用于对医学图像进行配准的方法和设备的制作方法

用于对医学图像进行配准的方法和设备的制作方法
【专利摘要】提供一种用于对医学图像进行配准的方法和设备。用于对不同类型的医学图像进行配的方法包括：接收对非实时获取的第一医学图像中的至少一个点的选择；从第一医学图像提取包括选择的点第一解剖学对象以及与选择的点邻近的第二解剖学对象；从实时获取的第二医学图像提取与第一解剖学对象相应的第三解剖学对象以及与第二解剖学对象相应的第四解剖学对象；基于第一解剖学对象、第二解剖学对象、第三解剖学对象和第四解剖学对象之间的几何关系来对第一医学图像和第二医学图像进行配准。
【专利说明】用于对医学图像进行配准的方法和设备
[0001] 本申请要求于2013年9月4日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0106309号 韩国专利申请的优先权，所述申请的公开内容通过引用整体合并于此。

【技术领域】
[0002] 示例性实施例涉及用于对不同类型的医学图像进行配准（register)的方法和设 备。

【背景技术】
[0003] 最近，由于医学技术的发展，可获得高分辨率医学图像并可精确地操作医疗器械， 因此已研发出一种这样的方法：在无需在身体中切开用于暴露治疗区域的切口的情况下， 在通过在患者的皮肤中打个小孔之后将导管或医用针直接插入血管或期望的身体区域来 观察患者的身体内部的同时，执行医学治疗。此方法被称为基于图像的外科手术、基于图像 的介入性外科手术或基于图像的介导外科手术。手术者基于图像检测器官的位置或疾病的 发生。另外，由于患者在外科手术期间进行呼吸或移动，手术者应检测由患者的呼吸或移动 所引起的器官的位置的改变。因此，手术者应通过基于实时图像快速准确地检测患者的呼 吸或移动来执行外科手术。然而，难以用肉眼实时检测器官的形状或疾病的发生。与超声 图像不同，磁共振（MR)或计算机断层扫描（CT)图像使手术者能够清晰地识别器官和疾病。 然而，由于MR或CT图像不能在外科手术期间被实时获取，因此MR或CT图像不能反映患者 在外科手术期间的呼吸和移动。


【发明内容】

[0004] 提供用于快速准确地配准非实时获取的医学图像和实时获取的实时医学图像的 方法和设备。
[0005] 另外的方面将部分地在以下的描述中阐述，并且从所述描述中部分将是清楚的， 或通过给出的示例性实施例的实践可被获知。
[0006] 根据一个或更多个示例性实施例的一方面，一种用于配准不同类型的医学图像的 方法包括：接收对非实时获取的第一医学图像内的至少一个点的选择；从第一医学图像提 取包括选择的点的第一解剖学对象以及与选择的点邻近的第二解剖学对象；从实时获取的 第二医学图像提取与第一解剖学对象相应的第三解剖学对象以及与第二解剖学对象相应 的第四解剖学对象；基于第一解剖学对象、第二解剖学对象、第三解剖学对象和第四解剖学 对象之间的几何关系来配准第一医学图像和第二医学图像。
[0007] 根据一个或更多个示例性实施例的另一方面，一种存储程序的非暂时性计算机可 读记录介质，其中，当所述程序被计算机执行时，所述程序执行以上方法。
[0008] 根据一个或更多个示例性实施例的另一方面，一种用于配准不同类型的医学图像 的设备包括：存储装置，被配置为存储非实时获取的第一医学图像；用户接口，被配置为输 出存储的第一医学图像并接收对第一医学图像内的至少一个点的选择；医学图像获取装 置，被配置为实时获取与第一医学图像不同类型的第二医学图像；图像处理器，被配置为从 第一医学图像提取包括选择的点的第一解剖学对象和与选择的点邻近的第二解剖学对象， 从第二医学图像提取与第一解剖学对象相应的第三解剖学对象和与第二解剖学对象相应 的第四解剖学对象，并基于第一解剖学对象、第二解剖学对象、第三解剖学对象和第四解剖 学对象之间的几何关系来配准第一医学图像和第二医学图像。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 专利或申请文件包含至少一个用彩色实现的附图。具有彩色附图的专利或专利申 请公布的副本将在要求并支付必要费用时由专利局提供。通过以下结合附图进行的对示例 性实施例的描述，这些和/或其他方面将变得清楚和更易于理解，其中：
[0010] 图1是示出根据示例性实施例的系统的示图；
[0011] 图2是示出根据示例性实施例的医学图像配准设备的框图；
[0012] 图3是示出根据示例性实施例的医学图像配准方法的流程图；
[0013] 图4是示出根据示例性实施例的用于提取解剖学对象的方法的流程图；
[0014] 图5是示出根据示例性实施例的用于提取解剖学对象的方法的流程图；
[0015] 图6是示出根据示例性实施例的用于提取解剖学对象的方法的流程图；
[0016] 图7是示出根据示例性实施例的用于提取解剖学对象的方法的流程图；
[0017] 图8是示出根据示例性实施例的用于对医学图像的坐标系进行映射的方法的流 程图；
