醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般涉及對(duì)醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)(registering)的醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法，例如，涉及用于在醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)內(nèi)對(duì)管狀構(gòu)造進(jìn)行配準(zhǔn)的醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)用圖像處理的領(lǐng)域中，醫(yī)用圖像經(jīng)常需要進(jìn)行用于比較的位置對(duì)準(zhǔn)。例如，為了對(duì)疾病的惡化或者治療的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，將患者的當(dāng)前的圖像與相同的患者的以前的圖像進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)。
[0003]對(duì)使用圖像處理不同的醫(yī)療器械(Modality)，例如，對(duì)使用X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置(CT)以及磁共振成像(MR)取得的圖像進(jìn)行比較或者組合，利用從各個(gè)醫(yī)療器械中的掃描取得的不同的信息的情況被熟知。不同的醫(yī)療器械能夠?qū)Σ煌慕M織類型提供不同的等級(jí)的對(duì)比度檢測(cè)。一部分的區(qū)域、組織或者解剖學(xué)特征與MR上相比有時(shí)更多地出現(xiàn)在CT上，反之亦然。CT掃描關(guān)于解剖學(xué)信息更好地表現(xiàn)出特征。另一方面，MR掃描關(guān)于軟組織以及功能信息更好地表現(xiàn)出特征。
[0004]然而，一般而言，例如，由于不同的患者的定位、患者的活動(dòng)、圖像處理的不同的醫(yī)療器械、或者不同的圖像處理參數(shù)，解剖學(xué)特征的位置在圖像間是不同的。從而，圖像必須執(zhí)行用于比較的位置對(duì)準(zhǔn)。該位置對(duì)準(zhǔn)例如是指包含手動(dòng)的位置對(duì)準(zhǔn)、機(jī)械的位置對(duì)準(zhǔn)、或者例如基于使用配準(zhǔn)軟件的配準(zhǔn)的位置對(duì)準(zhǔn)的、對(duì)兩個(gè)圖像數(shù)據(jù)組相互進(jìn)行映射的任意的方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)所提供的解剖學(xué)特征的兩個(gè)圖像的準(zhǔn)確的位置對(duì)準(zhǔn)，需要對(duì)圖像的一方進(jìn)行變換，以使得解剖學(xué)特征的坐標(biāo)在作為各個(gè)結(jié)果而取得的圖像中相同。其通過圖像配準(zhǔn)以及變換的過程實(shí)現(xiàn)。
[0006]剛性配準(zhǔn)(Rigid Registrat1n)是指用于通過剛性變換(只涉及旋轉(zhuǎn)以及平移參數(shù)的變換)對(duì)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的圖像或者容積進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)的技術(shù)的分類。仿射配準(zhǔn)(Affine Registrat1n)是使用仿射變換(旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、或者剪切)的配準(zhǔn)。
[0007]為了進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，使用旋轉(zhuǎn)、平移、以及均等縮放組件有時(shí)有用。其提供比剛性變換整體、但不像仿射變換那樣整體的變換空間。
[0008]非剛性配準(zhǔn)(Non rigid registrat1n)是指使用能夠進(jìn)行包含局部變形的變形的更一般的變換的技術(shù)分類。
