用于配準圖像序列的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于配準圖像序列的系統(tǒng)(100)包括：-輸入部(120)，其用于獲得所述圖像序列(200)，所述圖像序列包括順序布置在圖像范圍內(nèi)的多幅圖像(201-205)；-變換處理器(140)，其用于建立所述圖像序列(200)中的連續(xù)圖像對之間的變換，以獲得多個變換(211-214)；-對齊處理器(160)，其用于基于所述多個變換(211-214)，來將所述圖像序列(200)對齊到參考圖像(203)，以獲得經(jīng)配準的圖像序列(230)；-其中，所述對齊處理器(160)被布置為基于變換度量來從所述多幅圖像(201-205)建立所述參考圖像(203)，所述變換度量量化將所述圖像序列(200)對齊到所述參考圖像(203)所需的變換程度。
【專利說明】用于配準圖像序列的系統(tǒng)和方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于配準圖像序列的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還涉及包括所述系統(tǒng)在內(nèi)的成像系統(tǒng)和工作站，并且涉及用于使得能夠執(zhí)行所述方法的計算機程序產(chǎn)品。

【背景技術】
[0002]在圖像觀察和圖像顯示領域，可能期望對包括相同或相似客體的兩幅圖像進行幾何對齊。這樣的幾何對齊通常被稱為圖像配準，并且被認為是很多圖像處理應用中的基礎工作。例如，當要比較來自患者的基準檢查的醫(yī)學圖像與來自隨后的檢查的進一步的醫(yī)學圖像時，可以使用圖像配準。由于在兩幅醫(yī)學圖像中患者可能被不同地定位，因而圖像配準可以用于補償兩幅醫(yī)學圖像中由于患者的位置的改變而產(chǎn)生的不同。
[0003]圖像配準通常包括:i)通過使兩幅圖像之間的相似度測量最大化來建立所述兩幅圖像之間的變換；ii)基于所述變換，來對齊所述兩幅圖像。可以使用控制所述變換的參數(shù)的數(shù)值優(yōu)化算法(例如梯度下降)來執(zhí)行所述最大化。所述變換可以是，例如，剛性的、仿射的或柔性的。
[0004]圖像配準還可以應用于圖像序列，S卩，應用于多于一幅圖像。這樣的圖像配準往往用于補償圖像序列內(nèi)出現(xiàn)的運動。例如，在灌注心臟MRI序列中，患者的呼吸運動可能妨礙臨床醫(yī)生對圖像序列的研宄。圖像配準可以用于補償呼吸運動，即，用于使圖像序列穩(wěn)定。
[0005]例如，VratislavHarabis 等人的題為 “Registrat1n of Ultrasound ImageSequences for Perfus1n Analysis”(EUSIPCO，2011 年 8 月，第 1015-1019 頁)的出版物描述了用于當將對比劑引入血流中時對超聲序列中的圖像進行配準的方法。據(jù)稱，在所述對比序列的配準中，參考圖像的選擇是主要問題中的一個。據(jù)稱，用于所述選擇的第一種可能是基于浮動參考圖像，其中，將第二圖像配準到第一圖像，將第三圖像配準到第二圖像，等等。第二種可能是僅設置一幅參考圖像，并且相對于這一固定圖像來配準序列中的其他圖像。所述出版物提出了基于對序列的配準的不同方法。基于對比值將原始序列自動劃分到子序列。在每個子序列中，具有最高CROI度量值的一幅圖像被設置為用于對子序列的配準的參考。CROI是基于感興趣區(qū)域(ROI)中的像素強度差異的。最后，計算來自每個配準的子序列的平均圖像并且將其一起用于對子序列的配準。
[0006]上述方法的一個問題是圖像序列的配準能夠造成經(jīng)配準的圖像序列中出現(xiàn)失真。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]具有降低在經(jīng)配準的圖像序列中出現(xiàn)的失真的用于配準圖像序列的系統(tǒng)或方法將是有利的。
[0008]為了更好地解決這一問題，本發(fā)明的第一方面提供一種用于配準圖像序列的系統(tǒng)，包括:
[0009]-輸入部，其用于獲得所述圖像序列，所述圖像序列包括順序布置在圖像范圍內(nèi)的多幅圖像；
[0010]-變換處理器，其用于建立所述圖像序列中的連續(xù)圖像對之間的變換，以獲得多個變換；
[0011]-對齊處理器，其用于基于所述多個變換，來將所述圖像序列對齊到參考圖像，以獲得經(jīng)配準的圖像序列；
[0012]-其中，所述對齊處理器被布置為基于變換度量從所述多幅圖像建立所述參考圖像，所述變換度量量化將所述圖像序列對齊到所述參考圖像所需的變換程度。
[0013]在本發(fā)明的又一方面中，提供包括前述系統(tǒng)的工作站和成像裝置。
[0014]在本發(fā)明的又一方面中，提供一種用于配準圖像序列的方法，包括:
[0015]-獲得所述圖像序列，所述圖像序列包括順序布置在圖像范圍內(nèi)的多幅圖像；
[0016]-建立所述圖像序列中的連續(xù)圖像對之間的變換，以獲得多個變換；
[0017]-基于所述多個變換，來將所述圖像序列對齊到參考圖像，以獲得經(jīng)配準的圖像序列；
