專(zhuān)利名稱(chēng)：藥物動(dòng)力學(xué)圖像配準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字成像領(lǐng)域，例如在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域。尤其是，本發(fā)明涉及一種配準(zhǔn)至少包括第一圖像和第二圖像的圖像時(shí)間序列的方法，一種圖像處理裝置，一種掃描器系統(tǒng)和一種用于配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像的計(jì)算機(jī)程序。
當(dāng)不得不從不同投影或在不同時(shí)間點(diǎn)或在感興趣物體的不同運(yùn)動(dòng)階段中獲得相同物體的兩個(gè)圖像時(shí)，非常希望配準(zhǔn)這些圖像。
配準(zhǔn)圖像意味著它們對(duì)于共同參照系的幾何屬性的綜合(integration)。通常，這通過(guò)彎曲圖像直到相應(yīng)的解剖灰度值結(jié)構(gòu)相對(duì)于一些類(lèi)似性測(cè)量例如交叉相干，交互信息等匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著示蹤劑特殊性的增加，核醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)變得更加困難。示蹤劑越特殊，它的總的組織攝取越少并且相應(yīng)地，它產(chǎn)生的解剖背景反差越小(丟失解剖對(duì)比度(anatomical contrast)的問(wèn)題)，導(dǎo)致基于配準(zhǔn)的常規(guī)灰度值不可靠。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的圖像配準(zhǔn)。
根據(jù)如權(quán)利要求1中提出的本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例，上面的目的通過(guò)配準(zhǔn)圖像的時(shí)間序列的方法來(lái)解決，該時(shí)間序列包括第一圖像和第二圖像，其中在第一圖像中選擇感興趣的第一區(qū)域并在第二圖像中選擇感興趣的第二區(qū)域。此外，在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定從感興趣的第一區(qū)域到感興趣的第二區(qū)域的第一位移。在該第一位移的基礎(chǔ)上配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像，其中感興趣的第一區(qū)域與感興趣的第二區(qū)域相對(duì)應(yīng)。
例如，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)示范性實(shí)施例，通過(guò)確定感興趣的具體區(qū)域例如一片患癌的組織在具體時(shí)間周期上的位移，來(lái)執(zhí)行至少包括兩個(gè)圖像的圖像時(shí)間序列的局部對(duì)準(zhǔn)。有利地，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)示范性實(shí)施例，在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定該位移，因此對(duì)于經(jīng)常在核/醫(yī)學(xué)成像中使用非常特殊的示蹤劑時(shí)的情況下對(duì)具有很少或甚至沒(méi)有解剖對(duì)比度的圖像，可以提供感興趣區(qū)域的跟蹤。
根據(jù)如權(quán)利要求2中提出的本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例，通過(guò)在從感興趣的第一區(qū)域到在第二圖像中選擇的感興趣的第三區(qū)域的第二位移的基礎(chǔ)上和在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定第一藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)，來(lái)識(shí)別第一位移。此外，在從感興趣的第一區(qū)域到在第二圖像中選擇的感興趣的第四區(qū)域的第三位移的基礎(chǔ)上和在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定第二藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)。第三位移是第二位移的變異并且感興趣的第三和第四區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第一區(qū)域。此外，執(zhí)行第一房室參數(shù)(compartment parameter)和第二房室參數(shù)的質(zhì)量確定，得出第一質(zhì)量值和第二質(zhì)量值。然后，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)示范性實(shí)施例，比較第一和第二質(zhì)量值并確定第一和第二質(zhì)量值中的哪一個(gè)是更好的質(zhì)量值。