專利名稱：圖像配準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)裝置、圖像配準(zhǔn)方法和圖像配準(zhǔn)計算機程序。
背景技術(shù)：
US5633951公開了使對象的變形的第一和第二體積圖像相對配準(zhǔn)的三維成像方法，這些圖像可通過對體積圖像之一執(zhí)行彈性幾何變換來從不同的成像模態(tài)和/或在不同的時間得到。該方法包括從相應(yīng)的第一和第二圖像提取第一和第二相應(yīng)的表面，所述表面描繪同一特征(例如骨/組織界面)。這通過提取每個表面的一堆輪廓來完成。第一表面為了與第二表面對齊的目的而被反復(fù)地扭曲，以得出全局轉(zhuǎn)變矢量和一組殘余表面失真矢量。通過將加權(quán)函數(shù)應(yīng)用于殘余表面失真矢量來確定體積失真矢量，該體積失真矢量用于指示體素中心的第二體積圖像中的區(qū)位，體素中心的插入的強度將被移動到格點。加權(quán)函數(shù)包括表示第二體積的彈性勁度的常數(shù)。第一表面的提取、表面扭曲和體積失真矢量確定這些步驟在連續(xù)的迭代中重復(fù)，直到體積圖像之間的配準(zhǔn)不良(misregistration)的度量小于預(yù)定值。如果對象包括復(fù)雜的屬性，則這個配準(zhǔn)方法的質(zhì)量降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 目的是提供一種用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)裝置、圖像配準(zhǔn)方法和圖像配準(zhǔn)計算機程序，其中可以提高配準(zhǔn)質(zhì)量，特別是如果對象包括復(fù)雜的屬性的話也可以提高。在本發(fā)明的第一方面中，提出了用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)裝置，其中該圖像配準(zhǔn)裝置包括:-圖像提供單元，其用于提供第一對象的第一圖像和第二對象的第二圖像，其中第一對象和第二對象具有相同的類型，-模型提供單元，其用于提供第一對象和第二對象的模型，其中該模型具有固定拓撲，-調(diào)整單元，其用于將針對第一圖像來調(diào)整該模型以產(chǎn)生第一調(diào)整后模型并針對第二圖像來調(diào)整該模型用于產(chǎn)生第二調(diào)整后模型，-對應(yīng)圖像元素確定單元，其用于基于第一圖像中的第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像中的第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置來確定第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。因為所提供的模型具有固定拓撲，所以基于第一圖像中的第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像中的第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置，能夠相對可靠地在第一圖像中和第二圖像中找到對應(yīng)圖像元素，即使第一和第二對象包括復(fù)雜的屬性(例如心臟)，從而提高配準(zhǔn)質(zhì)量。
例如，如果第一和第二對象都具有類型“心臟”，在左心室心肌層的外側(cè)上的是“滑動”面，“滑動”面對于通過參量空間變換進行建模是復(fù)雜的。而且，在心肌層的內(nèi)側(cè)上的是具有非常高的柔韌性且因此難以配準(zhǔn)的乳頭肌。在血池本身中，沒有定義在組織之間的解剖對應(yīng)性，且已知的配準(zhǔn)方法可能例如根據(jù)偶然的造影劑波動來對齊。相反，通過針對第一和第二圖像中的第一和第二對象來調(diào)整具有固定拓撲的模型并通過基于第一和第二圖像中的圖像元素相對于相應(yīng)的調(diào)整后模型的空間位置來確定這兩個圖像中的對應(yīng)圖像元素，可實現(xiàn)可靠的配準(zhǔn)，即使對象包括復(fù)雜的屬性。第一對象和第二對象可以是相同的對象，例如在不同的時間或通過不同的成像模態(tài)對該相同的對象進行成像。第一對象和第二對象也可以是具有相同類型的不同對象。例如，第一對象可以是第一個人的器官，而第二對象可以是第二個人的相同器官，以便比較不同人的器官。代替器官，相同類型的其它對象可顯示在第一圖像和第二圖像中。如果第一和第二對象是解剖對象，則在解剖學(xué)上對應(yīng)的圖像區(qū)位可被映射到彼此上。特別是，得到對應(yīng)的外表面元素和內(nèi)部元素(特別是內(nèi)部體積元素)。第一對象和第二對象優(yōu)先具有人或動物的“心臟”的類型，且模型優(yōu)先是對應(yīng)的心臟模型。特別是，第一對象和第二對象優(yōu)先具有類型“左心室心肌層”，且模型是左心室心肌層的對應(yīng)模型。然而，第一對象和第二對象也可以是另一器官(例如肺)、人或動物的另一部分或技術(shù)對象，其中模型對應(yīng)于相應(yīng)的對象。調(diào)整單元優(yōu)先適合于利用第一和第二對象的一般模型，即，例如非人或非動物特有的模型開始調(diào)整過程，然后分別針對第一圖像和第二圖像來調(diào)整該模型，用于產(chǎn)生人或動物特有的調(diào)整后的第一和第二模型。圖像提供單元例如是存儲單元，其中存儲了第一對象的第一圖像和第二對象的第二圖像。然而，圖像提供單元也可以是產(chǎn)生第一圖像和第二圖像的成像模態(tài)。例如，圖像提供單元可以是計算機斷 層攝影單元、磁共振成像單元、核成像單元(如正電子發(fā)射斷層攝影單元或單光子發(fā)射計算機斷層攝影單元)、超聲成像單元、C臂X射線成像單元等。第一圖像和第二圖像可由同一成像模態(tài)或由不同的成像模態(tài)產(chǎn)生。模型提供單元優(yōu)先是存儲單元，其中存儲了在第一圖像和第二圖像中示出的第一和第二對象的模型。模型優(yōu)先包括第一結(jié)構(gòu)和耦合到第一結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)。第一結(jié)構(gòu)優(yōu)先是外部表面結(jié)構(gòu)，而第二結(jié)構(gòu)優(yōu)先是內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中外部表面結(jié)構(gòu)優(yōu)先是外部表面網(wǎng)格(mesh)，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)先是體積網(wǎng)格。內(nèi)部結(jié)構(gòu)可定義第一對象和第二對象的體積的不同部分。在該體積內(nèi)的這些不同的部分可以比包圍該體積的表面結(jié)構(gòu)所指示的部分更復(fù)雜。例如，肌束可具有在該體積內(nèi)部的幾何分布，該分布不能簡單地通過從表面結(jié)構(gòu)推斷。然而，通過調(diào)整模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(其耦合到也被針對該對象調(diào)整的模型的外部表面結(jié)構(gòu))，體積內(nèi)的不同部分也可被區(qū)分開，即使它們并不是只從外部表面結(jié)構(gòu)可推斷出的。如上所述，第一結(jié)構(gòu)可以是外部表面結(jié)構(gòu)，而第二結(jié)構(gòu)可以是內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而，第一結(jié)構(gòu)也可以是外部一維線，而第二結(jié)構(gòu)可以是被該一維線包圍的內(nèi)部二維區(qū)域。