[0018]-其中，所述配準包括基于變換度量從所述多幅圖像建立所述參考圖像，所述變換度量量化將所述圖像序列對齊到所述參考圖像所需的變換程度。
[0019]在本發(fā)明的又一方面中，提供一種包括指令的計算機程序產(chǎn)品，所述指令用于使得處理器系統(tǒng)執(zhí)行所述方法。
[0020]本發(fā)明涉及配準圖像序列。由經(jīng)排序的圖像系列形成所述圖像序列，即，圖像系列中的每幅圖像相對于所述圖像系列中的其他具有特殊位置。所述排序可以是例如基于時間的排序。所述圖像序列具有圖像范圍，所述圖像范圍的邊界由所述圖像系列中的第一幅和最后一幅定義。獲得所述圖像序列，其中，可以從內(nèi)部源或外部源(例如存儲介質)接收所述圖像序列。
[0021]建立所述圖像系列中的連續(xù)圖像對之間的變換。所述變換中的每個指示在連續(xù)圖像對之間的所述變換。此處，術語連續(xù)指的是在對所述圖像的排序中，圖像對中的所述圖像相互跟隨，即，是所述成像序列內(nèi)的鄰近圖像。所述變換是函數(shù)或參數(shù)，所述函數(shù)或參數(shù)指示能夠怎樣變換圖像對中的一幅，以便與另一幅圖像至少部分匹配。
[0022]所述變換用于相對于參考圖像來對齊所述圖像序列。因此，來自所述圖像序列的其他圖像被變換，以便至少部分匹配于所述參考圖像，其中，所述參考圖像充當所述圖像系列中的穩(wěn)定的、非變換圖像。實質上，所述參考圖像構成所謂的錨定圖像，相對于其對所述圖像序列進彳丁對齊。
[0023]應當注意，因此通過以下的方式執(zhí)行圖像配準:i)建立所述變換；并且ii)基于所述變換來對齊所述圖像序列。
[0024]從所述多幅圖像建立所述參考圖像。因此，所述多幅圖像用于，或者直接地或者間接地，提供所述參考圖像。為了建立被建立為所述參考圖像的圖像，使用變換度量。所述變換度量是函數(shù)，例如數(shù)學函數(shù)，所述函數(shù)指示需要多少變換，即，需要將所述圖像系列變換到什么程度，以將所述圖像序列對齊到參考圖像。因此，基于將哪幅圖像建立為所述參考圖像來獲得所述變換值。
[0025]發(fā)明人已經(jīng)認識到，對參考圖像的選擇極大地影響用戶感知的圖像配準的質量。對此，一個原因是所述參考圖像通過充當用于所述圖像配準的基準，使得所述圖像系列被變換，以便與所述參考圖像至少部分相似。在參考圖像是對用戶而言沒有興趣或具有較小興趣的圖像時，例如，因為其沒有示出或沒有清晰地示出感興趣區(qū)域，所述圖像系列被變換，以便與對用戶而言沒有興趣或具有較小興趣的圖像至少部分相似。發(fā)明人還已經(jīng)認識到，這樣的圖像往往在所述圖像序列內(nèi)構成異常值，其外形與所述成像序列內(nèi)的其他圖像不同。
[0026]通過提供量化將所述圖像序列對齊到所述參考圖像所需的變換程度，能夠確定需要多少變換來將所述圖像序列對齊到特殊參考圖像。所述變換程度指示所述參考圖像與來自所述圖像序列的其他圖像有多相似，因而，對于相似于來自所述圖像序列的大多數(shù)圖像的圖像而言，將需要低的變換程度，即，僅針對不相似的這些圖像。然而，對于外形與來自所述圖像序列的大多數(shù)圖像不同的圖像而言，將需要高的變換程度，即，需要變換來自所述圖像序列的大多數(shù)圖像，以與所述參考圖像相似。因此，提供指示被建立為參考圖像的圖像在所述圖像序列內(nèi)是否構成異常值的變換度量。
[0027]通過基于所述變換度量從所述圖像序列建立所述參考圖像，基于所述圖像在所述圖像序列內(nèi)構成異常值到什么程度，來建立所述參考圖像。這樣一來，當建立所述參考圖像時，能夠避免所述圖像序列內(nèi)的異常值。有利地，能夠建立與所述圖像序列內(nèi)的其他圖像相似的參考圖像。有利地，降低了將對用戶而言沒有興趣或具有較小興趣的圖像建立為所述參考圖像的可能性。有利地，能夠避免在其他情況下通過將失真的圖像建立為參考圖像并且因此在所述圖像序列內(nèi)構成異常值而被引入的失真，這是因為避免了將其他圖像變換到與所述失真圖像至少部分相似。
[0028]任選地，所述對齊處理器被布置為通過基于所述變換度量的最小化從所述多幅圖選擇所述參考圖像，來建立所述參考圖像。特殊地選擇所述參考圖像，以最小化所述變換度量。因此，圖像被建立為使得當將所述圖像序列對齊到所述參考圖像時需要最低變換程度的參考圖像。有利地，如果錯誤地建立所述變換中的一個或多個，例如由于在所述圖像內(nèi)缺乏對比，則由于圖像配準是基于所述變換而在其他情況下能夠出現(xiàn)的失真被降低，這是因為在所述圖像配準中所述參考圖像需要最低變換程度。
[0029]任選地，所述對齊處理器被布置為通過以下方式建立所述參考圖像:i)針對至少所述多幅圖像的子集，基于所述變換度量來計算變換值；并且ii)選擇所述圖像中具有最低變換值的一幅作為所述參考圖像。通過計算用于一定數(shù)量的圖像，即，候選圖像的所述變換值，并且選擇所述圖像中具有最低變換值的一幅，來建立所述參考圖像。所述參考圖像因此是所述多幅圖像中的一幅，即，已存在的圖像，并且所述選擇是基于對變換值的比較的。這構成了高效選擇機制。
