界標(biāo)的自動投影以產(chǎn)生圖像配準(zhǔn)中的額外對應(yīng)的制作方法
【專利摘要】當(dāng)基于界標(biāo)來配準(zhǔn)多個(gè)多維圖像時(shí)，系統(tǒng)包括在跨圖像的對應(yīng)中的點(diǎn)的分布和密度，這些點(diǎn)對于因而產(chǎn)生的配準(zhǔn)變換的準(zhǔn)確度和可靠性非常重要。執(zhí)行輸入的對應(yīng)點(diǎn)界標(biāo)的投影，以便自動產(chǎn)生額外點(diǎn)對應(yīng)。輸入的現(xiàn)有界標(biāo)可已被手動或自動地定位于輸入的多個(gè)圖像中。從每個(gè)源界標(biāo)沿著一個(gè)或多個(gè)確定的投影方向到每個(gè)圖像中的一個(gè)或多個(gè)確定的投影目標(biāo)上來執(zhí)行投影。投影目標(biāo)可被顯式地具體化或被隱式地定義。候選新點(diǎn)被標(biāo)識在投影射線路徑與投影目標(biāo)交叉的位置處。在跨圖像的新點(diǎn)之間的對應(yīng)從輸入界標(biāo)（所述新點(diǎn)已被從該輸入界標(biāo)投影）被傳遞，在多個(gè)投影方向和/或投影目標(biāo)被使用的情況下通過投影方向和/或投影目標(biāo)來進(jìn)一步區(qū)分。隨后的配準(zhǔn)可使用所有組合的輸入界標(biāo)對應(yīng)和在額外投影界標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)的所有或選定子集。在投影界標(biāo)點(diǎn)之間的額外對應(yīng)幫助完善圖像配準(zhǔn)。用于圖像配準(zhǔn)和任何下游處理（例如輪廓遺傳或圖像融合）的這樣準(zhǔn)確、有效和魯棒的工具是各種醫(yī)學(xué)應(yīng)用（例如適應(yīng)性放射療法）所高度要求的。
【專利說明】界標(biāo)的自動投影以產(chǎn)生圖像配準(zhǔn)中的額外對應(yīng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請?zhí)貏e適用于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。然而，將認(rèn)識到，所描述的技術(shù)也可適用于其它診斷系統(tǒng)、其它成像場景或其它診斷技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)圖像的分割在例如放射療法(RT)的很多應(yīng)用中被使用，其中腫瘤和處于危險(xiǎn)下的器官的輪廓勾畫都用于相對于計(jì)劃回顧地評估治療給予以及實(shí)現(xiàn)治療的預(yù)期計(jì)劃和調(diào)整。大量的輪廓描畫任務(wù)被手動或半手動地執(zhí)行，并在臨床實(shí)踐中仍然是非常勞動密集的。通常由于在治療過程期間患者的解剖結(jié)構(gòu)中的變化，適應(yīng)性RT的一個(gè)目標(biāo)是對探測到的從初始治療計(jì)劃的偏差回顧地作出反應(yīng)。這樣的偏差可根據(jù)隨后獲取額外圖像來探測到，且可基于再次描畫額外的圖像的輪廓通過重新計(jì)劃來作出補(bǔ)償。
[0003]阻礙適應(yīng)性RT的臨床實(shí)現(xiàn)的主要障礙包括:1)在輪廓描畫方面的相關(guān)聯(lián)的額外工作量；以及2)在公用基準(zhǔn)中配準(zhǔn)很多圖像的時(shí)間系列，以便執(zhí)行迄今為止給出的治療的劑量累積和劑量測定評估。處理輪廓描畫問題的常見策略是將輪廓從初始計(jì)劃圖像遺傳到額外的圖像中并使用非剛性(可變形)配準(zhǔn)技術(shù)來處理遺傳問題。
[0004]為了處理可變形圖像配準(zhǔn)，大部分現(xiàn)有的方法對圖像體素強(qiáng)度進(jìn)行操作。然而，體素到體素的對應(yīng)的假設(shè)可受到明顯的解剖結(jié)構(gòu)變化以及不一致的圖像噪聲、偽影和視場中的改變(這些都可出現(xiàn)在不同的患者當(dāng)中和/或多模態(tài)成像協(xié)議中)的挑戰(zhàn)。
[0005]相反，基于界標(biāo)和基于特征的方法或基于點(diǎn)的方法是不考慮每個(gè)單體素的但相反僅僅依賴于圖像的實(shí)際部分之間的I對I對應(yīng)的可替代方法，其中這樣的對應(yīng)真實(shí)地存在，即，在共享的獨(dú)特的界標(biāo)或自動特征之間匹配。因此，這些方法共享相對于變化的解剖結(jié)構(gòu)和可變的圖像偽影更魯棒的優(yōu)點(diǎn)。此外，如果可用的匹配界標(biāo)起源于自動算法，則人工作量將不需要。在自動算法中可能產(chǎn)生比典型的人工解剖界標(biāo)放置技術(shù)更多組的匹配界標(biāo)(與幾十比較，一般是數(shù)百或數(shù)千)。
[0006]這樣的方案的一個(gè)問題是在圖像的某些子區(qū)中的對應(yīng)的界標(biāo)(其可能完全缺失或太少)的分布。例如，只有骨解剖結(jié)構(gòu)上的界標(biāo)由于其可靠的區(qū)別性或顯著性而可在CT數(shù)據(jù)中被收集，不管是通過人類觀察員還是自動算法；而較低對比度圖像區(qū)可能缺乏匹配界標(biāo)的可接受的密度。為了精確的可變形配準(zhǔn)，相應(yīng)的界標(biāo)需要足夠密集，當(dāng)確定包圍圖像或分割輪廓的變形場時(shí)不留下太多的余地來插在這樣的界標(biāo)或控制點(diǎn)之間。
