第一本發(fā)明涉及一種將第一掃描流或圖像流(例如第一模態(tài)(modality))中的第一圖像數(shù)據(jù)與第二掃描流或圖像流(例如第二模態(tài))中的第二圖像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)(register)的方法。第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)包括關(guān)于人或動物的圖像信息，所述關(guān)于人或動物的圖像信息包含關(guān)于人或動物的至少一個器官的圖像信息。所述器官的形狀隨時間變化。

背景技術(shù)：

人體(以及動物體)通常不是剛性的并且在檢查和/或干預(yù)期間會運(yùn)動(即改變形狀和/或位置)。另外，一些器官會在體內(nèi)運(yùn)動，甚至?xí)谏眢w本身作為一個整體沒有運(yùn)動的情況下運(yùn)動。對于特定器官，相對于身體表面的器官運(yùn)動(例如由呼吸、心臟跳動和/或通過血管或器官的血液流動所引起的器官運(yùn)動)是循環(huán)性的，并且有時是周期性的或接近周期性的。

在該說明書中，隨著時間執(zhí)行重復(fù)的周期性運(yùn)動的器官被稱為“運(yùn)動的器官”。由于與執(zhí)行運(yùn)動的器官相鄰的器官也可能被動地運(yùn)動，因此術(shù)語運(yùn)動的器官應(yīng)同樣適用于引起運(yùn)動的器官以及周圍的、借助其它器官被動運(yùn)動的器官。

對于周期性運(yùn)動的器官，在“運(yùn)動周期”中，器官形狀經(jīng)歷由不同形狀組成的周期：器官的形狀和位置從初始位置和初始形狀開始(即從周期的起始處開始)，連續(xù)且穩(wěn)定地經(jīng)歷多個位置和形狀并變化至變形最大的形狀和/或移位最多的位置，并在變形最大的形狀和/或移位最多的位置處運(yùn)動過程逆轉(zhuǎn)以便在周期結(jié)束時返回到初始狀態(tài)。接著新的周期開始。運(yùn)動的器官在運(yùn)動周期期間所經(jīng)歷的相繼的生理狀況或階段(每一個生理狀況或階段與在身體內(nèi)空間中的一特定形狀和位置相關(guān)聯(lián))所組成的范圍或集合被稱為“相位區(qū)間”或“相位值區(qū)間”。

呼吸和心跳通常引起周期性的或近乎周期性的器官運(yùn)動。通過通用術(shù)語“周期性”體現(xiàn)了以下兩種不同的效果：(a)在稱為“時間周期”或簡稱為“周期”的某個恒定時間跨度(即兩個相繼的運(yùn)動重復(fù)之間的恒定的持續(xù)時間)內(nèi)的運(yùn)動周期在時間上周期性地重復(fù)；(b)在運(yùn)動周期內(nèi)的連續(xù)的形狀改變過程在形狀上周期性重復(fù)。在形狀上的周期性運(yùn)動中，運(yùn)動周期的持續(xù)時間可以是或不是恒定的，并且實(shí)際上在解剖過程中它可以顯著地變化。然而，與某個周期的持續(xù)時間獨(dú)立的是，在所述周期過程中器官的形狀改變是重復(fù)的，即器官在運(yùn)動周期過程中經(jīng)歷同樣的形狀。在這樣的運(yùn)動周期過程中，器官相繼經(jīng)過的各個形狀所組成的范圍被稱為“形狀模式(pattern)”或“形狀范圍”。與之不同的是，在例如諧振的完美周期性運(yùn)動中，所有運(yùn)動周期的持續(xù)時間是等長的，并且所有周期中的形狀模式是相同的。

典型的周期性器官運(yùn)動在周期內(nèi)具有兩個明確定義的極限位置：從初始位置和初始形狀開始(其例如對應(yīng)于完全呼出或?qū)?yīng)于緊接在心臟結(jié)束收縮之后的階段等)，器官隨時間發(fā)展到最大器官變形和/或最大器官位置變化的點(diǎn)(其例如對應(yīng)于完全吸入或心臟舒張至最大的結(jié)束點(diǎn)等)。接著器官運(yùn)動方向被逆轉(zhuǎn)并且器官形狀和/或位置返回至它的初始位置和初始形狀。至少在心跳和呼吸的情況中，這樣的周期接著被反復(fù)地重復(fù)。

值得注意的是，在常規(guī)條件下(例如，不存在嚴(yán)重病理和/或外部機(jī)械、電學(xué)、藥理學(xué)等影響)，器官運(yùn)動的時間周期不是嚴(yán)格恒定的，而可能在生理學(xué)范圍內(nèi)顯著變化(例如心動過速與心動過緩，慢呼吸與快速呼吸，鍛煉，壓力，情緒，睡眠等)。因此，在時間上，器官運(yùn)動通常是準(zhǔn)周期性的，而不是精確周期性的。另一方面，形狀范圍顯示出高得多的周期穩(wěn)定性：在常規(guī)條件下，器官在每個運(yùn)動周期中經(jīng)歷相同的階段(相同的形狀和/或位置)。因此，器官運(yùn)動可以被看作在時間上是準(zhǔn)周期性的，但是在形狀和/或位置上是周期性的。

在現(xiàn)有技術(shù)的成像程序中，用多個醫(yī)學(xué)成像裝置來檢查患者：ct(計算機(jī)斷層掃描)、mri(磁共振成像)、pet(正電子發(fā)射斷層掃描)、us(超聲)僅僅是一些常見的例子。每個這樣的醫(yī)學(xué)成像裝置或儀器被設(shè)計用于觀察器官的某些特征。這樣的特征可以與器官本身、例如與組織密度、水濃度、組織對聲波的反射性或滲透性等固有地相關(guān)聯(lián)，或者可以是間接的觀察結(jié)果，例如造影劑、放射性藥劑等的濃度的測量結(jié)果。通?？梢杂靡粋€成像裝置來執(zhí)行多個不同的成像協(xié)議，例如自然(native)或造影劑ct、單參數(shù)或多參數(shù)mri等。換句話說，不僅可以通過不同裝置來檢查器官，而且可以用同一裝置來實(shí)施幾種不同類型的掃描，例如mri可以被用來在t1或t2掃描中測量水的密度，還可以用來測量擴(kuò)散或灌注系數(shù)、造影劑濃度等。另外，有時同一儀器可以用于不同的空間采樣模式，例如一維(1d)超聲、二維(2d)超聲和三維(3d)超聲。另外，可以在特定時間點(diǎn)執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)(例如照片、屏幕截圖、單個圖像、單個斷層掃描等)的采集或在時間段上執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)(短片、攝影片、4dct、4dmri等)的采集。

為了避免混淆，我們將用特定裝置觀察到的器官的特征稱為“模態(tài)”。明顯地，多個特征可以用同一或不同的儀器或裝置來觀察。因此，術(shù)語“模態(tài)”在此與特征相關(guān)，而不是與特定的儀器類型相關(guān)。

通常來說，圖像采集對身體區(qū)域、器官或器官的一部分進(jìn)行瞬時地(在某個時間點(diǎn)的單次拍攝)或重復(fù)地(在多個相繼的時間點(diǎn)重復(fù)拍攝，比如短片或攝影片)采樣。我們稱“掃描結(jié)果”為通過圖像采集裝置采集的、并與器官在某個單個時間點(diǎn)在2d或3d空間內(nèi)的特征有關(guān)一組值?？臻g由此通常是離散的(由像素組成的數(shù)字圖像)，但是也可以是連續(xù)的(例如在x射線片的情況下)?！皰呙杞Y(jié)果”的更廣義的表述是“圖像”，因為“圖像”還涵蓋了下述情況：圖像是通過除了圖像采集裝置(例如us或mr裝置)之外的其它方式生成的，特別是通過對掃描結(jié)果和/或圖像內(nèi)插或通過變換掃描結(jié)果或圖像而生成的。