而且，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以是完全填充由外部表面結(jié)構(gòu)或外部線結(jié)構(gòu)限定的內(nèi)部區(qū)域，或內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以是不完全填充內(nèi)部區(qū)域的結(jié)構(gòu)。代替體積網(wǎng)格，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可包括其它幾何元素，其中可通過將其中的幾何元素耦合到外部表面結(jié)構(gòu)來從外部表面結(jié)構(gòu)確定其它幾何元素的空間位置。例如，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可包括毛細血管樹的頂點，其中這些頂點可由內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相應(yīng)頂點到外部表面結(jié)構(gòu)的頂點之間的距離來表示，這些頂點不位于線上。這些距離可被修改用于針對第一圖像中的第一對象和第二圖像中的第二對象來調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如果體積網(wǎng)格被使用，則它優(yōu)先由作為體積小室的四面體組成。但也可使用其它小室(例如立方體)?？商娲?，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可例如表示一束纖維或樹(例如血管樹或支氣管樹)。因為模型具有固定拓撲，形成模型的模型元素的數(shù)量(例如表面網(wǎng)格的三角形的數(shù)量和體積網(wǎng)格的四面體的數(shù)量)以及在模型元素之間的相鄰關(guān)系(即，哪些模型元素相鄰哪些其它模型元素)是固定的。優(yōu)選地，調(diào)整單元適合于-通過針對第一對象來調(diào)整第一結(jié)構(gòu)并通過使用調(diào)整后的第一結(jié)構(gòu)作為邊界條件調(diào)整第二結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生第一調(diào)整后模型，以及-通過針對第二對象來調(diào)整第一結(jié)構(gòu)并通過使用調(diào)整后的第一結(jié)構(gòu)作為邊界條件調(diào)整第二結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生第二調(diào)整后模型。特別是，第一結(jié)構(gòu)優(yōu)先是外部表面結(jié)構(gòu)，其被針對相應(yīng)對象的表面來調(diào)整，而第二結(jié)構(gòu)優(yōu)先是內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其在外部表面結(jié)構(gòu)用作邊界條件時被調(diào)整。優(yōu)先地，調(diào)整單元適合于使外部表面結(jié)構(gòu)變形，用于通過使外部能量和內(nèi)部能量的加權(quán)和最小化來針對相應(yīng)的對象來調(diào)整外部表面結(jié)構(gòu)。進一步優(yōu)選地，調(diào)整單元適合于調(diào)整第二結(jié)構(gòu)(其優(yōu)先是內(nèi)部結(jié)構(gòu))，使得第二結(jié)構(gòu)的內(nèi)部能量被最小化。優(yōu)先是體積網(wǎng)格的可調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是彈性“海綿”，該彈性“海綿”是松弛的，服從于由經(jīng)調(diào)整的外 部表面結(jié)構(gòu)定義的邊界條件，該外部表面結(jié)構(gòu)優(yōu)先是表面網(wǎng)格。優(yōu)先地，內(nèi)部結(jié)構(gòu)耦合到外部表面結(jié)構(gòu)，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外部頂點與外部表面結(jié)構(gòu)的頂點相同。通過不移動內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外部頂點來將外部表面結(jié)構(gòu)優(yōu)先用作邊界條件，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外部頂點被外部表面結(jié)構(gòu)固定。優(yōu)選地，對應(yīng)圖像元素確定單元適合于確定將第一調(diào)整后模型的特征變換到第二調(diào)整后模型的對應(yīng)特征的變換，并適合于基于所確定的變換來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。第一調(diào)整后模型的特征和第二調(diào)整后模型的對應(yīng)特征例如是模型的頂點。變換可以是全局變換，該全局變換將第一調(diào)整后模型的所有特征(特別是所有頂點)映射到第二調(diào)整后模型的所有對應(yīng)特征。變換也可以是局部變換，局部變換將在第一調(diào)整后模型的第一模型元素內(nèi)的第一圖像元素映射到第二調(diào)整后模型的對應(yīng)第二模型元素的對應(yīng)第二圖像元素。例如，第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型可每個由模型元素組成，其中對應(yīng)圖像元素確定單元適合于通過執(zhí)行下列步驟來確定第二圖像的第二圖像元素(其對應(yīng)于第一圖像的所提供的第一圖像元素):-確定包括第一圖像的第一圖像元素的第一模型元素，其中第一模型元素是第一調(diào)整后模型的模型元素，-確定作為第二調(diào)整后模型的模型元素的第二模型元素，其中第二模型元素被確定，使得其對應(yīng)于所確定的第一模型元素，-相對于第一模型元素和第二模型元素所共有的特征來定義在第一模型元素中的第一局部坐標(biāo)系和在第二模型元素中的第二局部坐標(biāo)系，-基于第一圖像中和第二圖像中的共有特征的位置來確定第一局部坐標(biāo)系和第二局部坐標(biāo)系之間的變換，-確定第一圖像元素在第一局部坐標(biāo)系中的位置，-根據(jù)第一圖像元素在第一局部坐標(biāo)系中的所確定的位置和所確定的變換確定在第二局部坐標(biāo)系中第二圖像中對應(yīng)于第一圖像元素的第二圖像元素的位置。這進一步提高了確定在第一圖像中和在第二圖像中的對應(yīng)圖像元素的精度。外部表面結(jié)構(gòu)的模型元素優(yōu)先是表面網(wǎng)格的三角形，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模型元素優(yōu)先是體積網(wǎng)格的四面體。用于定義局部坐標(biāo)系的共有特征可以是三角形和四面體的頂點。在第一圖像和第二圖像之間的映射因此優(yōu)先由體積小室對應(yīng)性并由第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型中的局部坐標(biāo)系來定義。