從第二位移和第三位移中選擇一個(gè)位移。這個(gè)被選擇的位移對(duì)應(yīng)于該更好的質(zhì)量值，其中該被選擇的位移是該第一位移。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，通過(guò)應(yīng)用藥物動(dòng)力學(xué)模型在不同位移的基礎(chǔ)上估計(jì)各自的藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)，來(lái)比較感興趣物體的不同(可替換的)位移。則藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)是合格的，得出各自的質(zhì)量值。則該“更好的”位移(其為對(duì)應(yīng)于“更好的”質(zhì)量值的位移)被用于圖像配準(zhǔn)。
有利地，這可以提供改進(jìn)的圖像配準(zhǔn)。
本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例在權(quán)利要求3中提出，其中在統(tǒng)計(jì)質(zhì)量測(cè)量的確定，藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)庫(kù)，和第一藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)和第二藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)的一致性中至少之一的基礎(chǔ)上執(zhí)行質(zhì)量確定，該統(tǒng)計(jì)質(zhì)量測(cè)量的確定以第一藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)和第二藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)至少之一為基礎(chǔ)。
有利地，這可以提供快速的、有效的或者甚至自動(dòng)的質(zhì)量確定。
根據(jù)如在權(quán)利要求4中提出的本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例，從預(yù)定義的選項(xiàng)組交互式地選擇感興趣的第一和第二區(qū)域至少之一和藥物動(dòng)力學(xué)模型。因此，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)示范性實(shí)施例，用戶(hù)在圖像獲取之后不久或者甚至在圖像獲取期間選擇候選的病變和將要使用的藥物動(dòng)力學(xué)模型，例如藥物動(dòng)力學(xué)模型。
有利地，這可以提供快速且用戶(hù)友好的交互式圖像配準(zhǔn)。
根據(jù)如權(quán)利要求5中提出的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，反復(fù)地重復(fù)圖像配準(zhǔn)的方法直到第一質(zhì)量值和第二質(zhì)量值至少之一超過(guò)預(yù)置的閾值。
根據(jù)如權(quán)利要求6中提出的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，在關(guān)于CT數(shù)據(jù)集，MRI數(shù)據(jù)集，PET數(shù)據(jù)集，SPECT數(shù)據(jù)集和超聲成像數(shù)據(jù)集之一的醫(yī)學(xué)成像中應(yīng)用該方法。
根據(jù)如權(quán)利要求7中提出的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，提供用于配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像的圖像處理裝置，該圖像處理裝置包括用于存儲(chǔ)包括第一圖像和第二圖像的多維數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)器，和適于執(zhí)行下列操作的圖像處理器載入多維數(shù)據(jù)集；在第一圖像中選擇感興趣的第一區(qū)域；在第二圖像中選擇感興趣的第二區(qū)域；在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定從感興趣的第一區(qū)域到感興趣的第二區(qū)域的第一位移并在第一位移的基礎(chǔ)上配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像。感興趣的第一區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第二區(qū)域。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)示范性實(shí)施例的圖像處理裝置可以提供改進(jìn)的圖像配準(zhǔn)速度和高的配準(zhǔn)精確度。
