确定与医学图像的位移的系统技术方案

相位相关法(PCM)可以用于对甚至患者的配准体积的第一和第二图像之间存在非刚性变形的3D医学图像进行平移和/或旋转对准。

A System for Determining Displacement of Medical Images

【技术实现步骤摘要】
确定与医学图像的位移的系统本申请是申请号为201480073644.1、申请日为2014年12月3日、专利技术名称为“使用相位相关对存在非刚性变形的医学图像的单模态和多模态对准”的PCT国际专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉参考本申请请求2013年12月3日提交的美国临时申请No.61/911,379的优先权，将该临时申请公开的内容通过引用并入本文。
本文描述的主题涉及使用相位相关作为工具以对存在非刚性变形的医学图像进行单模态和多模态平移对准。
技术介绍
在许多医学成像操作例如图像配准、图像融合、多帧成像等中，平移图像对准是基本的和通常使用的预处理步骤。在许多应用中，对准算法快速并对噪声稳健是至关重要的。当在图像中存在有小变形(例如，由于患者呼吸和器官移动产生的变形)或当不同类型的成像模态产生要被配准的两个图像时，图像对准的问题甚至变得更加具有挑战性。在这样的情况下，基于强度的相似性测量可能展现非凸行为，其使得问题难以进行优化。这样的困难的例子示意于图1中，其示出了曲线图100，曲线图100描绘了对于患者身体的骨盆区域的一对图像作为沿患者轴线的平移位移的函数的交叉相关相似性测量的值。图1的曲线图100除了其他方面之外还示出了，利用基于梯度的优化方案，局部极大值的存在可能如何造成求解全局极大值中的困难。
技术实现思路
与当前主题的实现方式一致，相位相关法(PCM)可以被可靠地用于在数据集中存在非刚性变形的3D医学图像的平移和/或旋转对准。在一个方面中，一种方法包括使用相位相关法将在第一时间获取的患者的第一配准体积的第一医学图像和在第二时间获取的患者的第二配准体积的第二医学图像进行比较。所述比较包括计算在共同配准栅格中正确对准第一和第二医学图像要求的平移和旋转中的至少一者。所述方法还包括基于所述计算确定对患者的物理位置和物理取向中的至少一者的改变。所述改变校正成像于第二图像中的患者的第二位置以更接近地符合成像于第一图像中的患者的第一位置。输出所述改变。在可选的变型中，下列特征中的一个或多个可以包括在任意可行的组合中。可以使用相同的成像模态或不同的成像模态获得第一图像和第二图像。可以对第一配准体积和第二配准体积进行下采样以创建具有比第一配准体积和第二配准体积中的任一者低的分辨率的共同配准栅格。可替换地或额外地，可以确定第一配准体积和第二配准体积包括不同的分辨率以及第一配准体积和/或第二配准体积可以在共同配准栅格上被重采样。沿共同配准栅格的每个维度的共同分辨率可以被设置为第一配准体积的第一初始分辨率和第二配准体积的第二初始分辨率中的较低的一者。所述比较可以包括识别第一配准体积和第二配准体积的归一化互功率谱中的峰值。识别归一化互功率谱中的峰值可以包括找到归一化互功率谱的傅里叶变换的最大强度以及从具有比阈值大的强度的多个体素中选择一体素，该体素周围的邻域体素的体素强度的和最高。邻域体素可以在限定为沿共同配准栅格的每个维度的多个体素的一部分的窗口中。所述方法还可以包括通过计算邻域体素的体素强度的质心来改善峰值的位置。在一些变型中，可以将所述改变应用到患者的物理位置和/或物理取向，并且可以在应用改变之后对患者执行医疗程序。医疗程序可以包括辐射治疗和手术程序中的至少一者。描述了与该方案一致的系统和方法，并描述了包括被有形地实施的机器可读介质的物件，所述被有形地实施的机器可读介质可进行操作以使得一个或多个机器(例如，计算机等)产生本文描述的操作。类似地，还描述了可包括处理器和联接到处理器的存储器的计算机系统。存储器可以包括使得处理器执行本文描述的一个或多个操作的一个或多个程序。与当前主题的实现方式一致的系统可以可选地包括用于生成第一和第二医学图像的一个或多个成像设备(例如，MR、CT等)。系统不必包括这样的设备。例如，第一和第二医学图像可以通过其他成像设备生成并且可以将图像(或代表图像的至少一个或多个数据集)转移到执行本文描述的操作的计算机硬件。本文描述的主题的一个或多个变型的细节在附图和下面的描述中阐述。根据所述描述和图并根据权利要求，将明了本文描述的主题的其他特征和优点。附图说明结合于本说明书并且组成其一部分的附图示出了本文描述的主题的某些方面，并且与所述描述一起有助于说明与公开的实现方式关联的一些原理。