在單一值與每個空間位置關(guān)聯(lián)的情況下，掃描結(jié)果或成像被稱為“單模式(monomodal)掃描”。相反，如果多個值分別與每個空間位置關(guān)聯(lián)，那么掃描結(jié)果或成像被稱為“多模式(multimodal)掃描”。因此，術(shù)語掃描結(jié)果和圖像涵蓋了2d圖像(例如x射線或超聲)和3d體積(例如斷層掃描)。當(dāng)僅提到掃描結(jié)果或成像時，一個術(shù)語涵蓋下述兩者，即單模式的掃描結(jié)果或圖像和多模式的掃描結(jié)果或圖像。準(zhǔn)確地說，術(shù)語“某個單個時間點(diǎn)”也可以包括短的時間段，因為掃描結(jié)果中的圖像元素(像素)可以例如逐個或逐行獲取。

在相繼的、離散的時間步上獲取的掃描結(jié)果序列被稱為“流”。流也可以包括其它圖像，特別是通過對其它圖像內(nèi)插或變換而生成的圖像。如此，流具有描述空間位置的一組變量和描述時間點(diǎn)的附加變量。流包括攝影片、4d-ct、4d-mri等。術(shù)語“相繼的”包括這樣的情況，離散的時間步之間具有至少一種時間間隔，并且在所述時間間隔期間沒有采集該特定流的圖像數(shù)據(jù)。圖像采集裝置在所述時間間隔期間可以執(zhí)行其它任務(wù)，例如采集其它流的圖像數(shù)據(jù)、處理圖像數(shù)據(jù)和/或傳輸圖像數(shù)據(jù)。然而，也可能的是，相應(yīng)地獲取流的各單個掃描結(jié)果或圖像的離散的時間步形成連續(xù)的一系列時間步，并且這些時間步之間沒有時間間隔。

總結(jié)來說，但僅作為展示性示例，患者可以例如在數(shù)秒、數(shù)天、數(shù)月或數(shù)年的時間跨度上、在不同時間點(diǎn)、于多個場合下、被用于生成多種模態(tài)的多個裝置掃描。通常，診斷或治療的醫(yī)療過程需要由同一裝置或不同的裝置并選擇性地在不同時間下所采集的這些數(shù)據(jù)組之間關(guān)聯(lián)。特別地，患者的第一檢查與患者的第二檢查的對應(yīng)的結(jié)果以這樣的方式相關(guān)聯(lián)：在不同的掃描結(jié)果或圖像內(nèi)使對應(yīng)的解剖學(xué)位置相關(guān)聯(lián)或重疊。在不失去通用含義的情況下，我們將“配準(zhǔn)”稱為在兩個單獨(dú)的圖像的所有對應(yīng)的解剖學(xué)位置之間創(chuàng)建位置到位置的關(guān)聯(lián)。在多于兩個圖像的情況下，該過程以兩兩的方式被重復(fù)并且部分結(jié)果被聯(lián)接。目前，已知有多種方法能夠在對應(yīng)的圖像之間實(shí)現(xiàn)剛性和非剛性配準(zhǔn)。明顯地，可以在相同成像模態(tài)的圖像之間實(shí)施配準(zhǔn)(例如較早的和實(shí)際的ct的重疊)，或在不同的成像模態(tài)的圖像之間實(shí)施配準(zhǔn)(例如mri和ct的重疊)。這種多模式配準(zhǔn)也被稱為“融合(fusion)成像”。例如ct掃描結(jié)果和超聲掃描結(jié)果可以被配準(zhǔn)以形成組合模態(tài)的融合成像掃描結(jié)果。在此，我們認(rèn)為單模式配準(zhǔn)是更廣義的多模式配準(zhǔn)的一種特殊情況，因此我們將單模式配準(zhǔn)和多模式配準(zhǔn)等同地稱為融合成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明尤其涉及使用這種多模式圖像數(shù)據(jù)的醫(yī)療過程或應(yīng)用，例如涉及利用在給定的時間點(diǎn)采集的至少第一檢查的圖像數(shù)據(jù)并利用也在儀器、治療裝置和/或檢查裝置的應(yīng)用過程中采集的至少第二檢查的圖像數(shù)據(jù)來操縱醫(yī)療儀器、治療裝置和/或檢查裝置。例如，在us的情況下，可以在屏幕上所顯示的當(dāng)前的us圖像和任何類型的第二模態(tài)的相應(yīng)圖像面之間實(shí)施配準(zhǔn)，其中，所述圖像面可以是原始采集的圖像或內(nèi)插圖像面。

所述配準(zhǔn)可以以剛性或非剛性的方式實(shí)施。剛性配準(zhǔn)的結(jié)果被稱為“變換矩陣”(經(jīng)常把t用為它的符號)并且非剛性配準(zhǔn)的結(jié)果被稱為“變形場”(經(jīng)常把d用為它的符號)。矩陣對于圖像內(nèi)的每個(2d或3d)空間位置限定了相同的變換，而變形場明確地限定了兩個圖像中所有空間位置之間一對一的單個關(guān)系。為了完整起見，在此需要說明的是，特別在顯著相干地位移的情況下，變形場可以計算為一些關(guān)鍵位置處的稀疏場。中間位置的配準(zhǔn)信息可以通過內(nèi)插產(chǎn)生。

器官運(yùn)動在空間和時間上是連續(xù)的，但是成像通常并非如此：在限定的、離散的時間步驟處對器官采樣。由此，采樣(成像)可以以相同的時間間隔(例如超聲短片)與器官運(yùn)動非同步地進(jìn)行；或者成像可以由器官的運(yùn)動階段觸發(fā)并由此與器官運(yùn)動同步地進(jìn)行，從而在流內(nèi)產(chǎn)生以變化的時間間隔采集的圖像(幀)。另外，在每個個體或圖像內(nèi)，通常離散地、在多個圖像位置處對器官采樣?？傊魍ǔＴ跁r間和空間兩者上均是離散的。

然而，為了信息的深度，期望流內(nèi)有盡可能多的圖像以在運(yùn)動周期內(nèi)獲得由相繼的形狀組成的密集的采樣序列。在實(shí)際中，每個流中的圖像的數(shù)量與技術(shù)(例如掃描儀速度、掃描儀可用時間、成本)、生理(例如患者狀況)和/或醫(yī)療(例如耐受計量、醫(yī)學(xué)問題)參數(shù)有關(guān)。為了獲取形狀的周期性運(yùn)動，在器官的運(yùn)動周期內(nèi)最少需要兩個不同的掃描結(jié)果。通常地/有利地，在盡可能接近運(yùn)動周期的極限處執(zhí)行掃描，例如一個在完全吸入時執(zhí)行掃描和一個在完全呼出時執(zhí)行掃描。由此則僅僅知曉采集時間處的器官的精確形狀和/或位置。而中間的形狀和/或位置只能通過在采集的掃描結(jié)果之間內(nèi)插來估計。

所述配準(zhǔn)通常在對應(yīng)的單個掃描結(jié)果或圖像之間、即在特定時間點(diǎn)上采集的且至少部分地顯示同一器官或解剖學(xué)位置的靜態(tài)數(shù)據(jù)組之間兩兩實(shí)施。例如，能夠在屏幕上看到的某個us幀被存儲(例如通過按下凍結(jié)鍵)并且與第二采集的對應(yīng)的掃描結(jié)果配準(zhǔn)。這種配準(zhǔn)可被稱為“靜態(tài)配準(zhǔn)”，這是因為這種配準(zhǔn)僅在表示器官運(yùn)動的靜態(tài)狀況或階段的圖像數(shù)據(jù)之間實(shí)施，而沒有考慮器官運(yùn)動隨時間的變化。