本發(fā)明還涉及掃描器系統(tǒng)，包括用于存儲(chǔ)包括第一圖像和第二圖像的多維數(shù)據(jù)集的存儲(chǔ)器，和適于執(zhí)行第一圖像和第二圖像配準(zhǔn)的圖像處理器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該掃描器系統(tǒng)是CT掃描器系統(tǒng)、MRI掃描器系統(tǒng)、PET掃描器系統(tǒng)、和SPECT掃描器系統(tǒng)以及超聲成像系統(tǒng)之一。根據(jù)本發(fā)明的掃描器系統(tǒng)在權(quán)利要求8和9中提出。
有利地，這可以提供由根據(jù)本發(fā)明的掃描器系統(tǒng)獲得的圖像時(shí)間序列的改進(jìn)的圖像配準(zhǔn)。
本發(fā)明還涉及計(jì)算機(jī)程序，其例如可以在諸如圖像處理器的處理器上執(zhí)行。這種計(jì)算機(jī)程序可以是例如，CT掃描器系統(tǒng)、MRI掃描器系統(tǒng)、PET掃描器系統(tǒng)、SPECT掃描器系統(tǒng)或超聲系統(tǒng)的一部分。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序在權(quán)利要求10中提出。這些計(jì)算機(jī)程序可以?xún)?yōu)選地載入圖像處理器工作的存儲(chǔ)器中。因此圖像處理器被裝備來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的示范性實(shí)施例。該計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，例如CD-ROM。該計(jì)算機(jī)程序可以存在于例如萬(wàn)維網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上并可以從這樣的網(wǎng)絡(luò)下載到圖像處理器工作的存儲(chǔ)器中。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)示范性實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序可以任何合適的編程語(yǔ)言例如C++編寫(xiě)。
這可以看作本發(fā)明的示范性實(shí)施例的要點(diǎn)在例如房室模型(compartment model)的藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上執(zhí)行圖像時(shí)間序列的配準(zhǔn)，在該模型中在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上相互比較感興趣區(qū)域的可替換位移序列(由于例如病人的移動(dòng)，該區(qū)域在圖像采集期間移動(dòng))并且將最佳位移矢量用于圖像配準(zhǔn)。有利地，在即使沒(méi)有或只有很少解剖對(duì)比度的情況下，可以提供器官運(yùn)動(dòng)的有效補(bǔ)償。有利地，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，可以引入閾值并反復(fù)地重復(fù)比較不同的可能位移矢量的處理直到對(duì)應(yīng)于相應(yīng)位移矢量的質(zhì)量的質(zhì)量值超過(guò)該閾值。
參考下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得明顯和明白。
本發(fā)明的示范性實(shí)施例將在下面參考下列附圖進(jìn)行描述。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明圖像處理裝置的示范性實(shí)施例，該裝置用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的示范性實(shí)施例。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明配準(zhǔn)圖像的方法的示范性實(shí)施例的流程圖。
圖3示出了用于根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例配準(zhǔn)圖像執(zhí)行的操作和圖像的圖示。
圖4示出了用于根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例配準(zhǔn)圖像執(zhí)行的操作的圖示。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明圖像處理裝置的示范性實(shí)施例，該裝置用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的示范性實(shí)施例。圖1中描述的圖像處理裝置包括中央處理器(CPU)，連接到存儲(chǔ)器152的圖像處理器151，該存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)包含描述諸如包含感興趣區(qū)域(例如患癌的組織)的內(nèi)部器官的感興趣物體的圖像的多維數(shù)據(jù)集。圖像處理器151可以連接到多個(gè)輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)裝置，例如MR裝置或CT裝置。圖像處理器還連接到例如計(jì)算機(jī)的顯示器裝置154，用于顯示信息或在圖像處理器151中計(jì)算或修改的圖像。