[0007]本申請涉及提供便于提供準(zhǔn)確的、有效的和魯棒的可變形配準(zhǔn)工具的新的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法，其克服了上面提到的問題和其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)一個(gè)方面，一種便于從跨多維圖像對應(yīng)的輸入的現(xiàn)有點(diǎn)界標(biāo)自動產(chǎn)生額外的對應(yīng)點(diǎn)的系統(tǒng)(10)包括:存儲至少兩幅圖像(20)的圖像數(shù)據(jù)庫(18)，每幅圖像包含一組界標(biāo)(手動或自動地)，該一組界標(biāo)具有跨圖像(26)的被跟蹤的對應(yīng)；以及執(zhí)行存儲在存儲器(28)中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行下列步驟的處理器(32):在每幅圖像中將輸入界標(biāo)沿著一個(gè)或多個(gè)確定的方向投影到一個(gè)或多個(gè)確定的投影目標(biāo)上，并標(biāo)識在每個(gè)投影射線路徑與投影目標(biāo)交叉的每個(gè)位置處的候選新點(diǎn)。處理器還執(zhí)行用于通過對輸入界標(biāo)(新點(diǎn)從該輸入界標(biāo)被投影在其相應(yīng)的圖像中)之間的對應(yīng)的傳遞并在多個(gè)投影方向和/或投影目標(biāo)被使用的情況下通過根據(jù)投影方向和/或投影目標(biāo)進(jìn)一步區(qū)分來分配在跨圖像的新點(diǎn)之間的對應(yīng)的指令。此外，處理器還執(zhí)行用于使用所有組合的輸入界標(biāo)對應(yīng)和所傳遞的在新投影界標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)的所有或選定子集來配準(zhǔn)該圖像的指令。
[0009]根據(jù)另一方面，一種從跨多維圖像對應(yīng)的輸入的現(xiàn)有點(diǎn)界標(biāo)自動產(chǎn)生額外的對應(yīng)點(diǎn)的方法包括在每幅圖像中將輸入界標(biāo)沿著一個(gè)或多個(gè)確定的方向投影到一個(gè)或多個(gè)確定的投影目標(biāo)上，以及標(biāo)識在每個(gè)投影射線路徑與投影目標(biāo)交叉的每個(gè)位置處的候選新點(diǎn)。該方法還包括通過對輸入界標(biāo)(新點(diǎn)從輸入界標(biāo)被投影在其相應(yīng)的圖像中)之間的對應(yīng)的傳遞并在多個(gè)投影方向和/或投影目標(biāo)被使用的情況下通過根據(jù)投影方向和/或投影目標(biāo)進(jìn)一步區(qū)分來分配在跨圖像的新點(diǎn)之間的對應(yīng)。此外，該方法還包括使用所有組合的輸入界標(biāo)對應(yīng)和所傳遞的在新投影界標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)的所有或選定子集來配準(zhǔn)圖像。
[0010]一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是基于界標(biāo)的圖像配準(zhǔn)質(zhì)量提高了。
[0011]另一優(yōu)點(diǎn)在于便于跨圖像的分割或輪廓的自動遺傳。
[0012]本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員在閱讀和理解下面的詳細(xì)描述后將認(rèn)識到本主題創(chuàng)新的又一些其它優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]本創(chuàng)新可采用各種部件和部件的布置以及各種步驟和步驟的布置的形式。附圖僅用于說明各種方面的目的，且不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明。
[0014]圖1示出便于將來自輸入圖像的已知的對應(yīng)界標(biāo)沿著確定的方向投影到圖像中的確定的投影目標(biāo)上以增加跨圖像的可靠點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)量用于可靠的圖像配準(zhǔn)的系統(tǒng)。
[0015]圖2示出根據(jù)本文描述的各種方面的在當(dāng)前的一對圖像中對應(yīng)界標(biāo)在一個(gè)方向上的自動投影的例子。
[0016]圖3示出根據(jù)本文描述的各種方面的用于將已知的界標(biāo)投影到投影目標(biāo)上以增強(qiáng)圖像配準(zhǔn)和圖像之間的任何隨后的輪廓遺傳的系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本主題創(chuàng)新通過使用定向投影從多個(gè)多維圖像中的現(xiàn)有對應(yīng)點(diǎn)界標(biāo)自動產(chǎn)生額夕卜的點(diǎn)對應(yīng)而克服了前述問題。圖像可具有從二起向上的任何維度。輸入的現(xiàn)有界標(biāo)可在輸入的多幅圖像中已被手動或自動地定位、標(biāo)注和匹配。所傳遞的在投影界標(biāo)之間的額外對應(yīng)可提高基于界標(biāo)的圖像配準(zhǔn)和任何下游處理(例如基于配準(zhǔn)的圖像分割(輪廓遺傳)或圖像融合)的質(zhì)量。本文所述的方法和系統(tǒng)可用于有效地促進(jìn)在任何背景中的可變形配準(zhǔn)(不管基于手動界標(biāo)或基于自動感興趣點(diǎn))，并促進(jìn)其開發(fā)，例如用于在多維圖像數(shù)據(jù)上的輪廓遺傳或用于多模態(tài)融合。在放射療法治療的特定背景下，所述系統(tǒng)和方法可用于評估所給予的治療并在臨床實(shí)踐中使適應(yīng)方案的實(shí)現(xiàn)成為可能；它在不同的時(shí)間點(diǎn)的3D圖像的配準(zhǔn)中，例如在4D計(jì)算機(jī)斷層攝影(4D CT)、4D錐束計(jì)算機(jī)斷層攝影(4D CBCT)、4D磁共振(4D MR)、4D成像(其中圖像的時(shí)間系列包括成像模式的混合等)中也可能是很有用的。
