專利名稱：胸部ct成像中心臟運(yùn)動(dòng)偽影的減少的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及解剖結(jié)構(gòu)的醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，并且更具體地涉及諸如心臟組 織的運(yùn)動(dòng)內(nèi)部組織的成像。
背景技術(shù)：
通常在已吸入氣或已呼出氣的狀態(tài)下進(jìn)行胸部圖像數(shù)據(jù)采集。病人在 胸部掃描期間摒住呼吸，這防止呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，但是心臟仍然在跳動(dòng)。心 臟運(yùn)動(dòng)引起用于重建CT掃描的投影集內(nèi)的不一致性。這引起運(yùn)動(dòng)偽影，諸 如組織位錯(cuò)、模糊和偽邊緣。在名稱為"Method for Tracking Motion Phase of an Object for Correcting Organ Motion Artifacts in X-Ray CT"的美國(guó)專利申請(qǐng) US 2005/0069081中描述了對(duì)運(yùn)動(dòng)組織成像的方法。這一文獻(xiàn)描述一種跟蹤 諸如心臟的對(duì)象的運(yùn)動(dòng)相位的方法。在心動(dòng)周期的舒張期內(nèi)，與其余心動(dòng) 周期相比存在較少的心臟運(yùn)動(dòng)。所描述的跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)相位的方法識(shí)別 在心動(dòng)周期的舒張期內(nèi)采集的投影數(shù)據(jù)。 一旦識(shí)別了這些投影，則將它們 用于斷層攝影圖像重建過(guò)程，從而產(chǎn)生基本上沒(méi)有心臟運(yùn)動(dòng)偽影的圖像。 然而，如果使用這一方法，數(shù)據(jù)采集時(shí)間必須延長(zhǎng)跨越多個(gè)舒張期，即跨 越多個(gè)心動(dòng)周期，因此需要延長(zhǎng)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間。在該延長(zhǎng)的數(shù)據(jù)采集時(shí) 間期間摒住呼吸對(duì)于病人來(lái)說(shuō)可能是不便的或者有時(shí)是不可能的。
霧明內(nèi)容
具有能夠減少斷層攝影圖像中的運(yùn)動(dòng)偽影的系統(tǒng)是有優(yōu)勢(shì)的，這些圖 像是根據(jù)跨越心動(dòng)周期的多個(gè)不同時(shí)相采集的數(shù)據(jù)計(jì)算出的。
為了更好地解決此顧慮，在本發(fā)明的一個(gè)方面， 一種用于使第一模型 網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)的系
統(tǒng)包括
-配準(zhǔn)單元，其用于在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第一圖像
數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以 及
-適應(yīng)單元，其用于在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ) 上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并用于在對(duì)所 述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格 適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像 數(shù)據(jù)，并使所述第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
第一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格可以描述處于兩個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)相位的解 剖形狀，例如處于第一心動(dòng)周期時(shí)相和處于第二心動(dòng)周期時(shí)相的人類心臟。 兩個(gè)模型網(wǎng)格都具有相同的網(wǎng)格拓?fù)洹Ｔ贘. von Berg和C. Lorenz的 "Multi-surface cardiac Modeling, Segmentation and Tracking"中描述了——禾中 在模型空間中構(gòu)建一系列模型網(wǎng)格的方法，其中該系列模型網(wǎng)格描述了處 于不同心動(dòng)周期時(shí)相的人類心臟，該文章發(fā)表在FIMH， Proceeding of the Third international Workshop,第1-11頁(yè)，Springer 2005，下文中稱其為參考 文獻(xiàn)1。
. 該系統(tǒng)的配準(zhǔn)單元被布置為將第一模型網(wǎng)格與第一圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配 準(zhǔn)，并將第二模型網(wǎng)格與第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。該配準(zhǔn)是通過(guò)模型空間 到圖像數(shù)據(jù)空間的配準(zhǔn)變換(例如相似變換)執(zhí)行的。將同樣的配準(zhǔn)變換 用于變換第一模型網(wǎng)格并用于變換第二模型網(wǎng)格。該配準(zhǔn)變換基于代價(jià)函 數(shù)最優(yōu)化。例如，所計(jì)算的配準(zhǔn)變換可以對(duì)應(yīng)于代價(jià)函數(shù)的最小值。所計(jì) 算的配準(zhǔn)變換用于變換第 一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格。
該系統(tǒng)的適應(yīng)單元被布置為使經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像 數(shù)據(jù)，并使經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)代價(jià)函數(shù)最 優(yōu)化來(lái)計(jì)算經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置以及經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格 的頂點(diǎn)位置。例如，適應(yīng)的第一模型網(wǎng)格的所計(jì)算的頂點(diǎn)位置以及適應(yīng)的 第二模型網(wǎng)格的所計(jì)算的頂點(diǎn)位置可以對(duì)應(yīng)于代價(jià)函數(shù)的最小值。
第一圖像數(shù)據(jù)可以包括在第一心動(dòng)周期時(shí)相采集的胸部CT數(shù)據(jù)的第 一組切片，而第二圖像數(shù)據(jù)可以包括在第二心動(dòng)周期時(shí)相采集的胸部CT數(shù) 據(jù)的第二組切片。適應(yīng)的第一模型網(wǎng)格和適應(yīng)的第二模型網(wǎng)格可以用于構(gòu)
6建圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償重建所需的矢量場(chǎng)。用于使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第 一圖像數(shù)據(jù)并用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)的所述系統(tǒng)因此能 夠減少斷層攝影圖像中的運(yùn)動(dòng)偽影，這些圖像是根據(jù)在心動(dòng)周期的多個(gè)不 同時(shí)相采集的數(shù)據(jù)計(jì)算出的。
該系統(tǒng)所提供的進(jìn)一步優(yōu)勢(shì)是一種用于使具有預(yù)定拓?fù)涞耐負(fù)淠Ｐ途W(wǎng) 格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)的改進(jìn)的系統(tǒng)，例如，用于基于在 心動(dòng)周期的多個(gè)不同時(shí)相所采集的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)個(gè)人心臟的心臟運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建 模。該系統(tǒng)所用的適應(yīng)的第一模型網(wǎng)格和適應(yīng)的第二模型網(wǎng)格是描述處于 心動(dòng)周期的兩個(gè)不同時(shí)相的個(gè)人心臟的拓?fù)淠Ｐ途W(wǎng)格的有用幾何實(shí)例。
