專利名稱：使用合成套準(zhǔn)矢量的最佳圖像套準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理方法。本發(fā)明提供的方法可以特別應(yīng)用于從諸如CT、 MRI、 PET、靜脈圖像等的醫(yī)療檢查工具獲取的圖像的處理中。
技術(shù)背景最普遍使用的圖像處理方法之一是互相套準(zhǔn)圖片，即將一幅圖像傳送到另 一圖像的參考系統(tǒng)以便它們可以直接比較或甚至合并。 一個(gè)普通的例子是將一 個(gè)場(chǎng)景發(fā)生的CT圖像與在另一個(gè)場(chǎng)景發(fā)生的MRI圖像比較。套準(zhǔn)一個(gè)圖像和 另一個(gè)的處理使用戶可能直接正確地比較圖像，或使得其中兩幅圖像合并為一 幅圖像的圖像合并。目前存在完成該操作的自動(dòng)和手工的方法。發(fā)明內(nèi)容因此， 一種套準(zhǔn)(registration)圖像的方法，假設(shè)只有兩幅圖像。當(dāng)要套 準(zhǔn)兩幅以上的圖像時(shí)，使用相同的技術(shù)以合適的對(duì)共同套準(zhǔn)。本發(fā)明基于經(jīng)常是不正確的事實(shí)的假設(shè)經(jīng)常是不正確的事實(shí)。在醫(yī)療領(lǐng)域 中(例如)，經(jīng)常從不同的檢查裝置在不同時(shí)間得到許多病人的圖像。套準(zhǔn)這 些多幅圖像提供了機(jī)會(huì)用于改進(jìn)套準(zhǔn)多幅中所選圖像對(duì)的正輸性。一般，套準(zhǔn)處理涉及識(shí)別(以常用術(shù)語)'n'轉(zhuǎn)換步驟，諸如x和y方向的 平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和其他自由度，當(dāng)一起應(yīng)用并以合適順序時(shí)這些將一幅圖像 變換為另一幅。明顯的，使用轉(zhuǎn)換的預(yù)定準(zhǔn)確性，根據(jù)將執(zhí)行的步驟的數(shù)量和 類型，并使用每幅圖像的多個(gè)維度，將改變'n'。在兩個(gè)方向平移并在兩個(gè)方向 旋轉(zhuǎn)和縮放的二維圖像對(duì)將因此產(chǎn)生五維矢量。 一般，可以考慮多種因素以形 成單個(gè)n維表示所需全部信息的矢量數(shù)量。該矢量在這里稱為"套準(zhǔn)矢量"。該矢量方法允許套準(zhǔn)處理推i^化為更相關(guān)矢量關(guān)系項(xiàng)，從中可以理解本發(fā) 明。假設(shè)三幅圖像(A、 B和C)的簡(jiǎn)單情況，這些將在相關(guān)n維空間定義三 個(gè)點(diǎn)，以及套準(zhǔn)矢量表示從一個(gè)點(diǎn)移至l拐一個(gè)所需的位移。因此，為了從A達(dá) 到B，可能使用鏈接兩個(gè)點(diǎn)的單個(gè)轉(zhuǎn)移、或經(jīng)過C至B轉(zhuǎn)移之后的A至C轉(zhuǎn) 移首次移動(dòng)。一般，己獲取鏈接三幅圖像的三個(gè)路徑的每個(gè)的套準(zhǔn)矢量，并因此單個(gè)路徑矢量A-B和合成矢量A-C-B，這兩個(gè)矢量并不精確等于理論需求。從A至 B的兩個(gè)可能路徑之間的差別表示出現(xiàn)在其中的誤差；^是不完全接近理論 需求但表示實(shí)際(理想)變換的未知矢量。然而，由于期望矢量中的隨機(jī)誤差 皿系統(tǒng)誤差，明顯的是兩個(gè)路徑矢量的均值更接近實(shí)際變換。因此，本發(fā)明基于以下事實(shí)通過使用剩余圖像以獲取兩幅所選圖像之間的路徑選擇，通過平均那些路徑而更正確的確定兩者之間的真實(shí)變換。乍一看這是違反直覺的。