弹性的图像配准制造技术

图像配准经常是必须要人工执行的冗长乏味的工作。根据本发明专利技术的示范性实施例，提出了非刚性配准，它是通过基于具有相似值的界标的组合的迭代精化过程完成的。具有优势的是，可以提供非常快并且健壮的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及数字成像领域，例如医学成像领域。特别是，本专利技术涉及一种将第一图像(例如浮动图像)和第二图像(例如参考图像)进行配准的方法，和图像处理设备，并涉及用于对第一图像和第二图像进行配准的计算机程序。
技术介绍
在从不同的拍摄角度或者在不同的时间点拍摄相同物体的两个图像时，或者在感兴趣物体的不同移动阶段过程中，或者当两个图像不是来自于相同的物体但是是来自相同类别的物体(例如两张脸或者两个脑部)时，也许非常希望建立对应关系。必须对两类变形进行补偿以便建立这些对应关系源于成像物体的平移和旋转运动的刚性变形和源于成像物体的弹性变形的非刚性变形。这样的应用的一个例子是将脑部与解剖图相匹配，以自动发现异常，或者用解剖名对脑部进行标记。另外一个例子是例如观察跳动的心脏随时间的变形，或者对不同时间拍摄的患者的可变形区域(例如腹部)的图像进行配准。另外一个例子是为了通过解剖和生理信息的综合分析改进诊断过程而对通过不同形式诸如计算机断层摄影(CT)，核磁共振成像(MRI)，超声(US)，正电子发射断层摄影(PET)，单光子发射计算机断层摄影(SPECT)获得的图像进行合并。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供改进的图像配准。根据权利要求1中所阐明的本专利技术的示范性实施例，上述目的可以通过将第一图像和第二图像进行配准的方法来加以解决，其中在第一图像中选择至少一个第一界标，在第二图像中选择至少一个第二界标。然后，通过使用相似值对这些第一图像和第二图像进行配准，该相似值涉及由至少一个第一界标确定的第一图像中的第一区域和由至少第二界标确定的第二图像中的第二区域的相似性。第一和第二界标相互对应。换句话说，根据本专利技术的这个示范性实施例，界标，例如在医学应用中解剖界标，是自动或人工地在图像中选择的。这些界标用于定义图像中的对应区域。例如，在涉及不同心脏阶段的血管造影图(angiopraphic)图像中，LAD(左前降支)和LCX(左回旋支)的交叉点可以用作不同阶段图像中的界标。然后，确定相似值，以表示第一图像中(多个)第一界标所指示的区域和第二图像中(多个)第二界标所指示的区域之间的相似性。该相似值用于配准图像。第一和第二图像中对应的界标，例如对于解剖应用来说，标记第一图像或第二图像中相同或对应的解剖结构。即，理想的是，在第一或第二图像中对应的界标是要相互配准的点或区域。根据权利要求中2所阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，根据资格函数选择第一和第二界标。这意思是，例如，将仅仅最重要的界标，即仅仅最重要的相应的特征被选为界标。换句话说，本专利技术的这个示范性实施例将计算工作集中在不多但是重要的界标上，例如在由于大量且高度非线性变形和/或者允许进行清晰准确的配准的描绘得很好的解剖结构而必需的区域中的界标。应该注意的是，界标可以交互式地选择或者自动选择。具有优势的是，根据本专利技术的这个示范性实施例，通过仅仅关注重要的界标和显现出高度非线性变形的区域，可以提高图像配准的速度和健壮性。根据权利要求3中所阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，为第一和第二图像中的每个界标确定局部变形。将这些局部变形扩展到图像的整体变形。可以使用整体变形来执行配准。根据权利要求4中所阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，确定一个相似值，以描述第一和第二图像中的界标所定义的第一和第二图像中的各个的区域之间的相似性。这可以通过使用整体变形场来完成。具有优势的是，通过这样，可以确定第一和第二图像中所定义的区域的相似性，并且可以识别出相似性还不够的区域。根据权利要求5中所阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，对于相似性还不够的区域，在第一和第二图像中定义一个新的界标，并且可迭代地重复上述方法，即对于由新界标所定义的新的子区域，通过使用这新界标的局部变形场确定具有子相似值的新的子相似性，其中该局部变形场被扩展到图像的整体变形场。