該系統(tǒng)的有利特性歸因于運(yùn)動(dòng)模型中包括的關(guān)于心臟運(yùn)動(dòng)的內(nèi)嵌信 息，該運(yùn)動(dòng)模型包括用于對(duì)處于第一心動(dòng)周期時(shí)相的心臟進(jìn)行建模的第一 模型網(wǎng)格和用于對(duì)處于第二心動(dòng)周期時(shí)相的心臟進(jìn)行建模的第二模型網(wǎng) 格。
在該系統(tǒng)的一實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還包括計(jì)算單元，用于計(jì)算稀疏矢 量場(chǎng)，該稀疏矢量場(chǎng)包括適應(yīng)的第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)相對(duì)于適應(yīng)的第一模 型網(wǎng)格的相應(yīng)頂點(diǎn)的位移矢量。該稀疏矢量場(chǎng)包括關(guān)于兩個(gè)對(duì)象(例如由 這些模型網(wǎng)格建模的解剖結(jié)構(gòu)的表面)之間的關(guān)系的有用信息。例如，該 稀疏矢量場(chǎng)描述如何將由第二模型網(wǎng)格建模的第二對(duì)象變換成由第一模型 網(wǎng)格建模的第一對(duì)象。
在該系統(tǒng)的一實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還包括逼近單元，用于計(jì)算密集矢 量場(chǎng)，該密集矢量場(chǎng)包括第二圖像數(shù)據(jù)中包括的位置相對(duì)于第一圖像數(shù)據(jù) 中包括的相應(yīng)位置的位移矢量并且基于該稀疏矢量場(chǎng)。例如，該逼近單元
可以被布置為利用薄板樣條函數(shù)內(nèi)插該稀疏矢量場(chǎng)。F. L. Bookstein的題為 "Principal warps: Thin-plate splines and the decomposition of deformations "的 文章中描述了利用對(duì)稀疏矢量場(chǎng)進(jìn)行薄板樣條函數(shù)內(nèi)插來(lái)構(gòu)建密集矢量 場(chǎng)，該文章發(fā)表在IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,第11巻，第567-585頁(yè)，1989。對(duì)包括第二圖像數(shù)據(jù)中包括 〔'勺位置相對(duì)于第一圖像數(shù)據(jù)中包括的相應(yīng)位置的位移矢量的密集矢量場(chǎng)進(jìn) 行構(gòu)建使得有可能將第二圖像數(shù)據(jù)中包括的任何對(duì)象變換成第一圖像數(shù)據(jù) 中的相應(yīng)對(duì)象。, 在該系統(tǒng)的一實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還包括融合單元，用于使用密集矢
i場(chǎng)將第二圖像數(shù)據(jù)與第一圖像數(shù)據(jù)相融合，由此生成融合的圖像數(shù)據(jù)。
第一圖像數(shù)據(jù)可以包括在第一心動(dòng)周期時(shí)相采集的胸部CT切片中包括的 數(shù)據(jù)，而第二數(shù)據(jù)可以包括在第二心動(dòng)周期時(shí)相采集的胸部CT切片中包括 的數(shù)據(jù)。融合的圖像數(shù)據(jù)包括自第一圖像數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)和經(jīng)變換的第二圖 像數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)，所述經(jīng)變換的第二圖像數(shù)據(jù)包括用密集矢量場(chǎng)變換過(guò)的 第二圖像數(shù)據(jù)。盡管第二圖像數(shù)據(jù)包括在第二心動(dòng)周期時(shí)相采集的數(shù)據(jù)， 經(jīng)變換的第二圖像數(shù)據(jù)逼近在第一心動(dòng)周期時(shí)相的第二圖像數(shù)據(jù)。因此融 合的圖像數(shù)據(jù)的視圖比不使用用于補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)偽影的密集矢量場(chǎng)而融合的圖 像數(shù)據(jù)的視圖包括更少的運(yùn)動(dòng)偽影。心臟運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償具有很多有用的應(yīng)用。 例如，心臟運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償增強(qiáng)了位于心臟附近的肺結(jié)節(jié)的可見(jiàn)性。
在該系統(tǒng)的一實(shí)施方式中，該系統(tǒng)還包括重建單元，用于使用密集矢 量場(chǎng)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。P. Gmngeat等人針對(duì)圓形X射線CT中的錐 束重建的題為"Theoretical framework for a dynamic cone-beam reconstruction algorithm based on a dynamic particle model"的文章以及J. A. Kimdon等人針 對(duì)螺旋X射線CT中的錐束重建的題為"Motion Estimation and Compensation in Dynamic Spiral CT Reconstruction"的文章描述了用于利用經(jīng)濾波的反投 影內(nèi)的密集矢量場(chǎng)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)的適當(dāng)方法，其中前者發(fā)表在 Physics in Medicine and Biology,第47巻，第2611-2625頁(yè)，2002;后者發(fā) 表在Nuclear Science Symposium Conference Record, IEEE， 第7巻，2004 年10月16-22日，第4204-4206頁(yè)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)計(jì)算的視圖 使其運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)一步減少。可替換地，該密集矢量場(chǎng)可以應(yīng)用于利用不同 的重建算法(例如代數(shù)重建算法)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。
在該系統(tǒng)的一實(shí)施方式中，第一模型網(wǎng)格是處于第一心動(dòng)周期時(shí)相的 第一心臟模型網(wǎng)格，且第二模型網(wǎng)格是處于第二心動(dòng)周期時(shí)相的第二心臟 模型網(wǎng)格。這一實(shí)施方式描述了該系統(tǒng)的有用的應(yīng)用。在這里該系統(tǒng)可以 用于對(duì)心臟運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模和/或用于減少根據(jù)圖像數(shù)據(jù)集計(jì)算出的圖像中的 運(yùn)動(dòng)偽影。
在該系統(tǒng)的一實(shí)施方式中，所述配準(zhǔn)變換是仿射變換。仿射變換具有
許多優(yōu)勢(shì)它們易于實(shí)現(xiàn)，計(jì)算快捷，并且提供12個(gè)自由度，即幾乎是提供7個(gè)自由度的相似變換的兩倍。
在本發(fā)明的另一方面， 一種圖像采集裝置包括用于使第一模型網(wǎng)格適 應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該
系統(tǒng)包括
-配準(zhǔn)單元，其用于在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模型 網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第一圖像 數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以 及