[0030]任選地，所述對齊處理器被布置為將插值圖像建立為所述參考圖像，所述插值圖像在所述圖像范圍中的位置在所述成像序列中的連續(xù)圖像對之間。所述參考圖像對應于插值圖像，而不對應于所述多幅圖像之內(nèi)的已存在的圖像。插值圖像可以最好地適合于充當所述參考圖像。例如，如果所述圖像序列描繪呼吸運動，則針對呼吸運動中落在所述圖像序列中的連續(xù)圖像對之間的點，可以獲得最低變換值。通過相對于所述點對齊所述圖像序列，能夠獲得更好質量的圖像配準。
[0031]應當注意，所述插值圖像并不需要被明確計算或可用于所述系統(tǒng)以將所述圖像序列對齊到所述插值圖像。相反地，可以利用連續(xù)圖像對之間的位置來表示所述插值圖像，并且可以基于所述連續(xù)圖像對和所述位置之間的變換將所述圖形序列對齊到虛擬插值圖像。
[0032]任選地，所述對齊處理器被布置為在所述圖像序列中建立感興趣區(qū)域，并且所述變換度量量化將所述圖像序列中的所述感興趣區(qū)域對齊到所述參考圖像中的所述感興趣區(qū)域所需的變換程度。對用戶而言，在所述圖形序列中，即，在所述多幅圖像中的至少部分中，示出的感興趣區(qū)域可能特別感興趣。當將所述圖像序列對齊到所述參考圖像時，通過相對于所述成像序列中的所述感興趣區(qū)域特殊地量化所述變換程度，基于所述感興趣區(qū)域的所述變換程度來建立所述參考圖像。
[0033]任選地，所述系統(tǒng)還包括用于在圖像序列中檢測所述感興趣區(qū)域的感興趣區(qū)域檢測器。所述系統(tǒng)因此自動檢測感興趣區(qū)域并且基于所述感興趣區(qū)域建立所述參考圖像。
[0034]任選地，所述變換處理器被布置為將所述連續(xù)圖像對之間的所述變換建立為變換矩陣。變換矩陣非常適合于描述所述連續(xù)圖像對之間的所述變換并且充當用于變換度量的基準。
[0035]任選地，所述對齊處理器被布置為基于毗鄰的連續(xù)圖像對所述變換矩陣的相乘，來量化所述變換程度。通過使毗鄰的連續(xù)圖像對的所述變換矩陣相乘，來獲得提供由于所述個體變換而產(chǎn)生的整體變換度量的變換矩陣乘積?；谝陨希軌蚋咝У赜嬎阌糜趯R所述圖像序列所需的所述變換程度。
[0036]任選地，所述對齊處理被布置為通過以下來量化所述變換度量:i)針對所述多幅圖像中的每幅，建立變換矩陣乘積，所述變換矩陣乘積指示從所述多幅圖像中的各幅圖像到所述參考圖像的所述變換；并且ii)基于所述變換矩陣乘積的加和來建立變換值。因此，針對所述多幅圖像中的每幅，計算將所述圖像變換到所述參考圖像所需的所述變換程度。通過合計所述數(shù)量，能夠高效地計算用于對齊所述圖像序列，即，所述多幅圖像中的每幅所需的整體變換程度。
[0037]任選地，所述變換矩陣是4x4變換矩陣。4x4變換矩陣非常適合于描述剛性、仿射或柔性變換。
[0038]任選地，所述對齊處理器被布置為基于所述變換度量生成置信值，所述置信值指示將所述圖像序列對齊到所述參考圖像的質量。本發(fā)明的這一任選方面是基于這樣的認識的:將所述圖像序列對齊到所述參考圖像所需的所述變換程度指示將所述圖像序列對齊到所述參考圖像的質量。通過生成反映所述質量的置信值，向所述用戶提供關于所述經(jīng)配準的圖像序列的所述質量的反饋。
[0039]任選地，所述對齊處理器被布置為還基于圖像相似度度量來從所述多幅圖像建立所述參考圖像，所述圖像相似度度量量化當將所述圖像序列對齊到所述參考圖像時獲得的對應程度。
[0040]任選地，所述對齊處理器被布置為還基于所述圖像范圍內(nèi)的所述參考圖像的位置，來從所述多幅圖像建立所述參考圖像。本發(fā)明的這一任選方面是基于這樣的認識的:所述成像區(qū)內(nèi)的圖像的所述方位指示其作為參考圖像的適合性。例如，在圖像采集中，能夠出現(xiàn)影響所述圖像序列中的圖像或所述第一圖像的初始化問題。因此，所述第一圖像或圖像比較不適合于作為參考圖像。如另一個范例，在灌注成像中，在所述圖像序列的中心附近的感興趣區(qū)域中的對比劑的攝入可能會是最高的，使得在所述中心附近的所述感興趣區(qū)域是最可見的。
[0041]本領域技術人員應意識到，可以用任何認為有用的方式組合本發(fā)明的上述實施例、實施方式和/或方面中的兩個或多個。
[0042]本領域技術人員基于本說明書能夠對各種工作站、成像裝置、方法和/或計算機程序產(chǎn)品進行修改和變化，它們對應于所描述的對所述系統(tǒng)的修改和變化。
[0043]本領域技術人員應意識到，所述方法可以被應用于多維圖像數(shù)據(jù)，所述圖像可通過各種采集模態(tài)采集，例如但不限于，標準X射線成像、計算機斷層攝影(CT)、磁共振成像(MRI)、超聲(US)、正電子發(fā)射斷層攝影(PET)、單光子發(fā)射計算機斷層攝影(SPECT)以及核醫(yī)學(NM)。多維圖像數(shù)據(jù)中的維可以涉及時間。例如，三維圖像可以包括時域二維圖像系列。
[0044]本發(fā)明在獨立權利要求中定義。有利的實施例在從屬權利要求中定義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將顯而易見并得到闡述，在附圖中，
[0046]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)；
[0047]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法；