[0018] 图9是示出根据示例性实施例的用于计算坐标变换公式的方法的流程图；
[0019] 图 10、图 11A、图 11B、图 11C、图 12、图 13、图 14A、图 14B、图 15A、图 15B、图 15C 和 图16是示出根据示例性实施例的可结合医学图像配准方法使用的医学图像的示图。

【具体实施方式】
[0020] 现在将详细描述示例性实施例，在附图中示出示例性实施例的示例，其中，相同的 附图标号始终指示相同的元件。在这点上，本示例性实施例可具有不同的形式，并且不应被 解释为受限于在此阐述的描述。因此，以下仅通过参照附图描述示例性实施例来解释本说 明书的各方面。如这里所使用的，术语"和/或"包括相关所列项中的一个或更多个项的任 意组合和所有组合。当诸如"…中的至少一个"的表述位于一列元素之后时，修饰整列元素， 而不修饰所述列中的单个元素。
[0021] 在下文中，将参照附图详细地描述示例性实施例。
[0022] 图1示出根据示例性实施例的系统。参照图1，系统包括第一医学装置110、第二 医学装置120、医学图像配准设备130和图像显示装置140。
[0023] 第一医学装置100和第二医学装置120分别产生第一医学图像和第二医学图像， 并将第一医学图像和第二医学图像发送到医学图像配准设备130。第一医学图像和第二医 学图像属于不同类型。具体地讲，第一医学图像和第二医学图像在产生方式和产生原理方 面彼此不同。医学图像配准设备130获取第一医学图像和第二医学图像，并配准第一医学 图像和第二医学图像。由医学图像配准设备130配准的图像被显示在图像显示装置140上。
[0024] 在图1中示出的示例性实施例中，第二医学装置120、医学图像配准设备130和图 像显示装置140被配置为独立的装置。然而，在另一示例性实施例中，第二医学装置120、医 学图像配准设备130和图像显示装置140可被彼此结合地实现为单个设备。
[0025] 第一医学装置110非实时地产生与目标对象的感兴趣体积（VOI)相关的第一医学 图像。由于第一医学装置110的非实时特性，可在医学手术之前产生第一医学图像。
[0026] 例如，第一医学装置110可包括计算机断层扫描（CT)成像装置、磁共振（MR)成像 装置、X射线成像装置、单光子发射计算机断层扫描（SPECT)成像装置和正电子发射断层扫 描（PET)成像装置中的任意一个。在以下描述中，为了便于描述，假设第一医学图像是MR 图像或CT图像；然而，示例性实施例不限于此。
[0027] 在由第一医学装置100产生的CT图像或MR图像的情况下，可清晰地识别器官的 位置或疾病。然而，当患者在外科手术期间进行呼吸或移动时，器官可变化或移动，并且CT 图像或MR图像不能实时反映出由患者的移动所引起的器官的变化或移动。
[0028] 在CT图像的情况下，因为通过使用放射线来执行断层扫描，从而患者和手术者会 在相当长的一段时间内暴露于辐射中，因此建议短时间断层扫描。另外，在MR图像的情况 下，会需要相当长的时间来拍摄图像。因此，第一医学装置110不能实时输出图像。通常， CT图像在患者暂时停止呼吸的状态下（诸如，在最大吸气状态下）被捕捉。
[0029] 第二医学装置120实时地提供与目标对象的VOI有关的第二医学图像。例如，当器 官根据目标对象的物理活动而变化或移动时，在第二医学图像中实时地出现相应改变。然 而，如以下将要描述的，在第二医学图像的情况下，不能清晰地观察到所有器官或疾病，并 且仅经由第二医学图像难以检测到器官的变化或移动。
[0030] 根据示例性实施例，第二医学装置120可包括在进行医学手术期间实时地产生图 像的超声机。然而，第二医学装置120可包括其他医学装置（诸如实时提供图像的光学相 干断层扫描（OCT)设备），并且示例性实施例不限于超声机。
[0031] 第二医学装置120通过由探头121将超声信号发送到感兴趣区域并检测反射的超 声信号来产生超声图像。通常，探头121包括压电换能器。当具有在几 MHz和几百MHz之 间的频率的超声波从探头121被发送到患者身体的内部的特定区域时，超声波从各种其他 组织中的任意组织之间的层被部分反射。超声波从相应密度可变化的解剖学对象（诸如， 血浆内的血细胞和器官内的小组织（结构））反射。
[0032] 反射的超声波促使探头121的压电换能器振动，并且压电换能器响应于压电换能 器的振动输出电脉冲。电脉冲被转换成图像。当解剖学对象具有不同的超声反射特性时， 各个解剖学对象与B型超声图像中的不同的亮度值相应。
[0033] 由第一医学装置110和第二医学装置120捕捉的医学图像可以是通过累积二维 (2D)截面产生的三维（3D)图像。例如，第一医学装置110通过改变截面图像的位置和方位 来捕捉多个截面图像。当截面图像被累积时，可产生以3D方式表示患者的身体的特定区域 的3D体积的图像数据。用于通过累积截面图像来产生3D体积的图像数据的方法被称为多 平面重建方法。在以下描述中，假设由第一医学装置110和第二医学装置120捕捉到的所 有图像都是3D图像。另外，第一医学图像和/或第二医学图像中的任何一个或两者可以是 对比度增强图像，以增加患者的感兴趣器官的亮度。
