用于不規(guī)則形狀目標(biāo)的基于圖像的檢測(cè)和跟蹤的模板匹配方法
【專利摘要】本發(fā)明的各實(shí)施方式總體上涉及用于不規(guī)則形狀目標(biāo)的基于圖像的檢測(cè)和跟蹤的模板匹配方法。具體地，涉及一種圖像處理方法，該方法包括：獲得輸入圖像；增強(qiáng)輸入圖像中的對(duì)象；以及在輸入圖像被增強(qiáng)后，使用處理器來應(yīng)用低通濾波器，以獲得經(jīng)處理的圖像。一種計(jì)算機(jī)產(chǎn)品包括存儲(chǔ)指令集的非暫態(tài)介質(zhì)，該指令集的執(zhí)行致使方法被執(zhí)行，該方法包括：獲得輸入圖像；增強(qiáng)輸入圖像中的對(duì)象；以及在輸入圖像被增強(qiáng)后，應(yīng)用低通濾波器以獲得經(jīng)處理的圖像。
【專利說明】用于不規(guī)則形狀目標(biāo)的基于圖像的檢測(cè)和跟蹤的模板匹配
方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)一般涉及成像，更具體來說，涉及圖像中的不透射線的結(jié)構(gòu)的分割的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]放射療法已用于治療腫瘤，例如，肺部和腹部腫瘤。植入標(biāo)記(例如，射線透不過的基準(zhǔn))已在放射療法中用于目標(biāo)定位。特別在放射療法中，治療劑量的精確傳送是至關(guān)重要的以便最大化腫瘤劑量與正常組織劑量之間的比率。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，可以將X射線可見標(biāo)記植入腫瘤中或附近。其允許在圖像引導(dǎo)放射療法(IGRT)的X射線圖像中使用投影標(biāo)記軌跡。
[0003]有時(shí)，標(biāo)記可能不具有簡單形狀，例如，橋柱或BB。此標(biāo)記的一個(gè)實(shí)例為薄的柔性VisicoiITM標(biāo)記，其被植入解剖部位(例如，肺、肝臟和胰腺)中的腫瘤中或周圍以實(shí)現(xiàn)IGRT的目的。VisicoilTM的主要優(yōu)點(diǎn)為由于其小直徑和軟組織較少遷移的機(jī)會(huì)引起的減少的侵襲性，這是因?yàn)閂isicoilTM標(biāo)記被設(shè)計(jì)成在以直絲弓的形式被植入后盤繞起來并且與周圍組織接合。然而，由于周圍組織的可變性，標(biāo)記可能在被植入解剖三維空間中后呈現(xiàn)不規(guī)則且不可預(yù)測(cè)的形狀，而不是完全盤繞起來。在一些情況下，因?yàn)槭够鶞?zhǔn)在從不同的定位獲得的X射線投影中以不同的擴(kuò)展形狀顯現(xiàn)出來，所以基準(zhǔn)的穩(wěn)健跟蹤可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種圖像處理方法包括:獲得輸入圖像；增強(qiáng)輸入圖像中的對(duì)象；以及在輸入圖像被增強(qiáng)后，使用處理器來應(yīng)用低通濾波器，以獲得經(jīng)處理的圖像。
[0005]可選地，增強(qiáng)對(duì)象的動(dòng)作包括使用滾球?yàn)V波器。
[0006]可選地，滾球?yàn)V波器具有與輸入圖像中的對(duì)象的橫截面尺寸對(duì)應(yīng)的球直徑。
[0007]可選地，應(yīng)用低通濾波器的動(dòng)作包括使用各向異性濾波器內(nèi)核。
[0008]可選地，低通濾波器包括與CT圖像的圖像分辨率相關(guān)聯(lián)的第一參數(shù)。
[0009]可選地，低通濾波器包括與CT圖像的切片間距相關(guān)聯(lián)的第二參數(shù)。
[0010]可選地，輸入圖像包括在線圖像。
[0011]可選地，該方法進(jìn)一步包括:獲得模板圖像；以及將經(jīng)處理的圖像與模板圖像進(jìn)行比較。
[0012]可選地，比較的動(dòng)作包括確定互相關(guān)、歸一化互相關(guān)或交互信息。
[0013]可選地，比較的動(dòng)作包括確定模板圖像與經(jīng)處理的圖像之間的相似度。
[0014]可選地，比較的動(dòng)作包括在相對(duì)于彼此不同的偏移量下，確定模板圖像與經(jīng)處理的圖像之間的匹配得分。
[0015]可選地，匹配得分定義在搜索區(qū)域上面的匹配得分表面，匹配得分表面具有峰和
至少一個(gè)旁瓣。[0016]可選地，該方法進(jìn)一步包括確定峰相對(duì)于至少一個(gè)旁瓣突出多少。
[0017]可選地，該方法進(jìn)一步包括:確定至少一個(gè)旁瓣的標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及確定峰旁瓣比，該峰旁瓣比為峰除以至少一個(gè)旁瓣的標(biāo)準(zhǔn)偏差的值。
[0018]可選地，該方法進(jìn)一步包括使用掩模(mask)以從匹配得分表面排除峰及其鄰近區(qū)域。
[0019]可選地，該方法進(jìn)一步包括通過以下操作確定掩模:在不同的偏移量下使模板圖像與它本身互相關(guān)，以獲得自相關(guān)表面；以及確定自相關(guān)表面超過或低于閾值的位置。
[0020]可選地，閾值在0.3與0.4之間。
[0021]可選地，該方法進(jìn)一步包括:使用峰的值和至少一個(gè)旁瓣的值確定峰旁瓣比；以及將峰旁瓣比與閾值進(jìn)行比較，以確定在經(jīng)處理的圖像與模板圖像之間是否存在匹配。
[0022]可選地，該方法進(jìn)一步包括生成模板圖像，其中生成模板圖像的動(dòng)作包括:接收代表用戶對(duì)對(duì)象在體積圖像的各自不同的切片中的標(biāo)識(shí)的輸入；使用輸入來確定包括體積圖像的子集中的體素的感興趣體積(VOI);以及使用VOI中的體素中的至少一些體素來確定模板圖像。
[0023]可選地，VOI包括圓柱幾何體。
[0024]可選地，圓柱幾何體包括垂直于圓柱幾何體的圓形截面的軸，該軸平行于成像設(shè)備的支架的旋轉(zhuǎn)軸。
[0025]可選地，確定模板圖像的動(dòng)作包括執(zhí)行VOI中的體素中的至少一些體素的前向投影。
[0026]可選地，前向投影包括VOI中的體素中的至少一些體素的前向最大強(qiáng)度投影。
[0027]可選地，前向投影包括VOI中的體素中的至少一些體素的前向平均投影。
[0028]可選地，前向投影包括VOI中的體素中的至少一些體素的前向中值投影。
[0029]可選地，確定模板圖像的動(dòng)作進(jìn)一步包括在執(zhí)行前向投影之前，將VOI中的體素重采樣到平行于輸入圖像的平面的圖像平面中。
[0030]可選地，增強(qiáng)對(duì)象的動(dòng)作包括增強(qiáng)組織結(jié)構(gòu)的邊界。
[0031 ] 可選地，低通濾波器被應(yīng)用于平滑位于組織結(jié)構(gòu)的邊界內(nèi)的特征。
[0032]系統(tǒng)包括被配置用于執(zhí)行任何上述方法的處理器。
[0033]一種具有存儲(chǔ)指令集的介質(zhì)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，該指令集的執(zhí)行將致使任何上述方法被執(zhí)行。
[0034]通過閱讀實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述，其他和進(jìn)一步的方面和特征將變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖式說明實(shí)施方案的設(shè)計(jì)和效用，其中類似的元件由共同參考數(shù)字指代。這些圖未必按比例繪制。為了更好地了解如何獲得上述和其他優(yōu)點(diǎn)以及目的，將提供在附圖中說明的實(shí)施方案的更特定描述。這些圖只描繪典型實(shí)施方案并且因此不被認(rèn)為是其范圍的限制。
[0036]圖1圖示可以用于實(shí)施本文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的輻射系統(tǒng)；
[0037]圖2為圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的模板匹配方法的流程圖；
[0038]圖3-4圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的生成模板的方法；[0039]圖5圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的處理輸入圖像的方法；
[0040]圖6圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的匹配得分表面的實(shí)例；
[0041]圖7圖示影響錯(cuò)誤檢測(cè)概率和丟失目標(biāo)的概率的閾值參數(shù)；
[0042]圖8圖示用于執(zhí)行跟蹤而無需使用植入標(biāo)記的技術(shù)；
[0043]圖9A-9C圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的用于使用體積圖像來生成數(shù)字化體層融合圖像的技術(shù)；以及