操作員經(jīng)由鍵盤(pán)和/或其他輸出或輸入裝置，例如沒(méi)有在圖1中描述的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)，與圖像處理器151相互作用。此外，也可能通過(guò)總線(xiàn)系統(tǒng)153連接圖像處理和控制處理器151到例如監(jiān)視感興趣物體的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)視器。例如，如果成像病人的肺，運(yùn)動(dòng)傳感器可以是呼氣傳感器。如果成像心臟，運(yùn)動(dòng)傳感器可以是心電圖(electro-cardiogram)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例圖像配準(zhǔn)的方法的示范性實(shí)施例的流程圖。該方法從步驟S0開(kāi)始，在其之后，例如利用產(chǎn)生多色束的多色電磁輻射源并利用探測(cè)該多色束的輻射探測(cè)器，例如在CT成像中的情況，在步驟S1中執(zhí)行多維數(shù)據(jù)集的采集。
應(yīng)注意，獲得的多維數(shù)據(jù)集可能是二維數(shù)據(jù)集或三維數(shù)據(jù)集的時(shí)間序列。此外，例如利用在圖像采集期間獲得的心電圖數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)集可能包括額外的信息，例如關(guān)于周期性運(yùn)動(dòng)的信息。
(如果，例如病人的心臟被成像)心電圖數(shù)據(jù)可被用來(lái)在心跳率的基礎(chǔ)上(在執(zhí)行圖像配準(zhǔn)之前)執(zhí)行預(yù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。此外，如果，例如病人的肺被成像，該多維數(shù)據(jù)集可能包括由呼氣傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)。
圖2中描述的方法是基于模型的機(jī)制的示范性實(shí)施例，用于在所謂藥物動(dòng)力學(xué)模型(其為房室模型)的基礎(chǔ)上核醫(yī)學(xué)圖像的時(shí)間序列的局部配準(zhǔn)。
藥物動(dòng)力學(xué)模型描述人體或動(dòng)物體內(nèi)的具體藥用物質(zhì)從給藥到最終排泄的流程。房室模型是這種藥物動(dòng)力學(xué)模型的具體數(shù)學(xué)表示。它簡(jiǎn)化該藥用物質(zhì)從處于試探級(jí)(heuristical level)的身體到該物質(zhì)在一定數(shù)目的房室或容器之間交換的流程，其結(jié)合了描述每個(gè)房室凈的物質(zhì)進(jìn)量和出量的若干交換率。平衡房室之間的流量允許描述根據(jù)交換率每個(gè)房室內(nèi)的隨時(shí)間變化的物質(zhì)含量，k參數(shù)。這種藥物動(dòng)力學(xué)模型或房室模型在技術(shù)上是公知的因此不進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
為了檢測(cè)隨時(shí)間變化的示蹤劑攝取，該示蹤劑攝取是用于確定病變的惡性和它們對(duì)治療的反應(yīng)的重要診斷工具，獲取核醫(yī)學(xué)圖像的時(shí)間序列并測(cè)量候選病變的特異性攝取(specific up-take)值的時(shí)間變化。藥物動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)特征參數(shù)k1，...，kn建模所謂房室之間的示蹤劑流量來(lái)描述隨時(shí)間變化的特異性攝取值(房室模型)。
為了獲得準(zhǔn)確的特異性攝取值并導(dǎo)出特征k參數(shù)的的估計(jì)，候選病變不得不在整個(gè)時(shí)間序列被跟蹤來(lái)補(bǔ)償病人和器官運(yùn)動(dòng)以確保從相同的解剖區(qū)域在整個(gè)時(shí)間過(guò)程獲得特異性攝取值。
在步驟S2中，從多維數(shù)據(jù)集執(zhí)行圖像片層的時(shí)間序列或體數(shù)據(jù)(三維圖像)的選擇。此后，在步驟S3中，在數(shù)據(jù)集的第一圖像中選擇感興趣的第一區(qū)域，例如候選病變。然后，在步驟S4中，選擇數(shù)據(jù)集的第二圖像中的感興趣的第二區(qū)域。第二圖像可能是在時(shí)間上跟隨第一圖像的圖像(意味著它是在采集了第一圖像之后被采集)。感興趣的第二區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第一區(qū)域以使得它在不同的時(shí)間點(diǎn)和在，由于例如器官運(yùn)動(dòng)的不同的空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)于相同的候選病變。
