融合數字圖像的方法
2023-10-24 06:18:27 2
專利名稱：融合數字圖像的方法
技術領域：
本發明涉及醫學成像。更加具體地講，本發明涉及醫學數字圖像
的融合和體積-體積融合(volume-volume fusion)的顯像。
背景技術：
本發明涉及對象的至少兩個數字圖像的融合，這兩個圖像中的第 一個圖像著重體現對象的某一種組分，而第二個圖像著重體現另一種 組分。
這種技術在將通過CT (計算機斷層攝影)獲得的人體器官的第一 個圖像與通過磁共振成像(MRI )獲得的同一器官的第二個圖像融合在 一起的醫學領域中有著尤其重要的應用。實際上，CT圖像注重展現骨 骼部分。在這種圖像中，骨骼部分是白色的，並且所有其它部分，尤 其是軟組織，是沒有差異的均勻灰色。另一方面，MRI圖像以不同深淺 的灰度級展現軟組織並且象骨骼結構這樣的其它部分和空的空間是黑 色的。
經常希望組合醫學圖像的另 一個例子是正電子發射斷層攝影 (PET)和計算機斷層攝影(CT)之間的體融合。PET測量檢查的功能 方面，典型地是新陳代謝活動。CT表明底層組織的X射線吸收，並且 因此表現出患者的解剖結構。PET通常看起來有點象有噪聲的和低分辨 率的CT版本。不過，用戶通常最感興趣的是從PET中看到高亮度值並 且看出這些高亮度值位於CT中清晰可見的底層解剖結構內的什麼位置 上。
一般來說，在醫學領域中，使用下列的典型融合方法來將來自不 同類型(例如，掃描類型)的圖像採集裝置的兩個二維數字圖像組合 成新的合成圖像
1 )棋盤模式
將合成圖像分成多個子區域，通常分成矩形的子區域。如果一個 子區域取自一個數據集，則從另一個數據集中取相鄰的子區域，依此 類推。通過觀察子區域之間的邊界，用戶可以評價匹配的精確度。2) 圖像混合
合成圖像中的每個像素是以單個圖像中像素的加權和的形式生成 的。用戶通過改變加權值，並且從僅有第一個圖像到看到混合圖像、 再到看到僅僅第二個圖像來觀察特徵如何移位來評價配準程度。
3) 像素替換
合成圖像最初是輸入圖像之一的副本。從另 一個圖像中選取一組 可能不連續的像素，並且將這些像素插入到合成圖像中。典型地，這 組替換像素的選取是使用亮度閾值進行的。用戶通過改變閾值來評價 配準程度。
在數據集代表三維體積時，顯像的主要方法是MPR-MPR (多平面 重定格式)融合，這種融合包括選取穿過一個體積的MPR平面和穿過 另一個體積的相應平面並且使用前面介紹的二維方法之一。
另一種辦法涉及創建兩個體積(MIP-最大亮度投影，MinIP-最 小亮度投影)的投影的投影儀和再次使用前面介紹的二維方法之一來 創建合成圖像。
前面介紹的合成技術的主要缺陷是這些技術是"孤注一擲"的辦法。
對於棋盤模式來說，某一子區域內的所有像素都取自兩個數據集 之一，忽略了另一個數據集中的像素信息。像素替換存在同樣的問題。 而圖像混合試圖將兩個數據集的像素信息合併起來，不過，對於整個 數據集使用的是同樣的加權值來創建合成圖像中的所有像素。
在Zuiderveld和 Viergever 所著的《Multi-modal Volume Visualization using Object-Oriented Methods》 (Proceedings Symposium on Volume Visualization, 1994年10月17日)中，介 紹了目的在於來自不同模態的體積數據集的集成顯像的面向對象的結 構體系。單個圖像的繪製(render )基於特對於器官的描影管道 (shading pipeline)。
在Manssour I H等人所著的《Visualizing inner structure in multimodal volume data》 (Computer Graphics and Image Processing, 2002 )中，介紹了為了兩個數據集的同時顯示而進行的
來自多模式體積的兩個數據集的融合。
在歐洲專利申請EP1489591中，給出了利用不同的特徵類別加權 處理圖像的系統和方法。計算機系統將兩個或多個圖像與一組特徵類 別數據(比如顏色和紋理數據)關聯起來。該計算機為各個特徵類別 分配一組處理加權值。按照特徵類別加權值將這兩個或多個圖像混合
起來。例如在Lab顏色模型中表達像素顯示屬性。分別施加到L、 a和 b分量(也稱為通道)上的加權值可以是不同的。各個加權值可以重新 分配或者依據所要呈現的內容而定。對於一個通道內的每個值，加權 值是相同的。
鑑於提供有用的顯像信息的重要性，給出克服現有技術缺陷的顯 像體積-體積融合的新技術，是所期望並且高度有利的。
發明內容
上面提到的方面是藉助具有權利要求1中闡述的特定特徵的方法 來實現的。
在從屬權利要求中闡述了本發明優選實施方式的具體特徵。
按照本發明，通過使用具有混合加權值的混合函數來混合圖像表 達。這個混合加權值是基於至少 一 個要加以混合的圖像的數據集中的 局部圖像信息，來局部且動態地確定的。然後可以在諸如監視器之類 的顯示裝置上顯像混合圖像。
可以基於圖像數據集中存在的信息局部和/或動態地調整混合加 權值。所述信息可以包括
-數據集的原始體素(voxel)或像素值，
-經過處理的數據集的體素或像素值，
-數據集的分割掩模(segmentation mask)，
