自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，包括以下步驟：步驟S1、輸入同一被檢查對象前后兩次肺結(jié)節(jié)檢測圖像即兩組圖像；步驟S2、對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)檢測得到各自的肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息；步驟S3：對兩組圖像進(jìn)行剛體配準(zhǔn)使得圖像位置信息對齊；步驟S4：對兩組圖像進(jìn)行非剛體配準(zhǔn)，得到肺部的形變場信息；步驟S5：利用肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息與形變場信息對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)匹配，獲得匹配結(jié)果。如此設(shè)置，可以自動匹配肺結(jié)節(jié)，而且改善了匹配精度，實現(xiàn)了智能精準(zhǔn)診斷。
【專利說明】
自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域斷層掃描(Computed Tomography，簡稱CT)圖像的處理，尤其涉及圖像中肺結(jié)節(jié)的匹配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于計算機(jī)斷層掃描技術(shù)能夠提供高清晰度、高對比度的CT圖像，通常被應(yīng)用于肺部疾病的診斷。借助胸部CT觀察肺部結(jié)構(gòu)及功能特征是當(dāng)今臨床針對肺部各種疾病的重要輔助手段，原始的胸部CT圖像通常包括背景、肺組織、脂肪、肌肉、血管、氣管、骨骼等，為了向醫(yī)生提供可靠的診斷數(shù)據(jù)，利于及早發(fā)現(xiàn)及治療患者病情，通常需要對胸部CT圖像進(jìn)行后續(xù)處理，提取即分割出肺組織圖像。
[0003]在獲得不同時期的肺組織圖像后，醫(yī)院的放射科醫(yī)生需要綜合不同時期的兩幅圖像的信息，從而對肺部疾病進(jìn)行識別和定位。然而，病人在兩次圖像獲取之間的呼吸作用會使肺部的位置發(fā)生細(xì)微變化，大大增加了醫(yī)生診斷的難度，甚至可能導(dǎo)致誤診情況的出現(xiàn)。因此，需要一種配準(zhǔn)的方法對兩個不同時期CT圖像中的肺組織和肺結(jié)節(jié)進(jìn)行對準(zhǔn)，從而改善醫(yī)生的診斷過程。
[0004]醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法分為剛性配準(zhǔn)方法和非剛性配準(zhǔn)方法。其中剛性配準(zhǔn)方法由醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)框架決定，包括三個部分，變換模型，測度函數(shù)，優(yōu)化策略。由于剛性配準(zhǔn)方法僅是形變配準(zhǔn)的預(yù)配準(zhǔn)步驟，因此簡單效率高的方法更適合做剛性預(yù)配準(zhǔn)方法。梯度下降法是最常見最早使用的優(yōu)化策略算法，由于其簡單、計算復(fù)雜度低且適用于任何維度的圖像配準(zhǔn)中，因此傳統(tǒng)的剛性配準(zhǔn)算法經(jīng)常采用梯度下降法。在同模態(tài)尤其是多模態(tài)圖像間的配準(zhǔn)中，互信息是最常用的一種相似性測度函數(shù)。其主要優(yōu)點(diǎn)是無需建立具體的依賴關(guān)系，可以建模復(fù)雜的相互映射關(guān)系。這種靈活性使得互信息成為多模態(tài)配準(zhǔn)常用測度函數(shù)。然而互信息與兩幅圖像的重疊有關(guān)，因此在配準(zhǔn)的過程中兩幅圖像重疊時會出現(xiàn)局部極值從而導(dǎo)致配準(zhǔn)的失敗。多分辨率方法采用由粗到精的策略，通常用來提高配準(zhǔn)性能減少局部極值。但是對于三維圖像配準(zhǔn)來說，隨著配準(zhǔn)精確性的提高，計算復(fù)雜度也大大增加，無法同時做到精確性和高效性。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有的肺結(jié)節(jié)匹配方法需要加以改善，提升匹配的速度和精度，滿足醫(yī)學(xué)診斷對肺結(jié)節(jié)圖像的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，用于改善肺結(jié)節(jié)匹配的效果O
[0007]為了實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟S1、輸入同一被檢查對象前后兩次肺結(jié)節(jié)檢測圖像即兩組圖像；
[0009]步驟S2、對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)檢測得到各自的肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息；
[0010]步驟S3:對兩組圖像進(jìn)行剛體配準(zhǔn)使得圖像位置信息對齊；
[0011]步驟S4:對兩組圖像進(jìn)行非剛體配準(zhǔn)，得到肺部的形變場信息；
[0012]步驟S5:利用肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息與形變場信息對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)匹配，獲得匹配結(jié)果。