[0044]圖10圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的可以實(shí)施本文所述的實(shí)施方案所用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0045]在下文中參照?qǐng)D來描述各種實(shí)施方案。應(yīng)注意，這些圖未按比例繪制并且類似的結(jié)構(gòu)或功能的元件由貫穿圖中的相似的參考數(shù)字表示。也應(yīng)注意，這些圖只意圖促進(jìn)實(shí)施方案的描述。這些圖不意圖作為本發(fā)明的詳盡的描述或作為本發(fā)明的范圍的限制。另外，說明性實(shí)施方案不需要具有示出的所有方面或優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合特定實(shí)施方案描述的方面或優(yōu)點(diǎn)未必限于這個(gè)實(shí)施方案，并且即使不那么說明也可以在任何其他實(shí)施方案中被實(shí)踐。
[0046]圖1圖不可以用于實(shí)施本文所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的福射系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括支架12、用于支撐病人28的病人支撐器14，以及用于控制支架12的操作的控制系統(tǒng)
18。系統(tǒng)10也包括在病人28支撐在支撐器14上時(shí)將輻射束26投影到病人28的輻射源20，以及位于相對(duì)于源20的操作位置(例如，在支撐器14下面)的成像器100。輻射源20可以在不同實(shí)施方案中被配置成生成錐形光束、扇形光束或其他類型的輻射束。
[0047]在說明性實(shí)施方案中，輻射源20為用于提供診斷能量的診斷輻射源。在此類情況下，成像器100被配置成接收診斷輻射并且響應(yīng)于診斷輻射而生成圖像信號(hào)。在其他實(shí)施方案中，除輻射源20為診斷輻射源之外，輻射源20也為用于提供治療能量的治療輻射源。在此類情況下，成像器100被配置成選擇性地接收診斷輻射或治療輻射并且響應(yīng)于診斷輻射或治療輻射而生成圖像信號(hào)。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，輻射源20為治療輻射源而不是診斷輻射源。在此類情況下，成像器100被配置成接收治療輻射并且響應(yīng)于治療輻射而生成圖像信號(hào)。在輻射源20被配置成傳送治療輻射的實(shí)施方案中，系統(tǒng)10可以可選地進(jìn)一步包括用于改變輻射束的特性(例如，形狀)的準(zhǔn)直器。
[0048]在一些實(shí)施方案中，治療能量一般為160千電子伏特(keV)或更大，并且更典型地I兆電子伏特(MeV)或更大的那些能量，并且診斷能量一般為低于高能量范圍，并且更典型地低于160keV的那些能量。在其他實(shí)施方案中，治療能量和診斷能量可以具有其他能級(jí)，并且涉及分別用于治療和診斷的目的的能量。在一些實(shí)施方案中，輻射源20能夠在約IOkeV與約20MeV之間的范圍內(nèi)的多個(gè)光子能級(jí)下生成X射線輻射。在2001年11月2日提交的標(biāo)題為 “RADIOTHERAPY APPARATUS EQUIPPED WITH AN ARTICULABLE GANTRY FORPOSITIONING AN IMAGING UNIT” 的美國專利申請(qǐng)序號(hào) 10/033，327，以及 2003 年 10 月 15日提交的標(biāo)題為“MULT1-ENERGY X-RAY SOURCE”的美國專利申請(qǐng)序號(hào)10/687，573中描述能夠在不同能級(jí)下生成X射線輻射的輻射源。在說明性實(shí)施方案中，輻射源20耦合到環(huán)架并且位于鉆孔內(nèi)。在其他實(shí)施方案中，輻射源20可以耦合到臂架。
[0049]在說明性實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)18包括耦合到控制器40的處理器54，例如，計(jì)算機(jī)處理器?？刂葡到y(tǒng)18也可以包括用于顯示數(shù)據(jù)的監(jiān)視器56和用于輸入數(shù)據(jù)的輸入設(shè)備58，例如，鍵盤或鼠標(biāo)。在說明性實(shí)施方案中，支架12可圍繞病人16旋轉(zhuǎn)并且在成像和/或治療程序期間，支架12圍繞病人28旋轉(zhuǎn)(如同在CT程序和/或足弓療法中)。在其他實(shí)施方案中，支架12不在程序期間圍繞病人28旋轉(zhuǎn)。在此情況下，支架12可以是固定的，并且病人支撐器14是可旋轉(zhuǎn)的。輻射源20和支架12 (如果支架12是可旋轉(zhuǎn)的)的操作由控制器40控制，控制器40將功率信號(hào)和定時(shí)信號(hào)提供到輻射源20，并且基于從處理器54接收的信號(hào)控制支架12的旋轉(zhuǎn)速度和位置。盡管將控制器40示出為與支架12和處理器54分開的組件，但是在替代實(shí)施方案中，控制器40可以為支架12或處理器54的一部分。
[0050]應(yīng)注意，系統(tǒng)10不限于上述實(shí)例，并且在其他實(shí)施方案中系統(tǒng)10可以具有其他配置。例如，在其他實(shí)施方案中，系統(tǒng)10可以具有不同形狀。在其他實(shí)施方案中，系統(tǒng)10可以具有不同的運(yùn)動(dòng)范圍和/或自由度。例如，在其他實(shí)施方案中，輻射源20可以完全通過360°范圍或部分通過小于360°的范圍圍繞病人28旋轉(zhuǎn)。此外，在其他實(shí)施方案中，輻射源20可相對(duì)于病人28平移。在更進(jìn)一步的實(shí)施方案中，系統(tǒng)10可以為具有成像能力的任何成像系統(tǒng)。
[0051]圖2為圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的模板匹配方法200的流程圖。方法200包括模板生成過程202、成像過程204和模板匹配過程206。
[0052]如圖中所示，在模板生成過程202中，體積圖像210 (例如，CT圖像)和關(guān)于輪廓結(jié)構(gòu)的信息212用于提供一個(gè)或多個(gè)模板圖像214。在說明性實(shí)施方案中，可以從計(jì)劃會(huì)議獲得體積圖像210。在其他實(shí)施方案中，可以在診斷會(huì)議或治療會(huì)議期間獲得體積圖像210。在一些實(shí)施方案中，體積圖像210可以具有Imm或小于Imm的像素分辨率。在其他實(shí)施方案中，體積圖像210可以具有大于Imm的像素分辨率。此外，在一些實(shí)施方案中，體積圖像210的切片可以具有2.5mm或更小，并且更優(yōu)選1.25mm或更小的間距。
[0053]可以從醫(yī)師或技師獲得關(guān)于輪廓結(jié)構(gòu)的信息212，醫(yī)師或技師在圖像210中的感興趣對(duì)象周圍提供輪廓。在一些實(shí)施方案中，關(guān)于輪廓結(jié)構(gòu)的信息212可以為由評(píng)審圖像210的人繪制的輪廓，和/或關(guān)于輪廓的數(shù)據(jù)。在其他實(shí)施方案中，可以從設(shè)備獲得信息212，而不是從輸入信息212的人(用戶)獲得信息212。例如，評(píng)審圖像210的人可以通過用戶接口將關(guān)于輪廓結(jié)構(gòu)的信息輸入到設(shè)備中，其中設(shè)備可以為計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備，或能夠接收數(shù)據(jù)的任何其他類型的設(shè)備。在此類情況下，可以通過從設(shè)備檢索存儲(chǔ)信息212而獲得信息212。
[0054]在成像過程204中，輸入圖像220用于生成經(jīng)處理的圖像222。在一些實(shí)施方案中，輸入圖像220可以為在治療會(huì)議之前(例如，在病人設(shè)置期間)獲得的圖像。在其他實(shí)施方案中，可以在治療會(huì)議期間(例如，在激活輻射束期間，或在傳送輻射束之間)獲得輸入圖像220。在一些情況下，輸入圖像220可以為在線圖像，例如，在線投影圖像。在說明性實(shí)施方案中，成像過程204可以涉及一個(gè)或多個(gè)空間濾波器，其被應(yīng)用于輸入圖像220以生成經(jīng)處理的圖像222。在一些實(shí)施方案中，空間濾波器中的一個(gè)可以由用戶輸入240 (例如，基準(zhǔn)寬度)配置(例如，至少部分地定義)。此外，在一些實(shí)施方案中，輸入圖像220可以為原始圖像的子集。例如，輸入圖像220可以為在原始輸入圖像內(nèi)的感興趣區(qū)域(ROI)。評(píng)審輸入圖像的用戶可以手動(dòng)選擇ROI。在一些實(shí)施方案中，可以將ROI自動(dòng)確定為由模板圖像214的維度(例如，X維度和I維度)擴(kuò)展的搜索區(qū)域。輸入圖像220中的搜索區(qū)域可以集中在預(yù)期的目標(biāo)位置，并且可以具有與運(yùn)動(dòng)邊緣對(duì)應(yīng)的維度。在一些情況下，可以從計(jì)劃數(shù)據(jù)確定預(yù)期的目標(biāo)位置。例如，計(jì)劃數(shù)據(jù)可以包括關(guān)于治療等中心位置的信息，以及代表治療體積的輪廓結(jié)構(gòu)。此外，在一些情況下，可以從計(jì)劃數(shù)據(jù)獲得運(yùn)動(dòng)邊緣。例如，可能存在腫瘤的4D CT，其顯示腫瘤的運(yùn)動(dòng)程度。在其他實(shí)施方案中，輸入圖像220可以為整個(gè)原始圖像。
