的多個圖像片。應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明實施例的運動對象輪廓提取方法可以用于在各種類型的圖像片時間序列中跟蹤運動對象的輪廓。作為示例而不是限制，所述圖像片時間序列可以是根據(jù)通過醫(yī)療診斷裝置獲得的被檢測者的數(shù)據(jù)而形成的醫(yī)學(xué)圖像序列。這里所述的醫(yī)療診斷裝置包括但不限于:X射線成像診斷裝置、超聲波(UL)診斷成像裝置、計算機(jī)斷層掃描(CT)裝置、磁共振成像(MRI)診斷成像裝置、正電子發(fā)射斷層掃描(Positron Emiss1n Tomography, PET)裝置等。
[0071]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的運動對象輪廓跟蹤方法的示意性流程圖。在本實施例中，在兩個時間方向上分別跟蹤運動對象的輪廓，并使用可信度高的跟蹤結(jié)果作為運動對象的輪廓，從而提高了輪廓跟蹤的準(zhǔn)確性。
[0072]如圖1所示，在步驟SllO中，在第一方向上在圖像片時間序列中進(jìn)行輪廓跟蹤，以得到運動對象在每個圖像片中的第一輪廓。在進(jìn)行輪廓跟蹤時，以運動對象在圖像片時間序列中的預(yù)定圖像片中的初始輪廓作為起始輪廓，以第一時間方向上的最后一個圖像片作為第一個圖像片的在前圖像片。這里的第一時間方向可以是由先到后的時間流逝方向，也可以是由后到先的與時間流逝方向相反的方向。
[0073]由于運動對象是作周期性變形運動，并且圖像片時間序列包括在運動對象的一個運動周期中獲得的圖像片，因此，第一圖像片與最后一個圖像片也具有運動相關(guān)性，也就是說，運動對象在第一個圖像片與最后一個圖像片中的輪廓是相似的。因此，可以以第一時間方向上的最后一個圖像片作為第一個圖像片的在前圖像片，而不影響輪廓跟蹤的準(zhǔn)確性。
[0074]可以理解，這里的預(yù)定圖像片可以是圖像片時間序列中能夠容易地獲得相對準(zhǔn)確的初始輪廓的圖像片。預(yù)定圖像片可以人工指定，也可以根據(jù)預(yù)定的圖像片特征利用現(xiàn)有技術(shù)方法從圖像片時間序列中識別。
[0075]在步驟S120中，在第二方向上在圖像片時間序列中進(jìn)行輪廓跟蹤，以得到運動對象在每個圖像片中的第二輪廓。同樣，在進(jìn)行輪廓跟蹤時，以運動對象在所述預(yù)定圖像片中的初始輪廓作為起始輪廓。另外，以第二時間方向上的最