[0034] 相反，由第二医学装置120获得的医学图像（例如，超声图像）的情况下，可实时 获得图像，但是因为在图像中可能包含噪声，因此可能难以识别器官的轮廓、内部结构或疾 病。因为疾病和周围组织常具有相似的超声特性，所以疾病和周围组织之间的边界之间的 亮度对比度（即，对象的边缘对比度）可以是相对低的。另外，由于超声波的干燥和散射， 常出现噪声和伪影（artifact)。结果，虽然可比MR图像或CT图像更迅速地获取超声医学 图像，但是因为信噪比（SNR)和对象的边缘对比度低，所以在MR图像或CT图像中不能清晰 地从周围组织识别出可识别的组织和疾病。
[0035] 例如，在第一医学图像中的解剖学对象可能无法都在实时地以低分辨率获取的第 二医学图像中识别。例如，在肝区域的超声图像中，由于肝区域的超声图像与噪声混合，因 此常常不能识别出与肝的形状有关的解剖信息。相反，因为在超声图像中肝的血管看起来 比背景更暗，因此可基于超声图像的阴影来检测肝的血管结构。在超声图像中，可基于肝的 血管结构来估计肝的位置。另外，可通过比较从MR图像或CT图像提取的肝的血管结构来 配准超声图像和MR图像或CT图像。然而，在肝癌患者或肝硬化患者的情况下，由于肝组织 的坏死，在超声图像中可能难以识别肝的血管结构。结果，肝癌患者或肝硬化患者的超声图 像难以与MR图像或CT图像配准。
[0036] 医学图像配准设备130配准第一医学装置110获取的第一医学图像和从第二医学 装置120获取的第二医学图像。医学图像的配准包括对由第一医学装置110和第二医学装 置120使用的坐标系进行映射。例如，第一医学装置110和第二医学装置120可使用基于 医学数字成像和通信（DICOM)的坐标系。
[0037] 根据示例性实施例，医学图像配准设备130可对第二医学图像和第一医学图像进 行配准，其中，在第二医学图像中，没有出现器官的解剖学结构和器官的血管结构。医学图 像配准设备130通过使用与在外部的与器官邻近的一个或更多个解剖学对象，而不使用与 由于第二医学图像中的噪声而不能识别的疾病和感兴趣区域的器官直接相关的解剖结构， 来执行配准。
[0038] 例如，在肝癌患者的超声医学图像的情况下，可能无法识别与肝的疾病和形状有 关的信息，但是在肝癌患者的超声图像中可清楚地识别出与肝的界面邻近的隔膜以及与肝 邻近的下腔静脉（IVC)。
[0039] 医学图像配准设备130通过使用与在肝区域的第一医学图像和第二医学图像中 清楚地显现的隔膜和IVC有关的信息来配准第一医学图像和第二医学图像。因此，即使当 在第二医学图像中丢失了与作为感兴趣器官的肝有关的所有信息时，仍可通过使用IVC和 隔膜配准肝区域的第一医学图像和第二医学图像。
[0040] 然而，上述肝、隔膜和IVC仅是示例性的，并且示例性实施例不限于此。例如，当感 兴趣区域是肝时，可使用与肝邻近的门静脉、肝静脉和下腔静脉（IVC)中的至少一个。当感 兴趣区域是肾时，可使用与肾邻近的IVC、肝、胆囊、脾和肾静脉中的至少一个。当感兴趣区 域是甲状腺时，可使用与甲状腺邻近的颈动脉和颈静脉中的至少一个。当感兴趣区域是胰 腺时，可使用与胰腺邻近的IVC、脾静脉、脾动脉和脾中的至少一个。
[0041] 在示例性实施例中，配准后的图像可以是第一医学图像和第二医学图像的融合图 像。在另一示例性实施例中，配准后的图像可以是通过将第一医学图像和在观察时间点的 第二医学图像对齐而获得的图像。配准后的图像被显示在图像显示装置140上。
[0042] 图2是示出根据示例性实施例的医学图像配准设备130的框图。参照图2,医学图 像配准设备130包括用户接口（I/F) 20、存储单元（在这里也被称为"存储器"和/或"存 储装置"）21、医学图像获取单元（在这里也被称为"医学图像获取装置"）22和图像处理器 23。然而，医学图像配准设备130还可包括除示出的组件之外的通用组件。
[0043] 医学图像获取单元22从第一医学装置110和第二医学装置120获取第一医学图 像和第二医学图像。医学图像获取单元22包括第一医学图像接口 221和第二医学装置接 口 222,其中，第一医学图像接口 221和第二医学装置接口 222分别被配置为用于从第一医 学装置110获取第一医学图像和从第二医学装置120获取第二医学图像。第一医学装置接 口 221和第二医学装置接口 222直接或间接连接到第一医学装置110和第二医学装置120。
[0044] 第一医学装置接口 221可直接连接到第一医学装置110,以获取通过使用第一医 学装置110在将被执行的医学手术之前捕捉到的第一医学图像。在另一示例性实施例中， 当经由外部存储介质（例如，USB、⑶或DVD)或网络接口获取第一医学图像时，可省略第一 医学装置接口 221。医学图像获取单元22将获取的第一医学图像存储在存储单元21中。 第二医学装置接口 222获取由第二医学装置120捕捉的第二医学图像。