[0018]圖1示出便于將來自輸入圖像的已知的對應(yīng)界標(biāo)沿著確定的方向投影到圖像中的確定的投影目標(biāo)上以增加跨圖像的可靠點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)量來用于可靠的圖像配準(zhǔn)的系統(tǒng)10。系統(tǒng)10可包括醫(yī)學(xué)成像設(shè)備12，例如包括核掃描器(例如，正電子發(fā)射斷層攝影(PET)掃描器、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層攝影(SPECT)掃描器、計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)掃描器、磁共振(MR)成像設(shè)備等。成像設(shè)備12掃描感興趣的患者或區(qū)域以獲取并存儲原始數(shù)據(jù)14。重建處理器16將原始數(shù)據(jù)重建成一個(gè)或多幅圖像，該一個(gè)或多幅圖像被存儲在圖像數(shù)據(jù)庫18中。其它成像模態(tài)的成像設(shè)備也可與該數(shù)據(jù)庫連接以將其它模態(tài)圖像存儲在其中。在一個(gè)實(shí)施例中，使用兩個(gè)輸入圖像，包括當(dāng)前圖像和以前的圖像，例如最近的圖像、初始圖像等。在另一實(shí)施例中，輸入圖像被周期性地獲取以例如在放射療法治療計(jì)劃等的過程中監(jiān)測患者的解剖結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施方式中，輸入圖像是一個(gè)寰椎圖像或以前的患者圖像和未看見的患者的一個(gè)新圖像，其中結(jié)構(gòu)輪廓描畫和/或放射療法計(jì)劃可通過配準(zhǔn)從前者傳遞到后者。多個(gè)重建的圖像被采用作為輸入圖像20，在輸入圖像20中匹配的界標(biāo)26被標(biāo)識(例如，自動或手動地)，其中界標(biāo)意指具有分配的空間位置的標(biāo)注點(diǎn)，且匹配意味著已在跨圖像的界標(biāo)當(dāng)中建立對應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，例如在工作站22 (例如，計(jì)算機(jī)等)處，一個(gè)或多個(gè)觀察人員使用輸入設(shè)備24 (例如，鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、麥克風(fēng)、觸摸屏、觸摸板等)來交互地標(biāo)識、定位、標(biāo)注和/或匹配輸入圖像20中的對應(yīng)界標(biāo)，例如解剖界標(biāo)。輸入的匹配的界標(biāo)信息26存儲在存儲器28中，且具有匹配界標(biāo)信息的輸入圖像20可在顯示器30上向用戶顯現(xiàn)。在另一實(shí)施例中，處理器使用已知的技術(shù)自動定位和匹配投影模塊34的輸入界標(biāo)26 (例如，神經(jīng)突、器官或腫瘤邊界等)。例如，基于計(jì)算機(jī)的界標(biāo)探測軟件用于定位在兩幅圖像中的對應(yīng)界標(biāo)，例如突出的圖像特征或角或斑點(diǎn)探測器或感興趣點(diǎn)探測器等的輸出。
[0019]存儲器28還存儲投影模塊34，該投影模塊34當(dāng)被處理器32執(zhí)行時(shí)沿著確定的投影方向35來投影界標(biāo)以找到投影射線路徑與在圖像或器官或受檢者內(nèi)部的結(jié)構(gòu)中的邊界之間、或與受檢者的外表面、或與任何其它投影目標(biāo)37的交叉點(diǎn)，以將潛在數(shù)量的點(diǎn)對應(yīng)增加到可接受的水平用于改進(jìn)的圖像配準(zhǔn)和/或輪廓遺傳。
[0020]投影目標(biāo)37可以是解剖結(jié)構(gòu)或例如解剖結(jié)構(gòu)的輸入的現(xiàn)有輪廓表面、在結(jié)構(gòu)或圖像強(qiáng)度之間的自然邊界、組織、強(qiáng)圖像強(qiáng)度梯度、圖像中的扁平或板狀局部特征等，或可以是計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的目標(biāo)。也就是說，投影目標(biāo)可以是局部地充當(dāng)投影射線路徑所投射到的屏幕的在圖像中的自然邊界或所勾畫的輪廓。投影目標(biāo)可以被顯式地具體化或隱式地定義。在一個(gè)實(shí)施例中，被即時(shí)自動探測為屬于沿著投影路徑的患者外形的皮膚-背景過渡由投影模塊34采用作為每幅圖像中的投影目標(biāo)37 (這產(chǎn)生位于患者外形上并起源于內(nèi)部區(qū)別性界標(biāo)的新的可靠對應(yīng)的點(diǎn)，而只標(biāo)識并匹配患者外形上的界標(biāo)是冒險(xiǎn)的，因?yàn)樗鼈儗⑷狈^(qū)別性)。投影目標(biāo)在圖像沿著投影射線路徑劃界之前可能未被找到，在這種情況下對于給定的界標(biāo)和方向沒有候選新點(diǎn)被標(biāo)識出。