[0055]在模板匹配過程206中，處理經(jīng)處理的輸入圖像222和模板圖像214以確定是否存在匹配，并且如果存在匹配，那么基于匹配確定對(duì)象的位置。
[0056]圖3-4圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的生成模板(例如，圖2的模板圖像214)的方法300。在一些實(shí)施方案中，方法300可以用于實(shí)施圖2的模板生成過程202。如圖3中所示，方法300包括從用戶接收代表用戶對(duì)對(duì)象的標(biāo)識(shí)的輸入(項(xiàng)目302)。在一些實(shí)施方案中，用戶可以檢查體積圖像(例如，圖2中的體積圖像210的一個(gè)或多個(gè)切片)以標(biāo)識(shí)感興趣對(duì)象。然后，用戶可以通過某種方法(例如，通過使用圖形用戶接口)在感興趣對(duì)象周圍創(chuàng)建輪廓。在一些實(shí)施方案中，創(chuàng)建的輪廓和/或與輪廓相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)可以為圖2中所示的輸入212的實(shí)例。在一些情況下，體積圖像210可以包括不規(guī)則形狀標(biāo)記400(圖4)的圖像。在此類情況下。在標(biāo)記400在不同切片中出現(xiàn)時(shí)，用戶可以檢查體積圖像210的不同切片以標(biāo)識(shí)標(biāo)記400，然后在體積圖像210的不同切片的每個(gè)中的標(biāo)記400周圍繪制輪廓402。在一些實(shí)施方案中，圖3的方法300中的項(xiàng)目302可以由從用戶接收代表對(duì)象的標(biāo)識(shí)(例如，標(biāo)記400)的輸入的設(shè)備(例如,處理器,例如，處理器54或另一處理器)完成。在其他實(shí)施方案中，代表對(duì)象的標(biāo)識(shí)的用戶輸入212可以存儲(chǔ)在設(shè)備中，并且項(xiàng)目302可以由存儲(chǔ)輸入212的相同的設(shè)備完成(例如，設(shè)備本身可以檢索存儲(chǔ)輸入212)。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，代表對(duì)象的標(biāo)識(shí)的用戶輸入212可以存儲(chǔ)在第一設(shè)備中，并且項(xiàng)目302可以由從第一設(shè)備檢索存儲(chǔ)輸入212的第二設(shè)備完成。
[0057]返回到圖3，接著，在方法300中，處理器(例如，處理器54或另一處理器)使用從項(xiàng)目302獲得的輸入(例如，輸入212)以確定包括體積圖像的體素的感興趣體積(VOI)(項(xiàng)目304)。在一些實(shí)施方案中，VOI包括在體積圖像210的切片中的每個(gè)切片中由用戶繪制的輪廓402內(nèi)的體素。此外，在一些實(shí)施方案中，VOI可以包括在輪廓402外面的額外的體素。例如，在一些實(shí)施方案中，VOI可以包括體積圖像210的與繪制的輪廓402相距某一規(guī)定距離的體素。在其他實(shí)施方案中，VOI可以包括體積圖像210的在定義的三維空間幾何內(nèi)的體素。例如，如圖4中所示，可以基于輪廓402定義圓柱幾何體420 (V0I的實(shí)例)，以使得在輪廓402內(nèi)的所有體素在圓柱幾何體420內(nèi)。在一些情況下，圓柱幾何體420可以進(jìn)一步被定義為具有圓形截面，以及垂直于圓形截面并且平行于成像設(shè)備的支架的旋轉(zhuǎn)軸(例如，圖1的系統(tǒng)100中的旋轉(zhuǎn)軸110)(或與該旋轉(zhuǎn)軸對(duì)齊)的縱軸422。在其他實(shí)施方案中，三維空間幾何可以具有與圓柱幾何體不同的形狀。此外，在其他實(shí)施方案中，可以使用其他標(biāo)準(zhǔn)定義三維空間幾何。
[0058]返回到圖3的方法300，接著，處理器使用V0I420中的體素中的至少一些體素來確定(例如，計(jì)算、生成、導(dǎo)出等)模板(例如，圖2中的模板圖像214)(項(xiàng)目306)。在一些實(shí)施方案中，模板的確定可以由執(zhí)行V0I420中的體素中的至少一些體素的前向投影的處理器(例如，處理器54或另一處理器)完成。通過非限制性實(shí)例，前向投影可以是V0I420中的體素中的至少一些體素的前向最大強(qiáng)度投影、前向平均投影或前向中值投影。在一些實(shí)施方案中，在執(zhí)行前向投影之前，處理器也可以將V0I420中的體素重采樣到平行于輸入圖像(例如，輸入圖像220)的平面的圖像平面430中。因此，V0I420中的體素的重采樣可以基于輸入圖像220的定位。在此類情況下，取決于生成輸入圖像220的支架角度，可以將用于重采樣體素的圖像平面430的定位調(diào)整成與輸入圖像220的定位對(duì)應(yīng)。
[0059]如上述實(shí)施方案中所示，定義V0I420是有利的，這是因?yàn)槠鋵⒂糜谔幚?例如，前向投影)的體素的數(shù)量限于原始體積圖像的某一子集。這又產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)于定義的V0I420的尺寸的模板圖像214。因此，所得的模板圖像214將具有覆蓋感興趣對(duì)象的尺寸，而在V0I420外面的其他對(duì)象將不許包括在模板圖像214中。這也是有利的，因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)跟蹤的目的其將模板圖像214限于具有足夠大以覆蓋感興趣對(duì)象的大小。在一些實(shí)施方案中，處理器(例如，處理器54或另一處理器)基于用戶的輸入212自動(dòng)地確定和完成模板圖像214的大小調(diào)整。
[0060]在一些實(shí)施方案中，從項(xiàng)目306確定的模板圖像214可以存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中以便以后處理。替代地或另外，模板圖像214可以顯示在屏幕中以便允許用戶查看。此外，在一些實(shí)施方案中，處理器(例如，處理器54或另一處理器)可以使用不同支架角度的上述技術(shù)來確定多個(gè)模板圖像214。例如，處理器可以確定對(duì)應(yīng)于具有3°間距的120支架角度的一組模板圖像214。在一個(gè)實(shí)施中，處理器可以只生成一半數(shù)量的模板圖像214(例如，覆蓋180°范圍)，然后通過水平翻轉(zhuǎn)模板圖像214生成剩余數(shù)量的模板圖像214。模板圖像214可以存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中以便以后處理，和/或顯示在屏幕中以便允許用戶查看。此外，在一些實(shí)施方案中，在方法300中涉及的任何參數(shù)和/或輸入可以存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中以便以后檢索和/或處理。例如，在一些實(shí)施方案中，用于定義V0I420的參數(shù)和/或輸入可以存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中。
[0061]返回到圖2，如上所述，模板匹配方法200也包括成像過程204，其涉及獲得輸入圖像220，以及處理輸入圖像220以獲得經(jīng)處理的圖像222。在一些實(shí)施方案中，將輸入圖像220處理成經(jīng)處理的圖像222以使得經(jīng)處理的圖像222具有與模板圖像214進(jìn)行比較的可取的特征。各種技術(shù)可以用于處理輸入圖像220以使得輸入圖像220具有與模板圖像214進(jìn)行比較的可取的特征。在一些實(shí)施方案中，輸入圖像220的處理可以涉及將第一空間濾波器和第二空間濾波器應(yīng)用于輸入圖像220以獲得經(jīng)處理的圖像222。圖5圖示根據(jù)一些實(shí)施方案的用于處理輸入圖像220的方法500。如圖中所示，可以將第一濾波器510應(yīng)用于輸入圖像220以增強(qiáng)輸入圖像220中的對(duì)象。在已應(yīng)用第一濾波器510后，可以應(yīng)用第二濾波器520以使得經(jīng)處理的圖像222具有與模板圖像214的分辨度對(duì)應(yīng)(例如，匹配或緊密相似)的分辨度。