此后，在步驟S5中，確定第一位移，其描述了從第一圖像中感興趣的第一區(qū)域到第二圖像中感興趣的第二區(qū)域的位移。此外，在步驟S6中，確定可替換的第二位移，其描述了從第一圖像中感興趣的第一區(qū)域到第二圖像中感興趣的第三區(qū)域的位移，其中感興趣的第三區(qū)域相對(duì)于感興趣的第二區(qū)域輕微地移位。在步驟S7中，從可以從多維數(shù)據(jù)集(例如第三和第四圖像)中選擇另外的(更后時(shí)間點(diǎn)的)圖像，并從圖像到圖像跟蹤候選病變的位移，得出位移矢量的第一序列，其描述了候選病變從第一圖像到第二圖像，到第三圖像和到第四圖像的運(yùn)動(dòng)，并得出位移矢量的第二序列，其為第一位移矢量序列的輕微變化，描述了感興趣區(qū)域(候選病變)從第一圖像到第二圖像，到第三圖像和到第四圖像的可替換的軌跡(步驟S8)。因此，在四個(gè)圖像的時(shí)間序列的情況下，第一和第二位移矢量序列各自包括三個(gè)位移矢量，其每個(gè)位移矢量根據(jù)輸入圖像的維數(shù)具有兩個(gè)或三個(gè)維數(shù)。通常，n個(gè)圖像的時(shí)間序列得出(n-1)個(gè)二維或三維位移矢量的位移矢量序列。
此后，在步驟S9中，在描述從第一圖像中感興趣的第一區(qū)域到例如第四圖像中感興趣的第四區(qū)域(經(jīng)由第二圖像中感興趣的第二區(qū)域和第三圖像中感興趣的第三區(qū)域)病變位移的第一位移矢量序列的基礎(chǔ)上，確定包含感興趣房室模型的所有k參數(shù)的第一房室矢量K1(其為矢量(k1，1，k1，2，k1，3，k1，4))。此外，在藥物動(dòng)力學(xué)模型(其為房室模型)的基礎(chǔ)上確定這個(gè)房室矢量K1。
此外，在描述從第一圖像中感興趣的第一區(qū)域到第四圖像中感興趣的第五區(qū)域的位移的第二位移矢量序列的基礎(chǔ)上，獲得第二房室矢量K2＝(k2，1，k2，2，k2，3，k2，4)，其中第四圖像中感興趣的第五區(qū)域相對(duì)于第四圖像中感興趣的第四區(qū)域輕微地移位(由第一位移矢量描述)。因此，第二位移矢量序列是第一位移矢量序列的變異并通過(guò)圖像的時(shí)間序列描述了病變的第二軌跡。
在房室模式的基礎(chǔ)上確定房室參數(shù)之后，執(zhí)行第一房室矢量和第二房室矢量的質(zhì)量確定，得出相應(yīng)的第一質(zhì)量值和相應(yīng)的第二質(zhì)量值(步驟S10)。
在k估計(jì)的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量，例如它們的統(tǒng)計(jì)方差的基礎(chǔ)上，或者在對(duì)于病變和成像的解剖的k值的可能集合的給定庫(kù)(其得出在特征空間上與匹配k值(k矢量)的最接近集合的距離)的基礎(chǔ)上，執(zhí)行得出第一和第二質(zhì)量值的質(zhì)量確定。特征空間中的這個(gè)距離可被用作質(zhì)量值。此外，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，可以在從時(shí)間上向前配準(zhǔn)圖像序列(I1→I2→I3→I4)和向后配準(zhǔn)圖像序列(I4→I3→I2→I1)獲得的k估計(jì)的一致性的基礎(chǔ)上，來(lái)執(zhí)行質(zhì)量確定。
然而，應(yīng)注意，質(zhì)量確定過(guò)程的其他選擇也是可能的。
此后，在步驟S11中，相互比較第一和第二質(zhì)量值并確定它們中哪一個(gè)是“更好的”質(zhì)量值。進(jìn)一步處理該“更好的”質(zhì)量值。在步驟S12中確定該“更好的”質(zhì)量值是否超過(guò)預(yù)置閾值，或者換句話(huà)說(shuō)該“更好的”質(zhì)量值是否滿(mǎn)足一定的閾值標(biāo)準(zhǔn)。如果，在步驟S12中，確定該“更好的”質(zhì)量值沒(méi)有滿(mǎn)足由用戶(hù)手動(dòng)設(shè)置或從軟件方面自動(dòng)設(shè)置的預(yù)置閾值標(biāo)準(zhǔn)，該方法就跳回到步驟S6，在步驟S6中確定另外的可替換位移矢量序列。根據(jù)兩個(gè)位移矢量序列中的哪一個(gè)得出“更好的”質(zhì)量值，這個(gè)可替換的另外的位移矢量序列又是第一位移矢量序列的另一個(gè)變異，或者它可能是第二位移矢量序列的變異。
如果，在步驟S12中，確定滿(mǎn)足了該閾值標(biāo)準(zhǔn)，該方法繼續(xù)進(jìn)行步驟S14，其中執(zhí)行該四個(gè)圖像的配準(zhǔn)，配準(zhǔn)之后，該方法在步驟S15中結(jié)束。
應(yīng)注意，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，可以從預(yù)定義的選項(xiàng)組選擇感興趣的區(qū)域。此外，可以從預(yù)定義的房室模型組中選擇房室模式。有利地，交互地執(zhí)行這個(gè)選擇，在數(shù)據(jù)采集期間或數(shù)據(jù)采集之后馬上允許用戶(hù)輸入。