[0045] 用户接口 20从用户接收用于操作医学图像配准设备130的输入，并输出由医学图 像配准设备130获取的配准后的医学图像、第一医学图像和第二医学图像。用户接口 20可 包括使用户能够操作医学图像配准设备130的按钮、键盘、开关、旋钮或触摸界面中的任意 一个或更多个。用户接口 20可包括用于显示图像的触摸屏。在另一示例性实施例中，用户 接口 20可包括用于连接人机接口装置（HID)的输入/输出（I/O)端口。用户接口 20可包 括用于输入/输出图像的I/O端口。
[0046] 用户接口 20可输出在存储单元21中存储的第一医学图像中的2D截面。因此，用 户接口 20可接收对输出截面中的至少一个点的选择。
[0047] 图像处理器23配准第一医学图像和第二医学图像，并将配准后的医学图像输出 到用户接口 20。可从存储单元21加载第一医学图像，并经由第二医学装置接口 222实时获 取第二医学图像。
[0048] 图像处理器23从第一医学图像提取包括经由用户接口 20选择的点的第一解剖学 对象。图像处理器23从第一医学图像提取与经由用户接口 20选择的点邻近的第二解剖学 对象。图像处理器23从第二医学图像提取与第一解剖学对象相应的第三解剖学对象和与 第二解剖学对象相应的第四解剖学对象。
[0049] 图像处理器23基于从第一医学图像和第二医学图像提取的解剖学对象（S卩，第一 解剖学对象、第二解剖学对象、第三解剖学对象和第四解剖学对象）之间的几何关系来配 准第一医学图像和第二医学图像。这里，几何关系可包括与解剖学对象之间的相对位置关 系相应的矢量。
[0050] 基于配准第一医学图像和第二医学图像的操作的结果，图像处理器23计算用于 将第二医学图像的坐标变换或逆变换成第一医学图像的坐标的坐标变换函数。在计算了坐 标变换函数之后，当第二医学图像的坐标通过探头121的移动/旋转被改变时，图像处理器 23使用坐标变换函数来输出与第二医学图像的改变后的坐标相应的第一医学图像。图像处 理器23可使用坐标变换函数来使第一医学图像和第二医学图像的视点和坐标同步。
[0051] 图像处理器23包括第一对象提取单元（在这里也被称为"第一对象提取器"和/ 或"第一对象提取装置"）231、第二对象提取单元（在这里也被称为"第二对象提取器"和/ 或"第二对象提取装置")232、配准单元（在这里也被称为"配准器"和/或"配准装置")233、 二值化单元（在这里也被称为"二值化器"和/或"二值化装置"）234以及第三对象提取单 元（在这里也被称为"第三对象提取器"和/或"第三对象提取装置"）235。在本示例性实 施例中，图像处理器23从第一医学图像提取两个解剖学对象，并从第二医学图像提取两个 解剖学对象；然而，示例性实施例不限于此。例如，图像处理器23可从任意一个或两个医学 图像提取三个或更多个解剖学对象，以增加图像配准的准确性。
[0052] 第一对象提取单元231从第一医学图像提取第一解剖学对象，第二对象提取单元 232从第一医学图像提取第二解剖学对象。
[0053] 第一对象提取单元231通过使用经由用户接口 20选择的点的解剖学特征来提取 第一解剖学对象。为了确定第一解剖学对象的区域，第一对象提取单元231检测与选择的 点邻近并具有与选择的点的解剖学特征相似的解剖学特征的点。
[0054] 第一对象提取单元231通过使用检测到的点来确定包括选择的点的第一解剖学 对象的区域。例如，为了检测具有与选择的点的解剖学特征相似的解剖学特征的点，第一对 象提取单元231可在对比度增强的第一医学图像中检测点，所述点相对于选择的点的亮度 值差（即，对比度）小于或等于临界值。在此情况下，第一对象提取单元231可提取相对于 选择的点的亮度差小于或等于临界值并位于距选择的点预定距离内的每个点，并提取相对 于提取的点的亮度值差小于或等于临界值并位于距提取的点预定距离内的点。以下将参照 图4对此进行详细描述。
[0055] 第二对象提取单元232可在对比度增强的第一医学图像中检测具有落在预定亮 度值范围（Imin，Imax)内的亮度值的点。第二对象提取单元232可计算检测到的点将被包 括在第二解剖学对象的区域中的概率，并形成一个或更多个由计算出的概率大于或等于预 定临界值的点构成的簇。第二对象提取单元232可从形成的一个或更多个簇中提取具有最 大体积的簇，作为第二解剖学对象。
[0056] 为了从第一医学图像提取第一解剖学对象而选择的点的亮度值可不落在预定亮 度值范围（Imin，Imax)内，以从第一医学图像提取第二解剖学对象。
[0057] 二值化单元234基于第二医学图像的亮度值来产生第二医学图像的二值化图像。 二值化单元234可基于将从第二医学图像提取的第四解剖学对象的超声反射特性来确定 临界亮度值。在此情况下，第四解剖学对象可与第一医学图像的第二解剖学对象相应。