這樣的靜態(tài)配準(zhǔn)僅在靜態(tài)器官的情況下、即器官沒有隨時間改變它們的形狀或位置的情況下隨時間持續(xù)實(shí)施。在器官運(yùn)動的情況下，靜態(tài)配準(zhǔn)會導(dǎo)致時間上的錯誤：運(yùn)動的器官會改變它們的形狀和/或位置并由此初始靜態(tài)配準(zhǔn)是不正確的且應(yīng)該被更新。理想地，第二流的序列中的每個圖像相應(yīng)地對應(yīng)于第一流的序列中的圖像。換句話說，在理想情況下，在被檢查的器官的每個相位處都可以獲得兩個掃描流或圖像流。這種成對的流(和它們的對應(yīng)的圖像)應(yīng)該也是兩兩配準(zhǔn)的。然而，在實(shí)際上，經(jīng)常缺少另外的流的對應(yīng)的掃描結(jié)果：第一流和第二流通常是彼此非同步地、并通過以不同的幀速率操作和/或?qū)Σ煌钠鞴傧辔徊蓸拥牟杉b置來采集的。即使采集裝置可以在一些特定時間點(diǎn)同步，但是在通常情況下，不同流的掃描結(jié)果僅在某些離散的時間點(diǎn)上對應(yīng)于相同的器官階段。

超出并獨(dú)立于上述同步問題的是，第一流和/或第二流的采樣速率可能不一定足以對器官運(yùn)動準(zhǔn)確地采樣。通常，每個器官周期的掃描結(jié)果少于足夠的掃描量。在極端情況下僅有兩個掃描結(jié)果接近器官運(yùn)動周期的極限狀況。即使一個流(例如超聲)提供了足夠的幀速率的掃描以使得器官的運(yùn)動可以被實(shí)時地、例如在屏幕上追蹤，但是在所述運(yùn)動的周期內(nèi)第二流(例如ct)卻只有很少的幾個掃描結(jié)果。在這些情況下，對器官運(yùn)動的所有階段都實(shí)施配準(zhǔn)是有問題的，這是因為第二流沒有包括第一流采樣的所有時間點(diǎn)處的掃描結(jié)果。因此，配準(zhǔn)可以明確地僅在兩個流對器官同步采樣的時間處實(shí)施(前提是這樣的同步采集無論如何是存在)。但是即使在這種情況下，也必須對其間的下述時間段進(jìn)行一定的更新：在所述時間段內(nèi)沒有獲得兩個流的對應(yīng)的圖像對。

本發(fā)明的目的在于提供一種將第一器官流(特別是第一模態(tài)的圖像數(shù)據(jù))與第二器官流(特別是第二模態(tài)的圖像數(shù)據(jù))配準(zhǔn)的方法，其中，用于獲取掃描結(jié)果的總付出是適度的(從而稀疏的采樣是可能的)，但是仍然可以高精度地執(zhí)行不同流的圖像數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)以及融合。另一個目的在于提供一種對應(yīng)的裝置。

本發(fā)明的基本思想在于：器官運(yùn)動的相位代替數(shù)據(jù)采集的時間或周期性運(yùn)動過程中的時間被用作用于限定不同流內(nèi)的器官形狀的發(fā)展的變量。術(shù)語“代替”不排除以下事實(shí)：數(shù)據(jù)采集的時間也被存儲。因此不同流的對應(yīng)的掃描結(jié)果或圖像可以利用相位變量而非時間變量被識別或標(biāo)記為兩兩關(guān)聯(lián)。如果附加地或替代地需要或期望內(nèi)插，則相位代替時間被用作所述內(nèi)插的自變量。特別地，該內(nèi)插變量相對于時間是獨(dú)立的。

相位是獨(dú)立于時間的一種變量。每個相位值與器官運(yùn)動的相位(即階段)是明確相關(guān)的，并且由此與器官的對應(yīng)形狀和/或位置是明確相關(guān)的。本文中的術(shù)語“明確”意味著對于任何給定的相位值，都可以明確地確定對應(yīng)的器官形狀和/或位置。然而，器官可以在同一運(yùn)動周期內(nèi)的兩個不同階段中、即當(dāng)器官沿第一方向膨脹和/或運(yùn)動時和當(dāng)器官沿與第一方向相反的第二方向收縮和/或運(yùn)動時具有相同的形狀和/或位置。因此，在每個運(yùn)動周期內(nèi)可以有至少兩個不同的相位值與器官的同一形狀和/或位置相關(guān)。例如當(dāng)器官運(yùn)動停止(例如在呼氣周期結(jié)束時)并當(dāng)記錄掃描的過程和對相位值的配屬繼續(xù)時，在一個運(yùn)動周期內(nèi)可以有兩個以上不同的相位值與器官的同一形狀和/或位置相關(guān)。盡管如此，相位變量的配屬給掃描結(jié)果或圖像的每個值明確地對應(yīng)于器官運(yùn)動的某個相位。

例如，相位可以被定義成具有從0到1的區(qū)間中的值的無量綱變量，其中，相位值0被配屬給運(yùn)動周期的開始時的階段，且相位值1被配屬給結(jié)束周期且恰好下一周期要開始之前的階段。替代地，0可以被配屬給運(yùn)動周期的開始并且1配屬給具有改變最大的形狀和/或位置的階段。作為第三示例，0可以配屬給周期內(nèi)的任何特定位置并且1配屬給后續(xù)的位置，值0至1是周期的某個間隔內(nèi)的相對坐標(biāo)。

特別地，有多種方法(直接觀察器官或者通過間接地觀察身體的另一部分或另一效應(yīng))能夠識別和準(zhǔn)確地確定(特別是測量)器官的相位，即器官在它的運(yùn)動周期內(nèi)的實(shí)際生理狀況。這種能夠隨時間直接地和/或間接地識別和追蹤器官運(yùn)動的階段(即相位)的方法在本說明書中被稱為“器官追蹤器”或簡單地稱為“追蹤器”。追蹤器的輸出是明確地識別在一時間點(diǎn)的實(shí)際器官相位的信號。存在連續(xù)地追蹤器官相位的模擬追蹤器和具有至少一種離散的采樣速率的數(shù)字追蹤器，其中，所述至少一種離散的采樣速率被優(yōu)選認(rèn)為與器官運(yùn)動周期的時長相比足夠高。優(yōu)選地，至少一個追蹤器被用來確定相位變量的相位值，該相位變量用來限定器官的形狀和/或位置的周期性變化中的階段。特別地，追蹤器隨時間連續(xù)地或離散地配屬相位變量的值。例如，ecg(心電圖)裝置能夠在完整的心臟周期上連續(xù)地追蹤并確定心臟相位。作為第二示例，由呼吸引起的空氣吸入和呼出流可以被導(dǎo)引通過至少一個閥并且流過所述閥的空氣流和/或通過的空氣體積被隨時間測量以識別呼吸階段。張力測量裝置(例如以條帶的形式或作為帶圍繞人的軀干)可以測量與呼吸相位或肺內(nèi)體積對應(yīng)的值。通常來說，主動或被動的光學(xué)方法、電磁跟蹤方法等是隨著時間識別和跟蹤呼吸周期的一些示例。

盡管器官的運(yùn)動在時間上來看可能顯著地變化并由此通常不能被視為是周期性的，但是器官的運(yùn)動從運(yùn)動的階段上來看(例如從相位上看)卻是非常精確地周期性的。在相位周期性運(yùn)動的周期的過程中，可以利用追蹤器來識別和追蹤器官相位。在一特定階段，例如完全呼出與完全吸入之間的中途或收縮期結(jié)束與最大舒張期結(jié)束之間的中途，器官的形狀與所有其它周期內(nèi)的相同相位處的形狀非常相似。因此，使用相位變量代替時間變量提高了圖像融合的精確性。由此能夠產(chǎn)生運(yùn)動的器官的形狀和相位之間的一對一關(guān)系。