[0021]在3D圖像中的界標(biāo)可根據(jù)投影方向信息35在多個(gè)方向上(例如，在一個(gè)例子中沿著X軸、y軸和/或Z軸)被投影以產(chǎn)生候選額外控制點(diǎn)的配準(zhǔn)列表。在一個(gè)實(shí)施例中，投影模塊在相對于圖像的平面的左、右和下解剖方向上(即，在3D中)投影一個(gè)或多個(gè)界標(biāo)，雖然其它方向也是可以的。當(dāng)投影模塊34被處理器32執(zhí)行時(shí)，由投影模塊34將輸入界標(biāo)26沿著確定的投影方向35投影到投影目標(biāo)37上。在一個(gè)實(shí)施例中，認(rèn)可的方向被確定為對于整組輸入界標(biāo)來說都是相同的。在另一實(shí)施例中，對于每個(gè)單輸入界標(biāo)，例如根據(jù)相對于某個(gè)基準(zhǔn)的幾何關(guān)系來獨(dú)立地確定認(rèn)可的方向。
[0022]對應(yīng)傳遞39通過傳遞來自輸入界標(biāo)(新點(diǎn)已被從該輸入界面投影在它們相應(yīng)的圖像中)的原始對應(yīng)來在跨圖像的新點(diǎn)之間分配對應(yīng)。在多個(gè)投影方向和/或多個(gè)投影目標(biāo)被使用的情況下，根據(jù)投影方向和/或投影目標(biāo)來執(zhí)行關(guān)于對應(yīng)點(diǎn)集合標(biāo)識的進(jìn)一步區(qū)分。
[0023]投影模塊34是被執(zhí)行以將現(xiàn)有的對應(yīng)界標(biāo)投影到投影目標(biāo)37上因而產(chǎn)生候選額外控制點(diǎn)用于基于點(diǎn)的配準(zhǔn)的定向投影算法(例如，一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令)。候選額外點(diǎn)是投影射線路徑與投影目標(biāo)的交叉點(diǎn)。通過確定它們是否滿足一個(gè)或多個(gè)確定的標(biāo)準(zhǔn)41來驗(yàn)證或拒絕這些候選投影界標(biāo)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)額外的對應(yīng)點(diǎn)基于評估一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的選擇性標(biāo)準(zhǔn)——例如但不限于幾何標(biāo)準(zhǔn)(例如相對于某個(gè)基準(zhǔn)的點(diǎn)位置或沿著投影射線路徑的禁區(qū)的避免)、局部表象和/或?qū)Ρ榷葮?biāo)準(zhǔn)、局部紋理和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、局部形狀標(biāo)準(zhǔn)——而被選擇為有效的，以用于最終的圖像配準(zhǔn)。可局部地在候選點(diǎn)位置處和/或沿著整個(gè)投影射線路徑來評估標(biāo)準(zhǔn)。入射角標(biāo)準(zhǔn)是確保額外點(diǎn)定位的可靠性的高度期望的標(biāo)準(zhǔn)。角閾值可例如在正交(orthogonality)的60度內(nèi)或根據(jù)界標(biāo)位置和/或其它標(biāo)準(zhǔn)而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，每組對應(yīng)額外點(diǎn)基于評估涉及共享對應(yīng)的所有新點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)共同的選擇性標(biāo)準(zhǔn)而被選擇為有效的，以用于最后的圖像配準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)例如但不限于比較性幾何標(biāo)準(zhǔn)(例如相對于某個(gè)基準(zhǔn)的位置的變化、跨圖像的比較性局部表象和/或?qū)Ρ榷葮?biāo)準(zhǔn)、跨圖像的比較性局部紋理和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、比較性局部形狀標(biāo)準(zhǔn))。再次，可局部地在候選點(diǎn)位置處和/或沿著整個(gè)投影射線路徑來評估標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，在用于用作配準(zhǔn)的控制點(diǎn)的投影界標(biāo)之間的所產(chǎn)生的額外對應(yīng)的可靠性起源于:a)如通過一個(gè)或多個(gè)可靠性度量或閾值確定的輸入對應(yīng)界標(biāo)的在先可靠性山)預(yù)定義的不同投影方向35 (例如經(jīng)典解剖方向或?qū)蔷€方向)的選擇，這可取決于每個(gè)界標(biāo)位于哪個(gè)圖像子區(qū)上；以及c)滿足關(guān)于跨圖像的對應(yīng)中投影方向到投影目標(biāo)上(例如相對于圖像強(qiáng)度梯度或現(xiàn)有輪廓表面的法向量)的入射角的至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)41。因此，另一選擇性標(biāo)準(zhǔn)可涉及和/或組合輸入界標(biāo)或其函數(shù)的所測量的可靠性值，這些值被提供給投影模塊作為輸入數(shù)據(jù)的一部分。為了魯棒性或效率起見，在各種實(shí)施例中，可在投影上強(qiáng)加另外的選擇性標(biāo)準(zhǔn)。在半自動實(shí)施例中，臨床醫(yī)師或其它操作員可驗(yàn)證并接受或校正或拒絕所顯示的圖像中的候選投影界標(biāo)的位置。前述內(nèi)容便于提高基于界標(biāo)的圖像配準(zhǔn)和任何下游處理(即，跨圖像的分割的遺傳或多模態(tài)融合)的質(zhì)量。