-適應(yīng)單元，其用于在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ) 上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并用于在對(duì)所 述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格 適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像 數(shù)據(jù)，并使所述第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一方面， 一種工作站包括用于使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第 一圖像數(shù)據(jù)并用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括
-配準(zhǔn)單元，其用于在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模型 網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第一圖像 數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以 及
-適應(yīng)單元，其用于在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)
上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并用于在對(duì)所
述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格
適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像
數(shù)據(jù)，并使所述第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一方面， 一種使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并使 第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)的方法包括
-配準(zhǔn)步驟，其用于在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模型 網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第一圖像
數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以及
-適應(yīng)步驟，其用于在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ) 上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并用于在對(duì)所 述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格 適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像 數(shù)據(jù)，并使所述第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的另一方面， 一種要由計(jì)算機(jī)裝置裝入的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包 括用于使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于 第二圖像數(shù)據(jù)的指令，所述計(jì)算機(jī)裝置包括處理單元和存儲(chǔ)器，所述計(jì)算 機(jī)程序產(chǎn)品在被裝入后，為所述處理單元提供執(zhí)行以下任務(wù)的能力
-在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換 的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第一圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并
將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以及
-在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的 第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并在對(duì)所述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn) 位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù) 據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并使所述第二模 型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
基于本說(shuō)明書(shū)，技術(shù)人員可以執(zhí)行與所述系統(tǒng)的修改及其變化相對(duì)應(yīng) 的所述圖像采集裝置、工作站、方法和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的修改及變化。
技術(shù)人員將意識(shí)到，可以將該方法應(yīng)用于通過(guò)各種采集模態(tài)采集的三
維(3D)圖像數(shù)據(jù)和四維(4D)時(shí)間相關(guān)圖像數(shù)據(jù)，這些采集模態(tài)例如但 不局限于計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)斷層攝影(SPECT)和核醫(yī) 學(xué)(畫(huà))。


根據(jù)下文所描述的實(shí)現(xiàn)方式和實(shí)施方式，并且參考附圖，本發(fā)明的這
些及其他方面將變得明顯并得以闡明，其中 圖1是系統(tǒng)的示范性實(shí)施方式的框圖；圖2是方法的示范性實(shí)現(xiàn)方式的流程圖3示意性地顯示了圖像采集裝置的示范性實(shí)施方式；并且 圖4示意性地顯示了工作站的示范性實(shí)施方式。 在全部附圖中相同的參考數(shù)字用于表示相似的部分。
具體實(shí)施例方式
圖1是系統(tǒng)的示范性實(shí)施方式的框圖，該系統(tǒng)用于使第一模型網(wǎng)格適 應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并且用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)，該系統(tǒng) 包括
-配準(zhǔn)單元110，其用于在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模 型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將第一模型網(wǎng)格與第一圖像數(shù)據(jù)進(jìn) 行配準(zhǔn)，并將第二模型網(wǎng)格與第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以及
-適應(yīng)單元120，其用于在對(duì)第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上 使經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)，并用于在對(duì)第二模型網(wǎng)格 的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù) 據(jù)。
系統(tǒng)100的示范性實(shí)施方式還包括以下任選單元
-計(jì)算單元130，其用于計(jì)算稀疏矢量場(chǎng)，該稀疏矢量場(chǎng)包括適應(yīng)的第 二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)相對(duì)于適應(yīng)的第一模型網(wǎng)格的相應(yīng)頂點(diǎn)的位移矢量；
