一种用于将三维图像与二维术中图像配准的系统和方法包括：在器官的三维图像中分割（24）管状结构的所述器官，以及将所述器官的所述三维图像投影（26）至二维空间以提供投影图像。分割（28）在医疗仪器的二维图像中描绘的所述医疗仪器。计算所述投影图像和在所述二维图像中描绘的所述医疗仪器的形状之间的相似性得分以确定最佳匹配。基于所述最佳匹配来将所述投影图像与所述二维图像配准（30）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将图像与管状结构融合的基于仪器的图像配准本公开涉及成像系统，并且更具体而言涉及用于在医学过程期间的内部对象的图像配准的系统和方法。支气管镜检查是用于检查气道内壁并且引导随后的诊断或者治疗介入的实时图像模态。在过程期间，可以使用X射线成像来实时监测内窥镜的位置。归因于X射线图像的低图像对比度，很难观察到肺部中的软组织结构，例如病变和气道。这妨碍了使用X射线透视作为实时图像引导工具来辅助支气管镜检查介入。一种解决方案是预先采集三维(3D)计算机断层摄影(CT)体积，其清楚地描绘了很多在ニ维(2D)X射线图像中看不到的结构，然后将来自该CT的软组织信息覆盖到X射线图像上。该融合的可视化可以提供术中引导，从而人们可以精确地定位病变并识别其与观察仪器的空间关系，但是其具有配准误差以及其他问题，这是因为在X射线图像中并不容易识别出特征。通常可以将配准方法分类为基于强度的方法和基于特征的方法。基于特征 的方法具有运算上的优势，但是结果取决于图像分割或者分割(一种图像处理过程，其目的在于从图像背景中提取感兴趣特征)的精度以及特征的特性。目前，很多2D-3D配准方法本质上是基于特征的，并且因而，结果高度地依赖于图像内部的特有特征。很多配准算法已经证明了它们在心脏和神经介入中的可行性和鲁棒性；例如，在3D计算机断层摄影血管造影术(CTA)体积数据和2D血管造影术之间的冠状动脉共配准。在用于肺部介入的透视引导中，在2D X射线图像中很少用到血管造影木。在X射线图像中仅呈现气道或者其他软组织的些微迹象。因而，在两种类型图像中包含的唯一可视特征是骨特征，例如脊柱和肋骨。这些特征并不足以用于配准，因为它们在空间上呈现高复制性模式。另ー方面，基于所有強度信息的基于强度的方法具有相对小的捕获范围以及较慢的收敛速率。已知运算量是很大的，因而实时数据融合并不是一直可行的。根据本原理，一种用于将三维图像与ニ维术中图像配准的系统和方法包括在管状结构的器官的三维图像中分割所述器官，以及将所述器官的所述三维图像投影至ニ维空间中以提供投影图像。分割在医疗仪器的ニ维图像中描绘的所述医疗仪器。计算所述投影图像和在所述ニ维图像中描绘的所述医疗仪器的形状之间的相似性得分以确定最佳匹配。基于所述最佳匹配来将所述投影图像与所述ニ维图像配准。用于在医学过程期间配准图像的另一方法包括在管状结构的器官的术前三维图像中分割所述器官，以及将所述器官的所述三维图像投影至ニ维空间中以提供投影图像。针对医疗仪器的位置收集过程中图像数据以获得所述医疗仪器相对于所述器官中感兴趣区域的ニ维图像。分割在所述ニ维图像中描绘的所述医疗仪器。计算相似性得分以确定所述投影图像和在所述ニ维图像中描绘的所述医疗仪器的形状之间的最佳匹配。基于所述最佳匹配来将所述三维图像与所述ニ维图像配准，使得所述医疗仪器的所述位置和所述感兴趣区域同时可见。一种用于在医学过程中配准图像的系统包括具有记忆存储介质的计算机处理单元，其用于存储和运行用于在器官的三维图像中分割管状结构的器官以及将所述三维图像投影至ニ维图像中的程序。过程中成像设备被配置为在感兴趣区域中获得所述医疗仪器的ニ维图像。所述程序被配置为计算所述投影图像和所述医疗仪器的所述ニ维图像中描绘的医疗仪器的分割图像之间的相似性得分以确定最佳匹配。基于所述最佳匹配来将所述投影图像与所述ニ维图像配准，以在显示设备上绘制。通过结合附图来理解图示性实施例的以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。參照附图，本公开将详细呈现优选实施例的以下描述，其中图I的方框图/流程图示出了根据ー个实施例的用于针对医学过程配准图像的方法;图2的方框图/流程图示出了根据另ー实施例的用于针对医学过程配准图像的更加详细的方法； 图3是根据本原理被变换至具有中心线的基干图像的经分割的支气管图像；图4示出了根据本原理被投影至ニ维中的支气管三维图像；图5示出了根据本原理与图4投影图像的中心线配准的被插入仪器的图像；图6示出了根据本原理的配准结果连同在同一图像中描绘的病变；以及图7的方框图示出了用于执行根据本原理的过程的示意性系统。本公开描述了用于将图像与管状结构融合的基于仪器的图像配准系统和方法。在透视引导的支气管镜检查介入中，在术前计算机断层摄影(CT)图像和术中X射线图像中唯一的可视特征是骨特征，例如脊柱和肋骨。如上所述，这些特征并不足以用于配准，因为它们在空间上呈现高复制性模式。提供一种新颖的基于仪器的2D/3D配准系统和方法以将来自CT图像的经分割器官例如气道，与在透视图像中显示的仪器(例如，内窥镜)配准。可以在例如其中为了外围病变组织活检而需要X射线透视的支气管镜导航系统中实施实施例。