[0024]處理器32執(zhí)行自動配準(zhǔn)模塊36，自動配準(zhǔn)模塊36使用原始界標(biāo)對應(yīng)和驗(yàn)證的候選新點(diǎn)對應(yīng)來配準(zhǔn)兩個(gè)圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，薄板樣條(TPS)(例如在F.L.Bookstein.Principal warps:Thin-plate splines and decomposition of deformations.1EEE TPattern Anall989; 11 (6):567 - 585)中描述的)可用于提供非剛性變換以將整個(gè)變形場插在用作可靠的錨定點(diǎn)的對應(yīng)特征之間。在另一實(shí)施例中，可使用剛性配準(zhǔn)算法。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，輪廓遺傳模塊38接著由處理器執(zhí)行以基于利用包含現(xiàn)有輪廓得到的配準(zhǔn)圖來對一個(gè)圖像中的一個(gè)或多個(gè)輪廓進(jìn)行描畫，也就是說，根據(jù)基于點(diǎn)的配準(zhǔn)來跨圖像傳遞輪廓。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，存儲器28存儲基于從3D輸出圖像得到的信息可調(diào)節(jié)的一個(gè)或多個(gè)放射療法計(jì)劃52。例如，在治療過程中拍攝的一系列患者圖像可在顯示器30上以電影模式被回放給臨床醫(yī)師，以響應(yīng)于治療和/或與治療無關(guān)地顯示患者解剖結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間的變化。所顯示的圖像可被顯示有輪廓以幫助臨床醫(yī)師更清楚地看到邊界。如果臨床醫(yī)師確定了例如正被治療的腫瘤未足夠快地縮小，則臨床醫(yī)師可在隨后的療程增加對腫瘤的輻射劑量。此外，存儲器可存儲劑量測定信息54以便于臨床決策做出。
[0027]如上所述，系統(tǒng)10包括執(zhí)行用于執(zhí)行本文描述的各種功能、方法、流程等的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令(例如，例程、程序、算法、軟件代碼等)的處理器32和存儲該計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲器28。此外，如本文使用的“模塊”表示如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的，用于執(zhí)行所描述的功能的一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令、軟件代碼、程序、例程或其它計(jì)算機(jī)可執(zhí)行裝置
坐寸ο
[0028]存儲器可以是存儲有控制程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如磁盤、硬盤驅(qū)動器等。非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的共同形式包括例如軟盤、柔性盤、硬盤、磁帶或任何其它磁性存儲介質(zhì)、CD-ROM、DVD或任何其它光學(xué)介質(zhì)、RAM、ROM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、其變形、其它存儲器芯片或磁片盒或處理器可從中讀取和執(zhí)行的任何其它有形介質(zhì)。在本上下文中，本文所述的系統(tǒng)可在一個(gè)或多個(gè)通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、被編程的微處理器或微控制器和外圍集成電路元件、ASIC或其它集成電路、數(shù)據(jù)信號處理器、硬線電子設(shè)備或邏輯電路(例如分立元件電路)、可編程邏輯器件(例如PLD、PLA、FPGA)、圖形卡CPU (GPU)或PAL等上實(shí)現(xiàn)或被實(shí)現(xiàn)為上述這些部件。
[0029]圖2示出根據(jù)本文描述的各種方面的在當(dāng)前的一對圖像102和104中在一個(gè)方向上的對應(yīng)界標(biāo)的自動投影的例子。被手動或自動地配準(zhǔn)或匹配的多個(gè)對應(yīng)的已知界標(biāo)對被示出，并被提供作為圖1的輸入匹配的界標(biāo)26。例如，在圖像102中標(biāo)識的已知界標(biāo)106對應(yīng)于在圖像104中標(biāo)識的已知界標(biāo)108 ;已知界標(biāo)110對應(yīng)于已知界標(biāo)112 ;且已知界標(biāo)114對應(yīng)于已知界標(biāo)116。圖1的投影模塊34在所示例子中在負(fù)y方向上投影對應(yīng)的界標(biāo)，如向下指示的虛線箭頭所示的那樣。在所示例子中，清楚描畫的輪廓(手動或自動)用作圖1的投影目標(biāo)37。在例子中，確定的入射角標(biāo)準(zhǔn)被應(yīng)用于得到的投影界標(biāo)以驗(yàn)證該投影界標(biāo)是否是可靠的，在可靠的情況下它們被認(rèn)為是有效的。例如，界標(biāo)116的投影并未得到有效的候選額外點(diǎn)，因?yàn)橥队奥窂揭蕴械娜肷浣桥c投影目標(biāo)118交叉。因此，即使對應(yīng)界標(biāo)114的投影得到有效的候選額外點(diǎn)，這個(gè)額外的點(diǎn)也沒有對應(yīng)點(diǎn)，也就是說，這對界標(biāo)114和116沒有得到將用于配準(zhǔn)的額外對應(yīng)。類似地，界標(biāo)110的投影當(dāng)其路徑與投影目標(biāo)交叉時(shí)也不滿足入射角標(biāo)準(zhǔn)。因此，雖然由于可接受的入射角，對應(yīng)界標(biāo)112的投影是有效的，這對界標(biāo)110和112并未得到任何額外的對應(yīng)點(diǎn)對。