[0062]在說明性實(shí)施方案中，第一濾波器510為滾球?yàn)V波器。在一個(gè)實(shí)施中，滾球?yàn)V波器可以由球直徑wb=(c2+wp2) 1/2至少部分地定義，其中wp為基準(zhǔn)寬度(例如，標(biāo)記400的寬度，例如，橫截面尺寸)，并且c可以為任何常數(shù)。在一些實(shí)施方案中，對(duì)于不盤繞起來的Visicoil導(dǎo)線,wp可以為0.35mm,或?qū)τ诒P繞起來的Visicoil導(dǎo)線,wp可以為2.0_。在其他實(shí)施方案中，對(duì)于盤繞起來的栓子形成旋管，wp可以為3.0_。在進(jìn)一步的實(shí)施方案llKwp可以為圓柱形金粒的直徑,例如,0.8mm。應(yīng)注意,wp不應(yīng)限于上述實(shí)例，并且wp可以具有不同于上述實(shí)例的其他值。此外，在一些實(shí)施方案中，c可以為在0.1mm與Imm之間，并且更優(yōu)選在0.2mm與0.5mm之間，并且更優(yōu)選在0.3mm與0.4mm之間(例如,0.35mm)的值。在其他實(shí)施方案中，c可以為不同于所描述的那些值的其他值。在一些實(shí)施方案中，可以將滾球?yàn)V波器應(yīng)用于輸入圖像220以相對(duì)于其周圍的對(duì)象而增強(qiáng)對(duì)象(例如，標(biāo)記400或組織結(jié)構(gòu))。在其他實(shí)施方案中，可以將滾球?yàn)V波器應(yīng)用于輸入圖像220以增強(qiáng)對(duì)象的邊界(例如，組織結(jié)構(gòu)的邊界)。
[0063]此外，在說明性實(shí)施方案中，第二濾波器520為低通濾波器。在一個(gè)實(shí)施中，低通濾波器可以由兩個(gè)參數(shù)wx、wy至少部分地定義。參數(shù)Wx用于配置輸入圖像220以使得經(jīng)處理的圖像222在與體積圖像210 (其用于生成模板圖像214)的像素大小對(duì)應(yīng)的x方向上具有分辨率。參數(shù)wy用于配置輸入圖像220以使得經(jīng)處理的圖像222在與體積圖像210(其用于生成模板圖像214)的切片間距對(duì)應(yīng)的y方向上具有分辨率。在一些實(shí)施方案中，wx可以被確定為常數(shù)(例如，0.3或任何其他值)乘以體積圖像210中的像素大小。此外，在一些實(shí)施方案中，wy可以被確定為常數(shù)(例如，0.3或任何其他值)乘以體積圖像210的切片間距。此外，在一些實(shí)施方案中，低通濾波器可以為高斯型低通濾波器。在一個(gè)實(shí)施中，高斯型低通濾波器可以在相對(duì)于輸入圖像220的X方向和y方向上由I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的寬度規(guī)定。
[0064]應(yīng)注意，在其他實(shí)施方案中可能存在用于定義低通濾波器的其他參數(shù)。例如，作為上述參數(shù)的補(bǔ)充/替代，其他濾波器參數(shù)可以包括SAD、SDD、檢測(cè)器像素大小或上述組合。
[0065]在其他實(shí)施方案中，第一濾波器510和第二濾波器520中的每個(gè)可以為不同于所述實(shí)例的任何其他類型的濾波器。
[0066]返回到圖2，在經(jīng)處理的輸入圖像220以提供經(jīng)處理的圖像222后，并且在已獲得模板圖像214后，然后可以在模板匹配過程206中比較經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214。在一些實(shí)施方案中，從成像器或存儲(chǔ)設(shè)備接收輸入圖像220的處理器(例如，處理器54或另一處理器)可以獲得輸入圖像220?？梢栽谥委煏?huì)議之前(如在病人設(shè)置中)完成這個(gè)過程，在這些情況下，可以比較經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214以標(biāo)識(shí)用于定位病人的感興趣對(duì)象。在其他實(shí)施方案中，可以獲得經(jīng)處理的圖像222，并且可以在傳送輻射束之間的治療會(huì)議期間執(zhí)行經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的比較。在此類情況下，經(jīng)處理的圖像222可以用于在傳送輻射束之間重新定位病人。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可以獲得經(jīng)處理的圖像222，并且可以在傳送輻射束期間執(zhí)行經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的比較。在此類情況下，經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的比較結(jié)果可以用于實(shí)質(zhì)上實(shí)時(shí)跟S示感興趣對(duì)象。
[0067]在一些實(shí)施方案中，當(dāng)比較經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214時(shí)，處理器確定具有與經(jīng)處理的圖像222的平面平行的平面的模板圖像214。因此，在一些實(shí)施方案中，模板圖像214 (其用于與經(jīng)處理的圖像222比較)為來源于位于圖像平面430的重采樣的體素的圖像，圖像平面430具有平行于經(jīng)處理的圖像222或輸入圖像220的平面的定位(參見圖4)。如上所述，在一些實(shí)施方案中，處理器可以提前生成與不同的支架角度對(duì)應(yīng)的一組模板圖像214，并且將模板圖像214存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中。在此類情況下，在模板匹配過程206期間，處理器從具有與獲得輸入圖像220所在的支架定位對(duì)應(yīng)(例如，相同或最靠近)的支架定位的組中選擇模板圖像214。
[0068]在其他實(shí)施方案中，對(duì)于每個(gè)輸入圖像220，處理器可以選擇覆蓋支架角度的幾個(gè)模板圖像214，這些支架角度接近生成輸入圖像220所用的支架角度。例如，如果在30°的支架角度下生成輸入圖像220，那么處理器除選擇具有相應(yīng)的30°的支架角度的模板圖像214之外，也可以選擇具有在距30°的規(guī)定范圍內(nèi)的相應(yīng)的支架角度的模板圖像214 (例如，在支架角度30° ±10°內(nèi)的模板圖像214)。這種技術(shù)是有利的，這因?yàn)樽詮纳赡０鍒D像214之后已使感興趣對(duì)象稍微旋轉(zhuǎn)。核實(shí)其他支架角度允許在設(shè)法找到最佳匹配輸入圖像220/經(jīng)處理的圖像222的模板圖像214時(shí)考慮此旋轉(zhuǎn)。此外，在一些實(shí)施方案中，上述技術(shù)可以提供用于估計(jì)旋轉(zhuǎn)量的方法。
[0069]各種技術(shù)可以用于比較經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214。例如，在不同的實(shí)施方案中，處理器(例如，處理器54或另一處理器)可以被配置成執(zhí)行經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的互相關(guān)、歸一化互相關(guān)或交互信息。此外，在一些實(shí)施方案中，處理器可以被配置成確定經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的相似度。
[0070]在一個(gè)實(shí)施中，處理器可以在相對(duì)于彼此不同的偏移量下確定模板圖像214與經(jīng)處理的圖像222之間的匹配得分。例如，可以在相對(duì)于經(jīng)處理的圖像222的不同偏移量下(數(shù)學(xué)上)定位模板圖像214，從而覆蓋搜索ROI。如圖6中所示，匹配得分可以定義在搜索區(qū)域上面的匹配得分表面600。如圖中所示，匹配得分表面600可以具有峰602和至少一個(gè)旁瓣604。在一些實(shí)施方案中，匹配得分表面600中的值可以可選地被歸一化，其中最高峰602具有值1.0。
[0071]在一些情況下，在匹配得分表面600中存在峰的事實(shí)可能不代表感興趣對(duì)象在經(jīng)處理的圖像222中。換句話說，匹配得分表面600中的峰502可能不代表經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的“真實(shí)”匹配。這是因?yàn)椴还苁欠翊嬖凇罢鎸?shí)匹配”，確定匹配得分表面600的上述技術(shù)總會(huì)產(chǎn)生匹配得分表面600中的峰602。因此，在一些實(shí)施方案中，可能需要確定峰602是否代表經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的匹配。
[0072]為了完成這個(gè)目標(biāo)，在一些實(shí)施方案中，處理器可以確定多少峰602相對(duì)于旁瓣604突出。例如，在一個(gè)實(shí)施中，處理器可以被配置成通過使峰602的值除以旁瓣604的值來確定峰旁瓣比。在其他實(shí)施方案中，處理器可以確定旁瓣604的標(biāo)準(zhǔn)偏差，并且通過使峰602的值除以旁瓣604的標(biāo)準(zhǔn)偏差來確定峰旁瓣比。在確定峰旁瓣比后，然后處理器可以比較峰旁瓣比與閾值以確定是否存在經(jīng)處理的圖像222與模板圖像214之間的匹配。如果峰旁瓣比超過閾值，那么處理器可以確定存在目標(biāo)(感興趣對(duì)象)。否則，處理器可以確定不存在目標(biāo)。如果存在目標(biāo)，那么峰602的位置可以用作目標(biāo)的位置。在一些實(shí)施方案中，可以基于給定圖像的旁瓣統(tǒng)計(jì)確定閾值，例如，在圖7中所示并且在本文中所述的閾值?；蛘?，可以基于多個(gè)圖像的旁瓣統(tǒng)計(jì)確定閾值。