進一步優(yōu)選地，在所提供的模型中指示區(qū)位，其中對應(yīng)圖像元素確定單元適合于基于第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素，該對應(yīng)圖像元素對應(yīng)于在所提供的模型中指示的區(qū)位。進一步優(yōu)選地，將值分配給在所提供的模型中指示的區(qū)位，其中圖像配準(zhǔn)裝置還包括用于將值分配給第一圖像和第二圖像的圖像元素的分配單元，所述圖像元素對應(yīng)于該區(qū)位。因此，可將在所提供的模型中指示的區(qū)位(特別是區(qū)域)轉(zhuǎn)移到第一圖像和第二圖像，從而允許非常容易地在第一圖像中和第二圖像中比較這些區(qū)域，該指示例如是通過給不同的區(qū)域不同地著色?？赏ㄟ^將顏色值分配給在所提供的模型中指示的區(qū)位來提供顏色。被分配給在所提供的模型中指示的區(qū)位的值也可表示另一成像屬性(如對比度、灰度值等)。所提供的模型是最初提供的模型，其可以是變形的(例如經(jīng)由針對第一或第二圖像來調(diào)整)，或者其可以是未變形的，然后優(yōu)先表示某種模板或與特定的圖像不相關(guān)的對象的抽象實例。所提供的模型可被視為參考模型，其中用戶界面可被提供來允許用戶指示在所提供的模型中的區(qū)位。 然后，對應(yīng)圖像元素確定單元確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素，該對應(yīng)圖像元素對應(yīng)于在所提供的模型中指示的區(qū)位，且可在顯示器上顯示這些對應(yīng)圖像元素，例如通過顯示所確定的對應(yīng)圖像元素的位置處的圖像元素來顯示。而且，被分配給在所提供的模型中指示的區(qū)位的值可包含信息，可通過將值分配給第一圖像和第二圖像的對應(yīng)圖像元素來將該信息映射到第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型，其中所分配的值可被視覺化和/或用于進一步的處理。進一步優(yōu)選地，圖像配準(zhǔn)裝置包括用于處理對應(yīng)圖像元素的圖像值的圖像值處理單元。例如，可容易比較對應(yīng)圖像元素的圖像值(特別是圖像灰度值)，或能夠形成對應(yīng)圖像元素的圖像值的差或商。圖像值處理單元可適合于在其已應(yīng)用全局灰度值差補償之后處理圖像值。該差可例如用于診斷目的。全局灰度值差補償對第一圖像中和第二圖像中可能的不同總對比度水平進行補償。進一步優(yōu)選地，-圖像值處理單元適合于根據(jù)對應(yīng)圖像元素的圖像值來產(chǎn)生經(jīng)處理的值，-對應(yīng)圖像元素確定單元適合于根據(jù)第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置中的至少一個來確定在所提供的模型中與該對應(yīng)圖像元素對應(yīng)的區(qū)位。
-圖像配準(zhǔn)裝置還包括用于將經(jīng)處理的值分配給在所提供的模型中的確定的區(qū)位的分配單元。這允許顯示在所提供的模型中的經(jīng)處理的值，該值例如是對應(yīng)圖像元素的圖像值的差或商。也可將第一圖像和/或第二圖像的未經(jīng)處理的值映射到所提供的模型并在所提供的模型中可視化。在本發(fā)明的另一方面中，提出了用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)方法，其中圖像配準(zhǔn)方法包括:-提供第一對象的第一圖像和第二對象的第二圖像，其中第一對象和第二對象具有相同的類型，-提供第一對象和第二對象的模型，其中該模型具有固定拓撲，-針對第一圖像來調(diào)整模型以產(chǎn)生第一調(diào)整后模型并針對第二圖像來調(diào)整模型以產(chǎn)生第二調(diào)整后模型，-基于第一圖像中的第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像中的第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。在本發(fā)明的另一方面中，提出了用于配置第一圖像和第二圖像的圖像配準(zhǔn)計算機程序，其中圖像配準(zhǔn)計算機程序包括程序代碼模塊，當(dāng)圖像配準(zhǔn)計算機程序在控制如權(quán)利要求I所述的圖像配準(zhǔn)裝置的計算機上運行時，該程序代碼模塊用于使該圖像配準(zhǔn)裝置執(zhí)行如在權(quán)利要求14中定義的圖像配置方法的步驟。應(yīng)理解，權(quán)利要求1的圖像配準(zhǔn)裝置、權(quán)利要求14的圖像配置方法和權(quán)利要求15的圖像配準(zhǔn)計算機程序具有相似和/或相同的優(yōu)選實施例，該優(yōu)選實施例特別是如在從屬權(quán)利要求中定義的。應(yīng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實施例也可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)的獨立權(quán)利要求的任何組合。根據(jù)在下文中描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明顯，且參考下文中描述的實施例來闡明本發(fā)明的這些和其它方面。


在下面的附圖中:圖1示意性和示例性地示出用于配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像的圖像配準(zhǔn)裝置的實施例，圖2示意性和示例性地示出被針對在圖像中示出的心臟來調(diào)整的心臟模型，圖3示出包括用于產(chǎn)生計算機斷層攝影圖像的計算機斷層攝影系統(tǒng)的圖像配準(zhǔn)裝置的實施例，圖4示出在第一圖像和第二圖像的圖像元素之間的空間關(guān)系，圖5示意性和示例性地示出在休息狀態(tài)中的人的心臟的圖像，圖6示意性和示例性地示出在壓力狀態(tài)中的人的心臟的圖像，圖7示意性和示例性地示出在被映射到圖5所示的圖像上的圖6所示的圖像的灰
度值，

圖8示意性和示例性地示出包括AHA區(qū)段的心臟的模型，
圖9示意性和示例性地示出圖8所示的模型的AHA區(qū)段被映射到的圖像，以及圖10示出示例性地說明用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)方法的實施方式的流程圖。
具體實施例方式圖1示意性和示例性地示出用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)裝置。圖像配準(zhǔn)裝置10包括用于提供同一對象的第一圖像和第二圖像的圖像提供單元11，即，第一對象和第二對象在這個實施例中是同一對象。圖像配準(zhǔn)裝置10還包括用于提供具有固定拓撲的對象的模型的模型提供單元13、用于將該模型針對第一圖像來調(diào)整以用于產(chǎn)生第一調(diào)整后模型并針對第二圖像來調(diào)整以用于產(chǎn)生第二調(diào)整后模型的調(diào)整單元14、以及用于基于第一圖像中的第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像中的第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素的對應(yīng)圖像元素確定單元15。在這個實施例中，對象是人或動物的心臟，且模型是對應(yīng)的心臟模型。特別是，對象是左心室心肌層，且模型是左心室心肌層的對應(yīng)模型。模型提供單元13優(yōu)先是存儲單元，其中存儲了對象的對應(yīng)模型，且可從存儲單元檢索出相應(yīng)的模型。