本发明涉及用于配准医学图像的方法、计算机程序、计算机可读介质和设备。
背景技术：
在使用诸如CT和实况X射线的多成像模态的流程期间，医生可能需要配准这些模态。例如，当使用介入性X射线设备(尤其是C型臂设备)时，医生可以将C型臂移动到某一角度测量，所述角度向他给出对患者的身体中的能够用于配准的界标(例如，髋骨)的清楚观察。他将然后采集曝光运行或单次拍摄的图像。接下来，医生可以将C型臂移动到不同的角度测量，所述不同的角度测量可以是充分不同的(例如，超过45度差值)并且拍摄另一次曝光或单次拍摄。
两次X射线运行可以被示出在显示设备上的不同视窗中，其中，它们可以与CT体积(3D)图像的投影图像混合或叠加。医生可以在两种观察中移动CT图像，使得它与实况X射线图像最优地叠加。医生用于确定最优叠加的视觉标记物通常是诸如骨盆、脊柱或胸腔的骨界标。髋骨在X射线图像中相对容易区分，而脊柱和胸腔可以是更加困难的，尤其是在极肥胖的患者或低剂量X射线协议的情况下。
技术实现要素：
即使对于受过训练的医生，X射线图像中的低对比度特征(例如，椎间盘的边缘或胸骨的轮廓)也可能是难以区分的，尤其是当这些脊(几乎)完全与3D图像的投影图像中的轮廓对齐时。
可以存在对帮助操作者将2DX射线图像彼此配准的配准方法的需要。
这样的需要可以通过独立权利要求的主题来满足。根据从属权利要求和以下描述，本发明的其他实施例是明显的。
本发明的一方面涉及一种用于(尤其是医学)图像的配准的方法。
根据本发明的一实施例，所述方法包括以下步骤：接收利用医学2D(二维)成像设备在第一观察方向下采集的2D图像；对所述2D图像进行滤波，使得所述2D图像的高频分量相对于所述2D图像的低频分量被加强；接收利用医学3D(三维)成像设备采集的3D图像；根据所述3D图像生成2D投影图像，其中，所述2D投影图像是以第二观察方向来生成的；将经滤波的2D图像与所述2D投影图像叠加；并且提供用于改变所述第二观察方向的功能，使得所述2D投影图像与所述经滤波的2D图像配准。
在2D图像(例如，X射线图像)与3D图像(或其2D投影)对齐/配准的配准流程期间，以如下方式对X射线图像进行滤波：即，X射线图像中的骨界标可以被增强，使得这些界标在混合的/叠加的图像中更加可见。如果叠加是最优的，则这可以用于对操作者更好地可视化，从而帮助操作者获得最优的配准。尤其地，通过增强图像的特定的较高频率分量同时抑制较低频率分量，骨轮廓的对比度可以被改善到即使当被3D体积图像叠加时它们也变得能辨别的程度，所述3D体积图像可以是如此类似的并且被很好地配准，使得2D投影图像和3D图像中的所有相关的(骨)边缘都完全叠加。
本发明的另外的方面涉及一种计算机程序和计算机可读介质，其中，所述计算机程序当被处理器运行时适于执行如在以上和以下描述的方法的步骤，计算机程序被存储在所述计算机可读介质上。计算机可读介质可以是软盘、硬盘、USB(通用串行总线)存储设备、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EPROM(可擦可编程只读存储器)或闪速存储器。计算机可读介质也可以是允许下载程序代码的数据通信网络，例如，互联网。
本发明的另外的方面涉及一种图像处理设备，所述图像处理设备适于执行如以上和以下描述的方法的步骤。例如，X射线设备的控制器也可以是图像处理设备，或者图像处理设备可以是单独的工作站。在控制器或工作站中，对应的软件可以正在运行。
应当理解，如以上和以下描述的图像处理设备的特征可以是如以上和以下描述的方法、计算机程序和计算机可读介质的特征，以及反之亦然。
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。
附图说明
在下面，参考附图更加详细地描述本发明的实施例。
图1示意性地示出了具有根据本发明的实施例的图像处理设备的系统。
图2示出了根据本发明的实施例的用于医学图像的配准的方法的流程图。
图3A和图4A示出了叠加图像。
图3B和图4B示出了利用根据本发明的实施例的用于医学图像的配准的方法生成的叠加图像。
在附图中使用的附图标记及其意义以总结的方式被列出在附图标记的列表中。原则上，完全相同的零件在附图中被提供有相同的附图标记。
附图标记列表
10系统
123D成像设备
142D成像设备
163D图像
18数据库
202DX射线图像
22C型臂
24患者
262D投影图像
28显示设备
30工作站
32输入设备
具体实施方式
图1示意性地示出了包括3D成像设备12的系统10以及2D成像设备14。