[0048]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品；
[0049]圖4a示出了包括多幅圖像的圖像序列，其中，示意性指示了在連續(xù)圖像對之間的變換；
[0050]圖4b示出了對齊所述圖像序列的結果，其中，在所述圖像對齊中所述多幅圖像中的第一幅被建立為參考圖像；
[0051 ] 圖4c示出了對齊所述圖像序列的結果，其中，基于變換度量建立所述參考圖像；
[0052]圖5a示出了另一個圖像序列及對應的變換，其中，錯誤地建立了所述變換中的一個；
[0053]圖5b示出了對齊所述圖像序列的結果，其中，所述多幅圖像中的第一幅被建立為所述參考圖像；以及
[0054]圖5c示出了對齊所述圖像序列的結果，其中，基于所述變換度量建立所述參考圖像。

【具體實施方式】
[0055]圖1示出了用于配準圖像序列200的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括用于獲得圖像序列200的輸入部120。系統(tǒng)100還包括變換處理器140，所述變換處理器用于建立圖像序列200中的連續(xù)圖像對之間的變換，以獲得多個變換210。變換處理器140被示為從輸入部120接收圖像序列200。系統(tǒng)100還包括對齊處理器160，所述對齊處理器用于基于多個變換210，來將圖像序列200對齊到參考圖像，以獲得經(jīng)配準的圖像序列230。對齊處理器160被示為從輸入部120接收圖像序列200并且從變換處理器140接收多個變換210。在圖1的范例中，對齊處理器160被示為將經(jīng)配準的圖像序列230提供給顯示器190，以顯示給用戶。備選地或附加地，對齊處理器160可以例如將經(jīng)配準的圖像序列230存儲在存儲介質上或發(fā)送到服務器。圖1還示出了:對齊處理器160被任選地布置為基于變換度量生成置信值250，如下面進一步的論述。
[0056]系統(tǒng)100的操作可以簡要解釋如下。對所述圖像的配準之前或作為對所述圖像的配準的部分，對齊處理器160基于變換度量從多幅圖像建立參考圖像。變換度量量化將圖像序列200對齊到參考圖像所需的變換程度。對齊處理器160因此使用基于變換度量而建立的參考圖像來執(zhí)行圖像對齊。
[0057]圖2示出了用于配準圖像序列的方法300。方法300包括在名為“獲得圖像序列”的步驟中獲得310圖像序列，所述圖像序列包括被順序布置在圖像范圍內(nèi)的多幅圖像。方法300還包括在名為“建立變換”的步驟中在圖像序列的連續(xù)圖像對之間建立320變換，以獲得多個變換。方法300還包括在名為“對齊圖像序列”的步驟中，基于所述多個變換，將圖像序列對齊到參考圖像，以獲得經(jīng)配準的圖像序列。方法300還包括在名為“建立參考圖像”的步驟中，基于變換度量從多幅圖像建立330參考圖像，所述變換度量量化將圖像序列對齊到參考圖像所需的變換程度。
[0058]方法300可以對應于系統(tǒng)100的操作。然而應當注意，還可以獨立于系統(tǒng)100而執(zhí)行方法300。圖3示出了包括指令的計算機程序產(chǎn)品360，所述指令用于使得處理器系統(tǒng)執(zhí)行上述方法300。計算機程序產(chǎn)品360可以例如以以下的形式被包括在計算機可讀介質350上:一系列機器可讀物理標記和/或一系列電(例如磁或光)性質或值。
[0059]系統(tǒng)100的操作可以更詳細地解釋如下。圖4a示出包括多幅圖像201-205的圖像序列200。在這一具體實施例中，圖像序列200被選擇為是時間圖像序列，而多個圖像201-205中的每一個示出時間中的不同點處的感興趣區(qū)域240。然而，圖像序列200還可以構成不同序列類型，例如，示出來自不同空間觀察點的感興趣區(qū)域。應當注意，出于可讀性原因，在圖4a-4c中僅利用附圖標記指不一次感興趣區(qū)域240。根據(jù)圖4，能夠看到，感興趣區(qū)域240在全部圖像序列200上改變。具體而言，相對于圖像序列200的第二、第三和第四圖像202-204，在圖像序列200的第一圖像201中感興趣區(qū)域240逆時鐘旋轉。此外，相對于所述圖像，在圖像序列200的第一圖像205中感興趣區(qū)域240順時針旋轉。
[0060]取向的改變能夠是由于各種原因。例如，感興趣區(qū)域240可以是患者的器官，并且取向的改變能夠是由于呼吸運動導致感興趣區(qū)域240在圖像序列的時間跨度上的取向改變。備選地或附加地，呼吸運動可以導致感興趣區(qū)域240的位置隨時間的改變或外形隨時間的改變。然而出于解釋的目的，圖4a僅示出取向的改變。
[0061]圖4a還示出以下的結果:變換處理器140建立圖像序列200中的連續(xù)圖像之對之間的變換。作為結果，獲得多個變換211-214，而所述變換在圖4中被示意性指示為虛方形。此處，虛方形的取向指代連續(xù)圖像對的感興趣區(qū)域240的取向之間的改變。例如，將第一圖像201變換到第二圖像202使得這里示出的感興趣區(qū)域240的位置和取向相匹配包含順時針旋轉第一圖像201。因此，利用取向于朝向右的虛方形示意性指示第一變換211。圖4還示出:指示從第二圖像202到第三圖像203的變換的第二變換、指示從第三圖像203到第四圖像204的變換的第三變換以及指示從第四圖像204到第五圖像205的變換的第四變換。因為在第二、第三和第四圖像202-204中感興趣區(qū)域240具有相同取向，所以第二和第三變換212-213是中性的，即，指示取向未改變。此外，第五圖像205示出感興趣區(qū)域240再次順時針旋轉，而第四變換214通過取向于朝向右來反映所述旋轉。