-逼近單元140，其用于計(jì)算密集矢量場(chǎng)，該密集矢量場(chǎng)包括第二圖像 數(shù)據(jù)中包括的位置相對(duì)于第一圖像數(shù)據(jù)中包括的相應(yīng)位置的位移矢量并且 基于該稀疏矢量場(chǎng)；
-融合單元150，其用于使用密集矢量場(chǎng)將第二圖像數(shù)據(jù)與第一圖像數(shù) 據(jù)相融合；
.-重建單元155，其用于使用密集矢量場(chǎng)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)； -控制單元160，其用于控制系統(tǒng)100中的工作流程； -用戶接口165，其用于與系統(tǒng)100的用戶進(jìn)行通信；以及 -存儲(chǔ)器單元170，其用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
在系統(tǒng)100的示范性實(shí)施方式中有三個(gè)輸入連接器181、 182和183， 用于進(jìn)入的數(shù)據(jù)。第一輸入連接器181被布置為接收從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)入
ii的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備例如但不限于硬盤(pán)、磁帶、閃存或光盤(pán)。第 二輸入連接器182被布置為接收從用戶輸入設(shè)備進(jìn)入的數(shù)據(jù)，所述用戶輸 入設(shè)備例如但不限于鼠標(biāo)或觸摸屏。第三輸入連接器183被布置為接收
從諸如鍵盤(pán)的用戶輸入設(shè)備進(jìn)入的數(shù)據(jù)。輸入連接器181、 182和183連接 到輸入控制單元180。
在系統(tǒng)100的示范性實(shí)施方式中有兩個(gè)輸出連接器191和192，用于輸 出的數(shù)據(jù)。第一輸出連接器191被布置為將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，例 如硬盤(pán)、磁帶、閃存或光盤(pán)。第二輸出連接器192被布置為將數(shù)據(jù)輸出到 顯示設(shè)備。輸出連接器191和192經(jīng)由輸出控制單元190接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
技術(shù)人員將理解，存在許多方式來(lái)將輸入設(shè)備連接到系統(tǒng)100的輸入 連接器181、 182和183，并將輸出設(shè)備連接到系統(tǒng)100的輸出連接器191 和192。這些方式包括但不限于有線和無(wú)線連接，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，例如但不限 于局域網(wǎng)(LAN)和廣域網(wǎng)(WAN)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字電話網(wǎng)以及模擬電話網(wǎng)。
在系統(tǒng)100的示范性實(shí)施方式中，系統(tǒng)100包括存儲(chǔ)器單元170。系統(tǒng) 100被布置為從外部設(shè)備經(jīng)由任一輸入連接器181、 182和183接收輸入數(shù) 據(jù)，并將接收的輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元170中。將輸入數(shù)據(jù)裝入存儲(chǔ) 器單元170允許系統(tǒng)100的各單元對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行快速存取。輸入數(shù) 據(jù)可以包括例如第一圖像數(shù)據(jù)和第二圖像數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器單元170可以由以 下設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如但不限于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)芯片、只讀存儲(chǔ) 器(ROM)芯片和/或硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和硬盤(pán)。存儲(chǔ)器單元170可以被進(jìn)一步布 置為存儲(chǔ)輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)可以包括例如適應(yīng)的第一模型網(wǎng)格和適應(yīng)的 第二模型網(wǎng)格。存儲(chǔ)器單元170還被布置為經(jīng)由存儲(chǔ)器總線175從系統(tǒng)100 的各單元接收數(shù)據(jù)并向這些單元傳遞數(shù)據(jù)，系統(tǒng)100的各單元包括配準(zhǔn) 單元IIO、適應(yīng)單元120、計(jì)算單元130、逼近單元140、融合單元150、重 建單元155、控制單元160和用戶接口 165。存儲(chǔ)器單元170還被布置為使 外部設(shè)備可以經(jīng)由任一輸出連接器191和192獲得輸出數(shù)據(jù)。將來(lái)自系統(tǒng) 100的各單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元170中可以有利地改進(jìn)系統(tǒng)100的各 單元的性能，以及輸出數(shù)據(jù)從系統(tǒng)100的各單元傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備的速率。
可替換地，系統(tǒng)100可以不包括存儲(chǔ)器單元170和存儲(chǔ)器總線175?？?以由連接到系統(tǒng)100的各單元的至少一個(gè)外部設(shè)備(例如外部存儲(chǔ)器或處理器)提供系統(tǒng)100所使用的輸入數(shù)據(jù)。類似地，系統(tǒng)100所產(chǎn)生的輸出 數(shù)據(jù)可以提供給連接到系統(tǒng)100的各單元的至少一個(gè)外部設(shè)備(例如外部 存儲(chǔ)器或處理器)。系統(tǒng)100的各單元可以被布置為經(jīng)由內(nèi)部連接或經(jīng)數(shù)據(jù)
總線從彼此接收數(shù)據(jù)。
在圖1所示的系統(tǒng)100的示范性實(shí)施方式中，系統(tǒng)100包括控制單元 160，用于控制系統(tǒng)100中的工作流程?？刂茊卧梢员徊贾脼閺南到y(tǒng)100
的各單元接收控制數(shù)據(jù)并向這些單元提供控制數(shù)據(jù)。例如，在配準(zhǔn)第一模
型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格之后，配準(zhǔn)單元110可以被布置為向控制單元160 提供控制數(shù)據(jù)項(xiàng)"配準(zhǔn)已完成"，控制單元160可以被布置為向適應(yīng)單元120 提供進(jìn)一步的控制數(shù)據(jù)"開(kāi)始使第一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格適應(yīng)"?？商?換地，可以在系統(tǒng)100的另一單元中實(shí)現(xiàn)控制功能。
在圖1所示的系統(tǒng)100的示范性實(shí)施方式中，系統(tǒng)100包括用戶接口 165，用于與系統(tǒng)100的用戶進(jìn)行通信。用戶接口 165可以被布置為提示用 戶進(jìn)行輸入，并接受用戶輸入，例如用于指定包含包括第一圖像數(shù)據(jù)和第 二圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)集的文件。用戶接口 165還可以向用戶提供關(guān)于適 應(yīng)進(jìn)展的領(lǐng)悟，例如通過(guò)顯示經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格和經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型 網(wǎng)格。任選地，用戶接口可以接收用戶輸入，以便選擇系統(tǒng)100的操作模 式，例如用于選擇要由配準(zhǔn)單元和域適應(yīng)單元使用的代價(jià)函數(shù)的模式。技 術(shù)人員將理解，可以在系統(tǒng)100的用戶接口 165中有利地實(shí)現(xiàn)更多功能。
任選地，在系統(tǒng)100的另一實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括例如鼠標(biāo) 或鍵盤(pán)的輸入設(shè)備，和/或例如顯示器的輸出設(shè)備。技術(shù)人員將理解，存在 可以有利地包括在系統(tǒng)100中的很多種輸入和輸出設(shè)備。