期望間接路徑的貢獻(xiàn)會(huì)導(dǎo)致整體準(zhǔn)確性的減少，由于它們依賴多個(gè)不完全的接近之和。然而，事實(shí)上并不是這樣，因?yàn)榈谌鶊D像(以及任何后來的圖像)提供了在兩幅所選圖像中沒有出現(xiàn)的新的信息，其能用于改進(jìn)旨方法的正確性。優(yōu)選的，當(dāng)平均路徑時(shí)，將較大的豐又重給予其準(zhǔn)確性己知或有理由相信是最大的路徑。有可能在特定路徑上放置準(zhǔn)確性的優(yōu)選期望，因?yàn)樗鼈兩婕案普娴奶诇?zhǔn)圖像，或例如其已套準(zhǔn)圖像中包括的標(biāo)記。也可能根據(jù)圖像細(xì)節(jié)的分析估計(jì)套準(zhǔn)準(zhǔn)確性。可以理解本發(fā)明可隨時(shí)應(yīng)用于三幅以上的圖像，更多的可能路徑允許進(jìn)4亍更寬范圍的平均。可能重復(fù)處理，其中可獲得能使用的計(jì)算量。


現(xiàn)在ffl31參考附圖示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1表示三幅圖像的示例集合以及它們之間所需的轉(zhuǎn)移；圖2表示以三幅圖像構(gòu)成的假設(shè)路徑集的二維的表示；圖3 ^平均處理和隨后錯(cuò)誤的減少；以及圖4表示由四幅圖像構(gòu)成的假設(shè)路徑集的二維表示。
具體實(shí)施方式
挑戰(zhàn)就在于盡可能的獲取最正確的共同套準(zhǔn)。許多內(nèi)容需要小于lmm的 誤差以便產(chǎn)生的結(jié)果能在醫(yī)療上使用。在圖像具有差的分辨率、差的對(duì)比度或 包含假象的不理想的環(huán)境中，或當(dāng)出現(xiàn)諸如PET或CT的困難組合時(shí)，已知的 方法難以獲取所需的準(zhǔn)確性級(jí)。
^M現(xiàn)存的自動(dòng)套準(zhǔn)方法的另一個(gè)問題在于對(duì)于預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性級(jí)沒有確定 的質(zhì)量檢測(cè)。在手工套準(zhǔn)中，用戶在兩幅圖像上放置多個(gè)界標(biāo)，可能計(jì)算套準(zhǔn) 誤差的估計(jì)。沒有對(duì)應(yīng)的自動(dòng)方法的可能性存在。因此用戶必須依靠純粹視覺 的檢查結(jié)果。所有現(xiàn)在的自動(dòng)的和手工的套準(zhǔn)技術(shù)都使用目標(biāo)圖像和參考圖像。使用共 同套準(zhǔn)處理的目標(biāo)在于將目標(biāo)圖像轉(zhuǎn)換為參考圖像。然而，用戶經(jīng)常斷方問兩幅以上的圖像。示例可以是治療之前采用的無幀PET圖像，就正在治療之前使 用幀和指定的框，利用CT圖像和MRI圖像共同套準(zhǔn)。通過識(shí)別指定框的基準(zhǔn) 直接獲取CT圖像和MR圖像的共同套準(zhǔn)。此后，目標(biāo)圖像(PET圖像) 一般 套準(zhǔn)在用作參考圖像的CT圖像或MRI圖像。與現(xiàn)有技斜目比，本發(fā)明提供了機(jī)會(huì)Mil使用第三圖像包含的信息以改進(jìn) 處理。參考圖i， SM:示例性表示來表示三個(gè)樣本圖像。指定'A'的第一圖像io不包含套準(zhǔn)信息而簡(jiǎn)單包括病人的解剖細(xì)節(jié)12。例如，這是典型的PET圖像。 指定'B'的第二圖像14包含相同的解剖細(xì)節(jié)16但在不同的參考幀中。簡(jiǎn)單的說， ，示圖像本質(zhì)上是病人相同的一般區(qū)域，但可能受到(例如)轉(zhuǎn)移、旋轉(zhuǎn)和 縮放，因此兩者不會(huì)喧接比較。例如圖像B表示CT圖像，并因此使用附圖標(biāo) 記18表示。