特別地，提出一種用于將第一流的第一圖像數(shù)據(jù)(例如至少一個掃描結(jié)果)與第二流的第二圖像數(shù)據(jù)(例如至少一個掃描結(jié)果或內(nèi)插圖像)配準(zhǔn)的方法，其中，第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)包括關(guān)于人或動物的圖像信息，所述關(guān)于人或動物的圖像信息包括關(guān)于所述人或動物的至少一個器官的圖像信息，并且，所述器官的形狀和/或位置是變化的，由此實(shí)施所述形狀和/或位置的周期性變化，并且：

●第一流和第二流中的每一個包括至少一個器官在所述形狀和/或位置的周期性變化中的多個不同的離散的階段處的一系列圖像，從而每一個圖像分別相應(yīng)地對應(yīng)于所述形狀和/或位置的周期性變化的離散的階段中的一個，

●相位變量被用來限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的階段，并且所述相位變量的相位值被配屬給第一流和第二流中的每一個流中的每一個圖像，從而替代獲取圖像的特定周期中的時間地、明確地限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的由圖像所代表的離散的階段，

●對包括第一流的第一圖像和第二流的第二圖像的圖像對來確定一配準(zhǔn)，即圖像值的位置-位置關(guān)聯(lián)，其中，通過從所述第一流選擇或內(nèi)插圖像并通過從所述第二流選擇或內(nèi)插配屬有相同相位值的圖像來選取所述圖像對中的所述第一圖像和所述第二圖像。

另外，提供了一種布置結(jié)構(gòu)，所述布置結(jié)構(gòu)特別是用于實(shí)施根據(jù)所述實(shí)施例之一的方法，所述布置結(jié)構(gòu)適于將第一流的第一圖像數(shù)據(jù)與第二流的第二圖像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)，所述第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)包括關(guān)于人或動物的圖像信息，所述關(guān)于人或動物的圖像信息包括關(guān)于人或動物的至少一個器官的圖像信息，其中，所述器官的形狀和/或位置是變化的，由此實(shí)施所述形狀和/或位置的周期性變化，并且所述布置結(jié)構(gòu)包括：

●存儲所述第一流和所述第二流的存儲器，其中，所述第一流和第二流中的每一個流包括至少一個器官在所述形狀和/或位置的周期性變化中的多個不同的離散的階段處的一系列圖像，以使得每一個圖像分別對應(yīng)于所述形狀和/或位置的周期性變化中的一個離散的階段，

●數(shù)據(jù)處理器，其適于利用相位變量來限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的階段，并適于將所述相位變量的相位值配屬給所述第一流和第二流的每一個流中的每一個圖像，從而替代特定周期中獲取圖像的時間地、明確地限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的由圖像所代表的離散的階段，

●配準(zhǔn)裝置，其適于對包括所述第一流的第一圖像和所述第二流的第二圖像的圖像對確定一配準(zhǔn)，即圖像值的位置-位置關(guān)聯(lián)，其中，所述配準(zhǔn)裝置適于通過從所述第一流選擇或內(nèi)插圖像并通過從所述第二流選擇或內(nèi)插配屬有相同相位值的圖像來選取所述圖像對中的所述第一圖像和所述第二圖像。

如上文所提到的，使用相位變量能夠使不同流中的、實(shí)際上對應(yīng)于器官運(yùn)動的同一相位(即對應(yīng)于周期性變化中的同一離散階段)并由此彼此準(zhǔn)確地對應(yīng)的圖像的融合。

本發(fā)明還包括在單一流中內(nèi)插圖像：一種生成人或動物的圖像流的內(nèi)插圖像的方法，其中，所述圖像包括關(guān)于所述人或動物的至少一個器官的圖像信息，并且，所述器官的形狀和/或位置是變化的從而實(shí)施所述形狀和/或位置的周期性變化，其中：

●圖像流形成至少一個器官在所述形狀和/或位置的周期性變化的多個不同的離散的階段的一系列圖像，以使得每一個圖像對應(yīng)于所述形狀和/或位置的周期性變化的離散的階段中的一個，

●相位變量被用來限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的階段，并且所述相位變量的相位值被配屬給流中的每一個圖像，從而替代特定周期中獲取圖像的時間地、明確地限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的由圖像所代表的離散的階段，

●利用流的配屬有不同相位值的第一圖像和第二圖像來生成內(nèi)插圖像，其中，通過將相位變量用作內(nèi)插變量并通過在要生成內(nèi)插圖像的期望的相位值處內(nèi)插第一圖像和第二圖像的圖像值來生成內(nèi)插圖像。

一種特別是用于實(shí)施前述段落的方法的對應(yīng)的布置結(jié)構(gòu)，所述布置結(jié)構(gòu)適于對人或動物的圖像流內(nèi)插圖像，其中，圖像包括關(guān)于所述人或動物的至少一個器官的圖像信息，并且所述器官的形狀和/或位置是變化的從而實(shí)施所述形狀和/或位置的周期形變化，并且所述布置結(jié)構(gòu)包括：

●用于存儲流中的圖像的存儲器，其中，所述圖像形成至少一個器官在所述形狀和/或位置的周期性變化中的多個不同的離散的階段處的一系列圖像，以使得每一個圖像分別對應(yīng)于所述形狀和/或位置的周期性變化中的一個離散階段，

●數(shù)據(jù)處理器，其適于利用相位變量來限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的階段，并適于將所述相位變量的相位值配屬給流中的每一個圖像，從而替代特定周期中獲取圖像的時間地、明確地限定所述形狀和/或位置的周期性變化中的由圖像所代表的離散的階段，

●內(nèi)插裝置，其適于利用流的配屬有不同相位值的第一圖像和第二圖像來生成內(nèi)插圖像，通過將相位變量用作內(nèi)插變量并通過在要生成內(nèi)插圖像的期望的相位值處內(nèi)插第一圖像和第二圖像的圖像值來生成所述內(nèi)插圖像。

第一流和第二流中的掃描結(jié)果可以在同一(例如在患者位于成像裝置附近的同一時機(jī)下)或不同的(例如在患者的多次訪問過程中)時間段內(nèi)采集。特別地，可以在先獲取一個掃描流，并可以在不同流的掃描結(jié)果融合之前不久或融合期間獲取其它掃描流。

在下文中描述以下內(nèi)容：通過在利用成像裝置(例如超聲裝置)已實(shí)際獲取的掃描結(jié)果之間內(nèi)插生成一個給定流中的至少一個圖像。替代地，內(nèi)插可以在一個掃描結(jié)果和一個內(nèi)插圖像之間或兩個內(nèi)插圖像之間實(shí)施。內(nèi)插可以利用相位值實(shí)施。這種內(nèi)插不限于為不同流中的圖像的配準(zhǔn)做準(zhǔn)備。而是，利用相位值的內(nèi)插可以針對單一流來實(shí)施并不執(zhí)行進(jìn)一步的配準(zhǔn)步驟。

內(nèi)插圖像可以利用由成像裝置產(chǎn)生的圖像或掃描結(jié)果、即利用同一流內(nèi)的掃描結(jié)果來計算。然而，本發(fā)明不限于僅在一個流的圖像或掃描結(jié)果之間內(nèi)插。而是，代替地或附加地，可以通過在另外的第二流的圖像或掃描結(jié)果之間內(nèi)插來生成至少一個圖像。優(yōu)選地，兩個流中的多個圖像是通過內(nèi)插生成的。特別地，可以以這種方式通過對至少一個流(特別是兩個流)的離散的掃描結(jié)果之間的任何期望的相位變量值處連續(xù)內(nèi)插來生成準(zhǔn)連續(xù)的圖像流。如后面將更詳細(xì)描述的，這可以作為兩個流的圖像的相位同步配準(zhǔn)的基礎(chǔ)。特別地，可以在多個相位值處建立第一流和第二流的兩兩(每對包括第一流的一個圖像和第二流的一個圖像)配準(zhǔn)。