[0058] 二值化单元234可通过使用被确定的临界亮度值对第二医学图像进行二值化。二 值化单元234可通过使用" 1"来表示作为第四解剖学对象的候选的候选点，并可通过使用 "0"来表示其他的点。如上所述,在B型超声图像中，隔膜具有相对大的亮度值的超声反射 特性，IVC具有相对小的亮度值的超声反射特性。因此，在隔膜提取的情况下，候选点是在 二值化图像中具有值"1"的点。
[0059] 第三对象提取单元235从第二医学图像提取第三解剖学对象和第四解剖学对象。
[0060] 第一解剖学对象与第三解剖学对象相应，第二解剖学对象与第四解剖学对象相 应。这里，分别彼此相应的解剖学对象可以是相同的解剖学对象，或可以是邻近的解剖学对 象。例如，第一解剖学对象可以是MR图像中的IVC，第二解剖学对象可以是MR图像中的肝， 第三解剖学对象可以是超声（US)图像中的IVC，第四解剖学对象可以是US图像中的隔膜。 在此情况下，肝和隔膜不是相同的解剖学对象，但是因为肝的界面接触隔膜，所以肝和隔膜 是彼此相应的解剖学对象。具体地，当隔膜被认为是肝的界面时，可通过使用隔膜的位置来 检测肝的位置。
[0061] 例如，第三对象提取单元235计算第二医学图像在由二值化单元234进行二值化 的二值化图像的各个候选点处的海森矩阵（Hessian matrix)的特征值。基于计算出的特 征值，第三对象提取单元235确定第二医学图像的各个候选点是否被包括在将从第二医学 图像提取的第四解剖学对象中。为了确定二值化图像的各个候选点是否被包括在将从第二 医学图像提取的第四解剖学对象中，第三对象提取单元235可基于计算出的特征值来计算 平坦度，并然后基于计算出的平坦度来确定各个候选点中的每个候选点是否被包括在第四 解剖学对象中。基于确定结果，第三对象提取单元235从第二医学图像提取第四解剖学对 象。
[0062] 第三对象提取单元235可提取第四解剖学对象的边界，并然后对提取的边界执行 曲线拟合，以提取与边界相应的曲线。
[0063] 另外，第三对象提取单元235可将被包括在位于距提取的边界预定距离内的区域 中的点确定为候选点，并针对各个候选点计算海森矩阵的特征值。
[0064] 基于计算出的特征值，第三对象提取单元235确定各个候选点是否被包括在第三 解剖学对象中。为了确定各个候选点是否被包括在将从第二医学图像提取的第三解剖学对 象中，第三对象提取单元235可基于计算出的特征值来计算血管测度（vesselness)，并然 后基于计算出的血管测度来确定各个候选点是否被包括在第三解剖学对象中。基于确定结 果，第三对象提取单元235从第二医学图像提取第三解剖学对象。
[0065] 配准单元233配准第一医学图像和第二医学图像。配准单元233通过对第一解剖 学对象和第二解剖学对象之间的解剖学关系与第三解剖学对象和第四解剖学对象之间的 解剖学关系进行比较，来配准第一医学图像和第二医学图像。配准单元233包括第一对象 配准单元（在这里也被称为"第一对象配准器"和/或"第一对象配准装置"）2331、第二对 象配准单元（在这里也被称为"第二对象配准器"和/或"第二对象配准装置"）2332和变 换函数计算单元（在这里也被称为"变换函数计算器"和/或"变换函数计算装置"）2333。
[0066] 第一对象配准单元2331通过使用从第一医学图像提取的第一解剖学对象来对齐 第一医学图像和第二医学图像。例如，第一对象配准单元2331对齐第一医学图像，使得第 一医学图像的第一解剖学对象被布置在预定坐标轴方向上。第一对象配准单元2331对齐 第二医学图像，使得第三解剖学对象被布置在第一解剖学对象的布置方向上。
[0067] 在第一医学图像和第二医学图像被对齐时，第二对象配准单元2332通过使用第 二解剖学对象来移动和/或旋转第一医学图像或第二医学图像。例如，第二对象配准单元 2332旋转和/或移动第一医学图像或第二医学图像，使得第二解剖学对象和第三解剖学对 象之间的距离差被最小化。在此情况下，第二对象配准单元2332在第一解剖学对象和第三 解剖学对象被对齐的范围内旋转和/或移动第一医学图像或第二医学图像。
[0068] 由于第一对象配准单元2331和第二对象配准单元2332的使用，第一医学图像的 第一解剖学对象和第二解剖学对象之间的几何关系变成与第二医学图像的第三解剖学对 象和第四解剖学对象之间的几何关系相同。
[0069] 变换函数计算单元2333将已由第一对象配准单元2331和第二对象配准单元2332 对齐、移动和/或旋转的第一医学图像和第二医学图像的坐标系进行映射。例如，变换函数 计算单元2333计算变换函数，其中，所述变换函数用于将在第一对象配准单元2331和第 二对象配准单元2332的处理之前的原始第二医学图像的坐标变换成在第一对象配准单元 2331和第二对象配准单元2332的处理之后的第二医学图像的坐标。
[0070] 将参照将在以下描述的医学图像配准方法来描述医学图像配准设备130的更详 细操作。在以下的描述中，本领域的普通技术人员将理解，医学图像配准设备130的组件执 行基于以上描述的相应处理。
