心肌运动解析装置的制造方法
【专利说明】心肌运动解析装置
[0001]本发明申请为申请日2011年7月19日的发明名称为“运动对象轮廓跟踪方法和装置、心肌运动解析方法和装置”的第201110209868.9号发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及计算机视觉领域，更具体而言，涉及一种运动对象轮廓跟踪方法和装置以及一种心肌运动解析方法和装置。
【背景技术】
[0003]运动对象，尤其是作变形运动的运动对象的轮廓提取是计算机视觉领域的一项具有挑战性的任务。在实际应用中，例如，在医学领域，从利用计算机断层扫描(ComputedTomography, CT)设备、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)设备、超声波(Ultrasound,UL)诊断装置等医疗设备获取的三维图像时间序列中提取出生物器官或生物器官的一部分的轮廓，有利于后续对生物器官的各项参数的测量。
[0004]—些传统的运动对象轮廓提取方法在各个时相(phase)中独立地提取运动对象的轮廓。由于是各时相独立地提取，可能在特定时相中发生提取错误。
[0005]—些基于运动跟踪的其他方法追踪运动对象在一个运动周期内的轮廓。在这样的方法中，有可能产生误差累加，导致所获得的第一个时相与最后一个时相的轮廓存在巨大差异。
[0006]另外，在心脏病学领域，通常利用核磁共振成像技术来提供心脏的三维图像时间序列(3D+T)。医生们对识别心室、心内膜和心外膜以及解析心脏的运动很感兴趣。根据识别出的心室、心内膜和心外膜的轮廓可以测量心动周期不同阶段的心室血容量(射血分数(eject1n fract1n))、心室壁运动和壁厚特性等。根据心肌的运动运动矢量可以计算心肌的应变和应变力等参数。其中左心室(LV)特别重要，因为它将含氧血从心脏栗浦到整个身体的各个组织。
[0007]已经开发了很多医疗运动图像处理技术，以量化心肌运动。这些技术包括斑点跟踪、心肌标记、对心肌初始轮廓的登记和传播轮廓以及各种心肌分割方法等。
【发明内容】
[0008]在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0009]本发明的一个目的是提供一种运动对象轮廓跟踪方法和装置，以从图像片时间序列中准确地提取运动对象的轮廓。本发明的另一目的是提供一种运动对象轮廓跟踪方法和装置，以从三维图像时间序列中准确地提取运动对象的轮廓。本发明的另一目的是提供一种心肌运动解析方法和装置，以在医学图像片时间序列中稳定地解析左心室的心肌的运动。本发明的另一目的是提供一种心肌运动解析方法和装置，以在三维医学图像时间序列中稳定地解析左心室的心肌的运动。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种运动对象轮廓跟踪方法，用于在图像片时间序列中跟踪作周期性变形运动的运动对象的轮廓，所述图像片时间序列包括分别在运动对象的一个运动周期中的多个时刻获得的多个图像片。所述方法包括:以运动对象在该图像片时间序列中的预定图像片中的初始轮廓作为起始轮廓，在第一时间方向上在所述图像片时间序列中进行轮廓跟踪，以得到运动对象在所述图像片时间序列中的每个图像片中的第一轮廓，其中，以所述第一时间方向上的最后一个图像片作为第一个图像片的在前图像片；以所述初始轮廓作为起始轮廓，在第二时间方向上在所述图像片时间序列中进行轮廓跟踪，以得到运动对象在所述图像片时间序列中的每个图像片中的第二轮廓，其中，以所述第二时间方向上的最后一个图像片作为第一个图像片的在前图像片；计算运动对象在所述预定图像片中的第一轮廓与所述初始轮廓的相似度作为第一相似度，以及运动对象在所述预定图像片中的第二轮廓与所述初始轮廓的相似度作为第二相似度；以及以在所述第一相似度与所述第二相似度中较大的一个所对应的轮廓跟踪方向上得到的各个图像片中的轮廓，作为运动对象在相应图像片中的轮廓。