[0062]變換處理器140可以使用諸如來自圖像配準和運動估計【技術領域】的技術本身己知的任意合適變換技術，來建立多個變換。具體而言，變換處理器140可以將連續(xù)圖像對之間的變換211-214建立為變換矩陣。所述變換矩陣可以是4x4矩陣。所述變換可以是剛性的、仿射的或柔性的。所述變換處理器140可以被布置為建立用于基本上整個圖像的變換中的每個。備選地，變換處理器140可以被布置為建立用于圖像的部分的變換，例如特別用于感興趣區(qū)域240的變換。出于后面的目的，如圖1所示，所述系統(tǒng)可以包括用于檢測多幅圖像201-205中的感興趣區(qū)域240的感興趣區(qū)域檢測器180。
[0063]圖4b示出了以下的結果:對齊處理器160基于多個變換211-214將圖像序列200對齊到參考圖像201以獲得對齊圖像序列。然而，圖4b示出了現(xiàn)有技術范例，其中，按照缺省，第一圖像201被建立為參考圖像。這在圖4a和圖4b中通過利用加寬的邊界來示出參考圖像而指示。作為結果，獲得經(jīng)配準的圖像序列220，其中，感興趣區(qū)域240的取向被調(diào)整，以便與第一圖像201中的感興趣區(qū)域的取向相匹配。
[0064]圖4c示出了以下的結果:對齊處理器160基于變換度量從多幅圖像201-205建立參考圖像。所述參考度量量化將圖像序列200對齊到參考圖像203所需的變換程度。作為結果，第三圖像203 (而不是第一圖像201)被建立為參考圖像203。這在圖4a和圖4c中通過利用雙線的邊界示出參考圖像203來指示。作為結果，獲得經(jīng)配準的圖像序列230，其中，感興趣區(qū)域240的取向被調(diào)整，以便與第三圖像203中的感興趣區(qū)域的取向相匹配。
[0065]上面的基于變換度量的對參考圖像的建立可以如下而被解釋地更詳細。所述變換度量量化將圖像序列200對齊到參考圖像203所需的變換程度。變換處理器160可以被布置為通過基于將變換度量最小化來從多幅圖像201-205選擇參考圖像，來建立參考圖像203。例如，對齊處理器160可以被布置為通過針對多幅圖像201-205中的每個，基于變換度量計算變換值并且選擇具有最低變換值的所述圖像中的一幅作為參考圖像203，來建立參考圖像203。
[0066]例如，當變換211-214被建立為變換矩陣時，可以如下為第一圖像201計算變換值。被包含在將第二圖像202變換到第一圖像201中的所述變換可以對應于第一變換矩陣211的矩陣求逆。所述變換程度可以對應于計算第一變換矩陣211的矩陣求逆的L2范數(shù)。相似地，被包含在將第三圖像202變換到第一圖像201中的所述變換可以對應于第一變換矩陣211和第二變換矩陣212的乘積的矩陣求逆。所述變換程度可以對應于所述乘積的矩陣求逆的L2范數(shù)。也通過將上面的計算應用于第四圖像204和第五圖像205，獲得多個變換程度，可以將其合計到一起以獲得變換值，所述變換值表達將圖像序列200對齊到第一圖像201所需的變換程度，S卩，將第二、第三、第四、和第五圖像202-205對齊到第一圖像201所需的變換程度。
[0067]也可以通過為多幅圖像201-205中的其他圖像重復上面內(nèi)容，來獲得多個變換值，所述多個變換值中的每個表達將圖像序列200對齊到多幅圖像201-205中對應的一幅所需的變換程度。
[0068]可以對變換值排序并且可以將與最低變換值對應的圖像選擇為參考圖像203。在圖4的范例中，這可以對應于第三圖像203。對此，一個原因是將圖像序列200對齊到第一圖像包含對在第二、第三、第四和第五圖像202-205中的感興趣區(qū)域進行旋轉。這同樣適用于將圖像序列200對齊到第五圖像205。然而，對于第二、第三和第四圖像202-204中的每幅而言，將圖像序列200對齊到每幅單獨圖像僅包含對在第一圖像201中和在第五圖像205中的感興趣區(qū)域進行旋轉。因此，可以將第三圖像203建立為參考圖像，這是因為其包含整體最低變換程度，在這一情況下是最低旋轉程度。備選地，或者第二圖像202或者第四圖像204可以被建立為參考圖像。
[0069]圖4c示出了以下的結果:對齊處理器160將圖像序列200對齊到第三圖像03，以獲得經(jīng)配準的圖像序列230。相比于圖4b中示出的經(jīng)配準的圖像序列220，能夠看到，圖4c中的感興趣區(qū)域的取向比在圖4b中的更相似于圖像序列200中的大多數(shù)。應意識到，選擇多幅圖像201-205中具有最低變換值的一幅作為參考圖像通常使得選擇多幅圖像201-205中相對于其他圖像以最相似的方式示出感興趣區(qū)域240的一幅，即，其構成基于大多數(shù)的選擇。