圖3示出了用于根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例為配準(zhǔn)圖像執(zhí)行的操作以及第一條圖像和第二圖像的圖示。第一圖像301是來(lái)自例如利用MRI掃描器系統(tǒng)或超聲成像系統(tǒng)采集到多維數(shù)據(jù)集的圖像片層。圖像片層301顯象定義例如病變的感興趣區(qū)域303。一定的時(shí)間之后，采集第二圖像片層302并識(shí)別定義病變的感興趣區(qū)域。由于器官運(yùn)動(dòng)，在圖像片層302內(nèi)病變的位置相對(duì)于圖像片層301內(nèi)病變的位置303移位。由于很少或者甚至沒(méi)有解剖對(duì)比度，感興趣物體(病變)的識(shí)別是不可能的。因此，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，識(shí)別圖像片層302內(nèi)感興趣物體的全套可能位置，其包括區(qū)域304，區(qū)域305和區(qū)域306。此外，識(shí)別從感興趣的第一區(qū)域303(參見(jiàn)圖像片層301)到感興趣區(qū)域304的位移。這個(gè)位移是位移307。識(shí)別關(guān)于從感興趣區(qū)域303到感興趣區(qū)域305的位移的另一個(gè)位移308，并識(shí)別關(guān)于從感興趣區(qū)域303到感興趣區(qū)域306的位移的第三位移309。由于這三個(gè)感興趣區(qū)域304，305，306相互之間有輕微的移位，位移307，308，309也輕微地變化。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，通過(guò)對(duì)該三個(gè)位移的每一個(gè)導(dǎo)出確定的質(zhì)量值來(lái)相互比較這些位移。此后，選擇三個(gè)位移中“最好的”用于兩個(gè)圖像片層301，302的配準(zhǔn)。
雖然本發(fā)明參照醫(yī)學(xué)成像進(jìn)行描述，其感興趣區(qū)域涉及例如患癌的組織，但應(yīng)注意本發(fā)明也可以應(yīng)用于非醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如材料檢測(cè)或質(zhì)量控制的應(yīng)用，其中實(shí)際產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)圖像需要被配準(zhǔn)。
圖4示出了用于根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例為配準(zhǔn)圖像的時(shí)間序列執(zhí)行的操作的圖示。
圖像410表示感興趣區(qū)域303的可能運(yùn)動(dòng)。根據(jù)圖4中描述的本發(fā)明的示范性實(shí)施例，選擇表示感興趣區(qū)域運(yùn)動(dòng)303運(yùn)動(dòng)的位移矢量的三個(gè)不同軌跡并相互比較。第一位移矢量描述感興趣區(qū)域303通過(guò)位移307到位置304然后通過(guò)位移407到位置402然后通過(guò)位移412到位置405的位移。第二位移矢量描述感興趣區(qū)域303通過(guò)相應(yīng)的位移308，408，413到位置305，然后到位置403，然后到位置406的位移。第三位移矢量描述感興趣區(qū)域303通過(guò)相應(yīng)的位移309，409，411到位置306，然后到位置401，然后到位置404的位移。應(yīng)注意，位置304，305和306涉及在其晚于采集包括位置303的第一圖像片層的第一時(shí)間的第二時(shí)間采集的第二圖像片層。此外，位置401，402和403涉及在晚于第二時(shí)間的第三時(shí)間采集的第三圖像片層并且位置404，405和406涉及在第四(最晚的)時(shí)間采集的第四圖像片層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在確定鏈接區(qū)域303和區(qū)域405，404或406中的一個(gè)的三個(gè)位移矢量序列之后，在這三個(gè)位移矢量序列和相應(yīng)的特異性攝取值(其在每個(gè)圖像中并對(duì)于每個(gè)感興趣的區(qū)域測(cè)得)和可由用戶(hù)交互式地選擇的相應(yīng)的藥物動(dòng)力學(xué)模型或房室模式的基礎(chǔ)上，確定各自包括房室參數(shù)的相應(yīng)房室矢量。在房室矢量的基礎(chǔ)上，執(zhí)行質(zhì)量確定并選擇涉及從質(zhì)量確定得出的“最好的”質(zhì)量值的三個(gè)位移矢量之一。如果，根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，相應(yīng)的“最好的”質(zhì)量值超過(guò)了預(yù)置閾值，相應(yīng)的位移矢量用于這四個(gè)圖像的配準(zhǔn)。
換而言之用R表示包圍可疑病變的感興趣區(qū)域，用I1，...，Im表示在時(shí)間t1，...，tm采集的核醫(yī)學(xué)圖像并用Tk表示在時(shí)間序列中當(dāng)從圖像Ik到下一圖像Ik+1進(jìn)行處理時(shí)感興趣區(qū)域R的位移。對(duì)位移T1＝(Ti，1，...，Ti，m-1)的每一個(gè)序列，獲得房室參數(shù)ki，1，...，ki，m的估計(jì)并相對(duì)于一些質(zhì)量測(cè)量Q確定這些估計(jì)的質(zhì)量(其中i＝1，...，r；r為位移或位移矢量的不同序列的數(shù)量)。對(duì)于導(dǎo)致房室參數(shù)kj，1，...，kj，m的估計(jì)最佳質(zhì)量的特定位移序列，相對(duì)于R局部配準(zhǔn)時(shí)間序列。