將通過(guò)參考本發(fā)明的系統(tǒng)100的對(duì)多相CT圖像數(shù)據(jù)集中的心臟形狀及 運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模的應(yīng)用來(lái)解釋系統(tǒng)100。然而，技術(shù)人員將理解，系統(tǒng)100可 適用于其他成像模態(tài)，例如MRI，其順序地掃描胸部，從而當(dāng)組合隨時(shí)間 采集的圖像數(shù)據(jù)時(shí)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)偽影。所描述的實(shí)施方式不應(yīng)解讀為是對(duì)權(quán)利 要求的范圍的限制。
, 在一實(shí)施方式中，第一模型網(wǎng)格是用于對(duì)處于第一心動(dòng)周期時(shí)相的成 人"平均"心臟進(jìn)行建模的網(wǎng)格，第二模型網(wǎng)格是用于對(duì)處于第二心動(dòng)周 期時(shí)相的成人"平均"心臟進(jìn)行建模的網(wǎng)格。可以利用對(duì)描述多個(gè)成人的多個(gè)心臟的多個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行的Procrustes分析和/或主成分分析(PCA)來(lái)構(gòu)建 第一模型網(wǎng)格。在I, L. Dryden和K. V. Mardia的名稱為"Statistical Shape Analysis"的書(shū)，John Wiley & Sons; Chichester, UK, 1998，中描述了 Procrustes 分析和PCA?？梢酝ㄟ^(guò)使網(wǎng)格適應(yīng)于多個(gè)訓(xùn)練圖像中的訓(xùn)練圖像，來(lái)獲得 所述多個(gè)網(wǎng)格中的每一個(gè)網(wǎng)格，其中每一個(gè)訓(xùn)練圖像都描述了處于第一心 動(dòng)周期時(shí)相的成人的心臟。在2003年的IEEE Transaction on Medical Imaging 第22巻第8期第1005-1013頁(yè)的M. R. Kaus等人的題為"Automated 3-D PDM Construction From Segmented Image Using Deformable Models"的文章 中描述了一種根據(jù)多個(gè)訓(xùn)練圖像來(lái)構(gòu)建多個(gè)網(wǎng)格的方法。可以以類似的方 式來(lái)構(gòu)建用于對(duì)處于第二心動(dòng)周期時(shí)相的心臟進(jìn)行建模的第二模型網(wǎng)格。 在參考文獻(xiàn)1中描述了一種用于在模型空間中構(gòu)建一系列模型網(wǎng)格的方法， 該系列模型網(wǎng)格描述了處于不同心動(dòng)周期時(shí)相的人類心臟。
可以通過(guò)第一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)在模型空間坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)(例如笛卡爾坐標(biāo))來(lái)描述第一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格。可以通過(guò) 第二模型網(wǎng)格的各頂點(diǎn)在模型空間坐標(biāo)系中相對(duì)于第一模型網(wǎng)格的相應(yīng)頂 點(diǎn)的位移矢量來(lái)描述第一模型網(wǎng)格與第二模型網(wǎng)格之間的關(guān)系。
系統(tǒng)100的配準(zhǔn)單元110被布置為將第一模型網(wǎng)格與第一圖像數(shù)據(jù)進(jìn)
行配準(zhǔn)，并將第二模型網(wǎng)格與第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。借助于配準(zhǔn)變換(例 如剛性變換、相似變換或仿射變換等全局變換)來(lái)執(zhí)行該配準(zhǔn)。將同樣的 p準(zhǔn)變換用于變換第一模型網(wǎng)格并用于變換第二模型網(wǎng)格。
基于代價(jià)函數(shù)計(jì)算該配準(zhǔn)變換。例如，該代價(jià)函數(shù)可以是包括內(nèi)能量
項(xiàng)和外能量項(xiàng)的總能量函數(shù)。內(nèi)能量項(xiàng)被布置為懲罰(penalize)經(jīng)配準(zhǔn)的 第一模型網(wǎng)格和/或經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格的變形。外能量項(xiàng)被布置為懲罰 經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)從第一圖像數(shù)據(jù)中其相應(yīng)目標(biāo)位置起的位移 和經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)從第二圖像數(shù)據(jù)中其相應(yīng)目標(biāo)位置起的位 移。在0. Ecabert等人的題為"Towards automatic Ml heart segmentation in computed-tomography images"的文章中描述了對(duì)示范性內(nèi)能量項(xiàng)和示范性 外能量項(xiàng)的構(gòu)建，該文章發(fā)表在2005年的Computers in Cardiology第 223-226頁(yè)，下文中稱其為參考文獻(xiàn)2，且在J. Weese等人的題為"Shape constrained deformable models for 3D medical image segmentation"的文章中對(duì)此進(jìn)行了更詳細(xì)的描述，該文章發(fā)表在Proc. IPMI，第380-387頁(yè)，Springer 2001，下文中稱其為參考文獻(xiàn)3。該配準(zhǔn)基于配準(zhǔn)變換的變化的參數(shù)以最小 化總能量。將所計(jì)算的配準(zhǔn)變換用于變換第一模型網(wǎng)格和變換第二模型網(wǎng) 格。
可以將第一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格的配準(zhǔn)變換定義為在模型網(wǎng)格空 間坐標(biāo)系中的第一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格的坐標(biāo)變換。通常，從一類變 換中選擇候選配準(zhǔn)變換。由許多參數(shù)來(lái)指定每一個(gè)變換，允許這些參數(shù)在 參數(shù)特定范圍內(nèi)變化。在一實(shí)施方式中，配準(zhǔn)變換是來(lái)自一類剛性變換的 變換?？梢杂?個(gè)獨(dú)立參數(shù)來(lái)指定每一個(gè)剛性變換。在另一實(shí)施方式中， 配準(zhǔn)變換可以是來(lái)自一類相似變換或來(lái)自一類仿射變換的變換。由7個(gè)參 數(shù)來(lái)指定每一個(gè)相似變換，由12個(gè)參數(shù)來(lái)指定每一個(gè)仿射變換。在更普遍 的實(shí)施方式中，配準(zhǔn)變換可以是來(lái)自一類分段仿射變換的變換。指定分段 仿射變換的參數(shù)的數(shù)量取決于模型空間到成分仿射變換的域的劃分。