圖2示意性和示例性地示出人的心臟20和模型21的圖像，模型21被針對心臟20的左心室心肌層來調(diào)整。模型21包括為外部表面網(wǎng)格22的外部表面結(jié)構(gòu)，外部表面結(jié)構(gòu)在此實施例中代表心內(nèi)膜和心外膜并包圍內(nèi)部結(jié)構(gòu)23。術(shù)語“外部”和“內(nèi)部”因此意指表面結(jié)構(gòu)(即外部表面結(jié)構(gòu))包圍內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在此實施例中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是體積網(wǎng)格。在圖2中，模型21還包括外部表面網(wǎng)格24、25、26，外部表面網(wǎng)格24、25、26通常也可包圍相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是包圍相應(yīng)的內(nèi)部體積網(wǎng)格。然而，在此實施例中，所關(guān)注的區(qū)域是左心室心肌層，且體積網(wǎng)格23因此只被插入由外部表面網(wǎng)格22包圍的這個所關(guān)注的區(qū)域中。體積網(wǎng)格23由作 為體積小室的四面體組成。因為模型21具有固定拓撲，所以形成內(nèi)部體積網(wǎng)格的四面體的數(shù)量和形成外部表面網(wǎng)格的三角形的數(shù)量以及在這些模型元素之間的相鄰關(guān)系(即，哪些模型元素相鄰哪些其它模型元素)是固定的。內(nèi)部體積網(wǎng)格23耦合到外部表面網(wǎng)格22，S卩，內(nèi)部體積網(wǎng)格23的外部頂點與外部表面網(wǎng)格22的頂點相同。模型21優(yōu)先是三維模型，其被針對心臟特別是左心室心肌的第一三維圖像和第二三維圖像來調(diào)整。圖2示意性和示例性地示出被針對心臟20的三維計算機斷層攝影圖像來調(diào)整的三維模型21的橫截面。圖像提供單元11例如是存儲單元，其中存儲了同一心臟20的第一圖像和第二圖像。然而，圖像提供單元也可以是產(chǎn)生第一圖像和第二圖像并在圖3中示意性和示例性地示出的成像模態(tài)。在圖3中，圖像配準(zhǔn)裝置30包括為計算機斷層攝影系統(tǒng)的圖像提供單元31。計算機斷層攝影系統(tǒng)包括能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸R旋轉(zhuǎn)的臺架I，旋轉(zhuǎn)軸R平行于z方向延伸。在此實施例中為X射線管的輻射源安裝在臺架I上。輻射源2設(shè)置有準(zhǔn)直儀3，準(zhǔn)直儀3在此實施例中從輻射源2所產(chǎn)生的輻射產(chǎn)生圓錐形輻射束4。輻射橫穿對象(未示出)和檢查區(qū)5中的所關(guān)注的區(qū)域，所關(guān)注的區(qū)域在此實施例中是左心室心肌層，檢查區(qū)5在此實施例中是圓柱形的。在橫穿檢查區(qū)5之后，輻射束4入射在檢測設(shè)備6上，檢測設(shè)備6包括二維檢測表面。檢測設(shè)備6安裝在臺架I上。計算機斷層攝影系統(tǒng)包括兩個電動機7、8。由電動機7以優(yōu)選地恒定的但可調(diào)節(jié)的角速度來驅(qū)動臺架I。提供電動機8用于移動對象(例如患者)，患者被布置在檢查區(qū)5中的患者臺上，平行于旋轉(zhuǎn)軸R或z軸的方向。這些電動機7、8由控制單元9控制,例如使得輻射源和檢查區(qū)5以及因此在檢查區(qū)5內(nèi)的所關(guān)注的區(qū)域沿著軌線相互移動，該軌線可以是螺旋形或圓形的，其中如果該軌線是圓形軌線，則患者臺是不移動的。除了形成錐形波束，準(zhǔn)直儀3也可適合于形成另一波束，如扇形波束，其中檢測設(shè)備6于是可包括對應(yīng)于其它波束形狀來成形的檢測表面。在輻射源2和對象20的相對運動期間，檢測設(shè)備6根據(jù)入射在檢測設(shè)備6的檢測表面上的輻射而產(chǎn)生測量值。測量值是被提供到用于重建對象的第一和第二圖像的重建單元12的投影數(shù)據(jù)?？墒褂靡阎闹亟ㄋ惴?，如濾波反投影算法來用于重建第一和第二圖像。特別是，可在獲取投影數(shù)據(jù)時，基于所測量的運動值來執(zhí)行已知運動校正。這些運動值例如是心電圖的值。圖像提供單元也可以是不是計算機斷層攝影系統(tǒng)的另一成像模態(tài)，例如是磁共振成像系統(tǒng)、核成像系統(tǒng)、超聲成像系統(tǒng)、C-臂X射線成像系統(tǒng)等。第一圖像和第二圖像可由同一成像模態(tài)或由不同的成像模態(tài)產(chǎn)生。調(diào)整單元14適合于針對左心室心肌層的表面來調(diào)整外部表面網(wǎng)格22并使用外部表面網(wǎng)格22作為邊界條件來調(diào)整內(nèi)部體積網(wǎng)格23。體積網(wǎng)格23可被認(rèn)為是彈性“海綿”，該彈性“海綿”是松弛的，服從于由經(jīng)調(diào)整的外部表面網(wǎng)格23定義的邊界條件。內(nèi)部體積網(wǎng)格23耦合到外部表面網(wǎng)格22，使得內(nèi)部體積網(wǎng)格23的外部頂點與外部表面網(wǎng)格22的頂點相同。外部表面網(wǎng)格22通過不移動內(nèi)部體積網(wǎng)格的外部頂點而用作邊界條件，同時調(diào)整內(nèi)部體積網(wǎng)格23，這些外部頂點由外部表面網(wǎng)格22固定。為了針對左心室心肌層的表面來調(diào)整外部表面網(wǎng)格22，使外部表面網(wǎng)格變形，且為了針對左心室心肌層來調(diào)整內(nèi)部體積網(wǎng)格23，調(diào)整內(nèi)部體積網(wǎng)格23，使得內(nèi)部體積網(wǎng)格23的內(nèi)部能量被最小化，同時與外部表面網(wǎng)格22的頂點對應(yīng)的內(nèi) 部體積網(wǎng)23的外部頂點被固定。將在下文中更詳細地示例性地描述外部表面網(wǎng)格22和內(nèi)部體積網(wǎng)格23的這些調(diào)整。為了調(diào)整外部表面網(wǎng)格22，通過使用已知的邊界檢測算法，例如在J.Peters等人的文章“Optimizing boundary detection via Simulated Search with applications tomult1-modal heart segmentation” (Medical Image Analysis, 70-84 頁(2010))中公開的邊界檢測算法，來在相應(yīng)的圖像中檢測對象的邊界。然后，修改外部表面網(wǎng)格22的頂點，使得外部能量和內(nèi)部能量之和被最小化，從而使外部表面網(wǎng)格變形并將針對相應(yīng)的對象來調(diào)整外部表面網(wǎng)格。如果在所檢測的邊界和外部表面網(wǎng)格之間的偏差減少，則外部能量減少，以及如果在形狀模型和外部表面網(wǎng)格22之間的偏差減少，則內(nèi)部能量減少，該形狀模型與被針對相應(yīng)的圖像調(diào)整的變形模型配準(zhǔn)并對應(yīng)于對象的表面。對于關(guān)于外部能量和內(nèi)部能量的已知概念的更多細節(jié)，參考J.Weese等人的文章“Shape constrained deformablemodels for3D medical image segmentation”(In Proc.1PMI (380-387 頁(2001))以及