[0013]優(yōu)選地，步驟S5包括:輸入所述兩組圖像即參考圖像與浮動圖像的肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息與形變場信息；以參考圖像為標(biāo)準(zhǔn)定義每個肺結(jié)節(jié)的匹配對標(biāo)記為空;把浮動圖像中的肺結(jié)節(jié)壓進(jìn)堆棧并進(jìn)行遍歷；對每個參考圖像中肺結(jié)節(jié)與浮動圖像遍歷中的肺結(jié)節(jié)比較，記錄下比較結(jié)果以及對應(yīng)的參考圖象中的肺結(jié)節(jié)標(biāo)記;在匹配對標(biāo)記中查找以上標(biāo)記是否存在，判斷查找結(jié)果，查找結(jié)果若是不存在，匹配此標(biāo)記;返回肺結(jié)節(jié)匹配結(jié)果。
[0014]優(yōu)選地，步驟S5中的比較是指對每個參考圖像中肺結(jié)節(jié)與浮動圖像遍歷中的肺結(jié)節(jié)進(jìn)行距離的計算。
[0015]優(yōu)選地，所述距離的計算是絕對距離的計算。
[0016]優(yōu)選地，步驟S5中記錄下比較結(jié)果是指記錄下最短距離。
[0017]優(yōu)選地，在所述判斷查找結(jié)果步驟中，查找結(jié)果如存在，對比與已存在標(biāo)記的距離，選取距離更短的肺結(jié)節(jié)作為匹配對。
[0018]優(yōu)選地，自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法還包括步驟S6:輸出匹配結(jié)果。
[0019]優(yōu)選地，肺結(jié)節(jié)檢測圖像是通過計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)來獲得，所述計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)包括:輸入單元，用于獲取醫(yī)學(xué)圖像;分割單元，用于分割所述醫(yī)學(xué)圖像，獲取同一目標(biāo)區(qū)域的若干個分割結(jié)果圖像;特征提取單元，用于提取所述分割結(jié)果的特征，形成特征池;分類單元，用于分類器根據(jù)所述特征池在所述目標(biāo)區(qū)域完成肺結(jié)節(jié)檢測。
[0020]優(yōu)選地，所述肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息包括肺結(jié)節(jié)中心的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，形變場信息包括圖像在對應(yīng)的形變場上X、Y、Z三個方向的形變分量。
[0021]本發(fā)明通過步驟S2-S5，實現(xiàn)自動把被檢查對象前后兩次所檢測到的結(jié)節(jié)匹配起來，方便醫(yī)生診斷;而且實現(xiàn)精確配準(zhǔn)進(jìn)行匹配，匹配的準(zhǔn)確度高。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例中肺結(jié)節(jié)檢測圖像的示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實施例中自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法的流程示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例中步驟S5的流程示意圖。
[0025]圖4為計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0027]請參考圖1所示，本發(fā)明實施例中的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法可以運(yùn)用于計算機(jī)輔助檢測(Computer assisted detect1n,CAD)，從而顯著提升肺結(jié)節(jié)的匹配精度，減輕醫(yī)生的工作量，提高工作效率，大大降低誤診率，所述方法具體包括以下步驟:
[0028]步驟S1、輸入同一被檢查對象前后兩次肺結(jié)節(jié)檢測圖像即兩組圖像。
[0029]肺結(jié)節(jié)檢測圖像可以通過CT設(shè)備對胸部或者肺部進(jìn)行CT掃描成像獲得，肺結(jié)節(jié)(Lung Nodule，簡稱結(jié)節(jié))通常是肺癌早期最重要的表現(xiàn)形式，呈現(xiàn)為局灶性的、類圓形的、直徑小于或等于3厘米，周圍完全由含氣肺組織所包繞的病變，肺結(jié)節(jié)在CT圖像上服從高斯分布的特征，肺結(jié)節(jié)邊緣毛刺是判斷結(jié)節(jié)良性和惡性的重要指標(biāo)。請參考圖1所示，圖中圓形所示部分為檢測出的肺結(jié)節(jié)。所述圖像可以為符合業(yè)界DICOM標(biāo)準(zhǔn)格式的CT序列圖像。前后兩次可以是指間隔一定時期的兩次。
[0030]同一被檢查對象的肺部在不同時間進(jìn)行CT掃描獲得肺結(jié)節(jié)檢測圖像時，由于呼吸運(yùn)動、采集所處的空間位置的差異而產(chǎn)生一定的差異，具體表現(xiàn)在位置特征、形狀特征、灰度特征、紋理特征等。肺結(jié)節(jié)的形狀差異具體可以體現(xiàn)在面積、周長、長軸長度、短軸長度、偏心率、圓形度、矩形度、扁長度等。
[0031]所述位置特征通?？梢杂梅谓Y(jié)節(jié)中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)分別與肺部圖像中心橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)之間的距離來表示。