[0073]此外，如上所述，在一些實(shí)施方案中，處理器可以比較經(jīng)處理的圖像222與毗鄰(就定位/支架角度而言)經(jīng)處理的圖像222的幾個(gè)模板圖像214以引起感興趣對(duì)象的輕微旋轉(zhuǎn)。在此類情況下，對(duì)于模板圖像214中的每個(gè)模板圖像，處理器可以確定相應(yīng)的峰旁瓣t匕。處理器也可以選擇具有最高峰旁瓣比的模板圖像作為匹配的模板圖像，并且使用此模板圖像中的峰602的位置作為目標(biāo)的位置。
[0074]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，處理器(例如，處理器54或另一處理器)可以被配置成自動(dòng)標(biāo)識(shí)旁瓣604。例如，在一些實(shí)施方案中，處理器可以被配置成從匹配得分表面600排除峰602及其鄰近區(qū)域，并且剩余的表面將具有旁瓣604，但不具有峰602。在一些實(shí)施方案中，處理器可以確定掩模來排除峰602。例如，處理器可以通過在不同的偏移量下使模板圖像214與它本身互相關(guān)以獲得自相關(guān)表面來確定掩模。然后，處理器標(biāo)識(shí)自相關(guān)表面超過閾值的位置。例如，閾值可以在0.1與0.3之間，或更優(yōu)選在0.15與0.25之間(例如，
0.2)。超過閾值的匹配得分表面600中的所有值將為禁止區(qū)的部分。當(dāng)將禁止區(qū)應(yīng)用于匹配得分表面600時(shí)，將去除峰602及其鄰近區(qū)域。
[0075]或者，處理器可以標(biāo)識(shí)自相關(guān)表面低于閾值的位置。例如，閾值可以在0.1與0.3之間，或更優(yōu)選在0.15與0.25之間(例如，0.2)。低于閾值的匹配得分表面600中的所有值將為接受區(qū)的部分。當(dāng)將接受區(qū)應(yīng)用于匹配得分表面600時(shí)，旁瓣604將保持作為剩余的表面的部分，同時(shí)將去除峰602及其鄰近區(qū)域。在此類情況下，掩模代表接受區(qū)，不代表
禁止區(qū)。
[0076]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，掩模(其可以代表禁止區(qū)或接受區(qū))可以存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中。例如，掩?？梢员槐４孀鳛?Χ，y)坐標(biāo)的列表，其中(0，0)關(guān)于峰位。
[0077]如圖7中所示，閾值確定在搜索區(qū)域中的非目標(biāo)點(diǎn)錯(cuò)誤檢測(cè)目標(biāo)的概率PFD。閾值也確定丟失實(shí)際上存在的目標(biāo)的概率PA。
[0078]在上述實(shí)施方案中，已參照標(biāo)記400描述感興趣對(duì)象。標(biāo)記400可以具有伸長配置、球形配置、橢圓 配置、隨機(jī)三維配置或任何其他配置。在其他實(shí)施方案中，感興趣對(duì)象可以為多個(gè)標(biāo)記。在此類情況下，VOI (例如，圓柱幾何體420)可以包括在體積圖像210的切片的每個(gè)中由用戶繪制的標(biāo)記的輪廓402內(nèi)的體素。因此，從圖3的方法300獲得的所得的模板圖像214將包括標(biāo)記400的圖像。當(dāng)此類模板圖像214用于圖2的模板匹配過程206時(shí)，將基于這組標(biāo)記400比較經(jīng)處理的圖像222與模板圖像，就像標(biāo)記400為單一的對(duì)象一樣。
[0079]此外，在其他實(shí)施方案中，感興趣對(duì)象可以為組織結(jié)構(gòu)(無標(biāo)記基準(zhǔn))。在此類情況下，可以生成模板圖像214以使得其具有與組織結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的特征。例如，如圖8中所示，在一些實(shí)施方案中，模板圖像214可以包括具有類似于組織結(jié)構(gòu)的形狀的區(qū)域802。模板圖像214也可以包括圍繞區(qū)域802的第一層/區(qū)域804，以及圍繞第一層/區(qū)域804的第二層/區(qū)域η806。如圖中所示，模板圖像214中的區(qū)域802、804、806具有不同各自的色彩/灰階。
[0080]各種技術(shù)可以用于生成模板圖像214。在一些實(shí)施方案中，人可以評(píng)審體積圖像(例如，圖2的體積圖像210)的切片，并且標(biāo)識(shí)感興趣對(duì)象。然后，人可以在體積圖像的各自的切片中的感興趣對(duì)象周圍建立輪廓。在一些實(shí)施方案中，處理器(例如，處理器54或另一處理器)可以被配置成接收所建立的輪廓作為用戶的輸入212，并且基于輸入212自動(dòng)建立三維模型。在一些實(shí)施方案中，三維模型可以具有由人繪制的輪廓至少部分地定義的體積。例如，三維模型的體積可以具有與所建立的輪廓相交的表面。此外，在一些實(shí)施方案中，三維模型可以進(jìn)一步包括由處理器自動(dòng)建立的第一層以使得第一層圍繞體積，并且包括由處理器自動(dòng)建立的第二層以使得第二層圍繞第一層。第一層可以具有第一預(yù)定厚度，并且第二層可以具有第二預(yù)定厚度。此外，處理器可以分配體積內(nèi)的所有體素以具有第一色彩/灰階(如同在圖8中的模板214中的區(qū)域802中所示的色彩)、第一層內(nèi)的所有體素以具有第二色彩/灰階(如同在模板214中的區(qū)域804中所示的色彩)，以及第二層內(nèi)的所有體素以具有第三色彩/灰階(如同在模板214中的區(qū)域806中所示的色彩)。在建立三維模型后，三維模型可以存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中以便以后處理。
[0081]在使用期間，處理器接收輸入圖像220。為了與輸入圖像220互相關(guān)，處理器重切三維輪廓以便制作平行于輸入圖像平面的二維輪廓。例如，重切可以通過治療等中心(例如，在計(jì)劃期間由用戶標(biāo)識(shí)的腫瘤的中心點(diǎn))。為了匹配輸入圖像的幾何形狀，處理器可以被配置成前向投影這個(gè)二維輪廓。然后，處理器可以生成圍繞前向投影的輪廓圖像中的輪廓的兩個(gè)層802、804，由此產(chǎn)生二維模板(如同在圖8的實(shí)例中所示的模板214)。
[0082]在一些實(shí)施方案中，當(dāng)基于無標(biāo)記基準(zhǔn)(例如，組織結(jié)構(gòu))執(zhí)行方法200時(shí)，可以處理輸入圖像220以使得經(jīng)處理的圖像222看起來像模板圖像214。例如，在圖像處理204/500中，可以應(yīng)用第一濾波器510以突出組織結(jié)構(gòu)的邊界，并且可以應(yīng)用第二濾波器520以使在組織結(jié)構(gòu)的邊界內(nèi)的特征平滑。如圖8的實(shí)例中所示，使用這種技術(shù)，可以處理輸入圖像220以實(shí)現(xiàn)具有模糊特征的經(jīng)處理的圖像222，以使得經(jīng)處理的圖像222類似于模板圖像214。在一些實(shí)施方案中，第一濾波器510可以為滾球?yàn)V波器，并且第二濾波器520可以為低通濾波器(例如，中值濾波器、平均濾波器等)。在其他實(shí)施方案中，第一濾波器510可以為另一類型的濾波器。例如，在涉及無標(biāo)記基準(zhǔn)的一些實(shí)施方案中，第一濾波器510可以為能夠增強(qiáng)組織結(jié)構(gòu)的邊界的任何類型的濾波器。此外，對(duì)于無標(biāo)記基準(zhǔn)，在一個(gè)實(shí)施中，第二濾波器520可以為中值濾波器。
[0083]如先前所述，在處理輸入圖像220以獲得經(jīng)處理的圖像222后，并且在已獲得模板圖像214后，然后在模板匹配過程206中比較經(jīng)處理的輸入圖像222與模板圖像214。
[0084]在其他實(shí)施方案中，輸入圖像220可以為由多個(gè)角相鄰?fù)队岸皇菃蝹€(gè)投影構(gòu)成的數(shù)字化體層融合(DTS)圖像。數(shù)字化體層融合圖像為使用投影圖像重建的圖像(例如，體積圖像)，其中所涉及的投影圖像的數(shù)量可以小于CT圖像的數(shù)量。在此類情況下，圖像處理204為可選的，并且DTS輸入圖像220本身(例如，DTS輸入圖像220的切片)可以用于與模板214比較。在其他實(shí)施方案中，在比較增強(qiáng)的輸入圖像與模板214之前，可以執(zhí)行圖像處理204以增強(qiáng)DTS輸入圖像220中的特征。用于與輸入圖像220比較的模板214可以為用CT體積圖像210建構(gòu)的DTS圖像。在此類情況下，形成模板214的DTS圖像可以被認(rèn)為是“人工”DTS圖像，這是因?yàn)椴桓鶕?jù)用多個(gè)投影圖像重建DTS圖像的常規(guī)技術(shù)建構(gòu)DTS圖像。