然而，界標(biāo)106和108的投影都實(shí)現(xiàn)與投影目標(biāo)的實(shí)質(zhì)上垂直的入射，且因此每個(gè)界標(biāo)得到有效的候選額外點(diǎn)，即，分別是點(diǎn)124和點(diǎn)126。新點(diǎn)124和126還滿足可強(qiáng)加在個(gè)體的投影界標(biāo)上和/或投影界標(biāo)對(未在圖2中示出)上的其它標(biāo)準(zhǔn)(如果有的話)。然后通過傳遞新點(diǎn)124和126所源于的父界標(biāo)106和108之間的對應(yīng)來在新點(diǎn)124和126之間建立和分配對應(yīng)(在本例中，新對應(yīng)關(guān)系不需要進(jìn)一步的區(qū)分，因?yàn)橹挥袉蝹€(gè)投影方向和單個(gè)投影目標(biāo)被使用)。也就是說，在圖像102中標(biāo)識的點(diǎn)106對應(yīng)于在圖像104中標(biāo)識的新點(diǎn)108。因此，產(chǎn)生一對新的對應(yīng)點(diǎn)124和126，以在隨后的基于點(diǎn)的配準(zhǔn)中被使用。隨后的基于點(diǎn)的配準(zhǔn)將使用輸入的界標(biāo)對加上僅僅有效的投影界標(biāo)的有效對的子集，即，輸入對106 - 108、110 - 112和114 - 116加上額外對 124 - 126。[0030]圖3示出根據(jù)本文描述的各種方面的用于將已知的界標(biāo)投影到投影目標(biāo)上以增強(qiáng)圖像之間的圖像配準(zhǔn)和任何隨后的輪廓遺傳的方法。在180，接收在輸入圖像中標(biāo)識的對應(yīng)界標(biāo)。在181,沿著確定的方向(例如:相對于圖像的平面的x、y、z軸,相對于這些的預(yù)定角，例如斜軸、對角線；沿著相對于患者的橫向左/右、后/前和上/下，相對于這些的預(yù)定角，例如斜軸、對角線；等等)獨(dú)立地投影每個(gè)圖像中的界標(biāo)。在182，將界標(biāo)投影射線路徑與投影目標(biāo)交叉的點(diǎn)標(biāo)識為候選額外點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用梯度探測等探測圖像中的投影目標(biāo)體素來確定與投影目標(biāo)的交叉點(diǎn)。在183，將對應(yīng)從父界標(biāo)傳遞到新點(diǎn)。在184，根據(jù)單獨(dú)選擇標(biāo)準(zhǔn)或跨圖像的共同標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)證或拒絕交叉點(diǎn)(即，對應(yīng)中的候選投影界標(biāo)點(diǎn))。例如，一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可應(yīng)用于投影界標(biāo)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于每個(gè)單獨(dú)輸入界標(biāo)的投影射線路徑是否相對于投影目標(biāo)取向以預(yù)選的范圍內(nèi)的角度(例如，實(shí)質(zhì)上接近于90°正交)與投影目標(biāo)交叉來進(jìn)行確定。隨后，如果從對應(yīng)的輸入界標(biāo)到所有輸入圖像中的相應(yīng)的投影目標(biāo)的投影射線路徑在可接受的角度標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，則候選投影界標(biāo)點(diǎn)之間的新對應(yīng)被認(rèn)為是有效的。如果候選投影界標(biāo)點(diǎn)之一不滿足標(biāo)準(zhǔn)，則候選對應(yīng)被拒絕。在186，使用輸入界標(biāo)對應(yīng)加上新標(biāo)識的和驗(yàn)證的候選投影界標(biāo)對應(yīng)來配準(zhǔn)圖像。在188，可通過應(yīng)用從驗(yàn)證的界標(biāo)對應(yīng)得到的配準(zhǔn)圖來將所配準(zhǔn)的圖像之一中可用的輪廓遺傳到其它圖像。在190，產(chǎn)生配準(zhǔn)的當(dāng)前圖像的分割或有輪廓的3D切片或其它輸出圖像。每當(dāng)新圖像以時(shí)間順序被獲取時(shí)，該方法被執(zhí)行，以使當(dāng)前圖像與之前圖像和其分割或輪廓配準(zhǔn)。
[0031]參考幾個(gè)實(shí)施例描述了本創(chuàng)新。其他人在閱讀和理解了前面的詳細(xì)描述后可想到修改和變更。意圖是本申請被解釋為包括所有這樣的修改和變更，到它們落在所附權(quán)利要求或其等效形式的范圍內(nèi)的程度。
【權(quán)利要求】
1.一種便于從跨多維圖像對應(yīng)的輸入的現(xiàn)有點(diǎn)界標(biāo)自動產(chǎn)生額外的對應(yīng)點(diǎn)的系統(tǒng)(10),包括: 圖像數(shù)據(jù)庫(18)，其存儲至少兩幅圖像(20)，每幅圖像包含具有跨圖像(26)的被跟蹤的對應(yīng)的一組界標(biāo)；以及 處理器(32)，其執(zhí)行存儲在存儲器(28)中的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行下列步驟:將輸入的界標(biāo)沿著一個(gè)或多個(gè)確定的方向投影到每幅圖像中的一個(gè)或多個(gè)確定的投影目標(biāo)上； 標(biāo)識在每個(gè)投影射線路徑與每幅圖像中的投影目標(biāo)交叉的每個(gè)位置處的候選額外占.