[0032]步驟SI中的肺結(jié)節(jié)檢測圖像可以通過計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)來獲得，所述計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)包括:輸入單元，用于獲取醫(yī)學(xué)圖像，例如CT序列圖像；
[0033]分割單元，用于分割所述醫(yī)學(xué)圖像，獲取同一目標(biāo)區(qū)域的若干個分割結(jié)果圖像；
[0034]特征提取單元，用于提取所述分割結(jié)果的特征，形成特征池；
[0035]分類單元，用于分類器根據(jù)所述特征池在所述目標(biāo)區(qū)域完成肺結(jié)節(jié)檢測。
[0036]肺結(jié)節(jié)還可以通過以下步驟獲得:
[0037]a)初始檢測獲得候選結(jié)節(jié)；
[0038]b)提取所述候選結(jié)節(jié)圖像的3D特征；
[0039]c)以候選結(jié)節(jié)的中心為球心，產(chǎn)生有序均勻視點(diǎn)，并從所述有序均勻視點(diǎn)重構(gòu)候選結(jié)節(jié)的2D再生圖像，并提取2D特征，其中，從有序均勻視點(diǎn)重構(gòu)候選結(jié)節(jié)的2D再生圖像，并提取2D特征，具體包括如下步驟:
[0040]Cl)確定對所述候選結(jié)節(jié)中心且與視線垂直的平面上的圖像作為所述視點(diǎn)的2D再生圖像；
[0041]c2)對每個所述2D再生圖像，使用基于區(qū)域的活動輪廓模型對所述候選結(jié)節(jié)進(jìn)行分割；
[0042]c3)計算各分割區(qū)域圖像的2D特征；
[0043]d)使用所述2D特征和所述3D特征對候選結(jié)節(jié)進(jìn)行分類，區(qū)分候選結(jié)節(jié)為結(jié)節(jié)或假陽性。
[0044]步驟S2、對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)檢測得到各自的肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息；步驟S2中結(jié)節(jié)的中心點(diǎn)信息可以包括:結(jié)節(jié)中心的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)。在替代的實施例中，步驟S2中結(jié)節(jié)檢測算法得到的可以不是各自的結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息，也可以是靠近結(jié)節(jié)中心的點(diǎn)的信息。
[0045]步驟S3:對兩組圖像進(jìn)行剛體配準(zhǔn)，使得圖像位置信息對齊，也就是使兩組圖像層方向上的位置對齊在一起。剛體配準(zhǔn)(Rigid body transformat1n)通常包括兩組圖像之間進(jìn)行平移變換或/及旋轉(zhuǎn)變換。
[0046]步驟S4:對兩組圖像進(jìn)行非剛體配準(zhǔn)，得到肺部精確的形變場信息；
[0047]非剛體配準(zhǔn)(Non-Rigid body transformat1n)通常包括:仿射變換、投影變換、非線性變換。
[0048]形變場信息可以為圖像在對應(yīng)的形變場上X、Y、Z三個方向的形變分量。形變場是指圖像域的向量，每個像素有三個元素，分別表示在Χ、γ、ζ方向上這個像素的位移。因此將形變場作用在某圖像上之后，將會獲取一個各個像素位移后的新圖像。對應(yīng)的形變場是指一個與圖像瑋度大小一致的形變場，對圖像上任意一點(diǎn)的形變場信息包括X、Y、Z三個方向的形變分量。
[0049]步驟S5:利用肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息與形變場信息對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)匹配，獲得匹配結(jié)果。步驟S5具體包括以下步驟:
[0050]輸入所述兩組圖像即參考圖像與浮動圖像的肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息與形變場信息；
[0051]以參考圖像為標(biāo)準(zhǔn)定義每個結(jié)節(jié)的匹配對標(biāo)記為空；
[0052 ]把浮動圖像中的結(jié)節(jié)壓進(jìn)堆棧并進(jìn)行遍歷；
[0053]對每個參考圖像中的結(jié)節(jié)與浮動圖像遍歷中的結(jié)節(jié)進(jìn)行絕對距離的計算，記錄下最短距離以及對應(yīng)的參考圖象中的結(jié)節(jié)標(biāo)記；
[0054]在匹配對標(biāo)記中查找以上標(biāo)記是否存在，如不存在，匹配此對標(biāo)記；如存在，對比與已存在標(biāo)記的距離，選取距離更短的結(jié)節(jié)作為匹配對；
[0055]返回結(jié)節(jié)匹配結(jié)果。
[0056]前述自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法還包括步驟S6:輸出匹配結(jié)果。
[0057]本發(fā)明上述實施例的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法可以在例如計算機(jī)軟件、硬件或計算機(jī)軟件與硬件的組合的計算機(jī)可讀取介質(zhì)中加以實施。對于硬件實施而言，本發(fā)明中所描述的實施例可在一個或多個專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、數(shù)字信號處理器件(DAPD)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、用于執(zhí)行上述功能的其它電子裝置或上述裝置的選擇組合來加以實施。在部分情況下，這類實施例可以通過控制器進(jìn)行實施。