[0085]各種技術(shù)可以用于從體積CT圖像獲得一組人工DTS圖像。在一些實(shí)施方案中，處理器(例如，處理器54或另一處理器)被配置成將體積圖像210中的體素(例如，由用戶定義的感興趣區(qū)域中的體素)在計(jì)算上前向投影到一組中間平面上以建立圖像切片900a_900e(圖9A)。在一種技術(shù)中，當(dāng)執(zhí)行前向投影以建立圖像切片900a-900e時(shí)，處理器可以沿著部分地在體積圖像210中的對(duì)象周圍的軌跡(例如，弧形路徑)將模擬源在數(shù)學(xué)上移動(dòng)到與用于形成在線DTS圖像220的投影的角間距對(duì)應(yīng)的不同位置。在圖9B中用圖形圖示這種技術(shù)。如圖中所示，從具有角間距912的不同位置910a-910g執(zhí)行前向投影。在一些實(shí)施方案中，角間距912可以等于用于形成在線DTS圖像220的投影的角間距。在其他實(shí)施方案中，角間距912可以不同于(例如，大于或小于)用于形成在線DTS圖像220的投影的角間距。為了建立切片900 (例如，900a)，執(zhí)行從不同位置910a-910g前向投影到切片900的平面(例如，切片900a的平面)上。例如，當(dāng)執(zhí)行從位置910b前向投影到圖像切片900a的平面上時(shí)，通過體積圖像210中的感興趣體素，沿著投影路徑930的所有點(diǎn)(包括在圖像切片900a的平面前面的點(diǎn)940a，以及在圖像切片900a的平面后面的點(diǎn)940b)被投影到圖像切片900a的平面上。盡管在這個(gè)實(shí)例中示出一個(gè)投影路徑930，但是應(yīng)理解，可能存在從位置910延伸并且與所建立的切片的平面相交的任何給定位置910的多個(gè)投影路徑930，由此在為任何給定位置910建立的切片的平面上建立二維前向投影圖像。也執(zhí)行從其他位置(例如，910a、910c-910g)前向投影到圖像切片900a的平面上。然后，求和在圖像切片900a的平面上的前向投影以建立圖像切片900a?？梢灾貜?fù)相同的技術(shù)以建立其他圖像切片900b-900e。盡管在這個(gè)實(shí)例中示出五個(gè)圖像切片900a-900e，但是在其他實(shí)施方案中可能存在超過五個(gè)圖像切片900或少于五個(gè)圖像切片。在一些情況下，圖像切片900a-900e可以被認(rèn)為是對(duì)應(yīng)于DTS重建算法中的后向投影的中間階段。
[0086]在一些實(shí)施方案中，在處理器已執(zhí)行從多個(gè)角位置前向投影時(shí)，數(shù)學(xué)上移動(dòng)模擬源可以被認(rèn)為已由處理器處理。此外，在一些實(shí)施方案中，當(dāng)執(zhí)行前向投影時(shí)，模擬源的軌跡930的弧中心可以與用于獲得在線DTS圖像220的軌跡的弧中心相同。另外，在一些實(shí)施方案中，模擬源的軌跡的弧長可以與用于獲得在線DTS圖像220的軌跡的弧長相同。在其他實(shí)施方案中，模擬源的軌跡的弧長可以不同于(例如，長于)用于獲得在線DTS圖像220的軌跡的弧長，以便實(shí)現(xiàn)更好的深度分辨率。
[0087]在一些實(shí)施方案中，在形成圖像切片900a_900e后，圖像切片900a_900e自己可以用作模板214。在其他實(shí)施方案中，可以去模糊圖像切片900a-900e以建立各自去模糊的圖像切片，然后，去模糊的圖像切片用作模板214。
[0088]各種技術(shù)可以用于去模糊圖像切片900a_900e。在一些實(shí)施方案中，為了去模糊切片900，處理器可以確定來自其他切片中的對(duì)象提供的模糊圖像，并且可以從去模糊的切片900減去這個(gè)模糊圖像。例如，為了去模糊圖像切片900b，可以將其他切片900a和900c-900e前向投影到圖像切片900b的平面上，然后加以求和以建立圖像切片900b的模糊圖像。圖9C圖示這個(gè)技術(shù)。如圖中所示，為了建立切片900b的模糊圖像，處理器(例如，處理器54或另一處理器)被配置成將其他圖像切片900a和900c-900e中的像素在計(jì)算上前向投影到圖像切片900b的平面上。在一個(gè)技術(shù)中，當(dāng)執(zhí)行前向投影以建立模糊圖像時(shí)，處理器可以沿著部分地在感興趣對(duì)象周圍的軌跡948 (例如，弧形路徑)將模擬源在數(shù)學(xué)上移動(dòng)到與用于形成在線DTS圖像220的投影的角間距對(duì)應(yīng)的不同位置。如圖中所示，從具有角間距952的不同位置950a-950g執(zhí)行前向投影。在一些實(shí)施方案中，角間距952可以等于用于形成在線DTS圖像220的投影的角間距。在其他實(shí)施方案中，角間距952可以不同于(例如，大于或小于)用于形成在線DTS圖像220的投影的角間距。此外，在一些實(shí)施方案中，用于生成模糊圖像的角間距952可以與用于生成圖像切片900的角間距912相同。在其他實(shí)施方案中，用于生成模糊圖像的角間距952可以不同于用于生成圖像切片900的角間距912。為了建立圖像切片900b的模糊圖像，執(zhí)行從不同位置950a-950g前向投影到圖像切片900b的平面上。例如，當(dāng)執(zhí)行從位置950b前向投影到圖像切片900b的平面上時(shí)，在不同圖像切片900a和900c-900e上沿著投影路徑960的所有點(diǎn)(包括在圖像切片900b的平面前面的點(diǎn)970a，以及在圖像切片900b的平面后面的點(diǎn)970b)被投影到圖像切片900b的平面上。盡管在這個(gè)實(shí)例中示出一個(gè)投影路徑960，但是應(yīng)理解，可能存在從位置950延伸并且與去模糊的切片的平面相交的任何給定位置950的多個(gè)投影路徑960，由此在為任何給定位置950去模糊的切片的平面上建立二維前向投影圖像。也執(zhí)行從其他位置(例如，950a、950c-950g)前向投影到圖像切片900b的平面上。然后，求和在圖像切片900b的平面上的前向投影以建立圖像切片900b的模糊圖像。可以重復(fù)上述技術(shù)以建立其他各自的圖像切片900a和900c-900e的對(duì)應(yīng)的模糊圖像。
[0089]在一些實(shí)施方案中，在處理器已執(zhí)行從多個(gè)角位置前向投影時(shí)，在去模糊過程期間數(shù)學(xué)上移動(dòng)模擬源可以被認(rèn)為已由處理器處理。此外，在一些實(shí)施方案中，在去模糊過程中，模擬源的軌跡的弧中心可以與用于獲得在線DTS圖像220的軌跡的弧中心相同。另外，在一些實(shí)施方案中，模擬源的軌跡的弧長可以與用于獲得在線DTS圖像220的軌跡的弧長相同。在其他實(shí)施方案中，模擬源的軌跡的弧長可以不同于(例如，長于)用于獲得在線DTS圖像220的軌跡的弧長。
[0090]在獲得模糊圖像后，處理器然后從切片900b減去模糊圖像以去模糊切片900b。執(zhí)行相同的過程以去模糊這組中的其他切片(例如，900a和900c-900e)，從而產(chǎn)生一組去模糊的圖像切片。在一些實(shí)施方案中，去模糊的圖像切片可以作為模板214存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中以便以后處理(例如，與在線圖像220模板匹配)。
[0091]上述技術(shù)產(chǎn)生形成給定支架角度的一組模板214的一組去模糊的切片900a_900e。在一些實(shí)施方案中，處理器可以選擇去模糊的切片900a_900e的中心切片(或最接近中心的一個(gè)切片)以用于與在線DTS圖像220 (例如，在線DTS圖像220中的相應(yīng)切片)比較。在其他實(shí)施方案中，處理器可以比較模板214的多個(gè)切片與在線DTS圖像220的相應(yīng)的多個(gè)切片以實(shí)現(xiàn)粗略的三維匹配。
[0092]上述技術(shù)比一直前向投影CT體素以模擬投影圖像(而不是上述中間圖像)以便重建參考DTS圖像的另一個(gè)可能方法更好，由此節(jié)省計(jì)算時(shí)間和資源。此外，上述技術(shù)不再需要執(zhí)行后向投影(如在使用生成DRR的方法時(shí)需要的)。
[0093]如先前所述，在獲得輸入DTS圖像220 (并且可選地進(jìn)行處理以增強(qiáng)其中的特征)后，并且在獲得模板圖像214后，然后在模板匹配過程206中比較輸入圖像220與模板圖像214。
[0094]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