[0011]根据本发明的另一方面，提供了一种运动对象轮廓跟踪方法，用于在三维图像时间序列中跟踪作周期性变形运动的运动对象的轮廓，所述三维图像时间序列包括分别在运动对象的一个运动周期中的多个时刻获得的多个三维图像，每个三维图像由平行的多个二维图像片构成，且在所述多个三维图像中同一位置的多个二维图像片构成一个图像片时间序列。所述方法包括:使用根据本发明的上述方面的运动对象轮廓跟踪方法来分别在每一个图像片时间序列中跟踪运动对象的轮廓。运动对象在同一时刻的所述多个二维图像片中的轮廓构成运动对象在该时刻的三维轮廓。
[0012]根据本发明的另一方面，提供了一种心肌运动解析方法，用于在医学图像片时间序列中解析左心室的心肌的运动，所述图像片时间序列包括分别在一个心动周期中的多个时刻针对所述左心室的与左心室的长轴相交的一个截面获得的多个图像片。所述方法包括:获取左心室在每个图像片中的心内膜轮廓和心外膜轮廓；将所述图像片时间序列中的参考图像片中的心内膜轮廓和心外膜轮廓上的轮廓点配置成多个关联点对，每个关联点对包含心内膜轮廓上的一个轮廓点和心外膜轮廓上的一个轮廓点，并且每个关联点对中的两个轮廓点位于左心室壁在所述参考图像片中的参考轮廓的同一条法线上；确定每个关联点对在所述图像片时间序列中的其他图像片中的位置；以及根据所述多个关联点对在所述图像片时间序列中的相邻图像片中的位置来计算左心室的由心内膜轮廓和心外膜轮廓限定的心肌在所述相邻图像片之间的运动矢量。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种心肌运动解析方法，用于在三维医学图像时间序列中解析左心室的心肌的运动，所述三维医学图像时间序列包括分别在一个心动周期中的多个时刻获得的多个三维图像，每个三维图像由与所述左心室的长轴相交的多个平行二维图像片构成，且在所述多个三维图像中同一位置的多个二维图像片构成一个图像片时间序列。所述方法包括:使用根据本发明的上述方面的心肌运动解析方法分别在每一个医学图像片时间序列中解析左心室的心肌的运动。心肌在同一时刻的所述多个二维图像片中的运动构成左心室在该时刻的运动。
[0014]根据本发明的另一方面，提供了一种运动对象轮廓跟踪装置，用于在图像片时间序列中跟踪作周期性变形运动的运动对象的轮廓，所述图像片时间序列包括分别在运动对象的一个运动周期中的多个时刻获得的多个图像片。所述装置包括:轮廓跟踪部件，被配置为:以运动对象在该图像片时间序列中的预定图像片中的初始轮廓作为起始轮廓，在第一时间方向上在所述图像片时间序列中进行轮廓跟踪，以得到运动对象在所述图像片时间序列中的每个图像片中的第一轮廓，其中，以所述第一时间方向上的最后一个图像片作为第一个图像片的在前图像片；以及以所述初始轮廓作为起始轮廓，在第二时间方向上在所述图像片时间序列中进行轮廓跟踪，以得到运动对象在所述图像片时间序列中的每个图像片中的第二轮廓，其中，以所述第二时间方向上的最后一个图像片作为第一个图像片的在前图像片；轮廓比较部件，被配置为计算运动对象在所述预定图像片中的第一轮廓与所述初始轮廓的相似度作为第一相似度，以及运动对象在所述预定图像片中的第二轮廓与所述初始轮廓的相似度作为第二相似度；以及轮廓校正部件，被配置为以所述轮廓跟踪部件在所述第一相似度与所述第二相似度中较大的一个所对应的轮廓跟踪方向上得到的各个图像片中的轮廓，作为运动对象在相应图像片中的轮廓。
[0015]根据本发明的另一方面，提供了一种运动对象轮廓跟踪装置，用于在三维图像时间序列中跟踪作周期性变形运动的运动对象的轮廓，所述三维图像时间序列包括分别在运动对象的一个运动周期中的多个时刻获得的多个三维图像，每个三维图像由平行的多个二维图像片构成，且在所述多个三维图像中同一位置的多个二维图像片构成一个图像片时间序列。所述装置包括:跟踪部件，以根据本发明的上述方面的运动对象轮廓跟踪装置来实施，用于分别在每一个图像片时间序列中跟踪运动对象的轮廓。运动对象在同一时刻的所述多个二维图像片中的轮廓构成运动对象在该时刻的三维轮廓。