0.Ecabert等人的“Automatic Model-Based Segmentation of the Heart in CT Images”(IEEE Trans.Med.1maging27 (9)，1189-1201 頁(2008))，通過引用將這兩篇文章并入本文。
優(yōu)先通過最小化內(nèi)部能量來調(diào)整內(nèi)部體積網(wǎng)格23，如果形狀模型與經(jīng)調(diào)整的體積網(wǎng)格23之間的偏差減少，內(nèi)部能量減少，該形狀模型與在外部表面網(wǎng)格22所強加的邊界條件下調(diào)整的變形模型配準(zhǔn)，并代表對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形狀。形狀模型是預(yù)先確定的，并可存儲在調(diào)整單元14中。形狀模型定義相應(yīng)對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和/或外部結(jié)構(gòu)的形狀，并可通過例如在同一類型的幾個分割的對象上取平均來產(chǎn)生該形狀模型。為了確定內(nèi)部能量，相應(yīng)的形狀模型優(yōu)先僅與被針對相應(yīng)圖像調(diào)整的變形模型配準(zhǔn)，且確定偏差，該偏差例如是在形狀模型的邊緣或頂點與正被調(diào)整的模型之間的方差。對應(yīng)圖像元素確定單元15適合于通過首先確定包括第一圖像的所提供的第一圖像元素的第一模型元素來確定第二圖像的第二圖像元素，第二圖像的第二圖像元素對應(yīng)于第一圖像的所提供的第一圖像元素，其中第一模型元素是第一調(diào)整后模型的模型元素。接著，確定為第二調(diào)整模型的模型元素的第二模型元素，其中確定第二模型元素使得其對應(yīng)于所確定的第一模型元素。在第一模型元素中定義第一局部坐標(biāo)系，而相對于第一模型元素和第二模型元素所共有的特征在第二模型元素中定義第二局部坐標(biāo)系，其中基于在第一圖像中和第二圖像中的共有特征的位置來確定在第一局部坐標(biāo)系和第二局部坐標(biāo)系之間的變換。確定第一圖 像元素在第一局部坐標(biāo)系中的位置，且根據(jù)第一圖像元素在第一局部坐標(biāo)系中的所確定的位置和所確定的變換，確定在第二局部坐標(biāo)系中與第一圖像元素對應(yīng)的第二圖像的第二圖像元素的位置。將參考圖4在下文中說明與所提供的第一圖像元素對應(yīng)的第二圖像元素的這一確定。在圖4所示的例子中，在第一圖像中提供第一圖像元素40。第一圖像元素的這一提供可由例如用戶經(jīng)由圖形用戶界面來執(zhí)行，該圖形用戶界面允許用戶在第一圖像中選擇某個第一圖像元素。在第一圖像元素40被提供之后，所提供的第一圖像元素40位于第一調(diào)整后模型的哪個第一模型元素44中是確定的。接著，確定第二調(diào)整后模型的第二模型元素54，其中確定第二模型元素54使得它對應(yīng)于所確定的第一模型元素44?；诘谝荒Ｐ驮?4的頂點41...43、第二模型元素54的頂點51...53、第一模型元素44的兩個頂點45…47之間的中間點和第二模型元素54的頂點51…53之間的中間點來確定第一模型元素44中的第一局部坐標(biāo)系和第二模型元素54中的第二局部坐標(biāo)系。在第一局部坐標(biāo)系和第二局部坐標(biāo)系之間的變換是基于在第一圖像中和第二圖像中的這些共有特征的位置。接著，確定第一圖像元素40在第一局部坐標(biāo)系中的位置，且根據(jù)第一圖像元素40在第一局部坐標(biāo)系中所確定的位置和所確定的變換，確定與第一圖像元素40對應(yīng)的第二圖像的第二圖像元素50在第二局部坐標(biāo)系中的位置。所確定的變換當(dāng)然也可被用于找到其它的對應(yīng)圖像元素。例如，該變換可用于確定:第二圖像元素59對應(yīng)于第一圖像元素49以及第二圖像元素58對應(yīng)于第一圖像元素48。用于建立第一圖像和第二圖像之間的變換的共有特征也可以僅僅是頂點，僅僅是對應(yīng)的模型元素(特別是對應(yīng)的三角形或四面體)的頂點或其它特征之間的中間點。為了建立在第一圖像和第二圖像之間的幾何映射，使用在兩個圖像中的網(wǎng)格頂點坐標(biāo)的不同方法是想得到的。一種方法是建立在內(nèi)部體積網(wǎng)格23的四面體體積小室內(nèi)和/或在外部表面網(wǎng)格22的三角形內(nèi)的線性幾何坐標(biāo)變換。優(yōu)先地，將三角形或四面體的頂點用于定義在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部的線性變換。例如，第一局部坐標(biāo)系可由對第一模型元素的頂點進行定義的矢量來定義，而第二局部坐標(biāo)系可由對第二模型元素的頂點進行定義的矢量來定義。則在第一模型元素內(nèi)的每個第一圖像元素可被定義為第一模型元素的頂點的矢量的線性組合。這個線性組合的權(quán)重可接著用于線性地組合于第一模型元素對應(yīng)的第二模型元素的頂點的對應(yīng)矢量，以便確定與第一模型元素內(nèi)的第一圖像元素對應(yīng)的第二模型元素內(nèi)的第二圖像元素。圖5示意性和示例性地示出人的心臟的第一圖像，該圖像對應(yīng)于人的休息狀況。圖6示意性和示例性地示出人的心臟的第二圖像，其中第二圖像對應(yīng)于人的壓力狀況。可如上所述通過針對第一和第二圖像中所示的心臟來調(diào)整具有固定拓撲的心臟模型21，來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素，使得產(chǎn)生表示休息狀況的第一調(diào)整后模型和表示壓力狀況的第二調(diào)整后模型。對應(yīng)圖像元素確定單元使用這些調(diào)整后的第一和第二模型，來確定在第一圖像和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素，即，來配準(zhǔn)第一圖像和第二圖像?；谠撆錅?zhǔn)，可將第二壓力圖像的灰度值映射到心肌層的區(qū)域中的第一休息圖像中。所得到的組合圖像在圖7中示意性和示例性地示出。在本示例中，心臟模型21是心肌層的模型，且所組合的圖像包括圖6所示的第二圖像的心肌層的圖像值和來自圖5所示的第一圖像的其它圖像值。圖像配準(zhǔn)裝置還包括用于處理對應(yīng)圖像元素的圖像值的圖像值處理單元16。例如，可例如通過計算對應(yīng)圖像元素的圖像值的差或商來容易地比較對應(yīng)圖像元素的圖像值，該圖像值特別是圖像灰度值。優(yōu)先地，圖像值處理單元首先對第一圖像和第二圖像執(zhí)行全局灰度值差補償。為了執(zhí)行全局灰度值差補償，可針對第一圖像并且針對第二圖像來計算在所關(guān)注的區(qū)域內(nèi)(在此實施例中是在心肌層內(nèi))的圖像值的平均值，該平均值特別是均值或中值，其中可將針對第一圖像所確定的平均值與針對第二圖像所確定的平均值之間的差分別加到第一圖像或第二圖像的圖像值上，以便補償平均值中的差。圖像值處理單元16適合于根據(jù)對應(yīng)圖像元素的圖像值來產(chǎn)生經(jīng)處理的值，其中對應(yīng)圖像元素確定單元15適合于根據(jù)第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置中的至少一個來確定在未調(diào)整模型內(nèi)對應(yīng)于對應(yīng)圖像元素的區(qū)位。特別是，對應(yīng)圖像元素確定單元15可適合于使用共有特征(例如相應(yīng)的模型元素的頂點)來用于確定變換，如上所述，該變換基于局部坐標(biāo)系并且該變換將在第一調(diào)整后模型或第二調(diào)整后模型中的模型元素內(nèi)的區(qū)位變換成在未調(diào)整模型的對應(yīng)模型元素內(nèi)的區(qū)位。圖像配準(zhǔn)裝置還包括用于將經(jīng)處理的值分配給未調(diào)整模型的所確定的區(qū)位的分配單元17。也可將經(jīng)處理的值分配給第一圖像中的相應(yīng)的第一圖像元素、第二圖像中的相應(yīng)的第二圖像元素和/或變形的所提供的模型，該變形的所提供的模型未被針對第一圖像或第二圖像來調(diào)整。可在顯示器18上顯示具有一個經(jīng)處理的值或多個經(jīng)處理的值(如果針對模型內(nèi)的幾個區(qū)位來確定經(jīng)處理的值的話)的所得到的未調(diào)整模型。此外，可在顯示器18上顯示其它圖像和/或調(diào)整后的模型。例如，第一圖像、第一調(diào)整后模型、第二圖像和/或第二調(diào)整后模型可被顯示在顯示器18上。