在附图中：图1示出了曲线图，该曲线图描绘了对于患者身体的骨盆区域的一对图像作为沿患者轴线的平移位移的函数的交叉相关相似性测量的值；图2示出了参数例如配准数据集的表格；图3示出了一系列图像，其示意了使用与当前主题的实现方式一致的PCM方案对单模态MR数据集平移对准，描绘了在PCM配准之前体积的初始位置(例如，沿患者轴线未对准)；图4示出了一系列图像，其示意了使用与当前主题的实现方式一致的PCM方案对单模态MR数据集平移对准，描绘了在应用PCM偏移之后的配准体积；图5示出了一系列图像，示意了与当前主题的实现方式一致的对多模态MR/CT数据集平移对准；图6和图7示出了曲线图，其描绘了与当前主题的实现方式一致的获得的PCM偏移周围的CC和MI配准代价函数的行为；图8示出了表格，其列出了对于在图2的表格中列出的数据集的配准结果；图9示出了表格，其包括借助与当前主题的实现方式一致的对于每个维度使用2的下采样因子的下采样体积获得的结果；以及图10示出了流程图，该流程图示意了具有与当前主题的实现方式一致的一个或多个特征的方法的各个方面。在实际中，相似的参考编号指示相似的结构、特征或元素。具体实施方式与当前主题一致的方案可以用于单模态及多模态图像配准，例如用于配准使用相同或不同模态捕获的两个图像，其中可能的模态包括但不限于磁共振(MR)、计算机断层扫描(CT)等。可以使用作为配准代价函数的互相关(CC)和相互强度(MI)的基于强度的相似性测量(SM)来量化配准质量。借助于当前主题的实现方式一致的PCM获得的代价函数值可以与借助穷尽搜索找到的最优值相比并且产生良好的吻合。获得的PCM偏移可以接近地匹配使用穷尽搜索找到的最优偏移，两者都用于单模态(例如，MR到MR、CT到CT等)配准和多模态(例如，MR到CT等)配准。因此，与当前主题的实现方式一致的PCM可以成为具有像素级精确度的用于粗图像对准的高效和稳健的方法。算法的简单性连同其小计算复杂度可以使得其成为用于医疗图像处理中快速初始对准工具的有利选择。相位相关法(PCM)是用于图像对准的高效和对于噪声稳健的算法，其最初用于估计位移的图像之间的平移的整像素偏移。之后，通过使用图像的对数极坐标变换，该算法还被扩展到对旋转和缩放的2D图像起作用。由于在3D情况下没有将旋转转换到平移的坐标变换，因此PCM对组合的平移、旋转和缩放估计的一般化在3D的情况下是不可能的。然而，通过利用伪极坐标(pseudopolar)傅里叶变换并且可替换地通过应用称之为柱面相位相关法(CPCM)的迭代优化程序，所述方法被扩展到配准3D平移和旋转的体积。在后一种方案中，通过将PCM应用到在柱面上映射的图像而迭代地估计绕不同轴线的旋转角。与当前主题的实现方式一致，PCM以其初始形式的应用被用于可靠地并且在计算上相对廉价地对准不仅被平移而且相对于彼此变形的3D体积对。该算法在应用到多模态MR/CT图像配准时产生非本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定与医学图像的位移的系统，其包括：至少一个可编程处理器；以及存储指令的非暂时性机器可读介质，所述指令被至少一个可编程处理器执行时使得所述至少一个可编程处理器执行操作，所述操作包括：从MRI成像设备或者CT成像设备中的至少一个在第一位置处接收在第一时间获取的患者的第一医学图像和在第二位置处接收在第二时间获取的患者的第二医学图像，由于第二医学图像中存在变形，所述第一医学图像和所述第二医学图像不同；利用相位相关法比较所述第一医学图像和所述第二医学图像，所述比较包括：从所述第一医学图像和所述第二医学图像，确定基于所述第一医学图像和所述第二医学图像的互功率谱的傅里叶逆变换的体素强度的散布计算的位移，所述散布源于所述变形；基于所述位移确定对患者的物理位置和物理取向中的至少一者的改变；以及基于所确定的改变，校正患者的第二位置，以更接近地符合患者的第一位置。

【技术特征摘要】
2013.12.03 US 61/911,3791.一种确定与医学图像的位移的系统，其包括：至少一个可编程处理器；以及存储指令的非暂时性机器可读介质，所述指令被至少一个可编程处理器执行时使得所述至少一个可编程处理器执行操作，所述操作包括：从MRI成像设备或者CT成像设备中的至少一个在第一位置处接收在第一时间获取的患者的第一医学图像和在第二位置处接收在第二时间获取的患者的第二医学...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·盖尔加诺弗，I·卡瓦利科夫，
申请(专利权)人：优瑞技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US