特別地，可以實(shí)施內(nèi)插以生成如上提到的第一圖像(即所述第一流的圖像)，其中，所述第一流的圖像被認(rèn)為是將圖像分別配屬給相位變量的相應(yīng)相位值的數(shù)學(xué)函數(shù)的輸出，相位變量由此限定內(nèi)插的內(nèi)插自變量，并且所述第一圖像作為在相位變量的期望值處內(nèi)插的圖像而被生成。相應(yīng)地，配準(zhǔn)裝置可以適于實(shí)施該內(nèi)插。期望的相位值是特別地配屬給圖像對的第一圖像和第二圖像兩者的相位值。因此，第一圖像和第二圖像中的至少一個可以是內(nèi)插圖像，并且該方法能夠使第一圖像和第二圖像的精確配準(zhǔn)，因為它使用相位變量而非時間變量。

根據(jù)一特別的實(shí)施例，所述內(nèi)插以下述方式實(shí)施：

●確定第一流的兩個已有圖像的配準(zhǔn)，從而建立所述兩個已有圖像之間的位置-位置關(guān)聯(lián)的描述(description)，

●確定所述兩個已有圖像中的一個與將在期望的相位值生成的第一圖像之間的位置-位置關(guān)聯(lián)的內(nèi)插描述，其中，所述期望的相位值位于由配屬給所述兩個已有圖像的相位值所限定(尤其是限界)的相位值區(qū)間內(nèi)，

●將位置-位置關(guān)聯(lián)的內(nèi)插描述施加到所述兩個已有圖像中的一個以生成第一圖像。

特別地，所述兩個已有圖像可以是流(特別是第一流)中的圖像序列中的兩個相繼的圖像。

所述布置結(jié)構(gòu)的配準(zhǔn)裝置可以適于實(shí)施這種內(nèi)插。更一般而言，配準(zhǔn)的描述(例如變換矩陣或變形場，參見上文)可以被內(nèi)插以生成第一圖像。附加地或替代地，第一圖像可以通過內(nèi)插圖像值(例如圖像的灰度級和/或顏色值)來生成。特別地，內(nèi)插可以通過在位于兩個已有圖像的相應(yīng)位置處的圖像值對之間內(nèi)插圖像值來實(shí)施，從而生成第一圖像。配準(zhǔn)裝置可以適于實(shí)施這種內(nèi)插。

如上文所提到的，兩個流的圖像(直接采集的或通過相位同步內(nèi)插而生成的)可以被用來建立這兩個流的配準(zhǔn)。理論上，兩個流之間的單一配準(zhǔn)是足夠的并在整個器官運(yùn)動周期中都有效。然而，實(shí)際上在低采樣速率和/或?qū)嵤┝瞬痪_的內(nèi)插方法的情況下單一配準(zhǔn)是不足夠的。因此，優(yōu)選地，可以在運(yùn)動周期內(nèi)的不同階段實(shí)施多個流間配準(zhǔn)。

特別地，可以在多個相位值處建立第一流和第二流的圖像之間的兩兩(每對包括第一流的第一圖像和第二流的第二圖像)配準(zhǔn)。另外，配準(zhǔn)結(jié)果可以是內(nèi)插的基礎(chǔ)。這意味著建立在被配準(zhǔn)的圖像對之間的進(jìn)一步的配準(zhǔn)結(jié)果并不是兩兩配準(zhǔn)的直接結(jié)果。再次，相位變量替代時間變量被用作內(nèi)插變量。

特別地，根據(jù)該方法的一實(shí)施例，

●確定至少兩個配準(zhǔn)、即至少兩個圖像值位置-位置關(guān)聯(lián)，其中，為包括第一流的第一圖像和第二流的第二圖像的不同對中的每一對確定一個配準(zhǔn)，其中，通過從所述第一流選擇一圖像和從所述第二流選擇配屬有相同相位值的圖像來選取所述不同對中的每一對的所述第一圖像和所述第二圖像，以便為所述不同對中的每一對建立所述第一圖像與所述第二圖像之間的位置-位置關(guān)聯(lián)的描述，

●將相位變量用作內(nèi)插的自變量來確定新的圖像對中的第一圖像和第二圖像之間的位置-位置關(guān)聯(lián)的內(nèi)插描述，其中，新對中的第一流和第二圖像已經(jīng)存在一個已有圖像(可選地作為內(nèi)插的結(jié)果)，并且要生成所述新對中的第一流和第二圖像中的另一圖像，將相位變量的期望的相位值配屬給所述新對中的已有圖像，

●通過將位置-位置關(guān)聯(lián)的內(nèi)插描述施加至該已有圖像來生成所述新對中的另一圖像。

作為本方法的其它實(shí)施例，所述布置結(jié)構(gòu)(并且尤其是配準(zhǔn)裝置)可以適于實(shí)施該實(shí)施例。

應(yīng)該注意的是，特別在采集時間比器官運(yùn)動重復(fù)時間長的情況下，在同一流中可能會有在所述器官運(yùn)動的不同周期中所采集的不同的掃描結(jié)果。因此，第一流和/或第二流可以包括多個具有配屬的相同的相位值的圖像。在這種情況下，配屬有相同的相位值的圖像之一，或可替代地，處理配屬有相同的相位值的圖像得到的圖像可以被用于配準(zhǔn)和/或內(nèi)插。

特別地，利用追蹤器(參見上文)來觀察形狀和/或位置的周期性變化中的階段，并且追蹤器的輸出值被用于將相位變量的相位值配屬給每個流內(nèi)的每個圖像。

附圖說明

本發(fā)明的示例將通過參考附圖予以描述。各附圖示意性地示出：

圖1示出用于對不同流中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)的布置結(jié)構(gòu)，

圖2示出在器官運(yùn)動的周期期間掃描結(jié)果、以及兩個掃描結(jié)果的放大圖，該放大圖示出基于內(nèi)插變換矩陣的內(nèi)插，

圖3是類似于圖2中的下部的圖，示出基于變形場的內(nèi)插，

圖4示出兩個不同采樣流，并在底部示出一些采樣的放大圖，該放大圖用于展示在不同相位值處的內(nèi)插和配準(zhǔn)，

圖5示出在器官的非諧振運(yùn)動的情況下相位變量隨時間變化的圖表；以及

圖6示出在器官的非諧振運(yùn)動的情況下相位變量隨器官偏移位置變化的圖表。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出執(zhí)行運(yùn)動周期的器官or。在周期過程中，器官的形狀和位置連續(xù)變化。圖示的是器官在運(yùn)動周期的不同階段的兩個圓周線。

兩個不同的成像裝置1和2反復(fù)地獲取器官or的掃描結(jié)果。因此，通過操作成像裝置1和2生成兩個不同的圖像流。除了圖示以外，不同的成像裝置1和2可以不同時存在，不過也可以同時存在。第一成像裝置1產(chǎn)生掃描結(jié)果并由此生成形成第一流的第一圖像f1。類似地，第二成像裝置2產(chǎn)生掃描結(jié)果并由此生成形成第二流的第二圖像f2。第一圖像f1和第二圖像f2(特別是分別屬于第一流或第二流的、不同成像模態(tài)的圖像)被傳送到裝置3，所述裝置3可以是計算機(jī)。更廣義地，裝置3適于處理從第一成像裝置1和第二成像裝置2接收到的流。裝置3也可以通過內(nèi)插生成第一流和/或第二流的另外的圖像和/或可以從第一流和/或第二流生成第三模態(tài)的圖像數(shù)據(jù)。