在實施例中，在未調(diào)整模型中指示某些區(qū)位(特別是某些區(qū)域)。包括所指示的區(qū)位(特別是所指示的區(qū)域71)的心臟的這樣的模型70在圖8示意性和示例性地示出。在圖8中，不同的區(qū)域71通過被分配給不同區(qū)域的不同顏色值來指示。在其它實施例中，也可將其它類型的值分配給區(qū)域71，用于指示相同的例如灰度值或?qū)Ρ榷戎?。也可將其它類型的信息分配給模型的區(qū)域，例如血管纖維方向。在圖8中，不同的所指示的區(qū)域是AHA (美國心臟協(xié)會)區(qū)段。對應(yīng)圖像元素確定單元15適合于基于第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素，該對應(yīng)圖像元素對應(yīng)于在未調(diào)整模型中指示的相應(yīng)區(qū)位。特別是，如上所述，可將在未調(diào)整模型、第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型中的對應(yīng)模型元素的共有特征用于確定在未調(diào)整模型、第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型中的對應(yīng)模型元素的局部坐標(biāo)系之間的變換。對應(yīng)圖像元素確定單元50優(yōu)先適合于使用這些變換，來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素，該對應(yīng)圖像元素例如對應(yīng)于圖8所示的心臟模型70的區(qū)域71。分配單元17優(yōu)先適合于將未調(diào)整心臟模型70的不同區(qū)域71的值(在此實施例中是顏色值)分配給第一圖像和第二圖像的所確定的對應(yīng)圖像元素。所得到的圖像(其可以是第一圖像或第二圖像)在圖9中示意性和示例性地示出。因為在此實施例中，第一圖像和第二圖像根據(jù)AHA區(qū)段被著色，可容易地在第一圖像和第二圖像中比較這些區(qū)段。在下文中，將參考圖10所示的流程圖示例性地描述用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)方法的實施例。在步驟101中，提供對象20的模型21，模型21包括固定拓撲。模型21優(yōu)先是一般模型。在步驟102中，針對第一圖像來調(diào)整模型21以產(chǎn)生第一調(diào)整后模型，并針對第二圖像來調(diào)整模型21以產(chǎn)生第二調(diào)整后模型。模型21優(yōu)先包括外部表面結(jié)構(gòu)22和內(nèi)部結(jié)構(gòu)23，其中外部表面結(jié)構(gòu)22優(yōu)先被變形，以便針對相應(yīng)圖像中的對象來調(diào)整外部表面結(jié)構(gòu)22，且其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)23優(yōu)先被調(diào)整，使得內(nèi)部能量被最小化，同時變形的外部表面結(jié)構(gòu)用作邊界條件。在步驟103中，基于第一圖像中的第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像中的第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置來確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。特別是，基于共有特征(如模型元素的頂點)的位置來確定在第一調(diào)整后模型和第二調(diào)整后模型的對應(yīng)模型元素的局部坐標(biāo)系之間的變換，其中所確定的變換用于確定在第一圖像中和第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。該圖像配準(zhǔn)裝置和方 法可用于對兩個或更多個圖像的對應(yīng)解剖位置處的圖像灰度值進行比較。這樣的比較有很多應(yīng)用，例如用于灌注分析。特別是，該圖像配準(zhǔn)裝置和方法可用于一般的灌注分析和心臟灌注計算機斷層攝影數(shù)據(jù)的分析。該圖像配準(zhǔn)裝置和方法也可用于比較在后續(xù)研究期間圖像中的灰度值或用于融合來自不同模態(tài)的圖像信息。該圖像配準(zhǔn)裝置和方法可用于圖像對和/或圖像序列的配準(zhǔn)、分析和比較，其中基本技術(shù)優(yōu)先依賴于基于網(wǎng)格的分割。該圖像配準(zhǔn)裝置和方法允許在解剖學(xué)上對應(yīng)的圖像區(qū)位映射到彼此，比較在兩個或更多個圖像中的位移的灰度值并且對它們進行分析。此外，可將信息并到模型中，例如，可將AHA區(qū)段并到模型中，且可避免在非目標(biāo)區(qū)域中(例如在第一圖像或第二圖像中不是AHA區(qū)段的區(qū)域中)的無意義的比較。存在可通過該圖像配準(zhǔn)裝置和方法，特別是通過基于模型的配準(zhǔn)方法來實現(xiàn)的各種功能。例如，該圖像配準(zhǔn)裝置和方法允許將在第一圖像中指示的位置映射到在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部(例如在左心室心肌層內(nèi)部)的第二圖像上。此外，如在例如圖7中所示的，可在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)部將灰度值從一個圖像映射到第二圖像。例如針對心肌灌注的休息-壓力比較，可比較原始和映射的灰度值，該比較可能在應(yīng)用全局灰度值差補償之后，例如，如果器官中的總對比度水平在不同的獲取之間已改變的話?；叶戎挡羁扇缓笥糜谠\斷目的。未調(diào)整模型優(yōu)先是定義參考空間的一般模型?？蓪⒃趨⒖伎臻g中指示的位置，即在未調(diào)整模型中指示的位置或區(qū)位，映射到兩個圖像上，或可例如通過相減、除法等來處理在所指示的位置處的兩個圖像的灰度值信息，并將該灰度值信息映射到參考空間。在映射中，可以對模型中編碼的額外信息進行可視化，例如如上面參考圖8和9描述的AHA區(qū)段或例如組織元素所屬于的層。例如，可在模型中編碼:表示組織元素的相應(yīng)元素是屬于心內(nèi)膜、心肌層還是心外膜。該圖像配準(zhǔn)裝置和方法可適合于比較在不同圖像之間模型元素(特別是體積小室或表面模型元素)的除了灰度值以外的其它屬性。