[0070]圖5a示出了包括多幅圖像201-205的圖像序列200的另一個范例。在這一具體實施例中，選擇圖像序列200來表示其中對比劑經(jīng)靜脈被提供給患者的灌注心血管磁共振(CMR)圖像系列。此處，由于對比劑的攝入隨時間緩慢增加，例如，由于對比劑的初始低攝入，感興趣區(qū)域240在圖像序列200的第一圖像201中可能是低可見的。作為結果，在第一圖像201中感興趣區(qū)域240與周圍組織之間的對比可能是不理想的。通過在第一圖像201中虛線化感興趣區(qū)域240來示意性指示低攝入。在對比劑攝入隨時間增加的情況下，感興趣區(qū)域240在圖像序列200的第二圖像到第五圖像202-205中可見性好，S卩，與周圍組織具有足夠的對比。
[0071]圖5a還示出以下的結果:變換處理器140建立圖像序列200中的連續(xù)圖像對之間的變換。由于第一圖像201中的感興趣區(qū)域240的低可見性，可以錯誤地建立第一變換211，即，在第一圖像201和第二圖像202之間的變換。作為結果，可能會獲得并不精確反映感興趣區(qū)域240的位置、取向等的改變的第一變換211。在這一具體范例中，在圖像序列200內(nèi)感興趣區(qū)域240依然相對靜止，S卩，位置、取向或外形并不改變。第一變換211因此錯誤地指示取向的改變，而第二、第三和第四變換212-214準確地指示依然靜止的感興趣區(qū)域240。
[0072]圖5b示出以下的結果:對齊處理器160將圖像序列200對齊到第一圖像201，以獲得經(jīng)配準的圖像序列220，可以在按照缺省第一圖像201被建立為參考圖像時，獲得經(jīng)配準的圖像序列220。能夠看到，由于錯誤的第一變換211，第二、第三、第四和第五圖像202-205中的感興趣區(qū)域240的取向已經(jīng)改變。
[0073]圖5c示出以下的結果:對齊處理器160基于變換度量，從多幅圖像201-205建立參考圖像。作為結果，第三圖像203被建立為參考圖像203。因此，其中僅第一圖像201中的感興趣區(qū)域240的取向改變了的經(jīng)配準的圖像序列230被獲得。當比較圖5b與圖5c時，能夠看到，通過基于變換度量建立參考圖像，能夠避免多幅圖像201-205中嚴重影響圖像序列200的配準的異常值。此處，基于大多數(shù)選擇有效地建立參考圖像203。
[0074]總體而言，對齊處理器160可以被布置為將插值圖像建立為參考圖像，所述插值圖像在圖像序列200中的連續(xù)圖像對之間的圖像范圍域中具有位置。因此，可以例如通過明確地計算插值圖像或通過在連續(xù)圖像對之間建立對應于插值圖像的位置，來建立插值圖像，而不是選擇多幅圖像201-205中的一幅作為參考圖像203。應意識到，已經(jīng)在連續(xù)圖像對之間建立了變換，能夠提取用于所述連續(xù)圖像對之間中的位置的變換。例如，如果變換是基于運動向量的變換，則可以通過平分所述運動向量的尺寸，來建立用于在連續(xù)圖像對之間中的位置的變換。因此，基于多個變換211-214，能夠量化將圖像序列200對齊到在連續(xù)圖像對之間中的位置所需的變換程度。對齊處理器160可以被布置為建立使所述變換度量最小化的插值圖像。然后圖像序列200可以被對齊到所述插值圖像，以獲得經(jīng)配準的圖像序列。應當注意，插值圖像可以不需要是所述經(jīng)配準的圖像序列的部分，即，其可以僅充當在圖像序列200的配準中的參考圖像。
[0075]總體而言，對齊處理器160可以被布置為基于變換度量生成置信值250，所述置信值指示將圖像序列200對齊到參考圖像203的質量。例如，當對應于參考圖像203的變換值超過閾值時，這可以指示用于將成像序列200對齊所需的高變換程度。這樣的高變換程度可以例如與以下相關聯(lián):變換處理器140錯誤地建立變換；圖像序列200是如此不規(guī)則，使得圖像配準是不可能的，等等。置信值250可以被顯示給用戶，以便提供關于圖像配準的反饋。
[0076]總體而言，對齊處理器160可以被布置為還基于圖像相似度度量，從多幅圖像201-205建立參考圖像203，所述圖像相似度度量量化當將圖像序列200對齊到參考圖像203時獲得的置信的程度。所述圖像相似性度量可以是由圖像處理【技術領域】已知的任意合適度量，例如，均方誤差(MSE)。例如，除了建立用于第一圖像201的變換值外，對齊處理器160可以通過計算在第一圖像201與對齊到第一圖像201之后的第二圖像202之間的MSE、或在第一圖像201與對齊到第一圖像201之后的第三圖像203之間的MSE等，來計算用于第一圖像201的圖像相似度值。然后，MSE的加和可以充當用于第一圖像201的圖像相似度值?？梢韵鄳赜嬎阌糜诘诙?、第三、第四和第五圖像202-205的圖像相似度值。參考圖像203的選擇可以是隨后基于變換度量和圖像相似度度量二者的最小化的，所述最小化例如通過將多幅圖像201-205中的一幅建立為與變換值和圖像相似度值的最低加和相關聯(lián)的參考圖像203。
[0077]總體而言，變換度量可以通過量化從經(jīng)配準的圖像序列230提取的集成圖像的質量，來量化將圖像序列200對齊到參考圖像203所需的變換程度。所述集成圖像可以是從經(jīng)配準的圖像序列230提取的不同圖。所述不同圖像可以是定量圖，例如，Tl圖、T2圖、T2*圖或灌注圖。