[0009]用于圖像配準(zhǔn)的技術(shù)被熟知。一般而言，配準(zhǔn)是目的在于通過將一圖像的坐標(biāo)系內(nèi)的點(diǎn)映射到另一圖像的坐標(biāo)系內(nèi)的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上從而將圖像內(nèi)的對(duì)應(yīng)的特征建立關(guān)聯(lián)的、找出兩個(gè)圖像間的最優(yōu)的變換的優(yōu)化的問題。
[0010]類似性測(cè)度是兩個(gè)圖像間的類似性的測(cè)度。例如，在交互信息量(MI)方法中，確定各個(gè)圖像內(nèi)的點(diǎn)，通過兩個(gè)圖像間的統(tǒng)計(jì)類似性(交互信息量)建立關(guān)聯(lián)。
[0011]為了兩個(gè)圖像的配準(zhǔn)，一個(gè)圖像保持恒定，另一方面，按照由配準(zhǔn)的類型規(guī)定的參數(shù)組(例如，合適的數(shù)維中的剛性配準(zhǔn)、旋轉(zhuǎn)以及平移的參數(shù))進(jìn)行變換。決定作為兩個(gè)結(jié)果而取得的圖像間的類似性測(cè)度。其規(guī)定從參數(shù)到類似性測(cè)度的目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)使用優(yōu)化函數(shù)，例如，使用梯度下降法、爬山法或者Powell優(yōu)化等進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)與兩個(gè)圖像相關(guān)聯(lián)的優(yōu)化變換。該最優(yōu)的變換被適用于第2圖像，與第I圖像進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)，取得具有共同的坐標(biāo)系的變換后的圖像。
[0012]配準(zhǔn)能夠手動(dòng)(例如,通過手動(dòng)地選擇各個(gè)圖像上的對(duì)應(yīng)的點(diǎn))、半自動(dòng)地或者自動(dòng)地執(zhí)行。目前，很多醫(yī)用圖像處理系統(tǒng)與以前的情況相比較配準(zhǔn)更加自動(dòng)化。
[0013]自動(dòng)配準(zhǔn)的結(jié)果通過與(還被稱為地面真值)正確性評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，例如，通過與由臨床專家執(zhí)行的手動(dòng)配準(zhǔn)的結(jié)果進(jìn)行比較來(lái)評(píng)估。
[0014]對(duì)體內(nèi)的管狀構(gòu)造，例如，對(duì)血管進(jìn)行配準(zhǔn)成為對(duì)象。用于對(duì)血管進(jìn)行配準(zhǔn)的一個(gè)動(dòng)機(jī)在于，為了對(duì)存在疾病的血管，例如，對(duì)具有狹窄或者動(dòng)脈瘤的血管的惡化進(jìn)行評(píng)估，將在不同的時(shí)期取得的血管的圖像進(jìn)行比較。在這樣的比較中，為了準(zhǔn)確地進(jìn)行比較，將血管正確地配準(zhǔn)很重要，但配準(zhǔn)過程不除去可能由于疾病而產(chǎn)生的血管內(nèi)的變化也很重要。
[0015]腹部大動(dòng)脈瘤(AAA)是由于血管壁內(nèi)的脆弱性導(dǎo)致的大動(dòng)脈的膨脹。具有AAA的患者存在動(dòng)脈瘤破裂的危險(xiǎn)，其在65%至85%時(shí)是致命的(Kniemeyer等，Eur JVascEndovascSurg2000年；19:190?196)。在2000年中，僅僅在英格蘭以及威爾士由于AAA破裂而造成的死亡就有約6800件(Vardulaki等J Surg2000年；87:195?200)。在超過65歲的男性中，AAA破裂占所有的死亡的2.1% (Wilmink等，JVascSurgl999年；30:203?8)。通常，直到破裂，AAA完全無(wú)癥狀。大多數(shù)的AAA在患者以其他的醫(yī)療目的進(jìn)行醫(yī)用圖像攝影時(shí)偶然地檢測(cè)出。
[0016]超聲波檢查是為了對(duì)AAA進(jìn)行篩查而應(yīng)該選擇的醫(yī)療器械。在當(dāng)前的醫(yī)療實(shí)踐下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)患者具有AAA時(shí)，患者定期地、例如以6個(gè)月、12個(gè)月或者24個(gè)月的間隔接受基于超聲波的監(jiān)控?；诟鱾€(gè)超聲波的監(jiān)控掃描對(duì)動(dòng)脈瘤的直徑提供單一的值。在各個(gè)掃描中難以測(cè)量相同的動(dòng)脈瘤直徑。例如，直徑在不同的掃描中以不同的角度測(cè)量。