[0071] 图3是示出根据示例性实施例的医学图像配准方法的流程图。
[0072] 参照图3,在操作A305,医学图像配准设备130输出第一医学图像。例如，医学图 像配准设备130输出存储的第一医学图像的3D截面。在此情况下，医学图像配准设备130 可从用户接收与哪个截面将被输出有关的输入。图10的图像G91是由医学图像配准设备 130输出的肝区域的任意一个截面的MR图像。
[0073] 在操作A310,医学图像配准设备130接收对第一医学图像中的至少一个点的选 择。例如，医学图像配准设备130可接收对图10的图像G91中的点G911的用户选择。例 如，用户可选择点G911来表示对比度增强的MR图像G91中的IVC的解剖学特征。如另一示 例，医学图像配准设备130可基于在第一医学图像中包括的点的亮度值自动地提取点G911 来表示IVC的解剖学特征。
[0074] 在操作A315,医学图像配准设备130从第一医学图像提取第一解剖学对象和第二 解剖学对象。将参照图4描述由医学图像配准设备130提取第一解剖学对象的处理的示例 性实施例。
[0075] 参照图4,在操作A405,医学图像配准设备130输出第一医学图像中的任意一个截 面，并接收对第一医学图像中的至少一个点的选择。此操作与图3的操作A305和A310相 应，并因此将省略其重复描述。
[0076] 在操作A410,医学图像配准设备130将选择的点的亮度值设置为参考亮度值。例 如，医学图像配准设备130将点G911的亮度值设置为参考亮度值。参考亮度值用于确定第 一医学图像中的点是否被包括在第一解剖学对象中。
[0077] 在操作A415,医学图像配准设备130在第一医学图像中检测与选择的点邻近的 点。与选择的点邻近的点可以是与选择的点接触的点，但是不限于此。医学图像配准设备 130可检测位于距选择的点预定距离内的点作为与选择的点邻近的点。
[0078] 例如，可将与第一解剖学对象的特征之中的第一解剖学对象的形状和/或大小有 关的信息预先输入医学图像配准设备130。当与IVC的直径有关的信息被预先输入医学图 像配准设备130时，医学图像配准设备130可检测与选择的点邻近的点，作为位于与选择的 点相距IVC的直径的范围内的点。
[0079] 与选择的点邻近的点可位于与选择的点相应的截面上,或可位于与包括选择的点 的截面邻近的截面上。例如，可在图像G91中检测与选择的点邻近的点，或可在与图像G91 邻近的截面（未示出）中检测与选择的点邻近的点。具体地，医学图像配准设备130可基 于选择的点在第一医学图像的3D空间中检测与选择的点邻近的点。
[0080] 在操作A420,医学图像配准设备130对检测到的点的亮度值与参考亮度值进行比 较。例如，医学图像配准设备130计算选择的点G911的亮度值和检测到的点的亮度值之间 的差。医学图像配准设备130确定检测到的点的亮度值和参考亮度值之间的差是否小于或 等于临界值。可在医学图像配准设备130中预先设置所述临界值。
[0081] 当检测到的点的亮度值和参考亮度值之间的差小于或等于临界值时，在操作 A425,医学图像配准设备130将检测到的点包括在第一解剖学对象的区域中。这可被理解 为增长区域，该增长区域通过将选择的点用作第一解剖学对象的种子值（seed value)来扩 大第一解剖学对象的区域。当检测到的点的亮度值和参考亮度值之间的差大于临界值时， 医学图像配准设备130确定检测到的点不被包括在第一解剖学对象的区域中。
[0082] 在操作A435,医学图像配准设备130确定是否已在第一医学图像中检测了所有 点。医学图像配准设备130可基于预先输入的第一解剖学对象的特征来确定是否已在第一 医学图像中检测了所有点。例如，医学图像配准设备130确定是否已在与图像G91中选择 的点G911相距IVC的直径的范围内检测了所有点。医学图像配准设备130可按与图像G91 相似的方式来检测其它截面，并且将被检测的其它截面的范围可考虑肝区域中的IVC的长 度被确定。具体地，当IVC的长度减小时，被检测的截面的数量减小。另外，当IVC的长度 增加时，被检测的界面的数量增加。
[0083] 当在第一医学图像中还未检测完所有点时，在操作A430,医学图像配准设备130 检测未被检测的其它点。检测其它点的方法与操作A415中检测邻近点的方法相似。在操作 A430,医学图像配准设备130可优先检测与在操作A425中被包括在第一解剖学对象中的最 后一个点邻近的点。根据示例性实施例，可在操作A430调整参考亮度值。例如，可基于在 操作A425中被包括在第一解剖学对象中的最后一个点的亮度值来调整参考亮度值；然而， 示例性实施例不限于此。
[0084] 当在第一医学图像中已检测了所有点时，在操作A440,医学图像配准设备130从 背景划分出第一解剖学对象的区域。例如，图10的图像G92中示出了从背景划分出的3D IVC G921。
[0085] 将参照图5描述由医学图像配准设备130从第一医学图像提取第二解剖学对象的 处理的示例性实施例。