[0016]根据本发明的另一方面，提供了一种心肌运动解析装置，用于在医学图像片时间序列中解析左心室的心肌的运动，所述图像片时间序列包括分别在一个心动周期中的多个时刻针对所述左心室的与左心室的长轴相交的一个截面获得的多个图像片。所述装置包括:轮廓获取部件，被配置为获取左心室在每个图像片中的心内膜轮廓和心外膜轮廓；关联点对配置部件，被配置为:将所述图像片时间序列中的参考图像片中的心内膜轮廓和心外膜轮廓上的轮廓点配置成多个关联点对，每个关联点对包含心内膜轮廓上的一个轮廓点和心外膜轮廓上的一个轮廓点，并且每个关联点对中的两个轮廓点位于左心室壁在所述参考图像片中的参考轮廓的同一条法线上；关联点对跟踪部件，被配置为确定每个关联点对在所述图像片时间序列中的其他图像片中的位置；以及运动矢量计算部件，被配置为根据所述多个关联点对在所述图像片时间序列中的相邻图像片中的位置来计算左心室的由心内膜轮廓和心外膜轮廓限定的心肌在所述相邻图像片之间的运动矢量。
[0017]根据本发明的另一方面，提供了一种心肌运动解析装置，用于在三维医学图像时间序列中解析左心室的心肌的运动，所述三维医学图像时间序列包括分别在一个心动周期中的多个时刻获得的多个三维图像，每个三维图像由与所述左心室的长轴相交的多个平行二维图像片构成，且在所述多个三维图像中同一位置的多个二维图像片构成一个图像片时间序列。所述装置包括:解析部件，以根据本发明的上述方面的心肌运动解析装置来实施，并被配置为分别在每一个医学图像片时间序列中解析左心室的心肌的运动。心肌在同一时刻的所述多个二维图像片中的运动构成左心室在该时刻的运动。
[0018]另外，本发明的另一方面还提供了用于实现上述方法的计算机程序。
[0019]此外，本发明的另一方面还提供了至少计算机可读介质形式的计算机程序产品，其上记录有用于实现上述方法的计算机程序代码。
【附图说明】
[0020]本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中:
[0021]图1示出根据本发明的一个实施例的运动对象轮廓跟踪方法的示意性流程图；
[0022]图2示出根据本发明的所述实施例的运动对象轮廓跟踪方法的一个应用示例；
[0023]图3示出根据本发明的一个实施例的轮廓跟踪步骤的示意性流程图；
[0024]图4示出轮廓感兴趣区域和跟踪单元的一个示例；
[0025]图5示出欧几里德坐标系与极坐标系的变换关系的示意图；
[0026]图6示出根据本发明的一个实施例的获取左心室的初始轮廓的示意性流程图；
[0027]图7示出根据本发明的一个实施例的获取左心室的心内膜轮廓的示意性流程图；
[0028]图8a示出极坐标系中的图像片的灰度图像的示例；
[0029]图8b示出图8a中的灰度图像的水平投影的示例；
[0030]图9示出根据本发明的另一个实施例的获取左心室的初始轮廓的示意性流程图；
[0031]图10示出根据本发明的一个实施例的获取左心室的心外膜轮廓的示意性流程图；
[0032]图1la示出极坐标系中的图像片的边缘图像的示例；
[0033]图1lb示出图1la中的边缘图像的水平投影的示例；
[0034]图12a示出在极坐标系中获得的心内膜轮廓和心外膜轮廓的示例；
[0035]图12b示出图12a中获得的心内膜轮廓和心外膜轮廓变换到原始图像片中的示例；
[0036]图13示出根据本发明的另一实施例的运动对象轮廓跟踪方法的示意性流程图；
[0037]图14示出根据本发明的一个实施例的心肌运动解析方法的示意性流程图；
[0038]图15示出根据本发明的所述实施例的关联点对的示例；
[0039]图16示出根据本发明的一个实施例的心肌运动分量的示意图；
[0040]图17示出根据本发明的一个实施例的对运动分量时间序列进行平滑的示意图；
[0041]图18示出根据本发明的一个实施例的心肌应变视图；
[0042]图19示出根据本发明的另一实施例的心肌运动解析方法的示意性流程图；
[0043]图20示出根据本发明的一个实施例的运动对象轮廓跟踪装置的示意性框图；
[0044]图21示出根据本发明的一个实施例的轮廓跟踪部件的示意性框图；
[0045]图22示出根据本发明的另一个实施例的运动对象轮廓跟踪装置的示意性框图；
[0046]图23示出根据本发明的一个实施例的初始轮廓获取部件的示意性框图；