3D成像设备10可以是CT(计算机断层摄影)或MRT(磁共振断层摄影)设备，和/或可以被定位为远离2D成像设备12。例如，两个设备可以位于门诊部的不同房间中或处于不同的医生办公室处。
3D成像设备适于生成3D图像16。3D图像16可以包括体素，每个体素包括与三个坐标相关联的至少一个强度值。当2D成像设备12被使用时，3D图像数据16可以在不同的时间处被采集，和/或可以被存储在数据库18中。
2D成像设备14可以是用于采集2D图像20的X射线设备，例如，具有C型臂22的C型臂设备，所述C型臂22可以绕患者24进行移动，以从不同的方向采取患者24的X射线图像20。2D图像20可以包括像素，每个像素包括与两个坐标相关联的至少一个强度值。
2D成像设备14具有控制器24，所述控制器24可以控制C型臂和/或可以生成2D图像20。控制器24额外地适于例如从数据库18接收3D图像16。
控制器24适于从3D图像16生成2D投影图像26，和/或适于在显示设备28上显示2D投影图像26和2D图像20。
3D图像16和2D图像20从患者24的相同的感兴趣目标/部分被采集，并且控制器24提供用于将利用2D成像设备14采集的2D图像与2D投影图像26进行叠加的功能，所述利用2D成像设备14采集的2D图像与所述2D投影图像26两者具有相同的观察方向。
应当理解，控制器24的关于图像处理的功能也可以由工作站30(最终远离设备12和14)来执行，所述工作站30可以接收3D图像16和(一幅或多幅)2D图像20两者。控制器24和工作站两者可以被视为图像处理设备24、30。例如，2D图像20也可以被控制器24存储在数据库18中，并且之后被工作站30取回。工作站30也可以具有显示设备28，或者也可以与显示设备28相互连接以便显示2D图像20、26。
此外，控制器24和工作站30两者都可以提供相对于彼此移动、缩放和/或旋转2D投影图像26和2D图像20而使得两幅图像26、20可以相对于彼此被对齐和/或被配准的功能。
尤其地，控制器24和工作站可以包括输入设备32，操作者能够利用所述输入设备32来选择3D图像上的特定的视窗。以这种方式，操作者可以相对于2DX射线图像平移、旋转和/或缩放3D图像。
图2示出了用于配准图像的方法，所述方法可以由控制器24或工作站30来执行。
应当理解，术语“配准”可以意指(示出相似或相同内容的)两幅图像被全局地移动(被旋转、被缩放和/或被移动)，使得其内容尽可能好地叠加。
医学图像可以是示出人体的内部部分(例如，骨、肺、心脏、血管等)的图像。通常，在医学环境(例如，门诊部、医生办公室等)中利用X射线设备，CT设备或MRT设备采集的图像将是医学图像。
在步骤S10中，2DX射线图像20被接收在控制器24或工作站30中。例如，2DX射线图像20可以利用2D成像设备14进行采集，和/或之后可以被存储在数据库18中以便通过工作站30进行加载。
X射线图像20可以在特定的观察方向下利用医学2D成像设备14进行采集。观察方向可以包括观察点和观察角度，所述观察方向可以基于(例如被附接到C型臂的)探测器装置的对齐。观察角度可以是二维角度，例如，高度角和纵向角。
在步骤S12中，对2DX射线图像20进行滤波，使得特定的特征和/或界标被加强，并且其他特征和/或界标被抑制。
一方面，2DX射线图像20的高频分量可以相对于2DX射线图像的低频分量被加强。以这种方式，匹配经放大的频率分量的骨结构(例如，椎间盘和胸骨)的低对比度边缘可以被有效地可视化。
另一方面，低频分量可以相对于高频分量被抑制。以此方式，同时，大尺度的高对比度特征(例如，胸到肺的转变)将不被增强，并且可以被减弱。为了对最优的(全局)定位进行重新训练，将不会使这样的特征完全不可见。
经滤波的图像可以不适合于规律的临床和诊断用途，然而，滤波可以使图像协调，并且可以强化骨脊，这在随后的配准过程中将是有用的。
作为一范例，2DX射线图像20可以通过傅立叶变换被分解成频率分量。
增强特定的特征的另外的可能是使用2DX射线图像20的多分辨率分析或拉普拉斯金字塔。
在这种多分辨率分析中，2DX射线图像20被分解成一组分量图像，每幅分量图像包含2DX射线图像的与特定的分辨率有关的图像内容。例如、2DX射线图像通过在4个邻近点上取平均而被变换成第一(较低分辨率)分量图像。原始的2DX射线图像20与第一低分辨率图像的不同图像包含2DX射线图像20的最高频率分量。相应地，第二、第三等(较低分辨率)分量图像可以被生成，并且对应的差异图像包含2DX射线图像20的第二最高、第三最高等频率分量。