也可以针对其中导管或者探针被插入管状结构从而可以根据人体解剖和术前CT图像来预测仪器的轨迹的其他介入来实施其他实施例。解剖结构与仪器实时图像的融合使得有效的透视引导成为可能。在特别有用的实施例中，基于仪器的2D/3D配准方法将来自CT图像的经分割的气道与在透视图像中显示的仪器(内窥镜)配准。可以在为了外围病变组织活检而需要X射线透视的支气管镜导航系统中实施该方法。该方法可包括(I)获得肺部或者其他器官或结构的术前3D CT数据，以及即时的X射线透视图像；(2)手动地、自动地、或者半自动地分割和识别气道，等等；(3)使用数字放射重建(DRR)或者类似方法以通过将CT数据从3D空间投影至2D空间中来模拟X射线透视图像。(类似的投影方法可包括可替代的DRR方法，等等。在一个实施例中，可采用像素平均来将气道的三角形表面网格从3D体积投影至2D虚拟图像平面。由于三角形网格保留了气道的结构，并且減少了数据组的規模，因此这ー替代方法可能更加鲁棒性并且提供更快的結果。)(4)使用仪器(例如，内窥镜)分割方法来从X射线透视图像中识别整个观察仪器；以及(5)基于经分割的气道和该内窥镜进行2D/3D图像配准和优化。解剖结构与仪器实时图像的融合使得有效的透视引导成为可能。应当理解，将根据结合支气管镜检查而采用的X射线透视图像和CT图像来描述本专利技术；然而，本专利技术的教导是更加广泛的，并且可应用于任意过程的任意追踪方法或者针对任意过程的任意追踪方法。也应当理解，将根据内窥镜过程来描述本专利技术；然而，本专利技术的教导是更加广泛的，并且可应用于任意的医学过程或者设备。在本文中描述的实施例优选用于定位肺部中或者肺部周围的组织，但是也可以是在其他位置，例如心脏、消化器官、血管、肾脏等中的组织。也应当理解，将根据医疗仪器来描述本专利技术；然而，本专利技术的教导是更加广泛的，并且可应用于在追踪或者分析复杂的生物或机械系统中采用的任意仪器。特别是，本原理可应用于生物系统的内部追踪过程，在身体的所有区域例如肺部、胃肠道、排泄器官、血管等等中的过程。在附图中所描绘的元件可以实现为硬件和软件的各种组合，并且提供可在单个元件或者多个元件中被组合的功能。在附图中所示出的各种元件的功能可以通过使用专用硬件以及能够联合适当软件来执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，可以通过单个的专用处理器、通过单个的共享处理器、或者通过其中的一些可以被共享的多个单独的处理器来提供该功能。此 夕卜，术语“处理器”或者“控制器”的明确使用不应当被解释本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.15 US 61/324,3191.一种用于将三维图像与二维术中图像配准的方法，包括 在管状结构的器官的三维图像中分割(24)所述器官； 将所述器官的所述三维图像投影(26)至二维空间中以提供投影图像； 分割(28)在医疗仪器的二维图像中描绘的所述医疗仪器；以及基于所述器官的所述投影图像和在所述二维图像中描绘的所述医疗仪器的形状之间的最佳匹配来将所述投影图像与所述二维图像配准(30 )。2.如权利要求I所述的方法，其中，分割(24)管状结构的器官包括确定所述管状结构的器官的中心线。3.如权利要求2所述的方法，还包括计算相似性得分(64)以确定所述最佳匹配，其中，计算所述相似性得分包括将经分割的医疗仪器的中心线与所述管状结构的器官的所述中心线相比较以确定所述相似性得分。4.如权利要求I所述的方法，其中，所述管状结构的器官包括肺部的气道，并且所述医疗仪器包括支气管镜。5.如权利要求I所述的方法，其中，所述三维图像包括术前计算机断层摄影图像。6.如权利要求I所述的方法，其中，所述二维图像包括过程中X射线图像。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述医疗仪器的所述形状在所述二维图像中可见。8.如权利要求I所述的方法，其中，投影(26)包括采用数字放射重建(DRR)方法来将三维空间投影至二维空间中。9.一种用于在医学过程期间配准图像的方法，包括 在管状结构的器官的术前三维图像中分割(50 )所述器官； 将所述器官的所述三维图像投影(62)至二维空间中以提供投影图像； 针对医疗仪器的位置收集(58)过程中图像数据以获得所述医疗仪器相对于所述器官中感兴趣区域的二维图像； 分割(60)在所述二维图像中描绘的所述医疗仪器； 计算(64)相似性得分以确定所述投影图像和在所述二维图像中描绘的所述医疗仪器的形状之间的最佳匹配；以及 基于所述最佳匹配来将所述三维图像与所述二维图像配准(67)，从而所述医疗仪器的所述位置和所述感兴趣区域同时可见。10.如权利要求9所述的方法，其中，分割(50)管状结构的...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·徐，X·刘，L·F·古铁雷斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：
国别省市：
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