[0047]图24示出根据本发明的一个实施例的心内膜轮廓获取部件的示意性框图；
[0048]图25示出根据本发明的另一个实施例的初始轮廓获取部件的示意性框图；
[0049]图26示出根据本发明的一个实施例的心外膜轮廓获取部件的示意性框图；
[0050]图27示出根据本发明的另一个实施例的运动对象轮廓跟踪装置的示意性框图；
[0051]图28示出根据本发明的一个实施例的心肌运动解析装置的示意性框图；
[0052]图29示出根据本发明的另一个实施例的心肌运动解析装置的示意性框图；
[0053]图30示出根据本发明的另一个实施例的心肌运动解析装置的示意性框图；
[0054]图31示出根据本发明的另一个实施例的心肌运动解析装置的示意性框图；
[0055]图32示出根据本发明的另一个实施例的心肌运动解析装置的示意性框图；以及
[0056]图33示出可实施根据本发明的实施例的方法/装置的计算机结构。
【具体实施方式】
[0057]下面将参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0058]以下，将以下面的顺序来描述示例性实施例。
[0059]1.运动对象轮廓跟踪方法
[0060]2.用于三维图像时间序列的运动对象轮廓跟踪方法
[0061]3.心肌运动解析方法
[0062]4.用于三维医学图像时间序列的心肌运动解析方法
[0063]5.运动对象轮廓跟踪装置
[0064]6.用于三维图像时间序列的运动对象轮廓跟踪装置
[0065]7.心肌运动解析装置
[0066]8.用于三维医学图像时间序列的心肌运动解析装置
[0067]9.可实施根据本发明的实施例的方法/装置的计算机结构
[0068]〈1.运动对象轮廓跟踪方法>
[0069]以下根据图1至图12b来描述根据本发明实施例的运动对象轮廓跟踪方法。
[0070]根据本发明实施例的运动对象轮廓提取方法用于在图像片时间序列中跟踪作周期性变形运动的运动对象的轮廓。一个图像片时间序列中包括分别在运动对象的一个运动周期中的多个时刻针对运动对象获得的多个图像片。应理解，根据本发明实施例的运动对象轮廓提取方法可以用于在各种类型的图像片时间序列中跟踪运动对象的轮廓。作为示例而不是限制，所述图像片时间序列可以是根据通过医疗诊断装置获得的被检测者的数据而形成的医学图像序列。这里所述的医疗诊断装置包括但不限于:X射线成像诊断装置、超声波(UL)诊断成像装置、计算机断层扫描(CT)装置、磁共振成像(MRI)诊断成像装置、正电子发射断层扫描(Positron Emiss1n Tomography, PET)装置等。
[0071]图1示出根据本发明的一个实施例的运动对象轮廓跟踪方法的示意性流程图。在本实施例中，在两个时间方向上分别跟踪运动对象的轮廓，并使用可信度高的跟踪结果作为运动对象的轮廓，从而提高了轮廓跟踪的准确性。
[0072]如图1所示，在步骤SllO中，在第一方向上在图像片时间序列中进行轮廓跟踪，以得到运动对象在每个图像片中的第一轮廓。在进行轮廓跟踪时，以运动对象在图像片时间序列中的预定图像片中的初始轮廓作为起始轮廓，以第一时间方向上的最后一个图像片作为第一个图像片的在前图像片。这里的第一时间方向可以是由先到后的时间流逝方向，也可以是由后到先的与时间流逝方向相反的方向。
[0073]由于运动对象是作周期性变形运动，并且图像片时间序列包括在运动对象的一个运动周期中获得的图像片，因此，第一图像片与最后一个图像片也具有运动相关性，也就是说，运动对象在第一个图像片与最后一个图像片中的轮廓是相似的。因此，可以以第一时间方向上的最后一个图像片作为第一个图像片的在前图像片，而不影响轮廓跟踪的准确性。
[0074]可以理解，这里的预定图像片可以是图像片时间序列中能够容易地获得相对准确的初始轮廓的图像片。预定图像片可以人工指定，也可以根据预定的图像片特征利用现有技术方法从图像片时间序列中识别。
[0075]在步骤S120中，在第二方向上在图像片时间序列中进行轮廓跟踪，以得到运动对象在每个图像片中的第二轮廓。同样，在进行轮廓跟踪时，以运动对象在所述预定图像片中的初始轮廓作为起始轮廓。另外，以第二时间方向上的最