为了加强或抑制特定的频率分量，对应的分量图像的亮度和/或对比度可以被调节。
对应的分量图像的亮度和/或对比度可以通过启发式地设定用于至少一幅分量图像的斜坡值来调节。
这里，术语“启发式地”可以意指基于对大部分骨界标中可以在一个分量图像中最大程度地可见的估计，第一斜坡值以按次序的顺序被设定到每幅分量图像。具有最大程度的响应的分量图像被认为是具有最大程度地可见的骨界标的分量图像。第一斜坡值因此被设定到这样的分量图像。随后，第二斜坡值以与以上提及的相同方式被设定到其余的分量图像。以此方式，不同的斜坡值被设定到不同的分量图像。备选地，用于不同分量图像的不同斜坡值能够被同时设定，以便寻找最佳组合以增强骨界标而不过拍摄或欠拍摄图像的其他部分。应当注意，第一低分辨率图像的斜坡值总是被设定到1，以便保持第一低分辨率图像的亮度和/或对比度不变。这可以使得图像的大部分不会变得过饱和或欠饱和。
最后，利用逆变换(即，通过将分量图像加在一起)来生成经滤波的图像。
结果得到的经滤波的图像现在可以与其他图像进行混合/叠加。滤波可以被调谐为使得在后续的配准过程期间，X射线界标特征足够强以保持可见，而不会如此强以至于使叠加的图像模糊。
在步骤S14中，利用医学3D成像设备12采集的3D图像16被接收在控制器24或工作站30中。3D图像16包含与X射线图像相同的内容，例如，患者的也被示出在X射线图像20中的相同部分。
根据3D图像16生成2D投影图像26，其中，2D投影图像26以第二观察方向被生成，所述第二观察方向可以在第一步骤中被任意选取，但是所述第二观察方向将以其变得等于2DX射线图像20的第一观察方向的方式被操作者(诸例如，医生)操纵。
应当注意，X射线图像20和2D投影图像26可以通过相同的成像设备(例如，控制器24)或通过不同的设备(例如，控制器24和工作站30)来生成。
此后，经滤波的X射线图像20和2D投影图像26被叠加，并且被显示在显示设备28上。
在步骤S16中，图像处理设备通过提供用于改变第二观察方向而使得2D投影图像20与经滤波的2DX射线图像配准的功能来在将3D图像16与X射线图像20配准/对齐中帮助操作者。
总的来说，操作者可以观察经滤波的X射线图像20与2D投影图像26之间的差异或缺少的叠加，并且可以相应地改变第二观察方向，使得叠加变得更好。由于第二观察方向的改变，2D投影图像26以如关于步骤S14所描述的改变的观察方向被重新计算、被叠加并且被显示。
改变的第二观察方向可以由操作者通过平移、旋转和缩放3D图像16上的视窗来进行选择，所述视窗可以包括观察者位置的点和观察者正在沿其观察的方向。这样的参数可以利用来自输入设备32的用户输入来进行操纵。
以下附图示出了对X射线图像的滤波可以如何促进配准过程。
图3A示出了从30度角看见的具有CT叠加图像26的未经滤波的X射线图像20。图3B示出了具有CT叠加图像26的对应的经滤波的X射线图像。椎间盘和胸骨被勾勒出并且被加强。圆点指示用于移动叠加图像26的“界标”。例如，操作者可以利用鼠标输入设备来选择它们，并且相应地移动它们。
图4A和图4B示出了与图3A和图3B类似的图像。然而，X射线图像20和CT叠加图像26是从-30度角被看见的。
应当注意，3D图像16可以与两幅X射线图像配准，例如，如在图3B和图4B中所示出的。在这种情况中，两幅2DX射线图像20被接收，所述两幅2DX射线图像20在不同的第一观察方向下利用2D成像设备14进行采集。例如，操作者可以将C型臂移动到第一位置，并且可以采集第一X射线图像20，并且然后将C型臂移动到第二位置，并且可以采集第二X射线图像20。此外，两幅2D投影图像26是根据3D图像16在第二观察方向下被生成的，并且第一2DX射线图像20与两幅2D投影图像26中的第一幅叠加，而第二2DX射线图像20与两幅2D投影图像中的第二幅叠加。
(如在图3B和图4B中所示出的)两幅叠加图像然后都可以被同时显示在相同的显示设备28上。
为了帮助操作者(经由两幅投影图像26)将两幅X射线图像20都与3D体积图像16进行配准，控制器24和工作站30提供使得两个第二观察方向都是能选择的功能。以这种方式，操作者可以虚拟地移动3D体积(由两幅2D投影图像26示出)，直到2D投影图像26与X射线图像20完全叠加。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或控制器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。