使用局部加权拟合的图像配准的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般而言涉及医学成像和绘图，尤其涉及利用三维（3-D)图像对生理学参 数的图进行配准的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 在各种医学应用中，身体部分或器官的计算机生成的重建被显示给用户。例如，美 国专利6,456，867描述了一种对体积的图进行重建的方法，该专利的公开被结合于此以作 参考。该方法包括:确定在该体积的表面上位置的坐标，并且产生在接近于所确定的位置的 3-D空间中限定重建表面的点的网格。对于该网格上的每个点，根据在网格上的一个或多个 点与一个或多个位置之间的位移来定义各自的向量。然后根据各自的向量通过充分地移动 网格上的每个点来调整该重建表面，使得该重建表面变形以与该表面的构型类似。
[0003] 在一些应用中，来自多模态或成像源的图像被相互拟合并被呈现。例如，美国专利 5,568,384描述了一种用于把3-D多模态图像集合并成单个合成图像的方法，该专利的公开 被结合于此以作参考。最初使用半自动分段技术从待匹配的从两个或更多个不同图像中提 取表面。这些表面被表示为具有待匹配的共同特征的轮廓。对一个表面图像执行距离变换， 并且使用该距离图像来产生用于匹配过程的成本函数。几何变换包括三维平移、旋转和缩 放以适应不同位置、方向和大小的图像。该匹配过程包括:搜索多参数空间，并且调整一个 表面或多个表面以找到它们之间的最佳拟合，这使成本函数最小化。
【发明内容】
[0004] -些医学方法和系统测量并呈现用于显示在成像的器官上某个生理学参数的分 布的图。例如，显示在心内膜(心脏的内表面)上局部电位的分布的电解剖图在各种心脏过 程中是有用的。
[0005] 有时期望显示参数图连同器官的3-D图像，例如基于磁共振成像(MRI)、计算机断 层扫描(CT)、X射线或超声的图像。为了共同显示该图和3-D图像，器官的这两种视图应该首 先被配准到一个共同的坐标系。在一些情况下，参数图和/或3-D图像的坐标可以具有不同 的置信水平。具有低置信水平的图或图像的点或区域会对配准过程的精度具有不利影响。
[0006] 为了改善配准过程的精度，本发明的实施例提供用于在考虑到图坐标和/或图像 坐标的不同置信水平时将参数图与3-D图像进行配准的方法和系统。3-D图像通常包括具有 相应图像坐标的多个图像点。在一些实施例中，图像点定义了成像的器官或其部分的3-D实 体积模型、表面模型或3-D线框模型。在一些实施例中，根据图和图像坐标的置信水平，对图 点与图像点分配权重。然后通过基于权重计算和应用几何变换来将该图和3-D图像拟合在 一起。
[0007] 在此描述的一些示例性实施例中，使用磁位置跟踪系统来获得参数图。在这些实 施例中，诸如导管之类的探头装有传感器，例如电极，其测量在成像的器官中不同位置的生 理学参数。位置跟踪系统在进行测量时用于跟踪探头的坐标，以便产生用于指示在器官上 参数值的分布的图。
[0008] 因此，根据本发明的实施例，提供一种用于图像配准的计算机实施的方法，该方法 包括：
[0009] 接受器官的三维(3-D)图像，该图像包括具有相应图像坐标的多个第一图像点；
[0010] 接受定义器官上的生理学参数值的分布的图，该图包括具有相应图坐标的多个第 二图点；
[0011] 使相应置信水平与一个或多个图坐标和图像坐标相关联；
[0012] 根据各个图坐标和图像坐标的置信水平，对至少一些图点和图像点分配权重；以 及
[0013] 通过基于权重计算在图坐标和图像坐标之间的几何变换来将3-D图像与图拟合。
[0014] 在一个实施例中，接受图包括使用位置跟踪系统来测量各个图坐标的生理学参数 的值。测量这些值和图坐标可以包括:移动探头，该探头包括位置传感器和在器官中的多个 位置上测量生理学参数的传感器；以及对在这些位置的生理学参数和位置传感器的位置执 行相应的多次测量。