[0078]總體而言，對齊處理器160可以被布置為還基于圖像范圍內(nèi)的參考圖像的位置，來從多幅圖像201-205建立參考圖像203。例如，當多幅圖像201-205中的若干具有同樣低的變換值時，所述圖像中定位于圖像范圍內(nèi)的最中心的一幅可以被建立為參考圖像203。
[0079]應意識到，本發(fā)明可以有利地應用在醫(yī)學領域中。在下面中，提供應用本發(fā)明來補償灌注CMR成像序列中的呼吸運動和/或患者運動的范例。然而應當注意，本發(fā)明也可應用于來自其他解剖結構和諸如CCT、超聲心動圖等的模態(tài)的圖像序列，并且應用在諸如用于任意醫(yī)學成像模態(tài)的運動補償圖像重建的應用、用于醫(yī)學圖像序列的后處理應用中，或應用在用于醫(yī)學圖像序列的幾何驅動擴散濾波器中。然而，本發(fā)明并不限于醫(yī)學領域，即，同樣可以應用于非醫(yī)學領域，例如，用于配準來自最終用戶操作的手持照相機的圖像序列。
[0080]可以通過在俗稱的級聯(lián)機制中執(zhí)行仿射圖像配準來補償灌注CMR圖像序列中的呼吸運動?？梢栽诰匦胃信d趣區(qū)域(ROI)中執(zhí)行所述圖像配準。所述變換度量可以將量化整個圖像序列的ROI角落的位移，以作為變換程度，即，變換幅度的度量。在變化參考圖像的同時，對齊處理器可以在整個圖像序列上采用例如以皿為單位來量化平均位移的變換最小化算法。然后所述對齊處理器可以選擇所述圖像中實現(xiàn)ROI角落的最小平均位移的一幅作為參考圖像。[0081 ] 所述變換最小化可以是純幾何操作，例如，僅包含4x4矩陣代數(shù)及距離計算。這樣的幾何操作是計算高效的，以允許處理器系統(tǒng)迅速執(zhí)行變換最小化。此外，其能夠包括圖像相似度度量。然而應當注意，這可能會增加計算成本，即，降低計算效率。所述變換最小化可以使仿射變換最小化。然而，所述變換還可以展現(xiàn)更多或更少自由度，如果所述變換是可逆的，則所述變換最小化依然是計算高效的。
[0082]應意識到，本發(fā)明還應用于適于將本發(fā)明付諸實踐的計算機程序，具體地是載體上或載體中的計算機程序。所述程序可以呈現(xiàn)為源代碼、目標代碼的形式；源代碼和目標代碼之間的代碼，例如部分編譯的形式；或適用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的任意其他形式。還應意識到，這樣的程序可以具有許多不同架構設計。例如，可以將實施根據(jù)本發(fā)明的方法或系統(tǒng)的功能的程序代碼細分成一個或多個子程序。對于技術人員而言，在這些子程序之間分配功能的多種不同方式是顯而易見的?？梢栽谝粋€可執(zhí)行文件中將子程序存儲在一起以形成自包含的程序。這樣的可執(zhí)行文件可以包括計算機可執(zhí)行指令，例如處理器指令和/或解釋程序指令(例如，Java解釋程序指令)。備選地，可以將子程序中的一個或多個或者全部存儲在至少一個外部庫文件中并且例如在運行時與主程序靜態(tài)地或動態(tài)地鏈接。主程序包含對子程序中的至少一個的至少一個調(diào)用。子程序還可以包括對彼此的函數(shù)調(diào)用。涉及計算機程序產(chǎn)品的實施例包括與所述方法中的至少一種的每個處理步驟對應的計算機可執(zhí)行指令。這些指令可以被細分成子程序和/或存儲在可以靜態(tài)或動態(tài)鏈接的一個或多個文件中。涉及計算機程序產(chǎn)品的另一實施例包括與所闡述系統(tǒng)和/或產(chǎn)品中的至少一種的每個模塊對應的計算機可執(zhí)行指令。這些指令可以被細分成子程序和/或存儲在可以靜態(tài)或動態(tài)鏈接的一個或多個文件中。
[0083]計算機程序的載體可以是能夠承載程序的任何實體或裝置。例如，載體可以包括諸如ROM的存儲介質或磁記錄介質，ROM例如是⑶ROM或半導體R0M，磁記錄介質例如是硬盤。此外，載體可以是可發(fā)射載體，例如電信號或光信號，其可以經(jīng)由電纜或光纜或通過輻射或其他手段傳送。當在這樣的信號中實現(xiàn)程序時，載體可以由這樣的線纜或其他裝置或模塊構成。備選地，載體可以是其中嵌入程序的集成電路，所述集成電路適于執(zhí)行相關方法或在執(zhí)行相關方法中使用。
[0084]應當注意，上述實施例對本發(fā)明進行舉例說明，而不是對本發(fā)明做出限制，并且本領域技術人員能夠在不背離權利要求書的范圍的情況下設計出許多備選實施例。在權利要求中，不應當將任何放置在括號內(nèi)的附圖標記認為是限制所述權利要求。動詞“包括”及其詞性變化的使用不排除權利要求陳述的元件或步驟以外的元件或步驟的存在。元件前的冠詞“一”、“一個”不排除存在多個這樣的元件?？梢岳冒ㄈ舾煞至⒃挠布部梢岳眠m當編程的計算機實現(xiàn)本發(fā)明。在枚舉了若干機構的裝置權利要求中，可以通過同一件硬件體現(xiàn)這些機構中的若干。盡管在互不相同的從屬權利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。
【權利要求】