指定'C，的第三圖像20再次包含相同解剖細(xì)節(jié)22但設(shè)置在第三參考幀內(nèi)。 例如，這可能是MRI圖像。相同參考標(biāo)記18的圖像是可視的，不同的圖像位 置表示第二和第三參考幀之間的差別。因此，可以直接計(jì)算A和B之間的共同套準(zhǔn)或由共同套準(zhǔn)A-C和C-B的 合并獲取。fflil計(jì)算共同套準(zhǔn)A-B和合絲同套準(zhǔn)A-C-B之間的加權(quán)平均值， 可以由如下所示的因子7威少期望^M，其中、是^OT A-B共同套準(zhǔn)的誤差劃分的A-C共同套準(zhǔn)中誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏 差，以及kEb是4OT A-B共同套準(zhǔn)的誤差劃分的C-B共同套準(zhǔn)中誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差。如果謝門假設(shè)所有套準(zhǔn)剛是良好的，即、=1^=1，貝嗍望誤差能^>18%。
當(dāng)然，在該示例中，共同套準(zhǔn)C-B期望具有A-B和A-C共同套準(zhǔn)的誤差的一 半，因?yàn)槠涫褂弥付蛴?jì)算，由此給出較好的結(jié)果(特別如果圖像的質(zhì)量不好)。 對(duì)于該情形，期望誤差^>超過25%。需要注意，總是希望誤差更低，即使A-C和B-C的共同套準(zhǔn)具有比A-B 的共同套準(zhǔn)更高的期望誤差。該方法對(duì)于三幅以上的圖像仍有用，并因此給出 更高的收益。該方法可以總結(jié)如下。讓每幅圖像都是圖中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)。兩幅圖像之間計(jì)算的共同套準(zhǔn)形成對(duì)應(yīng) 結(jié)點(diǎn)之間的邊。因而在每個(gè)其他圖像上套準(zhǔn)每個(gè)圖像。獲取兩幅所選圖像的共 同套準(zhǔn)作為圖#/結(jié)點(diǎn)之間所有路徑的加權(quán)均值，其中從每個(gè)套準(zhǔn)的差別的估計(jì) 計(jì)算并選#1又重，以便最小化結(jié)果的差別。不同路徑之間的偏差可以用作檢測(cè) 套準(zhǔn)質(zhì)量。如果使用基于地標(biāo)的套準(zhǔn)，那么任何常用的誤差估計(jì)都可以用作估 計(jì)^套準(zhǔn)的差別。否則，可以運(yùn)用采用圖像的voxel大小的估計(jì)。與直接套 準(zhǔn)相比，產(chǎn)生的套準(zhǔn)的期望誤差總是更低。圖2表示這樣的圖表。在100標(biāo)識(shí)圖像A，在102標(biāo)識(shí)圖像B以及圖像C 在104。從A至B的直接套準(zhǔn)矢量表示為邊106。然而，可以看見M圖像C 到達(dá)B也是可能的，g卩，從100經(jīng)Miil08至Ul04的圖像C，然后經(jīng)過邊110 達(dá)到102的圖像B。如圖3所示，圖2的方法部分，圖像B位于標(biāo)識(shí)為102'的某地。套準(zhǔn)矢量 106和110的終點(diǎn)沒有完全一致；它們之間有間隙112。沿著連接套準(zhǔn)矢量106 和110的終點(diǎn)的線的平均點(diǎn)114將更好的指示出"真實(shí)"套準(zhǔn)矢量116的終點(diǎn)。 如所示，平均點(diǎn)114是兩個(gè)終點(diǎn)的中間，但采用的權(quán)重會(huì)影響它。此外，根據(jù) 隨機(jī)誤差超過系統(tǒng)誤差的假設(shè)，在檢測(cè)矢量106、 110之間表示真實(shí)的套準(zhǔn)矢 量116。圖4表示包含四幅圖像A、 B、 C和D的示例。對(duì)于該情形，從A至B有 多條路徑圖像 路由A-B 200: 208: 202A-C-B 200: 210: 204: 218: 202A-D-B 200: 216: 206: 214: 202:
A-C-D-B 200: 210: 204: 212: 206: 214: 202A-D《誦B 200: 216: 206:國(guó)212: 204: 218: 202優(yōu)選使用這些路徑的一些或全部。更多的路徑會(huì)提供更多的合成套準(zhǔn)矢 量，但將增加計(jì)算負(fù)載。必須根據(jù)可使用的計(jì)算力、所需正確性和可使用的時(shí) 間達(dá)到平衡。體滅微澄使a、 b和c是三幅圖像，并假設(shè)a應(yīng)套準(zhǔn)到b。使Tab作為a和b之間的 套準(zhǔn)，并相應(yīng)定義Tac和Tcb。使Tacb作為由合成Tac和Tcb獲得的a和b之 間的套準(zhǔn)。由加權(quán)平均給出a和b之間的套準(zhǔn)T。<formula>formula see original document page 8</formula>使Xab、 Xac和Xcb成為Tab、 Tac和Tcb中的隨機(jī)誤差。T的隨機(jī)誤差X 因此是(因?yàn)檎`差是附加的)可以假設(shè)Xab、 Xac和Xcb是獨(dú)立的并具有0的期望值。因此當(dāng)根據(jù)如下 最小化偏差V閃時(shí)能最小化誤差<formula>formula see original document page 8</formula>其中，cri=K[Z。fc;|，《二r[U以及ai-r[U?？梢?例如)從圖像的voxel尺寸估計(jì)這些值，或使用手工共同套準(zhǔn)的現(xiàn)有誤差估計(jì)。使 cr^ = Lcr。fc l、m 0"^ =以及 6 ,然后<formula>formula see original document page 8</formula>假設(shè)其最小為<formula>formula see original document page 8</formula>這給出酬=《因此標(biāo)準(zhǔn)偏差"[義]=>^小于具有如下因子的"[L〗
假設(shè)即使ka(Hcab^1，因子大于1，得出其他圖像的使用以提供其他路徑 是改進(jìn)所選圖像對(duì)的套準(zhǔn)準(zhǔn)確性的有用手段。當(dāng)然可以理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以對(duì)上述實(shí)施例作出許多 改變。
權(quán)利要求
1.一種確定具有至少三個(gè)相關(guān)圖像的組中兩個(gè)所選圖像之間的套準(zhǔn)矢量的方法，該方法包括a.確定套準(zhǔn)矢量集，每個(gè)在組中各個(gè)圖像對(duì)之間；b.從套準(zhǔn)矢量集確定經(jīng)過所選圖像之外的至少一個(gè)圖像從一個(gè)所選圖像到另一個(gè)所選圖像的至少一個(gè)合成套準(zhǔn)矢量；c.確定最佳套準(zhǔn)矢量，是從如下選擇的多個(gè)套準(zhǔn)矢量的均值I.所選圖像之間的套準(zhǔn)矢量；II.至少一個(gè)合成套準(zhǔn)矢量。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括在多個(gè)套準(zhǔn)矢量中估計(jì) 偏差的步驟，并且其中根據(jù)多個(gè)矢量中每個(gè)單獨(dú)套準(zhǔn)矢量相關(guān)的偏差來加權(quán)均 值。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)最佳套準(zhǔn)矢量隨后 變換所述一個(gè)所選圖像。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在變換之后將所述一個(gè)所選 圖像與另一個(gè)所選圖像合并。