[0086] 在操作A505,医学图像配准设备130接收与第二解剖学对象的解剖学特征有关的 信息的输入。例如，可在医学图像配准设备130中预先输入与各种解剖学对象的特征有关 的信息。当第一医学图像是肝区域的图像时，可预先设置医学图像配准设备130以将IVC 选择作为第一解剖学对象并将肝选择作为第二解剖学对象。当肝被选择作为第二解剖学对 象时，医学图像配准设备130加载与第二解剖学对象的解剖学特征有关的信息。例如，与第 二解剖学对象有关的信息可包括与第二解剖学对象的亮度值范围、形状和/或体积有关的 信息。
[0087] 在操作A510,医学图像配准设备130在第一医学图像中检测满足与第二解剖学对 象的特征有关的标准的点。例如，医学图像配准设备130检测第二解剖学对象的（最小亮 度值Imin，最大亮度值Imax)范围内的点。医学图像配准设备130可针对多个截面执行检 测。例如，可基于与第二解剖学对象的形状和体积有关的信息来确定将被检测的截面的数 量。
[0088] 在操作A515,基于在（最小亮度值Imin，最大亮度值Imax)范围内的被检测的点 的亮度值，医学图像配准设备130可计算被检测的点包括在第二解剖学对象的区域中的概 率。
[0089] 根据贝叶斯法则（Bayes Rule)，可将被检测的点（第一点）包括在第二解剖学对 象的区域中的概率表示为等式1。
[0090][等式 1]

【权利要求】
1. 一种用于对不同类型的医学图像进行配准的方法，所述方法包括： 接收对非实时获取的第一医学图像内的至少一个点的选择； 从第一医学图像提取包括选择的点的第一解剖学对象以及与选择的点邻近的第二解 剖学对象； 从实时获取的第二医学图像提取与第一解剖学对象相应的第三解剖学对象以及与第 二解剖学对象相应的第四解剖学对象； 基于第一解剖学对象、第二解剖学对象、第三解剖学对象和第四解剖学对象之间的几 何关系来对第一医学图像和第二医学图像进行配准。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，提取第一解剖学对象的步骤包括： 检测与选择的点邻近并具有与选择的点的解剖学特征相似的解剖学特征的至少两个 占. 通过使用检测到的所述至少两个点来确定第一解剖学对象的区域。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，检测具有与选择的点的解剖学特征相似的解剖学 特征的所述至少两个点的步骤包括：在对比度增强的第一医学图像中检测至少两个点，其 中，所述至少两个点相对于选择的点的对比度小于或等于预定值。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，提取第二解剖学对象的步骤包括： 在对比度增强的第一医学图像中检测具有落在预定亮度值范围内的亮度值的至少两 个候选点； 计算检测到的至少两个候选点将位于第二解剖学对象中的概率； 形成由计算出的概率大于或等于预定临界值的点构成的至少一个簇； 将所述至少一个簇中的一个簇确定为第二解剖学对象的区域。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，将所述至少一个簇中的一个簇确定为第二解剖学 对象的区域的步骤包括：将所述至少一个簇中具有最大体积的簇确定为第二解剖学对象的 区域。
6. 如权利要求4所述的方法，其中，将所述至少一个簇中的一个簇确定为第二解剖学 对象的区域的步骤包括： 计算所述至少一个簇中的每个簇中包括的点被包括在第二解剖学对象的区域中的平 均概率； 将所述至少一个簇中具有计算出的最大平均概率的簇确定为第二解剖学对象的区域。
7. 如权利要求4所述的方法，其中，在第一医学图像中选择的点的亮度值未落在所述 预定亮度值范围内。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，提取第四解剖学对象的步骤包括： 基于第二医学图像的亮度值产生第二医学图像的二值化图像； 计算在二值化图像的各个候选点处的海森矩阵的特征值； 基于计算出的特征值来确定二值化图像的所述各个候选点是否被包括在第四解剖学 对象中。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，产生第二医学图像的二值化图像的步骤包括： 基于第四解剖学对象的至少一个超声反射特性来确定临界亮度值； 通过使用所述临界亮度值对第二医学图像进行二值化。
10. 如权利要求8所述的方法，其中，确定二值化图像的所述各个候选点是否被包括在 第四解剖学对象中的步骤包括： 基于计算出的特征值来计算所述各个候选点中的每个候选点各自的平坦度； 基于计算出的平坦度来确定所述各个候选点中的每个候选点是否被包括在第四解剖 学对象中。