[0015] 在另一实施例中，该方法包括:使用几何变换将生理学参数的值叠加到3-D图像 上，并且将所叠加的值和3-D图像显示给用户。
[0016] 在又一实施例中，将3-D图像与图拟合包括:定义在至少一些图像点和相应的图点 之间的距离，将分配给各个图点和图像点的权重应用于这些距离以产生加权距离，并且基 于这些距离来计算累积的加权距离量度，该量度指示在将3-D图像与图拟合中几何变换的 精度。
[0017] 在再一实施例中，应用权重包括将距离的平方乘以各自的权重以产生加权距离， 以及计算累积的加权距离量度包括对加权距离求和。
[0018] 在一个实施例中，将3-D图像与图拟合进一步包括修改几何变换以便最小化累积 的加权距离量度。
[0019] 在另一实施例中，将3-D图像与图拟合包括:识别出现在3-D图像中的器官外部的 解剖标志，在该解剖标志的位置获得相应图点，并且配准3-D图像中的解剖标志的图像坐标 与所获得的图点的图坐标。
[0020] 在又一实施例中，使置信水平相关联包括接受来自用户的置信水平。另外或可选 择地，使置信水平相关联包括基于图点和图像点来自动地确定置信水平。自动地确定置信 水平可以包括:检测在图坐标和图像坐标中的至少一个中的失真，并且根据该失真的水平 来分配置信水平。另外或可选择地，自动地确定置信水平包括根据下述中的至少一个来分 配置信水平：
[0021] 在图中相应的一个或多个图坐标的密度；
[0022] 在相应的图坐标和图像坐标附近的电组织特征；
[0023] 在相应的图坐标和图像坐标附近的生理学组织特征；
[0024]相应的图坐标和图像坐标距在图和3-D图像中都识别出的配准标志的距离；以及 [0025] 配准标志的生理学特征。
[0026]在一个实施例中，接受3-D图像包括接受由至少一些图像点所限定的器官的实体 模型、表面模型和线框模型中的至少一个。
[0027]根据本发明的实施例，另外提供用于图像配准的装置，包括：
[0028]接口，其被布置成接受器官的三维(3-D)图像，该图像包括具有相应图像坐标的多 个第一图像点，以及被布置成进一步接受定义器官上的生理学参数值的分布的图，该图包 括具有相应图坐标的多个第二图点；以及
[0029] 处理器，其被布置成使相应置信水平与一个或多个图坐标和图像坐标相关联，根 据各个图坐标和图像坐标的置信水平对至少一些图点和图像点分配权重，并且通过基于权 重计算在图坐标和图像坐标之间的几何变换来将3-D图像与图拟合。
[0030] 根据本发明的实施例，还提供一种用于图像配准的计算机软件产品，该产品包括 一种其中存储指令的计算机可读介质，所述指令在由计算机读取时使得计算机:接受预先 获得的器官的三维(3-D)图像，该图像包括具有相应图像坐标的多个第一图像点;接受定义 器官上的生理学参数值的分布的图，该图包括具有相应图坐标的多个第二图点；使相应置 信水平与一个或多个图坐标和图像坐标相关联;根据各个图坐标和图像坐标的置信水平， 对图点和图像点分配权重;并且通过基于权重计算在图坐标和图像坐标之间的几何变换来 将3-D图像与图拟合。
【附图说明】
[0031] 根据与附图一起采用的本发明实施例的后面的详细描述，将更充分地理解本发 明，在附图中：
[0032] 图1A是根据本发明的实施例用于磁位置跟踪的系统的示意性图示；
[0033]图1B是根据本发明的实施例示意性说明显示处理器的框图；
[0034]图2是根据本发明的实施例的导管的示意性图示；
[0035]图3A和图3B是根据本发明的实施例示意性说明投射到心脏的三维(3-D)图像上的 电解剖图的图；以及
[0036]图4是根据本发明的实施例示意性说明用于配准电解剖图与预先获得的3-D图像 的方法的流程图。
【具体实施方式】 [0037]系统描述
[0038]图1A是根据本发明的实施例用于对患者的心脏24进行成像和绘图的磁位置跟踪 系统20的示意性图示。图1A的系统用于说明一个示例性系统，该系统可以用于获得并呈现 参数图。尽管在此描述