5. —種確定具有至少三個(gè)相關(guān)圖像的組中兩個(gè)所選圖像之間套準(zhǔn)矢量的 軟件模塊，該模i央包括如下指令a. 確定套準(zhǔn)矢量集，^在組中各個(gè)圖像對(duì)之間；b. 從套準(zhǔn)矢量集確定經(jīng)過所選圖像之外的至少一個(gè)圖像從一個(gè)所選圖像 到另一個(gè)所選圖像的至少一個(gè)合成套準(zhǔn)矢量；c. 確定最佳套準(zhǔn)矢量，是從如下選擇的多^準(zhǔn)矢量的均值 I.所選圖像之間的套準(zhǔn)矢量；n.至少一個(gè)合成套準(zhǔn)矢量。
6. 如權(quán)利要求5所述的模塊，其特征在于，包括在多個(gè)套準(zhǔn)矢量中估計(jì) 偏差，并且其中根據(jù)與多個(gè)矢量中的每個(gè)單獨(dú)套準(zhǔn)矢量相關(guān)的偏差來加權(quán)均值 的指令。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的模塊，其特征在于，包括根據(jù)最佳套準(zhǔn)矢量 隨后變換所述一個(gè)所選圖像的指令。
8. 如權(quán)利要求7所述的模塊，其特征在于，包括在變換之后將所述一個(gè) 所選圖像與另一個(gè)所選圖像合并的指令。
9. 一種配置成通過序列步驟確定具有至少三個(gè)相關(guān)圖像的組中的兩個(gè)所選圖像之間的套準(zhǔn)矢量的圖像分析裝置，該步驟包括a. 確定套準(zhǔn)矢量集，旨在組中各個(gè)圖像對(duì)之間；b. 從套準(zhǔn)矢量集確定經(jīng)過所選圖像之外的至少一個(gè)圖像從一個(gè)所選圖像至U另一個(gè)所選圖像的至少一個(gè)合成套準(zhǔn)矢量；C.確定最佳套準(zhǔn)矢量，是從如下選擇的多，準(zhǔn)矢量的均值I.所選圖像之間的套準(zhǔn)矢量； n.至少一個(gè)合成套準(zhǔn)矢量。
10. 如權(quán)利要求9所述的圖像分析裝置，其特征在于，還配置成在多個(gè)套 準(zhǔn)矢量中估計(jì)偏差，并且其中根據(jù)多個(gè)矢量中每個(gè)單獨(dú)套準(zhǔn)矢量相關(guān)的偏差來 加權(quán)均值。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的圖像分析裝置，其特征在于，配置劇每所 述一個(gè)所選圖像變換為另一個(gè)最佳套準(zhǔn)矢量。
12. 如權(quán)禾腰求11所述的圖像分析裝置，其特征在于，配置成在變換之 后將所述一個(gè)所選圖像與另一個(gè)所選圖像合并。
13. 如權(quán)利要求9至12任一項(xiàng)所述的圖像分析裝置，其特征在于，圖像是從醫(yī)療檢查^a傳送的病人圖像。
14. 一種大致如這里描述和/或參考相應(yīng)附圖所述的方法。
全文摘要
一種用于套準(zhǔn)圖像的方法，一般假設(shè)只有兩幅圖像，該假設(shè)并不總是有效的。通過使用剩余圖像以獲取兩幅所選圖像之間的路徑選擇，通過平均這些路徑可以更準(zhǔn)確的確定兩幅圖像之間的變換。當(dāng)平均路徑時(shí)，將準(zhǔn)確性已知或合理相信為最大的路徑給予較大的權(quán)重?？赡苤貜?fù)處理，其中可獲得可利用的計(jì)算量。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101128847SQ200580048602
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者A·L·G·埃里克森 申請(qǐng)人:伊利克塔股份有限公司