例如，在圖像的時間系列中的幾何位移可被確定并用于重建運動場(motion field)，其中這些運動場可然后被可視化或被分析，例如以檢測心肌層中的運動偽影。例如，在不同圖像中的對應(yīng)模型元素的位置可用于確定位移矢量，其中可基于位移矢量和該不同圖像被獲取的時間來確定對應(yīng)的速度并且因此可確定運動。而且，在不同圖像中的對應(yīng)圖像元素的比較可用于灌注分析。例如，假設(shè)心臟的梗塞區(qū)域在壓力狀況下具有與在休息狀況下不同的圖像值，特別是，假設(shè)在壓力狀況下梗塞區(qū)域包括比在休息狀況下更暗的灰度值。如果第一圖像表示休息狀況且如果第二圖像表示壓力狀況，則可比較在這兩個圖像中的對應(yīng)圖像值，且可確定圖像的哪些區(qū)域包括對應(yīng)圖像元素的圖像值中的差異，該區(qū)域指示梗塞區(qū)域。特別是，可確定在這兩個圖像的哪些區(qū)域中，第二圖像的圖像值大于比第一圖像的對應(yīng)圖像值更暗的閾值?？赏ㄟ^校準(zhǔn)測量來確定該閾值。雖然在上面描述的實施例中，對象是心臟，特別是左心室心肌層，但是該圖像配準(zhǔn)裝置和方法也可適合于配準(zhǔn)另一對象(例如另一器官或技術(shù)對象)的圖像。雖然在上面描述 的實施例中，將第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)，但是該圖像配準(zhǔn)裝置和方法也可適合于使多于兩個的圖像(特別是一序列圖像)相互配準(zhǔn)。雖然在上面描述的實施例中，第一結(jié)構(gòu)是外部表面結(jié)構(gòu)而第二結(jié)構(gòu)是由外部表面結(jié)構(gòu)包圍的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是第二結(jié)構(gòu)可以是通過在第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)之間的已知空間關(guān)系耦合到第一結(jié)構(gòu)的任何結(jié)構(gòu)，其中該空間關(guān)系可例如由第一結(jié)構(gòu)的頂點與第二結(jié)構(gòu)的頂點之間的距離來定義或由連接第一結(jié)構(gòu)的頂點與第二結(jié)構(gòu)的頂點的矢量來定義。在一實施例中，第二結(jié)構(gòu)不需要位于第一結(jié)構(gòu)內(nèi)。雖然在上面描述的實施例中，模型優(yōu)先是三維模型，但是模型也可以是二維模型，其中在這種情況下，模型優(yōu)先包括為一維輪廓的外部網(wǎng)格和由二維模型元素組成，特別是由三角形組成的內(nèi)部網(wǎng)格。根據(jù)對附圖、本說明書和所附權(quán)利要求的研究，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所主張的發(fā)明時可理解并實施對所公開的實施例的其它變型。在權(quán)利要求中，詞“包括”并不排除其它元件或步驟，且不定冠詞“一個”或“一種”并不排除復(fù)數(shù)個。單個單元或設(shè)備可實現(xiàn)在權(quán)利要求中列舉的幾個項的功能。在相互不同的從屬權(quán)利要求中列舉出某些手段的事實并不表示不能使用這些手段的組合來獲得改進。
由一個或幾個單元和設(shè)備執(zhí)行的確定、計算和調(diào)整等可由任何其他數(shù)量的單元或設(shè)備來執(zhí)行。例如，步驟101-103可由單個單元或由任何其它數(shù)量的不同單元來執(zhí)行。計算、確定、調(diào)整等和/或根據(jù)該圖像配準(zhǔn)方法對該圖像配準(zhǔn)裝置的控制可被實現(xiàn)為計算機程序的程序代碼模塊和/或?qū)崿F(xiàn)為專用硬件。計算機程序可存儲/分布在連同其它硬件一起提供或作為其它硬件的部分來提供的適當(dāng)介質(zhì)上，該適當(dāng)介質(zhì)例如是光學(xué)存儲介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但也可以其他形式來分布計算機程序，例如經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其它有線或無線電信系統(tǒng)來分布。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。本發(fā)明涉及用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)裝置。針對第一圖像來調(diào)整具有固定拓撲的模型以產(chǎn)生第一調(diào)整后模型并針對第二圖像來調(diào)整該模型以產(chǎn)生第二調(diào)整后模型，且基 于第一圖像中的第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像中的第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置來在第一圖像中和第二圖像中確定對應(yīng)圖像元素。因為模型具有固定拓撲，所以可相對可靠地基于調(diào)整后模型來找到對應(yīng)圖像元素，即使第一和第二圖像顯示具有復(fù)雜屬性的對象(如心臟)也是如此，由此提高了配準(zhǔn)質(zhì)量。
權(quán)利要求
1.一種用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)裝置，所述圖像配準(zhǔn)裝置(10 ;30)包括: -圖像提供單元(11 ;31)，其用于提供第一對象的第一圖像和第二對象的第二圖像，其中，所述第一對象和所述第二對象具有相同的類型， -模型提供單元(13)，其用于提供所述第一對象和所述第二對象的模型(21)，其中，所述模型(21)具有固定拓撲， -調(diào)整單元(14)，其用于針對所述第一圖像來調(diào)整所述模型(21)以產(chǎn)生第一調(diào)整后模型并針對所述第二圖像來調(diào)整所述模型(21)以產(chǎn)生第二調(diào)整后模型， -對應(yīng)圖像元素確定單元(15)，其用于基于所述第一圖像中的第一圖像元素相對于所述第一調(diào)整后模型的空間位置和所述第二圖像中的第二圖像元素相對于所述第二調(diào)整后模型的空間位置，來確定在所述第一圖像中和所述第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述模型(21)包括第一結(jié)構(gòu)(22)和耦合到所述第一結(jié)構(gòu)(22)的第二結(jié)構(gòu)(23)。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述第一結(jié)構(gòu)(22)是外部表面結(jié)構(gòu)，而所述第二結(jié)構(gòu)(23)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述外部表面結(jié)構(gòu)(22)是外部表面網(wǎng)格。
5.如權(quán)利要求3所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)(23)是體積網(wǎng)格。