質(zhì)量測(cè)量Q的可能選擇為-k估計(jì)的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量，例如統(tǒng)計(jì)方差，-給出對(duì)于病變和解剖成像的k值的可能集合的庫(kù)，在特征空間與k值的最近匹配集的距離，或者-從時(shí)間上向前配準(zhǔn)圖像序列和向后配準(zhǔn)圖像序列獲得的k估計(jì)的一致性。
這個(gè)方法可以應(yīng)用于二維或三維核醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)集的任何時(shí)間序列，只要對(duì)使用的示蹤劑和成像的解剖區(qū)域藥物動(dòng)力學(xué)模型可用。獲得對(duì)示蹤劑攝取準(zhǔn)確且可再現(xiàn)的測(cè)量對(duì)于確定可疑病變的惡性、治療的反應(yīng)以及復(fù)發(fā)癌癥的早期檢測(cè)是至關(guān)重要的。隨著分子成像領(lǐng)域的快速進(jìn)步和具體示蹤劑的增加，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒖焖俚卦鲩L(zhǎng)。
有利地，本發(fā)明在保持感興趣病變的形狀和大小的同時(shí)，允許通過(guò)核圖像的時(shí)間序列進(jìn)行感興趣區(qū)域的跟蹤。此外，為了獲得對(duì)于表征示蹤劑攝取的參數(shù)的可能最佳估計(jì)，也允許進(jìn)行病人或器官運(yùn)動(dòng)的補(bǔ)償。因此，可以成功地配準(zhǔn)具有很少或者沒(méi)有解剖對(duì)比度的圖像(當(dāng)經(jīng)常遇到非常特殊的示蹤劑時(shí))。僅僅通過(guò)分析局部定義的感興趣區(qū)域，該提出的方法可以提供增長(zhǎng)的配準(zhǔn)速度。
因此，本發(fā)明提供貫穿整個(gè)時(shí)間序列的房室參數(shù)估計(jì)的總體一致性并因此提供改進(jìn)的圖像配準(zhǔn)，因?yàn)檎讏D像(時(shí)間序列)和描述隨時(shí)間變化的示蹤劑攝取的實(shí)體模型一起被用于配準(zhǔn)(并且不僅僅是，例如兩個(gè)圖像和相應(yīng)的灰度值結(jié)構(gòu))。
權(quán)利要求
1.一種配準(zhǔn)時(shí)間序列的圖像的方法，該時(shí)間序列至少包括第一圖像和第二圖像，該方法包括步驟在第一圖像中選擇感興趣的第一區(qū)域；在第二圖像中選擇感興趣的第二區(qū)域；在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定從感興趣的第一區(qū)域到感興趣的第二區(qū)域的第一位移；在該第一位移的基礎(chǔ)上配準(zhǔn)第一圖像和第二圖象；其中感興趣的第一區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第二區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定第一位移包括步驟在從感興趣的第一區(qū)域到在第二圖像中選擇的感興趣的第三區(qū)域的第二位移的基礎(chǔ)上和在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，確定第一藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)；在從感興趣的第一區(qū)域到在第二圖像中選擇的感興趣的第四區(qū)域的第三位移的基礎(chǔ)上和在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，確定第二藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)，其中第三位移是第二位移的變異并且其中感興趣的第三和第四區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第一區(qū)域；執(zhí)行第一房室參數(shù)和第二房室參數(shù)的質(zhì)量確定，得出第一質(zhì)量值和第二質(zhì)量值；確定第一和第二質(zhì)量值中哪一個(gè)是更好的質(zhì)量值；從第二位移和第三位移中選擇一個(gè)位移，其中被選擇的位移是對(duì)應(yīng)于較好質(zhì)量值的位移；并且其中被選擇的位移是第一位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在至少下述之一的基礎(chǔ)上執(zhí)行質(zhì)量確定在第一藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)和第二藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)至少之一的基礎(chǔ)上確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)；藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)庫(kù)；和第一藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