裝置3包括配準(zhǔn)裝置，所述配準(zhǔn)裝置用于把同一流的不同圖像配準(zhǔn)和/或把來自不同流的圖像對配準(zhǔn)。裝置3可以包括不同裝置，例如用于將相位值配屬給不同流中的每一個圖像的數(shù)據(jù)處理器和一個或多個用于實(shí)施所述配準(zhǔn)的配準(zhǔn)裝置。然而，還可能的是，由同一處理器來實(shí)施相位值的配屬以及所述配準(zhǔn)。任何情況下，裝置3與用于存儲和取回兩個圖像流的數(shù)據(jù)存儲器4連接。這些圖像中的一些是采集的掃描結(jié)果并且這些圖像的一些可以是內(nèi)插圖像。另外，可以使用兩個流中一個流的已有圖像和關(guān)于兩個流的配準(zhǔn)信息來生成這些圖像中的一些，從而從一個流的已有圖像生成另一流的圖像。

另外，裝置3可以連接到至少一個屏幕(圖1中未示出)，所述屏幕用于向用戶(例如醫(yī)生)展示圖像中的至少一個。特別地，裝置3可以將不同流的配屬有相同相位值的對應(yīng)的圖像結(jié)合。該結(jié)合可以被稱為“融合”。特別地，融合的圖像可以被顯示在屏幕上和/或輸出給其它裝置。

追蹤器5追蹤器官運(yùn)動(也稱為階段或相位)并且對應(yīng)的追蹤器信號被傳送給裝置3。因此，裝置3可以將對應(yīng)的相位值相應(yīng)地配屬給每個圖像。根據(jù)操作成像裝置的第一實(shí)施例，可以首先將時間值(或時間戳)配屬給每一個圖像f，然后，裝置3可以配屬從追蹤器操作、例如在考慮了對應(yīng)的跟蹤器信號值產(chǎn)生的時間的情況下得到的相位值。然而，根據(jù)圖1展示之外的其它實(shí)施例，可以將流內(nèi)的每個掃描結(jié)果在由成像裝置生成對應(yīng)的掃描結(jié)果時配屬給追蹤器信號或配屬給對應(yīng)的相位值。在該情況下，追蹤器直接地或間接地連接到一個或多個成像裝置。

在以下說明中，提到了不同的圖像f。通常存在屬于同一流或不同流的多個不同的圖像f。如果圖像f中的一個對應(yīng)于運(yùn)動周期的開始或?qū)?yīng)于器官的運(yùn)動周期的一部分的開始，那么該圖像f被標(biāo)記為fs。如果圖像f對應(yīng)于運(yùn)動周期的結(jié)束或?qū)?yīng)于運(yùn)動周期的一部分的結(jié)束，那么該圖像f被標(biāo)記為fe。相應(yīng)的相位值中由ps表示周期或周期的一部分的開始，并且由pe表示周期或周期的一部分的結(jié)束。這意味著相位值ps被配屬給開始圖像fs，并且相位值pe被配屬給結(jié)束圖像fe。

如圖2的上部和類似的圖4的上部所示，水平線代表運(yùn)動周期c的持續(xù)時間。在運(yùn)動周期期間，追蹤器(在圖2和圖4中未示出)產(chǎn)生追蹤器信號tr。追蹤器信號tr對應(yīng)于器官運(yùn)動的相位或階段或者包括用于確定相位的信息。追蹤器的示例如前所述。

另外，不同類型的內(nèi)插將在下文予以說明。每個內(nèi)插具有內(nèi)插自變量，根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)插自變量為相位值。為了簡便起見，相位值與追蹤器信號一樣都由tr表示。然而，處理追蹤器信號以獲得相位值是可能的。作為處理的示例，跟蹤器信號tr可以在時間(例如關(guān)注了運(yùn)動周期的開始)上積分以生成相位值。在下文中，下述內(nèi)插變量被使用：內(nèi)插變量i＝1-(te-tr)/(te-ts)，其中0＜＝i＜＝1，te是在周期或周期的一部分的結(jié)束時的相位值，而ts是周期或周期的一部分的開始或起始時的相位值。內(nèi)插變量i也是相位變量，即歸一化相位變量。另外，p(x，y)和f(x，y)將用于將位置p()和圖像值f()表示為空間變量x，y的空間函數(shù)。在立體圖像數(shù)據(jù)的情況下，存在用于第三空間維度的第三空間變量z。圖像值f(x，y)可以是例如灰度值或顏色值。

如上文所提到的，可以通過在沒有獲取掃描結(jié)果的相位值處生成圖像來針對至少一種模態(tài)產(chǎn)生相位連續(xù)的圖像流。特別地，內(nèi)插變量i可以被用來在所有期望的相位值處生成內(nèi)插圖像。存在不同的方式來實(shí)施內(nèi)插。特別地，內(nèi)插可以劃分成位置內(nèi)插和圖像值內(nèi)插(特別是灰度值內(nèi)插)。位置內(nèi)插(其可以被可替代地稱為“方位內(nèi)插”)表示在各圖像f的空間(通常是二維或三維空間)內(nèi)的位置被偏移，而它們的灰度值保持不變。這種位置內(nèi)插基于這樣的假設(shè)：圖像元素(例如像素或體素)與解剖學(xué)位置相關(guān)聯(lián)(即與器官的元素或區(qū)域相關(guān)聯(lián))。因此，在相應(yīng)的位置處的圖像元素追隨器官運(yùn)動，從而它們的值(例如灰度)保持恒定。圖像值內(nèi)插、特別是灰度值內(nèi)插基于這樣的事實(shí)：在一體積或平面內(nèi)的固定位置處的圖像值由于器官運(yùn)動而變化。這意味著器官的不同元素和區(qū)域在周期性器官運(yùn)動過程中移動經(jīng)過所述固定位置。

圖2的中間部分示意性地展示了采集的掃描結(jié)果的序列，每個掃描結(jié)果由“x”表示。每個掃描結(jié)果的圖2中的水平方向上由對應(yīng)的x所表示的位置對應(yīng)于周期c內(nèi)的階段并且也對應(yīng)于追蹤器信號tr的對應(yīng)值。圖2中示出的11個掃描結(jié)果不足以形成代表器官的周期性運(yùn)動的準(zhǔn)連續(xù)圖像流。圖2所示的掃描結(jié)果在本文所述的示例中是一個流中的掃描結(jié)果。

在圖2的下部詳細(xì)地展示了圖2的下述部位：在圖2的中間部分上由虛線橢圓線包圍的、所采集的兩個掃描結(jié)果之間的部位。對于所采集的兩個掃描結(jié)果中的每一個已經(jīng)生成了圖像并且考慮了開始于相位值ps且結(jié)束于相位值pe的運(yùn)動周期。如以上提到的，圖像fs是在相位值ps處掃描的結(jié)果并且圖像fe是在相位值pe處掃描的結(jié)果。相位p的軸線由箭頭表示。

現(xiàn)在期待通過內(nèi)插來生成附加的圖像。例如，兩個附加圖像分別由具有虛線周線的一個方形表示。通過內(nèi)插，可以生成除了這兩個附加圖像以外的附加圖像。