系統(tǒng)100的適應(yīng)單元120被布置為使經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第 一圖像數(shù)據(jù)，并使經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)。在代價(jià)函 數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置和經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng) 格的頂點(diǎn)位置。例如，所計(jì)算的第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置和所計(jì)算的第二 模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置可以對(duì)應(yīng)于代價(jià)函數(shù)的最小值。該代價(jià)函數(shù)可以是包 括內(nèi)能量項(xiàng)和外能量項(xiàng)的總能量函數(shù)。內(nèi)能量項(xiàng)被布置為懲罰適應(yīng)的第一 模型網(wǎng)格和/或適應(yīng)的第二模型網(wǎng)格的變形。外能量項(xiàng)被布置為懲罰適應(yīng)的 第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)從第一圖像數(shù)據(jù)中其相應(yīng)目標(biāo)位置起的位移和適應(yīng)的 第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)從第二圖像數(shù)據(jù)中其相應(yīng)目標(biāo)位置起的位移。在參考 文獻(xiàn)2和參考文獻(xiàn)3中描述了對(duì)示范性內(nèi)能量項(xiàng)和示范性外能量項(xiàng)的構(gòu)建 以及使總能量最小化。該適應(yīng)基于第一模型網(wǎng)格和第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)的 變化的位置以最小化總能量。
在系統(tǒng)100的一實(shí)施方式中，系統(tǒng)100還包括計(jì)算單元130，用于計(jì)算 稀疏矢量場(chǎng)，該稀疏矢量場(chǎng)包括適應(yīng)的第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)相對(duì)于適應(yīng)的 第一模型網(wǎng)格的相應(yīng)頂點(diǎn)的位移矢量。在系統(tǒng)100的另一實(shí)施方式中，系 統(tǒng)100還包括逼近單元140，用于計(jì)算密集矢量場(chǎng)，該密集矢量場(chǎng)包括第二 圖像數(shù)據(jù)中包括的位置相對(duì)于第一圖像數(shù)據(jù)中包括的相應(yīng)位置的位移矢量并且基于該稀疏矢量場(chǎng)。例如，該逼近單元可以被布置為利用薄板樣條函
數(shù)來(lái)內(nèi)插該稀疏矢量場(chǎng)。融合單元150或重建單元155可以使用該密集矢 量場(chǎng)來(lái)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。
在系統(tǒng)100的一實(shí)施方式中，系統(tǒng)100還包括重建單元155，用于通過(guò) 使用密集矢量場(chǎng)來(lái)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。可以在經(jīng)濾波的反投影方法 中執(zhí)行借助于密集矢量場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)的重建?？商鎿Q地，該密 集矢量場(chǎng)可以應(yīng)用于通過(guò)不同的重建算法(例如代數(shù)重建算法)重建運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。技術(shù)人員將理解，權(quán)利要求的范圍與重建單元155所使 用的重建方法無(wú)關(guān)。
技術(shù)人員將理解，系統(tǒng)100可以應(yīng)用于包括在多于兩個(gè)數(shù)據(jù)采集時(shí)間 所采集的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)集。對(duì)于和圖像數(shù)據(jù)采集時(shí)間相對(duì)應(yīng)的每個(gè) 心動(dòng)周期時(shí)相，存在包括在所述心動(dòng)周期時(shí)相采集的一組胸部CT掃描數(shù)據(jù) 切片的圖像數(shù)據(jù)和來(lái)自運(yùn)動(dòng)模型的模型網(wǎng)格，該模型網(wǎng)格對(duì)應(yīng)于所述心動(dòng) 周期時(shí)相。系統(tǒng)100的配準(zhǔn)單元110可以被布置為在為變換所述模型網(wǎng)格 而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上將每個(gè)模型網(wǎng)格與對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配 準(zhǔn)。將同樣的配準(zhǔn)變換應(yīng)用于每個(gè)模型網(wǎng)格。系統(tǒng)的適應(yīng)單元120被布置 為在對(duì)每個(gè)模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使每個(gè)經(jīng)配準(zhǔn)的模型網(wǎng)格 適應(yīng)于相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。
模型網(wǎng)格的配準(zhǔn)和適應(yīng)可以分別基于利用代價(jià)函數(shù)對(duì)配準(zhǔn)變換的參數(shù) 的計(jì)算和基于利用代價(jià)函數(shù)對(duì)模型網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算。代價(jià)函數(shù)可以是
例如包括內(nèi)能量項(xiàng)和外能量項(xiàng)的總能量函數(shù)。內(nèi)能量項(xiàng)被布置為懲罰經(jīng)配 準(zhǔn)或適應(yīng)的模型網(wǎng)格的變形。外能量項(xiàng)被布置為懲罰經(jīng)配準(zhǔn)或適應(yīng)的模型 網(wǎng)格的頂點(diǎn)從圖像數(shù)據(jù)中其相應(yīng)目標(biāo)位置起的位移。配準(zhǔn)單元110和適應(yīng) 單元120可以使用相同的代價(jià)函數(shù)?？商鎿Q地，配準(zhǔn)單元110和適應(yīng)單元 120可以使用不同的代價(jià)函數(shù)。
內(nèi)能量項(xiàng)可以依賴于和參考心動(dòng)周期時(shí)相相對(duì)應(yīng)的參考模型網(wǎng)格的頂 點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)用戶輸入確定參考心動(dòng)周期時(shí)相。可替換地，內(nèi)能量項(xiàng)可以 依賴于和多個(gè)心動(dòng)周期時(shí)相相對(duì)應(yīng)的多個(gè)模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)，并可能依賴于 來(lái)自該組模型網(wǎng)格的所有模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)。另外，內(nèi)能量項(xiàng)可以僅包括網(wǎng) 格內(nèi)頂點(diǎn)相互作用項(xiàng)?？商鎿Q地，內(nèi)能量項(xiàng)可以包括網(wǎng)格內(nèi)頂點(diǎn)相互作用
16項(xiàng)和網(wǎng)格間頂點(diǎn)相互作用項(xiàng)。
計(jì)算單元130可以使用適應(yīng)的模型網(wǎng)格來(lái)計(jì)算稀疏矢量場(chǎng)，且逼近單 元140可以使用適應(yīng)的模型網(wǎng)格來(lái)計(jì)算密集矢量場(chǎng)。融合單元150可以用 于利用與相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)和參考圖像數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的密集矢量場(chǎng)將圖像數(shù)據(jù)集 中的每個(gè)圖像數(shù)據(jù)子集與參考圖像數(shù)據(jù)相融合，由此生成融合的圖像數(shù)據(jù)。 重建單元155可以用于利用所計(jì)算的密集矢量場(chǎng)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。
技術(shù)人員還會(huì)理解，系統(tǒng)100的其他實(shí)施方式也是可能的。其中，有 可能重新定義系統(tǒng)的各單元并重新分配其功能。例如，在系統(tǒng)100的一實(shí) 施方式中，計(jì)算單元130的功能可以與逼近單元140的功能合并。在系統(tǒng) 100另一實(shí)施方式中，可以存在多個(gè)配準(zhǔn)單元，以代替配準(zhǔn)單元110。所述 多個(gè)配準(zhǔn)單元中的每一個(gè)配準(zhǔn)單元都可以被布置為應(yīng)用不同的代價(jià)函數(shù)。 所應(yīng)用的代價(jià)函數(shù)可以基于用戶選擇。