[0017]目前，外科的檢查基于動(dòng)脈瘤的大小。例如，只有5.5cm或者5.5cm以上的直徑的動(dòng)脈瘤的患者編入手術(shù)計(jì)劃。然而，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈瘤的大小不一定良好地表示動(dòng)脈瘤破裂的傾向。一部分的動(dòng)脈瘤有時(shí)以低于5.5cm的直徑破裂。一部分的動(dòng)脈瘤有時(shí)不會(huì)破裂而達(dá)到10至12cm的直徑。
[0018]在知道具有動(dòng)脈瘤的患者中，為了確定破裂的危險(xiǎn)最大的患者，更多的侵入性的經(jīng)過觀察被正當(dāng)化。通過取得這樣的患者的更詳細(xì)的圖像處理數(shù)據(jù)，從而提高引起動(dòng)脈瘤的破裂的主要原因的知識(shí)。例如，能夠?qū)?dòng)脈瘤的組成物進(jìn)行分析。
[0019]上述經(jīng)過觀察包含使用MR以及CT或者其他的醫(yī)療器械等圖像處理醫(yī)療器械進(jìn)行調(diào)查。為了從各個(gè)醫(yī)療器械取得不同的信息而執(zhí)行多個(gè)醫(yī)療器械掃描。例如，當(dāng)對(duì)AAA進(jìn)行圖像處理時(shí)，當(dāng)掃描通過血栓進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，一部分的區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)在CT上，另一方面，其他的區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)在MR上。
[0020]不同的醫(yī)療器械的掃描在相同的時(shí)刻，例如，在相同的日期進(jìn)行?；蛘?，相同的或者不同的醫(yī)療器械的圖像也可以作為長(zhǎng)期的調(diào)查的一部分進(jìn)行攝影，此時(shí)，圖像長(zhǎng)期地進(jìn)行攝影。例如，圖像在不同的日、不同的周、或者不同的月進(jìn)行攝影。長(zhǎng)期經(jīng)過觀察的目的在于檢測(cè)隨時(shí)間的推移的動(dòng)脈瘤的形態(tài)的變化?；贛R或者CT的長(zhǎng)期經(jīng)過觀察容易受益于準(zhǔn)確的圖像的配準(zhǔn)。
[0021 ] 監(jiān)視動(dòng)脈瘤的患者的標(biāo)準(zhǔn)的臨床護(hù)理單獨(dú)地需要MR或者CT。
[0022]然而，一個(gè)當(dāng)前的掃描協(xié)議是在兩天分開進(jìn)行2次MRI掃描，該第2次的掃描具有將炎癥作為目標(biāo)的造影劑，另外，還在第一天進(jìn)行CT掃描。使用USP1(超常磁性氧化鐵)造影劑的圖像處理這樣執(zhí)行。
[0023]腹部是非剛性的。腹部?jī)?nèi)的各種組織以及構(gòu)造相互獨(dú)立地工作。從而，單一的剛性配準(zhǔn)相對(duì)于腹部?jī)?nèi)的活動(dòng)不能準(zhǔn)確地校正。
[0024]然而，完全沒有另外的制約地使用(包含腹部大動(dòng)脈)腹部中的非剛性配準(zhǔn)算法可能隱藏AAA內(nèi)的真正的變化。非剛性配準(zhǔn)使被配準(zhǔn)的圖像間的動(dòng)脈瘤的形態(tài)匹配。從而，動(dòng)脈瘤內(nèi)的變化在配準(zhǔn)后有時(shí)不能不進(jìn)行區(qū)別。
[0025]相同的考察適用于在身體的其他的部分，例如，在心臟等中產(chǎn)生的動(dòng)脈瘤，或者還適用于其他的醫(yī)療狀態(tài)，例如，適用于在動(dòng)脈等管狀構(gòu)造內(nèi)產(chǎn)生的狹窄癥。
[0026]作為為了對(duì)大動(dòng)脈進(jìn)行配準(zhǔn)而提出的一個(gè)方法，提出了最初從各個(gè)圖像中分割大動(dòng)脈，使用手動(dòng)的配準(zhǔn)對(duì)分割出的兩個(gè)對(duì)象進(jìn)行配準(zhǔn)，從而，對(duì)大動(dòng)脈的兩個(gè)計(jì)算機(jī)斷層血管造影法(CTA)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]本實(shí)施方式的目的在于，提供一種能夠在配準(zhǔn)后區(qū)別管狀構(gòu)造中的變化的醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法。