根據(jù)一種非常簡單的方法，可以通過在從相位值ps到相位值(pe-ps)/2的范圍內(nèi)復(fù)制所采集的掃描結(jié)果fs來執(zhí)行所述內(nèi)插。以這種方式，可以生成任意數(shù)量的期望的附加圖像并且可以將上述范圍內(nèi)的相應(yīng)的相位值分別配屬給這些附加圖像的每一個。以類似的方式，可以在從(pe-ps)/2到pe的范圍內(nèi)將所采集的掃描結(jié)果fe復(fù)制期望的次數(shù)并且將相應(yīng)的相位值分別配屬給各復(fù)制。然而，只有在從相位值ps到相位值pe的范圍較小或者ps和pe之間的范圍內(nèi)的形狀變化較小時，這種非常簡單的內(nèi)插才是合適的。在其它情況下，標(biāo)記為從一個圖像到另一個圖像的跳躍的可見偽像在跨越該周期的中間時、即在p＝(pe-ps)/2處將變得可見。

因此可以利用上文提到的位置內(nèi)插方法來實(shí)施內(nèi)插的改進(jìn)形式。如圖2的下部所示，圖像fe和fs的配準(zhǔn)被實(shí)施并且結(jié)果是變換矩陣[t]。這意味著確定出剛性配準(zhǔn)。在一些情況下，特別是在從ps到pe的相位范圍間隔較大和/或如果器官發(fā)生了變形而不是簡單地改變其在患者體內(nèi)的位置的情況下，剛性變換是不合適的并且應(yīng)該確定變形場而不是變換矩陣。這種情況將在后面參考圖3予以說明。

在圖2的下部展示的情況中，分別從值fs和fe通過矩陣內(nèi)插生成由具有虛線周線的方線表示的兩個圖像。在以下方程中，[1]表示在對角線上具有矩陣元素1且在其它地方具有矩陣元素0的單位對角矩陣。特別地，對于相位值區(qū)間的第一半和相位值區(qū)間的第二半實(shí)施矩陣內(nèi)插的兩種不同方式：

fr(x，y)＝fs(x，y)*([1]+i*[t])，其中i＜＝0.5

fr(x，y)＝fe(x，y)*([1]+(1-i)*[t]^-1)，其中i＞0.5

在以上兩個方程中，fr(x，y)、fs(x，y)和fe(x，y)分別表示所得到的內(nèi)插圖像fr、開始圖像fs和結(jié)束圖像fe的圖像值。符號[t]^-1表示變換矩陣[t]的逆矩陣。替代地，這兩個方程中的第一個或這兩個方程中的第二個均可以用于從ps到pe的整個范圍，即用于內(nèi)插變量i的整個范圍。由于上述的內(nèi)插僅偏移圖像值的位置而沒有改變灰度，因此這種內(nèi)插是一種位置內(nèi)插。

位置內(nèi)插的另一種形式在圖3中示出。圖像fs、fe的非剛性配準(zhǔn)而并非剛性配準(zhǔn)被實(shí)施，并且獲得了由此得到的變形場[d]。從所述變形場[d]，可以對于兩個被配準(zhǔn)的圖像中的一個內(nèi)的每個位置確定一空間矢量v(x，y)。矢量v(x，y)從該圖像的這個位置指向兩個被配準(zhǔn)圖像中的另一個中的一位置。通常，通過所述矢量連接的兩個位置是不同的位置，否則將不存在由變形場[d]限定的變形。然而，一些位置將不會通過變形場[d]偏移。在這種情況下，相應(yīng)的矢量從一個圖像中的一個位置指向另一個圖像中的同一位置。

如圖3所示，不同矢量從開始圖像fs中的位置指向由具有虛線周線的矩形所表示的生成的圖像，并且不同的矢量從結(jié)束圖像fe中的位置指向由具有虛線周線的矩形所表示的另一生成的圖像中的位置。與上文限定的用于變換矩陣內(nèi)插的方程類似地，以下兩個方程限定了變形場內(nèi)插的一示例，即用于相位值區(qū)間或內(nèi)插變量區(qū)間的兩半：

fr(x，y)＝fs(x，y)+i*v(x，y)，其中i＜＝0.5

fr(x，y)＝fe(x，y)+(1-i)*v(x，y)，其中i＞0.5

如對于變換矩陣內(nèi)插，可以對于內(nèi)插變量i的整個范圍只使用描述變形場內(nèi)插的方程中的一個。變形場內(nèi)插的第二個方程包含因子(1-i)，這意味著可以使反向矢量v(x，y)乘以因子(1-i)的相應(yīng)值從而來計算出所得到的圖像fr的圖像值。

對于初始空間位置(在已有圖像中)到最終空間位置(在要生成的內(nèi)插圖像中)的變換附加或替代地，包含在開始和結(jié)束圖像fs和fe內(nèi)的圖像值(特別是灰度值)可以在相位值區(qū)間內(nèi)如上所述那樣被內(nèi)插。再次，可以使用所述內(nèi)插變量i。

經(jīng)典變形理論假設(shè)圖像值(例如像素或體素)代表患者的解剖學(xué)特征(例如組織類型)，因此不會隨著器官形狀和/或位置的剛性的或可變形的變化而顯著改變。該假設(shè)可以是真的或不是真的：例如，超聲灰度級不僅取決于組織類型，還取決于它對于換能器的定向。在對運(yùn)動器官的采集的過程中，同一器官部分的定向可能發(fā)生改變，從而導(dǎo)致不同灰度值配屬給器官內(nèi)的同一解剖學(xué)區(qū)域。如果這種灰度級沒有被相應(yīng)地內(nèi)插，那么在周期內(nèi)的所述灰度級的變化會導(dǎo)致可見的間隙。因此，在開始相位值ps和結(jié)束相位值pe之間內(nèi)插圖像值是更普遍的情況，因為它包括前面提到的作為特殊情況的下述情況：即在運(yùn)動周期期間在給定解剖學(xué)位置處的灰度級保持恒定。在上面提到的內(nèi)插情況的所有情況下，并沿著下述矢量來如下計算所得到的圖像的圖像值fr(x，y)，即該矢量將位于開始圖像fs與結(jié)束圖像fe中的一對位置所在的位置連接：

fr(x，y)＝(1-i)*fs(x，y)+i*fe(x，y)，

這種“圖像值內(nèi)插”使得所生成的相繼的圖像之間更平滑地過渡。

在下文中將描述流間內(nèi)插的示例。在此，兩個流的圖像、即第一圖像(第一流的圖像)和第二圖像(第二流的圖像)被觀察。流中的至少一個流包括通過成像裝置采集到的掃描結(jié)果(采集的掃描結(jié)果)并選擇性地包括這些采集的掃描結(jié)果之間的多個內(nèi)插圖像，由此這些圖像之一通?？梢员挥米髌渌鞯南嗤辔恢档膶?yīng)圖像。特別地，這些流之一包括相位連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)的流。

圖4在它的上部以與圖2所示相同的方式示出了器官的運(yùn)動周期c和對應(yīng)的跟蹤器信號tr的走向。在圖4的中間部分有兩組圖像數(shù)據(jù)。每個采集的掃描結(jié)果由“x”表示。其圖像由上部線“x”所表示一個流包括七個圖像并且另一流僅包括四個圖像。

兩個流的中央圖像的情況在圖4的下部示出并且流間內(nèi)插的一示例被闡釋。

由于兩個流觀察同一器官并且因為它們的圖像借助相位變量彼此相關(guān)，因此可以假定：單一配準(zhǔn)足以實(shí)施不同流的、在運(yùn)動周期的任何階段彼此相對應(yīng)的、即具有相同的相位值的圖像之間的配準(zhǔn)。然而，如果實(shí)施了一個以上流間配準(zhǔn)，那么就可以獲得兩個流之間的更精確的配準(zhǔn)結(jié)果。在圖4的示例中，實(shí)施了兩個流間配準(zhǔn)，但是實(shí)際上也可以實(shí)施兩個以上流間配準(zhǔn)，以產(chǎn)生兩個流之間的高質(zhì)量配準(zhǔn)。