通過對所述輸入的界標(biāo)之間的對應(yīng)的傳遞并在多個(gè)投影方向和/或投影目標(biāo)被使用的情況下通過根據(jù)所述投影方向和/或投影目標(biāo)的進(jìn)一步區(qū)分，來分配在跨圖像的額外點(diǎn)之間的對應(yīng)，其中，所述額外點(diǎn)從所述輸入的界標(biāo)被投影在所述額外點(diǎn)的相應(yīng)的圖像中；以及 使用所有組合的輸入的現(xiàn)有界標(biāo)對應(yīng)和所傳遞的在新投影界標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)的所有或選定子集來配準(zhǔn)所述圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)額外的對應(yīng)點(diǎn)基于評估一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的選擇性標(biāo)準(zhǔn)而被選擇為有效 的以用于最終的圖像配準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述 的系統(tǒng)，其中，當(dāng)每個(gè)投影界標(biāo)點(diǎn)滿足單獨(dú)的選擇性標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所述投影界標(biāo)點(diǎn)被認(rèn)為是有效的以確?？煽康呐錅?zhǔn)，所述單獨(dú)的選擇性標(biāo)準(zhǔn)是定向投影射線路徑到所述投影目標(biāo)上的入射角位于跨越在正交兩側(cè)的預(yù)先選擇的角度范圍內(nèi)，即實(shí)質(zhì)上不接近于正切。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，每組對應(yīng)的額外點(diǎn)基于評估涉及共享所述對應(yīng)的所有新點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)共同的選擇性標(biāo)準(zhǔn)而被選擇為有效的以用于最終的圖像配準(zhǔn)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，包括下列特征中的至少一個(gè): 一個(gè)候選新點(diǎn)沿著每個(gè)投影路徑被保持為有效的；以及 進(jìn)行一個(gè)額外的嘗試以在所述投影方向上沿著每個(gè)投影路徑產(chǎn)生候選新點(diǎn)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)認(rèn)可的投影方向被確定為對于整組輸入的界標(biāo)來說是相同的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，基于局部標(biāo)準(zhǔn)針對每個(gè)輸入的界標(biāo)來獨(dú)立地確定一個(gè)或多個(gè)認(rèn)可的投影方向。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，配準(zhǔn)所述圖像包括使用樣條來非剛性地配準(zhǔn)所述投影界標(biāo)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，配準(zhǔn)所述圖像包括剛性地配準(zhǔn)所述投影界標(biāo)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器執(zhí)行下列在先的步驟: 手動和自動中的至少一種地定位和/或匹配輸入的多幅圖像中的輸入的界標(biāo)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還執(zhí)行下列隨后的步驟: 使用配準(zhǔn)圖來跨圖像遺傳輪廓和另一感興趣對象中的至少一個(gè)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述圖像數(shù)據(jù)庫(18)包括以時(shí)間序列拍攝的多幅配準(zhǔn)的圖像，且所述處理器以電影模式顯示配準(zhǔn)的之前圖像和當(dāng)前圖像(42)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還執(zhí)行下列步驟: 至少部分地基于配準(zhǔn)的當(dāng)前圖像來修改之前創(chuàng)建的放射療法計(jì)劃。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，使用至少兩幅圖像體積，每幅圖像體積包含被手動和自動中的至少一種地標(biāo)識的一組界標(biāo)，所述界標(biāo)具有跨圖像體積和跨一個(gè)或多個(gè)投影目標(biāo)表面狀對象的被跟蹤的對應(yīng)。
15.—種從跨多維圖像對應(yīng)的輸入的現(xiàn)有點(diǎn)界標(biāo)自動產(chǎn)生額外的對應(yīng)點(diǎn)的方法，包括: 將輸入的界標(biāo)沿著一個(gè)或多個(gè)確定的方向投影到在每幅圖像中的一個(gè)或多個(gè)確定的投影目標(biāo)上； 標(biāo)識在每個(gè)投影射線路徑與每幅圖像中的投影目標(biāo)交叉的每個(gè)位置處的候選額外占.