[0028]實(shí)施方式所涉及的醫(yī)用圖像處理裝置具備:數(shù)據(jù)處理部，取得表示管狀構(gòu)造的第I醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)以及表示上述管狀構(gòu)造的第2醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)；區(qū)域確定部，在上述第I醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)內(nèi)確定上述管狀構(gòu)造，沿著上述管狀構(gòu)造的長(zhǎng)軸的至少一部分，在上述第I醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)內(nèi)確定具備上述管狀構(gòu)造的對(duì)象的容積區(qū)域，確定與上述對(duì)象的容積區(qū)域?qū)?yīng)的上述第I醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)的子集；位置對(duì)準(zhǔn)部，執(zhí)行上述子集與上述第2醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)的至少一部分的剛性配準(zhǔn)或者仿射配準(zhǔn)。
[0029]根據(jù)實(shí)施方式，醫(yī)用圖像處理裝置能夠在配準(zhǔn)后區(qū)別管狀構(gòu)造中的變化。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是基于一實(shí)施方式的圖像處理系統(tǒng)的概略圖。
[0031]圖2是概述地表示圖1的實(shí)施方式的作動(dòng)模式的流程圖。
[0032]圖3是表示沒有進(jìn)行任何位置對(duì)準(zhǔn)或者配準(zhǔn)的大動(dòng)脈的圖像重疊的對(duì)的圖像的圖。
[0033]圖4是表示用戶確定大動(dòng)脈的中心點(diǎn)的圖像切片的圖像的圖。
[0034]圖5是表示對(duì)象的區(qū)域的圖像的圖。
[0035]圖6是表示在之上確定了近似的圓以及中心點(diǎn)的圖像的圖。
[0036]圖7是對(duì)象區(qū)域的集合的概略圖。
[0037]圖8是血管中心點(diǎn)的兩個(gè)集合的概略圖。
[0038]圖9是初始位置對(duì)準(zhǔn)前的血管中心點(diǎn)的兩個(gè)集合的繪圖。
[0039]圖10是初始位置對(duì)準(zhǔn)后的血管中心點(diǎn)的兩個(gè)集合的繪圖。
[0040]圖11是表示在之上進(jìn)行初始位置對(duì)準(zhǔn)的重疊的圖像的對(duì)的圖。
[0041]圖12是表示在之上進(jìn)行基于初始位置對(duì)準(zhǔn)以及剛性配準(zhǔn)的微調(diào)的重疊的圖像對(duì)的圖。
[0042]圖13是表示配準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)的兩個(gè)集合重疊的圖像的圖。
[0043]圖14是表示配準(zhǔn)前的CT以及MR數(shù)據(jù)重疊的圖像的圖。
[0044]圖15是表示配準(zhǔn)后的CT以及MR數(shù)據(jù)重疊的圖像的圖。
[0045]圖16是表示配準(zhǔn)前的CT數(shù)據(jù)的兩個(gè)集合重疊的圖像的圖。
[0046]圖17是表示配準(zhǔn)后的CT數(shù)據(jù)的兩個(gè)集合重疊的圖像的圖。
[0047]符號(hào)說(shuō)明
[0048]10…醫(yī)用圖像處理裝置、12...計(jì)算裝置、14"*CT掃描儀、16...顯示屏、18...設(shè)備、20…存儲(chǔ)器、22...CPU (Central Processing Unit)、24…數(shù)據(jù)處理部、26...區(qū)域確定部、28…位置對(duì)準(zhǔn)部。
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下，參照【附圖說(shuō)明】實(shí)施方式所涉及的醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法。另外，在以下的說(shuō)明中，針對(duì)具有大致同一功能以及結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素，添加同一符