[0095]圖10為圖示可以實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方案的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900的實(shí)施方案的方框圖。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900包括用于傳達(dá)信息的總線1902或其他通信機(jī)制，以及與總線1902耦合以用于處理信息的處理器1904。處理器1904可以為圖1的處理器54，或用于執(zhí)行本文所述的各種功能的另一處理器的實(shí)例。在一些情況下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900可以用于實(shí)施處理器54 (或本文所述的其他處理器)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900也包括耦合到總線1902以用于存儲(chǔ)由處理器1904執(zhí)行的信息和指令的主存儲(chǔ)器1906，例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或其他動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。主存儲(chǔ)器1906也可以用于在執(zhí)行由處理器1904執(zhí)行的指令期間存儲(chǔ)臨時(shí)變量或其他中間信息。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900進(jìn)一步包括耦合到總線1902以用于存儲(chǔ)處理器1904的靜態(tài)信息和指令的只讀存儲(chǔ)器(ROM) 1908或其他靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備。將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備1910(例如，磁盤或光盤)提供和耦合到總線1902以用于存儲(chǔ)信息和指令。
[0096]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900可以通過總線1902耦合到顯示器1912，例如，陰極射線管(CRT)或平板，以用于向用戶顯示信息。輸入設(shè)備1914 (包括字母數(shù)字鍵和其他鍵)耦合到總線1902以用于將信息和命令選擇傳達(dá)到處理器1904。另一類型的用戶輸入設(shè)備為光標(biāo)控制器1916,例如，鼠標(biāo)、軌跡球或光標(biāo)方向鍵,其用于將方向信息和命令選擇傳達(dá)到處理器1904以及用于控制顯示器1912上的光標(biāo)移動(dòng)。這個(gè)輸入設(shè)備通常具有兩個(gè)軸，即，第一軸(例如，x)和第二軸(例如，y)中的兩個(gè)自由度，其允許設(shè)備指定平面中的位置。
[0097]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900可以用于執(zhí)行根據(jù)本文所述的實(shí)施方案的各種功能(例如，計(jì)算)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900響應(yīng)于處理器1904執(zhí)行在主存儲(chǔ)器1906中含有的一個(gè)或多個(gè)指令的一個(gè)或多個(gè)序列而提供這樣的使用?？梢詫⒋祟愔噶顝牧硪挥?jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，存儲(chǔ)設(shè)備1910)讀取到主存儲(chǔ)器1906中。在主存儲(chǔ)器1906中含有的指令序列的執(zhí)行使處理器1904執(zhí)行本文所述的處理步驟。在多處理布置中的一個(gè)或多個(gè)處理器也可以用于執(zhí)行在主存儲(chǔ)器1906中含有的指令序列。在替代實(shí)施方案中，可以代替或結(jié)合軟件指令來使用硬連線電路以實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明的實(shí)施方案不限于硬件電路和軟件的任何特定組合。
[0098]本文所用的術(shù)語“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”指的是參與將指令提供到處理器1904以用于執(zhí)行的任何介質(zhì)。此介質(zhì)可以采取多種形式，包括(但不限于)非易失性介質(zhì)、易失性介質(zhì)和傳輸介質(zhì)。例如，非易失性介質(zhì)包括光盤或磁盤，例如，存儲(chǔ)設(shè)備1910。非易失性介質(zhì)可以被認(rèn)為是非暫態(tài)介質(zhì)的實(shí)例。易失性介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，例如，主存儲(chǔ)器1906。易失性介質(zhì)可以被認(rèn)為是非暫態(tài)介質(zhì)的另一實(shí)例。傳輸介質(zhì)包括同軸電纜、銅線和光纖，其包括包括總線1902的導(dǎo)線。傳輸介質(zhì)也可以采取聲波或光波的形式，例如，在無線電波和紅外數(shù)據(jù)通信期間生成的傳輸介質(zhì)。
[0099]例如，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的常見的形式包括軟盤、軟性磁盤、硬盤、磁帶或任何其他磁性介質(zhì)、CD-ROM、任何其他光學(xué)介質(zhì)、穿孔卡片、紙帶、具有穿孔圖案的任何其他物理介質(zhì)、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPR0M、任何其他存儲(chǔ)芯片或存儲(chǔ)盒、如下文所述的載波，或計(jì)算機(jī)可以讀取的任何其他介質(zhì)。
[0100]各種形式的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以涉及將一個(gè)或多個(gè)指令的一個(gè)或多個(gè)序列攜帶到處理器1904以用于執(zhí)行。例如，可以最初在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的磁盤上攜帶指令。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以將指令載入到其動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中并且使用調(diào)制解調(diào)器通過電話線發(fā)送指令。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900本地的調(diào)制解調(diào)器可以接收電話線上的數(shù)據(jù)并且使用紅外發(fā)射機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為紅外信號(hào)。耦合到總線1902的紅外檢測(cè)器可以接收以紅外信號(hào)攜帶的數(shù)據(jù)并且將數(shù)據(jù)放置在總線1902上?？偩€1902將數(shù)據(jù)攜帶到主存儲(chǔ)器1906，處理器1904從主存儲(chǔ)器1906檢索和執(zhí)行指令。在處理器1904執(zhí)行由主存儲(chǔ)器1906接收的指令之前或之后，可以將這些指令可選地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備1910上。
[0101]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900也包括耦合到總線1902的通信接口 1918。通信接口 1918提供耦合到網(wǎng)絡(luò)鏈路1920的雙向數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡(luò)鏈路1920連接到局部網(wǎng)絡(luò)1922。例如，通信接口 1918可以為綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(ISDN)卡或調(diào)制解調(diào)器以將數(shù)據(jù)通信連接提供到相應(yīng)類型的電話線。作為另一實(shí)例，通信接口 1918可以為局域網(wǎng)(LAN)卡以將數(shù)據(jù)通信連接提供到兼容的LAN。也可以實(shí)施無線鏈路。在任何此實(shí)施中，通信接口 1918發(fā)送和接收攜帶代表各種類型的信息的數(shù)據(jù)流的電信號(hào)、電磁信號(hào)或光學(xué)信號(hào)。
[0102]網(wǎng)絡(luò)鏈路1920通常通過一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)通信提供到其他設(shè)備。例如，網(wǎng)絡(luò)鏈路1920可以通過局部網(wǎng)絡(luò)1922將連接提供到主機(jī)計(jì)算機(jī)1924或裝備1926，例如，輻射束源或操作地耦合到輻射束源的開關(guān)。通過網(wǎng)絡(luò)鏈路1920運(yùn)送的數(shù)據(jù)流可以包括電信號(hào)、電磁信號(hào)或光學(xué)信號(hào)。通過各種網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)和在網(wǎng)絡(luò)鏈路1920上并且通過通信接口1918的信號(hào)為運(yùn)送信息的載波的示例性形式，其中通信接口 1918將數(shù)據(jù)攜帶到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900并且從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900攜帶數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1900可以通過網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)鏈路1920和通信接口 1918發(fā)送消息并且接收數(shù)據(jù)(包括程序代碼)。