通過對輸入的界標(biāo)之間的對應(yīng)的傳遞并在多個(gè)投影方向和/或投影目標(biāo)被使用的情況下通過根據(jù)投影方向和/或投影目標(biāo)進(jìn)一步區(qū)分，來分配在跨圖像的額外點(diǎn)之間的對應(yīng)，所述額外點(diǎn)從輸入的界標(biāo)被投影在所述額外點(diǎn)的相應(yīng)的圖像中；以及 使用所有組合的輸入的現(xiàn)有界標(biāo)對應(yīng)和所傳遞的在新投影的界標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)的所有或選定子集來配準(zhǔn)所述圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，每個(gè)額外的對應(yīng)點(diǎn)基于評估一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的選擇性標(biāo)準(zhǔn)而被選擇為有效的以用于最終的圖像配準(zhǔn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，當(dāng)每個(gè)投影界標(biāo)點(diǎn)滿足定向投影射線路徑到所述投影目標(biāo)上的入射角位于跨越在正交兩側(cè)的預(yù)先選擇的角度范圍內(nèi)，即實(shí)質(zhì)上不接近于正切的單獨(dú)的選擇性標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所述投影界標(biāo)點(diǎn)被認(rèn)為是有效的以確保可靠的配準(zhǔn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，每組對應(yīng)的額外點(diǎn)基于評估涉及共享所述對應(yīng)的所有新點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)共同的選擇性標(biāo)準(zhǔn)而被選擇為有效的以用于最終的圖像配準(zhǔn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，包括下列特征中的至少一個(gè): 一個(gè)候選新點(diǎn)沿著每個(gè)投影路徑被保持為有效的；以及 進(jìn)行一個(gè)額外的嘗試以在所述投影方向上沿著每個(gè)投影路徑產(chǎn)生候選新點(diǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-19中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，一個(gè)或多個(gè)認(rèn)可的投影方向被確定為對于整組輸入界標(biāo)來說是相同的。
21.根據(jù)權(quán)利要求15-19的任一項(xiàng)所述的方法,其中,對于每個(gè)單輸入界標(biāo)基于局部標(biāo)準(zhǔn)來獨(dú)立地確定一個(gè)或多個(gè)認(rèn)可的投影方向。
22.根據(jù)權(quán)利要求15-21中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，配準(zhǔn)所述圖像包括使用樣條非剛性地配準(zhǔn)所述投影界標(biāo)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15-22中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，配準(zhǔn)所述圖像包括剛性地配準(zhǔn)所述投影界標(biāo)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15-23中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括下列在先的步驟: 手動和自動中的至少一種地定位和/或匹配輸入的多幅圖像中的輸入界標(biāo)。
25.根據(jù)權(quán)利要求15-24中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括下列隨后的步驟: 使用配準(zhǔn)圖來跨圖像遺傳輪廓和另一感興趣對象中的至少一個(gè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求15-25中的任一項(xiàng)所述的方法,還包括: 存儲以不同時(shí)間的序列拍攝的多個(gè)配準(zhǔn)的圖；以及 以電影模式顯示配準(zhǔn)的之前圖像和當(dāng)前圖像(42 )。
27.根據(jù)權(quán)利要求15-26中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括: 至少部分地基于配準(zhǔn)的當(dāng)前圖像來修改之前產(chǎn)生的放射療法計(jì)劃。
28.根據(jù)權(quán)利要求15-27中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，使用至少兩個(gè)圖像體積，每個(gè)圖像體積包含被手動地和自動地中的至少一種地標(biāo)識的一組界標(biāo)，所述界標(biāo)具有跨圖像體積和跨一個(gè)或多個(gè)投影目標(biāo)表面狀對象的被跟蹤的對應(yīng)。
29.—種承載計(jì)算機(jī)程序的處理器(32)或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(28)，所述計(jì)算機(jī)程序控制一個(gè)或多個(gè)處理器來執(zhí)行根據(jù)·權(quán)利要求15-28中的任一項(xiàng)所述的方法。
【文檔編號】G06T7/00GK103548054SQ201280010327
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月23日
【發(fā)明者】V·佩卡爾, S·阿萊爾 申請人:皇家飛利浦有限公司, 大學(xué)健康網(wǎng)絡(luò)