)和第二藥物動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)的一致性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中從預(yù)定義的選項(xiàng)組中交互式地選擇感興趣的第一和第二區(qū)域至少之一和藥物動(dòng)力學(xué)模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中該方法被反復(fù)地重復(fù)直到第一質(zhì)量值和第二質(zhì)量值至少之一超過(guò)預(yù)置閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該方法應(yīng)用于關(guān)于CT數(shù)據(jù)集，MRI數(shù)據(jù)集，PET數(shù)據(jù)集，SPECT數(shù)據(jù)集和超聲成像數(shù)據(jù)集之一的醫(yī)學(xué)成像中。
7.一種用于配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像的圖像處理裝置，該圖像處理裝置包括存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)包含第一圖像和第二圖像的多維數(shù)據(jù)集；圖像處理器，適于執(zhí)行下列操作載入多維數(shù)據(jù)集；在第一圖像中選擇感興趣的第一區(qū)域；在第二圖像中選擇感興趣的第二區(qū)域；在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定從感興趣的第一區(qū)域到感興趣的第二區(qū)域的第一位移；在該第一位移的基礎(chǔ)上配準(zhǔn)第一圖像和第二圖象；其中感興趣的第一區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第二區(qū)域。
8.一種用于配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像的掃描器系統(tǒng)，該掃描器系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)包含第一圖像和第二圖像的多維數(shù)據(jù)集；圖像處理器，適于執(zhí)行第一圖像和第二圖像的配準(zhǔn)，其中該圖像處理器適于執(zhí)行下列操作載入多維數(shù)據(jù)集；在第一圖像中選擇感興趣的第一區(qū)域；在第二圖像中選擇感興趣的第二區(qū)域；在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定從感興趣的第一區(qū)域到感興趣的第二區(qū)域的第一位移；在該第一位移的基礎(chǔ)上配準(zhǔn)第一圖像和第二圖象；其中感興趣的第一區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第二區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的掃描器系統(tǒng)，其中該掃描器系統(tǒng)是CT掃描器系統(tǒng)，MRI掃描器系統(tǒng)，PET掃描器系統(tǒng)，SPECT掃描器系統(tǒng)，和超聲成像系統(tǒng)之一。
10.用于配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像的計(jì)算機(jī)程序，其中當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在圖像處理器上執(zhí)行時(shí)，該計(jì)算機(jī)程序使圖像處理器執(zhí)行下列操作載入包含第一圖像和第二圖像的多維數(shù)據(jù)集；在第一圖像中選擇感興趣的第一區(qū)域；在第二圖像中選擇感興趣的第二區(qū)域；在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上確定從感興趣的第一區(qū)域到感興趣的第二區(qū)域的第一位移；在該第一位移的基礎(chǔ)上配準(zhǔn)第一圖像和第二圖象；其中感興趣的第一區(qū)域?qū)?yīng)于感興趣的第二區(qū)域。
全文摘要
圖像配準(zhǔn)非常頻繁地用于不得不手動(dòng)執(zhí)行的乏味任務(wù)。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上執(zhí)行圖像時(shí)間序列的配準(zhǔn)，其中在藥物動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上相互比較感興趣區(qū)域的可替換位移序列并將最好的位移矢量用于圖像配準(zhǔn)。有利地，這可以提供器官運(yùn)動(dòng)的有效補(bǔ)償，即使沒(méi)有或只有很少解剖對(duì)比度。
文檔編號(hào)G06T7/00GK1950849SQ200580014485
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
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