然后，测试所有新定义的子区域各自的相似值是否符合预定的阈值，如果不符合，根据本专利技术的这个示范性实施例，可以迭代地定义新的界标或新的区域。由于事实上，精化(refinement)过程始终限定在相似性不够的区域而不应用于整个图像，可以减少计算工作。此外，通过自动地或者交互地执行这种迭代的精化，它为非常准确的配准作了准备。根据权利要求6中所阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，迭代地重复该方法，直到所有区域和所有子区域的所有相似性都超过预定的阈值。根据权利要求7中所阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，在医学成像中，对CT数据集，MRI数据集，PET数据集，SPECT数据集和US数据集中的一种执行该方法。根据权利要求8中阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，提供了一种图像处理设备，允许通过基于界标和相似值，诸如图像中区域的基于灰度值的测量的迭代精化过程，执行非刚性图像配准方法。具有优势的是，根据本专利技术的这个示范性实施例的图像处理设备拥有提高了的配准速度，并且提供了非常准确和健壮的第一和第二图像的配准。根据权利要求9中所阐明的本专利技术的另外一个示范性实施例，提供了一种计算机程序，用于对第一和第二图像进行配准。该计算机程序可以用任何合适的编程语言编写，例如C++，并且可以存储在计算机可读设备中，例如CD-ROM。然而，根据本专利技术的计算机程序还可以存在于网络上，诸如国际互联网，可以从该网络下载它，例如，将其下载到处理器的内部工作存储器中。可以看作本专利技术的一个示范实施例的要点的是，通过基于结合局部模板匹配的界标的迭代的精化过程，执行非刚性图像配准。例如，在Springer在2002年出版的，T.Dohi和R.Kikinis编辑的“Proceedings of 5thinternational conference on medical imagecomputing and computer-assisted intervention”-MICCAI 2002，639-646页，P.Rsch等人的“3D respiratory motion compensationby template propagation”中描述了局部模板匹配的例子，特此结合该文章作为参考。各个区域中的图像的相似性可以，例如，根据CRC Press在2001年出版的，J.V.Ha jnal等人编辑的，“Medical image registration”来确定，特此结合该书作为参考。该方法将计算工作集中在不多但是重要的界标上，并且仅仅在由于大量且高度的非线性变形和/或者允许进行清晰准确的配准的描绘得很好的解剖结构而必需的区域中，自动精化变形场。当A表示要和参考图像B进行配准的图像时，从不多但是重要的界标开始，图像A由d+1(d＝数据集的维度)相邻的界标所隔开的单体(simplices)PA平铺成。通过在B中基于它们邻域中的局部(例如仿射)变形对界标进行定位来构建整体变形场D。将每个单体(由界标定义的区域)PA转换为单体PB＝D(PA)，并且使用例如交互信息或者互相关来估算例如位于PA中的图像A的灰度值和位于PB中的图像B的灰度值的相似性。如果PA和PB不够相似，则在PA中定位一个新的界标，并将PA分割为多个d+1个更小的单体。具有优点的是，由于这样，迭代地精化平铺直到获得所期望的相似性，结果形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对第一图像和第二图像进行配准的方法，该方法包括步骤：在第一图像中选择至少一个第一界标；在第二图像中选择至少一个第二界标；以及通过使用相似值对第一和第二图像进行配准，该相似值涉及由至少一个第一界标确定的第一图像中的第一区域和至少一个第二界标确定的第二图像中的第二区域的相似性；其中所述至少一个第一界标对应于所述至少一个第二界标。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：I卡里森，T内特施，A弗兰兹，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]