1.一種用于配準圖像序列的系統(tǒng)(100)，包括: -輸入部(120)，其用于獲得所述圖像序列(200)，所述圖像序列包括順序布置在圖像范圍內(nèi)的多幅圖像(201-205)； -變換處理器(140)，其用于建立所述圖像序列(200)中的連續(xù)圖像對之間的變換，以獲得多個變換(211-214)； -對齊處理器(160)，其用于基于所述多個變換(211-214)來將所述圖像序列(200)對齊到參考圖像(203)，以獲得經(jīng)配準的圖像序列(230); -其中，所述對齊處理器(160)被布置為基于變換度量來從所述多幅圖像(201-205)建立所述參考圖像(203)，所述變換度量量化將所述圖像序列(200)對齊到所述參考圖像(203)所需的變換程度。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為通過基于對所述變換度量的最小化來從所述多幅圖像(201-205)選擇所述參考圖像而建立所述參考圖像(203) ο
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為通過以下方式來建立所述參考圖像(203):i)針對至少所述多幅圖像(201-205)的子集，基于所述變換度量來計算變換值；并且ii)選擇所述圖像中具有最低變換值的一幅作為所述參考圖像(203)ο
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為建立插值圖像作為所述參考圖像(203)，所述插值圖像在所述圖像范圍中的位置在所述成像序列(200)中的連續(xù)圖像對之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為在所述圖像序列(200)中建立感興趣區(qū)域(240)，并且其中，所述變換度量量化將所述圖像序列(200)中的所述感興趣區(qū)域(240)對齊到所述參考圖像(203)中的所述感興趣區(qū)域所需的變換程度。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)(100)，還包括用于檢測所述圖像序列(200)中的所述感興趣區(qū)域(240)的感興趣區(qū)域檢測器(180)。
7.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述變換處理器(140)被布置為將所述連續(xù)圖像對之間的所述變換(211-214)建立為變換矩陣。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為基于毗鄰的連續(xù)圖像對的所述變換矩陣的相乘，來量化所述變換程度。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為通過以下方式來量化所述變換度量:i)針對所述多幅圖像(201-205)中的每幅圖像，建立變換矩陣乘積，所述變換矩陣乘積指示從所述多幅圖像中的各幅圖像到所述參考圖像(203)的所述變換；并且ii)基于所述變換矩陣乘積的加和來建立變換值。
10.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述變換矩陣是4x4變換矩陣。
11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為基于所述變換度量來生成置信值(250)，所述置信值指示將所述圖像序列(200)對齊到所述參考圖像(203)的質量。
12.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為還基于圖像相似度度量來從所述多幅圖像(201-205)建立所述參考圖像(203)，所述圖像相似度度量量化當將所述圖像序列(200)對齊到所述參考圖像(203)時獲得的對應程度。
13.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述對齊處理器(160)被布置為還基于所述圖像范圍內(nèi)的所述參考圖像的位置，來從所述多幅圖像(201-205)建立所述參考圖像(203)ο
14.一種包括根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)的工作站或成像裝置。
15.一種用于配準圖像序列的方法(300)，包括: -獲得(310)所述圖像序列，所述圖像序列包括順序布置在圖像范圍內(nèi)的多幅圖像； -建立(320)所述圖像序列中的連續(xù)圖像對之間的變換，以獲得多個變換； -基于所述多個變換，來將所述圖像序列對齊(340)到參考圖像，以獲得經(jīng)配準的圖像序列； -其中，所述方法還包括基于變換度量來從所述多幅圖像建立(330)所述參考圖像，所述變換度量量化將所述圖像序列對齊到所述參考圖像所需的變換程度。
16.一種包括指令的計算機程序產(chǎn)品(360)，所述指令用于令處理器系統(tǒng)執(zhí)行根據(jù)權利要求14所述的方法。
【文檔編號】G06T7/00GK104508703SQ201380034148
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權日:2012年6月28日
【發(fā)明者】G·L·T·F·豪特瓦斯特 申請人:皇家飛利浦有限公司