[0103]應(yīng)注意，本說明書中使用的術(shù)語“圖像”未必限于顯示的圖像，并且也可以指的是未顯示的圖像。例如，在一些實(shí)施方案中，本文所述的任何圖像(例如，輸入圖像220、經(jīng)處理的圖像222、體積圖像210、模板圖像214等)可以作為圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中。
[0104]此外，術(shù)語“處理器”可以包括一個(gè)或多個(gè)處理單元，并且可以指的是能夠執(zhí)行使用硬件和/或軟件實(shí)施的數(shù)學(xué)計(jì)算的任何設(shè)備。在其他實(shí)施方案中，術(shù)語“處理器”也可以指的是存儲(chǔ)在非暫態(tài)介質(zhì)中的軟件。此外，在本文所述的任何實(shí)施方案中，可以使用單獨(dú)的處理器，而不是使用處理器54來執(zhí)行所述各種功能。
[0105]盡管已示出和描述特定實(shí)施方案，但是應(yīng)理解，這些實(shí)施方案不意圖限制所要求的發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見在不脫離所要求的發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化和修改。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的意義。所要求的發(fā)明意圖覆蓋替代、修改和等效物。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像處理方法，包括: 獲得輸入圖像； 增強(qiáng)所述輸入圖像中的對(duì)象；以及 在所述輸入圖像被增強(qiáng)后，使用處理器來應(yīng)用低通濾波器，以獲得經(jīng)處理的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中增強(qiáng)所述對(duì)象的動(dòng)作包括使用滾球?yàn)V波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述滾球?yàn)V波器具有與所述輸入圖像中的所述對(duì)象的橫截面尺寸對(duì)應(yīng)的球直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中應(yīng)用所述低通濾波器的動(dòng)作包括使用各向異性濾波器內(nèi)核。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低通濾波器包括與CT圖像的圖像分辨率相關(guān)聯(lián)的第一參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述低通濾波器包括與所述CT圖像的切片間距相關(guān)聯(lián)的第二參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述輸入圖像包括在線圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括: 獲得模板圖像；以及` 將所述經(jīng)處理的圖像與所述模板圖像進(jìn)行比較。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中比較的動(dòng)作包括確定互相關(guān)、歸一化互相關(guān)或交互信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述比較的動(dòng)作包括確定所述模板圖像與所述經(jīng)處理的圖像之間的相似度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述比較的動(dòng)作包括在相對(duì)于彼此不同的偏移量下，確定所述模板圖像與所述經(jīng)處理的圖像之間的匹配得分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述匹配得分定義在搜索區(qū)域上面的匹配得分表面，所述匹配得分表面具有峰和至少一個(gè)旁瓣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述峰相對(duì)于所述至少一個(gè)旁瓣突出多少。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括: 確定所述至少一個(gè)旁瓣的標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及 確定峰旁瓣比，所述峰旁瓣比為所述峰除以所述至少一個(gè)旁瓣的所述標(biāo)準(zhǔn)偏差的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括使用掩模以從所述匹配得分表面排除所述峰及其鄰近區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括通過以下操作確定所述掩模: 在不同的偏移量下使所述模板圖像與它本身互相關(guān)，以獲得自相關(guān)表面；以及 確定所述自相關(guān)表面超過或低于閾值的位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述閾值在0.3與0.4之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括: 使用所述峰的值和所述至少一個(gè)旁瓣的值確定峰旁瓣比；以及 將所述峰旁瓣比與閾值進(jìn)行比較，以確定在所述經(jīng)處理的圖像與所述模板圖像之間是否存在匹配。
19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括生成所述模板圖像，其中生成所述模板圖像的動(dòng)作包括: 接收代表用戶對(duì)所述對(duì)象在體積圖像的各自不同的切片中的標(biāo)識(shí)的輸入； 使用所述輸入來確定包括所述體積圖像的子集中的體素的感興趣體積(VOI);以及 使用所述VOI中的所述體素中的至少一些體素來確定所述模板圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述VOI包括圓柱幾何體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述圓柱幾何體包括垂直于所述圓柱幾何體的圓形截面的軸，所述軸平行于成像設(shè)備的支架的旋轉(zhuǎn)軸。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中確定所述模板圖像的動(dòng)作包括執(zhí)行所述VOI中的所述體素中的所述至少一些體素的前向投影。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述前向投影包括所述VOI中的所述體素中的所述至少一些體素的前向最大強(qiáng)度投影。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述前向投影包括所述VOI中的所述體素中的所述至少一些體素的前向平均投影。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述前向投影包括所述VOI中的所述體素中的所述至少一些體素的前 向中值投影。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中確定所述模板圖像的所述動(dòng)作進(jìn)一步包括在執(zhí)行所述前向投影之前，將所述VOI中的體素重采樣到平行于所述輸入圖像的平面的圖像平面中。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中增強(qiáng)所述對(duì)象的動(dòng)作包括增強(qiáng)組織結(jié)構(gòu)的邊界。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述低通濾波器被應(yīng)用于平滑位于所述組織結(jié)構(gòu)的所述邊界內(nèi)的特征。
29.—種系統(tǒng)，包括被配置用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的方法的處理器。
30.一種具有存儲(chǔ)指令集的介質(zhì)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，所述指令集的執(zhí)行將致使根據(jù)權(quán)利要求1-28中任一項(xiàng)所述的方法被執(zhí)行。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103793906SQ201310514212
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】H·莫斯塔法維, A·斯洛特斯基, A·G·蔣 申請(qǐng)人:瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)公司