6.如權(quán)利要求2所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述調(diào)整單元(14)適合于 -通過針對所述第一對象來 調(diào)整所述第一結(jié)構(gòu)(22)并通過使用調(diào)整后的第一結(jié)構(gòu)(22)作為邊界條件來調(diào)整所述第二結(jié)構(gòu)(23)，從而產(chǎn)生所述第一調(diào)整后模型，以及 -通過針對所述第二對象來調(diào)整所述第一結(jié)構(gòu)(22)并通過使用調(diào)整后的第一結(jié)構(gòu)(22)作為邊界條件來調(diào)整所述第二結(jié)構(gòu)(23)，從而產(chǎn)生所述第二調(diào)整后模型。
7.如權(quán)利要求6所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述調(diào)整單元(14)適合于調(diào)整所述第二結(jié)構(gòu)(23 )，使得所述第二結(jié)構(gòu)(23 )的內(nèi)部能量被最小化。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述對應(yīng)圖像元素確定單元(15)適合于確定將所述第一調(diào)整后模型的特征變換到所述第二調(diào)整后模型的對應(yīng)特征的變換，并基于所確定的變換來確定在所述第一圖像中和所述第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。
9.如權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述第一調(diào)整后模型和所述第二調(diào)整后模型每個均包括模型元素，其中，所述對應(yīng)圖像元素確定單元(15)適合于通過執(zhí)行下列步驟來確定與所提供的所述第一圖像的第一圖像元素(40)對應(yīng)的所述第二圖像的第二圖像元素(50): -確定包括所述第一圖像的所述第一圖像元素(40)的第一模型元素(44)，其中，所述第一模型元素(44)是所述第一調(diào)整后模型的模型元素， -確定作為所述第二調(diào)整后模型的模型元素的第二模型元素(54)，其中，所述第二模型元素(54)被確定，使得所述第二模型元素對應(yīng)于所確定的所述第一模型元素(44)， -關(guān)于所述第一模型元素(44)和所述第二模型元素(54)所共有的特征(41...43，45…47 ;51...53，55…57)，來定義在所述第一模型元素(44)中的第一局部坐標(biāo)系和在所述第二模型元素(54)中的第二局部坐標(biāo)系， _基于所述共有特征(41...43, 45…47 ;51...53, 55…57)在所述第一圖像中和所述第二圖像中的位置來確定所述第一局部坐標(biāo)系與所述第二局部坐標(biāo)系之間的變換， -確定所述第一圖像元素(40)在所述第一局部坐標(biāo)系中的位置， -根據(jù)所確定的所述第一圖像元素(40)在所述第一局部坐標(biāo)系中的位置和所確定的變換，確定在所述第二局部坐標(biāo)系中與所述第一圖像元素(40)對應(yīng)的所述第二圖像的第二圖像元素(50)的位置。
10.如權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，在所提供的模型中指示區(qū)位，且其中，所述對應(yīng)圖像元素確定單元(15)適合于基于所述第一調(diào)整后模型和所述第二調(diào)整后模型來確定與在所提供的模型中指示的所述區(qū)位對應(yīng)的在所述第一圖像中和所述第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。
11.如權(quán)利要求10所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，將值分配給在所提供的模型中指示的所述區(qū)位，且其中，所述圖像配準(zhǔn)裝置還包括用于將所述值分配給所述第一圖像和所述第二圖像中與所述區(qū)位對應(yīng)的所述圖像元素的分配單元(17)。
12.如權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中，所述圖像配準(zhǔn)裝置還包括用于處理所述對應(yīng)圖像元素的圖像值的圖像值處理單元(16 )。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像配準(zhǔn)裝置，其中， -所述圖像值處理單元(16)適合于根據(jù)所述對應(yīng)圖像元素的所述圖像值來產(chǎn)生經(jīng)處理的值， -所述對應(yīng)圖像元素確定單元(15)適合于根據(jù)所述第一圖像元素相對于所述第一調(diào)整后模型的空間位置和所述第二圖像元素相對于所述第二調(diào)整后模型的空間位置中的至少一個來確定在所提供的模型內(nèi)與所述對應(yīng)圖像元素對應(yīng)的區(qū)位， -所述圖像配準(zhǔn)裝置還包括用于將`所述經(jīng)處理的值分配給所確定的在所提供的模型內(nèi)的所述區(qū)位的分配單元(17)。
14.一種用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)方法，所述圖像配準(zhǔn)方法包括: -提供第一對象的第一圖像和第二對象的第二圖像，其中，所述第一對象和所述第二對象具有相同的類型， -提供所述第一對象和所述第二對象的模型(21)，其中，所述模型(21)具有固定拓撲， -針對所述第一圖像來調(diào)整所述模型(21)以產(chǎn)生第一調(diào)整后模型并針對所述第二圖像來調(diào)整所述模型(21)以產(chǎn)生第二調(diào)整后模型， -基于所述第一圖像中的第一圖像元素相對于所述第一調(diào)整后模型的空間位置和所述第二圖像中的第二圖像元素相對于所述第二調(diào)整后模型的空間位置來確定在所述第一圖像中和所述第二圖像中的對應(yīng)圖像元素。
15.一種用于使第一圖像和第二圖像配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)計算機程序，所述圖像配準(zhǔn)計算機程序包括程序代碼模塊，當(dāng)所述圖像配準(zhǔn)計算機程序在控制如權(quán)利要求1所述的圖像配準(zhǔn)裝置的計算機上運行時，所述程序代碼模塊用于使所述圖像配準(zhǔn)裝置執(zhí)行如權(quán)利要求14所述的圖像配置方法的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使第一圖像和第二圖像相互配準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn)裝置。針對第一圖像來調(diào)整具有固定拓撲的模型以產(chǎn)生第一調(diào)整后模型并針對第二圖像來調(diào)整該模型以產(chǎn)生第二調(diào)整后模型，且基于第一圖像中的第一圖像元素相對于第一調(diào)整后模型的空間位置和第二圖像中的第二圖像元素相對于第二調(diào)整后模型的空間位置來在第一圖像中和第二圖像中確定對應(yīng)圖像元素(41、48、49；50、58、9)。因為模型具有固定拓撲，所以可相對可靠地基于調(diào)整后模型來找到對應(yīng)圖像元素，即使第一和第二圖像顯示具有復(fù)雜屬性的對象(如心臟)也是如此，由此提高了配準(zhǔn)質(zhì)量。
文檔編號G06T7/00GK103229210SQ201180057550
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者J·彼得斯, J·威斯, H·萊曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司