在通常情況下，我們可以考慮將兩個流都視作相位連續(xù)流，即我們可以在相位變量p的任何期望的位置處在第一流中產(chǎn)生圖像并在第二流中產(chǎn)生的對應(yīng)的圖像。替代地，以上提及的兩個圖像之一可以是采集的掃描結(jié)果，而第二種圖像可以是內(nèi)插圖像，這是因為在通常情況下這兩個流不會是完全同步的。從如上所述的至少兩對對應(yīng)的掃描結(jié)果對，可以實(shí)施剛性或非剛性配準(zhǔn)，每個配準(zhǔn)基于一對圖像，一對圖像中的一個來自第一流，而另一個來自第二流。

在一種有利的組合中，具有較稀疏圖像密度的流(在此被稱為“稀疏流”并且例如作為圖4的下圖像序列被示出)可以例如作為離散流被采用，并且具有較密集的采樣密度的第二流(在此被稱為“密集流”并且例如作為圖4中的上圖像序列被示出)可以被視為例如相位連續(xù)流。在該組合中，在稀疏流中具有采集的掃描結(jié)果的任何器官階段(相位)處并利用對應(yīng)的相位變量p，可以在密集流中識別出一采集的掃描結(jié)果作為對應(yīng)的圖像或者可以通過在密集流中內(nèi)插而生成對應(yīng)的圖像。由于密集流具有相對高的圖像密度，因此由內(nèi)插引起的誤差較小。

在圖4的示例中，稀疏流中采集的掃描結(jié)果被表示為s1、s2且密集流中采集的掃描結(jié)果被表示為f1、f2、f3、f4，而密集流中的內(nèi)插圖像被表示為fs1、fs2且稀疏流中的內(nèi)插圖像被表示為sf2、sf3。在密集流中的圖像的層級上的箭頭和在稀疏流的圖像的層級上的箭頭示出了流間內(nèi)插。

特別地，圖4的底部的放大圖中的密集流的四個掃描結(jié)果中的開始圖像f1和密集流中的相繼的圖像f2可以用來生成密集流的內(nèi)插圖像fs1，例如以如上所述的方法之一生成。以相同的方法，密集流的圖像f3和相繼的圖像f4可以用來生成密集流的第二內(nèi)插圖像fs2。特別地，可以在稀疏流中的所采集的掃描結(jié)果s所在的每個相位值p處生成一內(nèi)插圖像。

在圖4所示的示例中，在密集流內(nèi)、于與稀疏流內(nèi)的原始圖像s1和s2對應(yīng)的相位值p中的值p1和p2處生成內(nèi)插圖像fs1和fs2。特別地，可以在稀疏流中的相應(yīng)的掃描結(jié)果s1、s2與密集流中的內(nèi)插圖像fs1和fs2之間實(shí)施兩兩配準(zhǔn)。這些配準(zhǔn)由圖4的下部的左手側(cè)和右手側(cè)的兩條連續(xù)豎直線表示。在圖示的示例中，所述配準(zhǔn)得到由符號[ta]、[tb]表示的變換矩陣。替代地，配準(zhǔn)結(jié)果可以是變形場[da]、[db](圖4中未示出)。這種變換矩陣或變形場表明稀疏流的圖像必須被變換才能與密集流中的對應(yīng)(采集的或內(nèi)插的)圖像幾何地匹配。明顯地，這種用于在不同流之間配準(zhǔn)圖像的變換只是將一個流的場值(例如灰度級)偏移在另一個流上而不改變它們的值。

在實(shí)施流間配準(zhǔn)的過程中的進(jìn)一步的步驟中，通過在稀疏流的采集的掃描結(jié)果s1、s2之間、在下述相位值pr(特別地在每個相位值)處內(nèi)插而生成內(nèi)插圖像sf2、sf3：密集流的采集的掃描結(jié)果f2、f3在所述相位值pr處存在于密集流的開始圖像f1與結(jié)束圖像f4的相位值之間。

在流間配準(zhǔn)的最后步驟中，在密集流的采集的任何掃描結(jié)果(特別在p1和p2之間的每個期望的值p)的相位值處，兩個配準(zhǔn)結(jié)果(在此為配準(zhǔn)矩陣[ta]和[tb])被內(nèi)插。在期望的相位值pr處，獲得內(nèi)插的配準(zhǔn)結(jié)果(在此為變換矩陣[tc])。使用該內(nèi)插的配準(zhǔn)結(jié)果(如圖4的示例中的第三和第四豎直虛線所示)，所述內(nèi)插的配準(zhǔn)信息被用來使稀疏流中的內(nèi)插圖像sf2、sf3變換在密集流中的掃描結(jié)果f2、f3上。

在剛性配準(zhǔn)的情況下，為了確定內(nèi)插的配準(zhǔn)[tc]，[dt]＝[tb]-[ta]可以被計算以作為在周期或周期范圍上的配準(zhǔn)變化的量度。這種差變換矩陣[dt]不同于圖4所示的示例，因為，在以下方程中，[ta]和[tb]表示在相位值區(qū)間的起點(diǎn)和終點(diǎn)處的配準(zhǔn)矩陣。對于任意期望的相位值pr或追蹤器信號值tr，內(nèi)插的配準(zhǔn)矩陣[tc]可以如下計算：

[tc]＝[ta]+i*[dt]＝(1-i)*[ta]+i*[tb]

在非剛性配準(zhǔn)的情況下，差變形場[dd]＝[db]-[da]被計算。它表示相位值區(qū)間的起點(diǎn)和終點(diǎn)處的圖像s1和s2的位移矢量的差場。對于任意期望的相位值pr或追蹤器信號值tr，可以如下計算內(nèi)插的變形場的結(jié)果、即得到的值[dc](x，y)：

[dc](x，y)＝[da](x，y)+i*[dd](x，y)＝(1-i)*[da](x，y)s+i*[db](x，y)

在下文中將描述相位變量的示例。圖5示出兩個器官運(yùn)動周期中的相位變量p與時間t的函數(shù)關(guān)系。在此示出的示例性的相位進(jìn)程類似于正弦函數(shù)，但是與理想的正弦函數(shù)又明顯不同。另外，開始于時間t＝t0并結(jié)束于時間t＝t1的第一周期的函數(shù)不同于開始于時間t＝t1并結(jié)束于時間t＝t2的第二周期的函數(shù)。在第一周期中，相位值從它的最小值p0向它的最大值p1的初始發(fā)展與第二周期相比更急劇。另外，周期的周期長度可以不同。由此，使用時間變量t不能精確地確定器官運(yùn)動的階段。

不同的是，如圖6所示，相位變量是能精確地限定器官運(yùn)動的相應(yīng)階段的一種變量。在圖6中，沿著水平軸線示出周期性器官運(yùn)動的偏移位置y。在該具體示例中，相位p作為器官偏移位置y的函數(shù)是具有恒定斜率的精確線性函數(shù)。這表示相位值在周期開始處以它的最小值p0(偏移位置y0)開始并且相對于偏移位置y線性(與偏移位置y按比例)地發(fā)展直到在相位值p1處達(dá)到最大偏移位置y1。在每個周期的第二半中，相位變量p沿著圖6所示的曲線沿相反方向變化，并且相同的變化進(jìn)程應(yīng)用至每個具有相同的極限偏移位置y0和y1的周期。

然而，通常而言，相位變量不是器官形狀和/或位置的線性函數(shù)。例如，產(chǎn)生不隨著形狀和/或位置線性變化的輸出信號的常規(guī)追蹤器可以被使用。在任何情況下，相位變量獨(dú)立于器官形狀和/或位置隨時間發(fā)展，這是因為每個相位值被明確地配屬給一器官形狀和/或位置。