可以通過(guò)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)100的各單元。通常，在軟件程序產(chǎn)品的 控制下執(zhí)行系統(tǒng)100的各單元的功能。在執(zhí)行期間，通常將軟件程序產(chǎn)品 裝入存儲(chǔ)器(如RAM)并由此執(zhí)行。可以從后臺(tái)存儲(chǔ)器(如ROM、硬盤(pán)、 磁存儲(chǔ)設(shè)備和/或光存儲(chǔ)設(shè)備)裝入程序，或者可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng)) 裝入。任選地，專用于該應(yīng)用的集成電路可以提供所述的功能。
圖2是使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于 第二圖像數(shù)據(jù)的方法200的示范性實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。該方法開(kāi)始于配準(zhǔn) 步驟210，用于在為變換第一模型網(wǎng)格和變換第二模型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的 計(jì)算的基礎(chǔ)上，將第一模型網(wǎng)格與第一圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將第二模型 網(wǎng)格與第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。在配準(zhǔn)步驟210之后，方法200繼續(xù)前進(jìn)
到適應(yīng)步驟220，用于在對(duì)第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使經(jīng)配 準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)，并用于在對(duì)第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn) 位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)。在適 應(yīng)步驟220之后，方法200繼續(xù)前進(jìn)到計(jì)算步驟230，用于計(jì)算稀疏矢量場(chǎng)， 該稀疏矢量場(chǎng)包括適應(yīng)的第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)相對(duì)于適應(yīng)的第一模型網(wǎng)格 的相應(yīng)頂點(diǎn)的位移矢量。在計(jì)算步驟230之后，方法200繼續(xù)前進(jìn)到逼近 步驟240，用于計(jì)算密集矢量場(chǎng)，該密集矢量場(chǎng)包括第二圖像數(shù)據(jù)中包括的 位置相對(duì)于第一圖像數(shù)據(jù)中包括的相應(yīng)位置的位移矢量并且基于該稀疏矢量場(chǎng)。接下來(lái)，方法200繼續(xù)前進(jìn)到融合步驟250，用于使用密集矢量場(chǎng)將 第二圖像數(shù)據(jù)與第一圖像數(shù)據(jù)相融合?？商鎿Q地，在逼近步驟240之后， 方法200可以繼續(xù)前進(jìn)到重建步驟255，用于使用密集矢量場(chǎng)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 的圖像數(shù)據(jù)。在融合步驟250之后或在重建步驟255之后，方法200結(jié)束。
方法200中的步驟順序不是強(qiáng)制的，技術(shù)人員可以改變一些步驟的順 序，或使用線程模型、多處理器系統(tǒng)或多個(gè)進(jìn)程來(lái)同時(shí)執(zhí)行一些步驟，而 不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍?？蛇x的，可以將本發(fā)明的方法200的兩個(gè)或多個(gè) 步驟融合為一個(gè)步驟。任選地，可以將本發(fā)明的方法200的一個(gè)步驟分為 多個(gè)步驟。方法200的一些步驟是任選的，并可以省略。
圖3示意性地顯示了使用系統(tǒng)100的圖像采集裝置300的示范性實(shí)施 方式，所述圖像采集裝置300包括圖像采集單元310，其經(jīng)由內(nèi)部連接與 系統(tǒng)100相連接；輸入連接器301;以及輸出連接器302。這種布置有利地 提高了圖像采集裝置300的能力，為所述圖像采集裝置300提供了系統(tǒng)100 的用于使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)和使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二 圖像數(shù)據(jù)的有利能力。圖像采集裝置的示例包括但不限于CT系統(tǒng)、X射 線系統(tǒng)、MRI系統(tǒng)、US系統(tǒng)、PET系統(tǒng)、SPECT系統(tǒng)和NM系統(tǒng)。
圖4示意性地顯示了工作站400的示范性實(shí)施方式。該工作站包括系 統(tǒng)總線401。將處理器410、存儲(chǔ)器420、磁盤(pán)輸入/輸出(I/O)適配器430 和用戶接口 (UI) 440可操作地連接到系統(tǒng)總線401。磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備431可 操作地耦接到磁盤(pán)I/O適配器430。鍵盤(pán)441、鼠標(biāo)442和顯示器443可操 作地耦接到UI 440。將實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序的本發(fā)明的系統(tǒng)IOO存儲(chǔ)在磁盤(pán) 存儲(chǔ)設(shè)備431中。工作站400被布置為將該程序和輸入數(shù)據(jù)裝入存儲(chǔ)器420， 并在處理器410上執(zhí)行該程序。用戶可以用鍵盤(pán)441和/或鼠標(biāo)442將信息 輸入到工作站400中。該工作站被布置為向顯示設(shè)備443和/或磁盤(pán)431輸 出信息。技術(shù)人員將理解，本領(lǐng)域中已知存在工作站400的許多其他實(shí)施 方式，本實(shí)施方式起到舉例說(shuō)明本發(fā)明的目的，而不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明 限制于該特定實(shí)施方式。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施方式舉例說(shuō)明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)替換實(shí)施方式，而不會(huì)偏離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán) 利要求中，括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求。詞語(yǔ)"包括(包含)"不排除存在未列在權(quán)利要求或說(shuō)明書(shū)中的元件或步驟。元件之 前的詞語(yǔ)"一"或"一個(gè)"不排除存在多個(gè)這種元件?？梢越柚诎◣?個(gè)不同元件的硬件以及借助于已編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在列舉了幾 個(gè)單元的系統(tǒng)權(quán)利要求中，這些單元中的幾個(gè)可以由硬件或軟件的一項(xiàng)或 相同項(xiàng)體現(xiàn)。詞語(yǔ)第一、第二和第三等的使用并不指示任何排序。這些詞 語(yǔ)應(yīng)被解釋為名稱。
權(quán)利要求
1、一種用于使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)(100)，所述系統(tǒng)包括-配準(zhǔn)單元(110)，其用于在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第一圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以及-適應(yīng)單元(120)，其用于在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并用于在對(duì)所述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并使所述第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