11. 如权利要求1所述的方法，其中，从第二医学图像提取第三解剖学对象的步骤包 括： 提取第四解剖学对象的边界； 将位于距提取的边界预定距离内的点确定为候选点； 计算在候选点处的海森矩阵的特征值； 基于计算出的特征值来确定每个候选点是否被包括在第三解剖学对象中。
12. 如权利要求1所述的方法，其中，对第一医学图像和第二医学图像进行配准的步骤 包括： 基于第一解剖学对象将第一医学图像与第二医学图像对齐； 基于第二解剖学对象移动和/或旋转对齐后的第一医学图像和对齐后的第二医学图 像中的任意一个。
13. 如权利要求12所述的方法，其中，对第一医学图像和第二医学图像进行配准的步 骤还包括：将移动和/或旋转后的图像的坐标系映射到未被移动和/或旋转的图像的坐标 系。
14. 如权利要求1所述的方法，其中， 第一医学图像包括在医学治疗之前捕捉的以下图像中的一个：三维（3D)磁共振（MR) 图像、计算机断层扫描（CT)图像、正电子发射断层扫描（PET)图像、单光子发射计算机断层 扫描（SPECT)图像和X射线图像， 第二医学图像包括以下图像中的一个：在医学治疗期间实时捕捉的二维（2D)超声图 像以及在医学治疗期间实时捕捉的3D超声图像。
15. -种对不同类型的医学图像进行配准的设备，所述设备包括： 存储装置，被配置为存储非实时获取的第一医学图像； 用户接口，被配置为输出存储的第一医学图像并接收对第一医学图像内的至少一个点 的选择； 医学图像获取装置，被配置为实时获取与第一医学图像不同类型的第二医学图像； 图像处理器，被配置为从第一医学图像提取包括选择的点的第一解剖学对象和与选择 的点邻近的第二解剖学对象，从第二医学图像提取与第一解剖学对象相应的第三解剖学对 象和与第二解剖学对象相应的第四解剖学对象，并基于第一解剖学对象、第二解剖学对象、 第三解剖学对象和第四解剖学对象之间的几何关系来对第一医学图像和第二医学图像进 行配准。
16. 如权利要求15所述的设备，其中，图像处理器包括：对象提取器，被配置为检测与 选择的点邻近并具有与选择的点的解剖学特征相似的解剖学特征的至少两个点，并通过使 用检测到的所述至少两个点来确定第一解剖学对象的区域， 其中，对象提取器还被配置为在对比度增强的第一医学图像中检测相对于选择的点的 对比度小于或等于预定值的点，以检测具有与选择的点的解剖学特征相似的解剖学特征的 所述至少两个点。
17. 如权利要求15所述的设备，其中，图像处理器包括：对象提取器，被配置为在对比 度增强的第一医学图像中检测具有落在预定亮度值范围内的亮度值的候选点，计算检测到 的候选点位于第二解剖学对象中的概率，形成由计算出的概率大于或等于预定临界值的点 构成的至少一个簇，并将所述至少一个簇中的一个簇确定为第二解剖学对象的区域， 其中，在第一医学图像中选择的点的亮度值未落在所述预定亮度值范围内。
18. 如权利要求17所述的设备，其中，对象提取器还被配置为将所述至少一个簇中具 有最大体积的簇确定为第二解剖学对象的区域。
19. 如权利要求17所述的设备，其中，对象提取器还被配置为计算所述至少一个簇中 的每个簇中包括的点被包括在第二解剖学对象的区域中的平均概率，并将所述至少一个簇 中具有最大平均概率的簇确定为第二解剖学对象的区域。
20. 如权利要求15所述的设备，其中，图像处理器包括： 二值化器，被配置为基于第二医学图像的亮度值产生第二医学图像的二值化图像； 对象提取器，被配置为计算在二值化图像的各个候选点处的海森矩阵的特征值，并基 于计算出的特征值来确定二值化图像的所述各个候选点是否被包括在第四解剖学对象中。
21. 如权利要求20所述的设备，其中，二值化器还被配置为基于第四解剖学对象的至 少一个超声反射特性来确定临界亮度值，并通过使用确定的临界亮度值对第二医学图像进 行二值化。
22. 如权利要求20所述的设备，其中，对象提取器还被配置为基于计算出的特征值来 计算二值化图像的所述各个候选点中的每个候选点各自的平坦度，并基于计算出的平坦度 来确定所述各个候选点中的每个候选点是否被包括在第四解剖学对象中。
23. 如权利要求15所述的设备，其中，图像处理器包括：对象提取器，被配置为提取第 四解剖学对象的边界，将位于距提取的边界预定距离内的点确定为候选点，计算在候选点 处的海森矩阵的特征值，并基于计算出的特征值来确定每个候选点是否被包括在第三解剖 学对象中。
24. 如权利要求15所述的设备，其中，图像处理器还被配置为基于第一解剖学对象将 第一医学图像与第二医学图像对齐，其中，图像处理器包括：配准器，被配置为基于第二解 剖学对象移动和/或旋转对齐后的第一医学图像和对齐后的第二医学图像中的任意一个。
25. 如权利要求24所述的设备，其中，配准器还被配置为将移动和/或旋转后的图像的 坐标系映射到未被移动和/或旋转的图像的坐标系。
【文档编号】G06T7/00GK104424647SQ201410450193
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】黄英珪, 金亭培, 吴煐泽, 方远喆, 李敏宇 申请人:三星电子株式会社, 三星生命公益财团