[0058]對軟件實施而言，本發(fā)明中所描述的實施例可通過諸如程序模塊(procedures)和函數(shù)模塊(funct1ns)等獨(dú)立的軟件模塊來加以實施，其中每一個模塊執(zhí)行一個或多個本文中描述的功能和操作。軟件代碼可通過在適當(dāng)編程語言中編寫的應(yīng)用軟件來加以實施，可以儲存在內(nèi)存中，由控制器或處理器執(zhí)行。
[0059]雖然本發(fā)明已參照當(dāng)前的具體實施例來描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，在沒有脫離本發(fā)明精神的情況下還可作出各種等效的變化或替換，因此，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)對上述實施例的變化、變型都將落在本申請的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，包括以下步驟: 步驟S1、輸入同一被檢查對象前后兩次肺結(jié)節(jié)檢測圖像即兩組圖像； 步驟S2、對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)檢測得到各自的肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息； 步驟S3:對兩組圖像進(jìn)行剛體配準(zhǔn)使得圖像位置信息對齊； 步驟S4:對兩組圖像進(jìn)行非剛體配準(zhǔn)，得到肺部的形變場信息； 步驟S5:利用肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息與形變場信息對兩組圖像進(jìn)行肺結(jié)節(jié)匹配，獲得匹配結(jié)果。2.如權(quán)利要求1所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，步驟S5包括:輸入所述兩組圖像即參考圖像與浮動圖像的肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息與形變場信息；以參考圖像為標(biāo)準(zhǔn)定義每個肺結(jié)節(jié)的匹配對標(biāo)記為空;把浮動圖像中的肺結(jié)節(jié)壓進(jìn)堆棧并進(jìn)行遍歷;對每個參考圖像中肺結(jié)節(jié)與浮動圖像遍歷中的肺結(jié)節(jié)比較，記錄下比較結(jié)果以及對應(yīng)的參考圖象中的肺結(jié)節(jié)標(biāo)記；在匹配對標(biāo)記中查找以上標(biāo)記是否存在，判斷查找結(jié)果，查找結(jié)果若是不存在，匹配此標(biāo)記;返回肺結(jié)節(jié)匹配結(jié)果。3.如權(quán)利要求2所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，步驟S5中的比較是指對每個參考圖像中肺結(jié)節(jié)與浮動圖像遍歷中的肺結(jié)節(jié)進(jìn)行距離的計算。4.如權(quán)利要求3所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，所述距離的計算是絕對距離的計算。5.如權(quán)利要求3所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，步驟S5中記錄下比較結(jié)果是指記錄下最短距尚。6.如權(quán)利要求3所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，在所述判斷查找結(jié)果步驟中，查找結(jié)果如存在，對比與已存在標(biāo)記的距離，選取距離更短的肺結(jié)節(jié)作為匹配對。7.如權(quán)利要求1所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法還包括步驟S6:輸出匹配結(jié)果。8.如權(quán)利要求1所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，肺結(jié)節(jié)檢測圖像是通過計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)來獲得，所述計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)包括:輸入單元，用于獲取醫(yī)學(xué)圖像；分割單元，用于分割所述醫(yī)學(xué)圖像，獲取同一目標(biāo)區(qū)域的若干個分割結(jié)果圖像;特征提取單元，用于提取所述分割結(jié)果的特征，形成特征池;分類單元，用于分類器根據(jù)所述特征池在所述目標(biāo)區(qū)域完成肺結(jié)節(jié)檢測。9.如權(quán)利要求1所述的自動匹配肺結(jié)節(jié)的方法，其特征在于，所述肺結(jié)節(jié)中心點(diǎn)信息包括肺結(jié)節(jié)中心的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，形變場信息包括圖像在對應(yīng)的形變場上X、Y、Z三個方向的形變分量。
【文檔編號】G06T7/00GK105913442SQ201610283503
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】馬杰延, 于文君, 王策, 黎維娟
【申請人】上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司