2、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，還包括計(jì)算單元(130)，其用于 計(jì)算稀疏矢量場(chǎng)，所述稀疏矢量場(chǎng)包括所述適應(yīng)的第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)相 對(duì)于所述適應(yīng)的第一模型網(wǎng)格的相應(yīng)頂點(diǎn)的位移矢量。
3、 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)(100)，還包括逼近單元(140)，其用于 計(jì)算密集矢量場(chǎng)，所述密集矢量場(chǎng)包括所述第二圖像數(shù)據(jù)中包括的位置相 對(duì)于所述第一圖像數(shù)據(jù)中包括的相應(yīng)位置的位移矢量并且基于所述稀疏矢 量場(chǎng)。
4、 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，還包括融合單元(150)，其用于 使用所述密集矢量場(chǎng)將所述第二圖像數(shù)據(jù)與所述第一圖像數(shù)據(jù)相融合，由 此生成融合的圖像數(shù)據(jù)。
5、 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)(100)，還包括重建單元(155)，其用于 使用所述密集矢量場(chǎng)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。
6、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述第一模型網(wǎng)格是處于 第一心動(dòng)周期時(shí)相的第一心臟模型網(wǎng)格，且所述第二模型網(wǎng)格是處于第二 心動(dòng)周期時(shí)相的第二心臟模型網(wǎng)格。
7、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(100)，其中，所述配準(zhǔn)變換是仿射變換。
8、 一種圖像采集裝置(300)，包括如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的 系統(tǒng)(100)。
9、 一種工作站(400)，包括如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng) (100)。
10、 一種使第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并使第二模型網(wǎng)格適應(yīng) 于第二圖像數(shù)據(jù)的方法(200)，所述方法包括-配準(zhǔn)步驟(210),其用于在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第 二模型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第 一圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配 準(zhǔn)；以及-適應(yīng)步驟(220)，其用于在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算 的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并用于 在對(duì)所述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模 型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第 一圖像數(shù)據(jù)，并使所述第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
11、 一種要由計(jì)算機(jī)裝置裝入的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于使第一模 型網(wǎng)格適應(yīng)于第一圖像數(shù)據(jù)并用于使第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于第二圖像數(shù)據(jù)的 指令，所述計(jì)算機(jī)裝置包括處理單元和存儲(chǔ)器，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在被 裝入后，為所述處理單元提供執(zhí)行以下任務(wù)的能力-在為變換所述第一模型網(wǎng)格和變換所述第二模型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換 的計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所述第一模型網(wǎng)格與所述第一圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并將所述第二模型網(wǎng)格與所述第二圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以及-在對(duì)所述第一模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的 第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并在對(duì)所述第二模型網(wǎng)格的頂點(diǎn) 位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述經(jīng)配準(zhǔn)的第二模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù) 據(jù)，由此使所述第一模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第一圖像數(shù)據(jù)，并使所述第二模 型網(wǎng)格適應(yīng)于所述第二圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使多個(gè)模型網(wǎng)格適應(yīng)于多個(gè)圖像數(shù)據(jù)的系統(tǒng)(100)，該系統(tǒng)包括配準(zhǔn)單元(110)，用于在為變換所述多個(gè)模型網(wǎng)格而對(duì)配準(zhǔn)變換的計(jì)算的基礎(chǔ)上將所述多個(gè)模型網(wǎng)格與所述多個(gè)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)；以及適應(yīng)單元(120)，用于在對(duì)所述多個(gè)模型網(wǎng)格的網(wǎng)格頂點(diǎn)的位置的計(jì)算的基礎(chǔ)上使所述多個(gè)經(jīng)配準(zhǔn)的模型網(wǎng)格適應(yīng)于所述多個(gè)圖像數(shù)據(jù)。所述系統(tǒng)(100)可以還包括計(jì)算單元(130)，用于計(jì)算稀疏矢量場(chǎng)，這些稀疏矢量場(chǎng)包括所述適應(yīng)的模型網(wǎng)格的頂點(diǎn)的位移矢量；逼近單元(140)，用于在所述稀疏矢量場(chǎng)的基礎(chǔ)上計(jì)算密集矢量場(chǎng)；融合單元(150)，用于借助于所計(jì)算的密集矢量場(chǎng)融合圖像數(shù)據(jù)集；以及重建單元(155)，用于根據(jù)所計(jì)算的密集矢量場(chǎng)重建運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膱D像數(shù)據(jù)。所描述的系統(tǒng)(100)能夠減少斷層攝影圖像中的運(yùn)動(dòng)偽影，這些斷層攝影圖像是根據(jù)在多個(gè)不同心動(dòng)周期時(shí)相采集的數(shù)據(jù)計(jì)算的。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101512602SQ200780031892
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月29日
發(fā)明者C·洛倫茨, H·巴爾施多夫, J·馮貝格, M·H·庫(kù)恩, T·布萊費(fèi)特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司