-從數據集中提取出的特徵。
可以例如用低通濾波器來對像素/體素值進行濾波，以減小噪聲對 混合加權值的影響。
分割掩模可以例如是藉助區域生長、選擇種子點和像素值範圍來 交互地生成的。不過，也可以使用自動分割技術。
在特定的實施方式中，使用像素/體素中存在的曲率或梯度(提取 特徵)來局部地確定混合加權值。
在特定的實施方式中，可以使用所謂的重定格式器 (reformatter )。重定格式器的功能是創建穿過圖像中任何一個的體 積表達的相應平面。然後按照本發明、通過使用具有局部和/或動態混 合的加權值的混合函數混合相應的平面，來構造混合平面。
在另一種特定實施方式中，可以使用投影儀。投影儀的功能是創
建圖像中的任何一個的兩個體積表達的相應投影(MIP， Min-IP)。 然後按照本發明，通過使用具有局部和/或動態混合的加權值的混
合函數混合相應的平面，來構造混合投影。
在再一種可供選用的實施方式中，使用體繪製器來使用局部和/或
動態調整的加權函數構造所繪製的混合體積。
在混合期間可以按照像素/體素在數據集之一或二者中的值，對像
素/體素進行不同的加權。
混合加權值可以藉助給定閾值而取決於體素/像素值。
例如，僅混合具有處於給定範圍之內或之外的值的像素/體素。
在一種實施方式中，對於其值處於屬於一個圖像的數據集對應的
給定範圍之內並且處於另一個數據集對應的給定範圍之內的像素/體
素，混合加權值是0 (在混合圖像中不再存在)。
例如，對於其值處於一個數據集對應的給定範圍之內並且處於另
一個數據集對應的給定範圍之內的像素/體素，混合加權值是l (總是
存在於混合圖像中)。
每個像素/體素i的混合函數可以例如是 formula see original document page 7其中^是混合像素/體素的值， 和^分別是體積1和2中的像素 /體素值，並且a是混合係數。
如果v,處於指定範圍min^^《maXi之內，則c，,是l，否則為0。 如果v^,處於指定範圍min^i/2,《max2之內，則 是1，否則為0。
上面提到的混合的變形為
formula see original document page 7
其中^和^是在像素/體素i的值處於給定範圍之外的時候應當給 予該像素/體素i的值。
在另外一種可供選用的實施方式中，混合加權值取決於為兩個數 據集確定的分割掩模。例如，對於屬於為數據集之一創建的給定分割
掩模的像素/體素，將混合加權值設定為零。也可以對於屬於為數據集 之一創建的給定分割掩模的像素/體素，將混合加權值設定為1。 加權函數可以手動編輯。
可以將本發明的方法實現為適用於實施任何這種方法的步驟的計 算機程序產品。
一般將適用於實施所述方法的步驟的計算機可執行程序代碼存儲
在諸如CD-ROM或DVD之類的計算機可讀介質上。
從下面的介紹和附圖中，本發明的其它優點和實施方式將會變得 顯而易見。
附圖1
(a )是具有頭骨骨骼的清晰邊界的CT圖像，
(b) 是具有腦組織的清晰再現的MR圖像，
(c) 是冠狀面上的融合圖像，
(d) 是軸向圖像，其中CT圖像的骨骼結構藉助本發明的'智能 混合，方法疊加在MR圖像上。
具體實施例方式
本發明給出了將各種不同類型的診斷圖像組合起來、使得用戶能 夠觀看到對診斷更加有用的信息的技術。它可以用於二維診斷圖像或 三維體積的融合顯像。對於體積-體積融合的顯像，可以將它與重定 格式方辦法(MPR)、投影辦法(MIP-MinIP)或體繪製(VR)組合起 來。
本發明的方法基於上一段介紹的圖像混合技術。不過，本發明並 不使用原始像素亮度的全局加權係數來獲得合成圖像的像素值。而 是，使用加權函數和要加以混合的圖像的數據集中的信息，來局部和 動態地確定加權係數。
在本發明的一種實施方式中，可以這樣設定用於混合CT圖像與 MRI圖像的加權函數對於與骨結構對應的CT圖像的像素值，加權系 數總是為1。在從僅僅有CT圖像到觀看混合CT-MRI圖像時，存在於 CT圖像中的骨結構依然存在於合成混合圖像中。
在本發明的另一種實施方式中，可以這樣設定用於混合CT圖像與 PET圖像的加權函數在與病狀相應的範圍內的PET像素值具有為1 的加權係數。在從僅僅有CT圖像到觀看混合CT-PET圖像的時候，僅 病狀PET信息出現並且仍然存在於合成混合CT/PET圖像中。
應當理解，本發明可以以各種不同的硬體、軟體、固件、專用處 理器或它們的組合的形式來實現。優選地，可以以有形地包含在程序 存儲裝置上的程序的形式用軟體來實現本發明。可以將該程序上載到 包括任何適當體系結構的機器上並且由該機器執行。優選地，該機器 實現在計算機平臺上，該計算機平臺具有諸如下述硬體 一個或多個 中央處理單元(CPU)、隨機存取存儲器(RAM )、圖形處理單元(GUI) 和(多個)輸入/輸出U/0)接口。該計算機平臺還包括作業系統和 微指令代碼。本文介紹的各種不同處理和功能可以是由作業系統執行 的微指令代碼的一部分或者程序的一部分(或者它們的組合)。此外， 各種不同的其它外圍設備可以與計算機平臺連接，比如附加的存儲裝 置或者列印裝置。
所述計算機可以是獨立工作站或者經由網絡接口與網絡連結。網 絡接口可以與各種不同類型的網絡連結，包括區域網(LAN)、廣域網 (WAN)、內聯網、虛擬個人網絡(VPN)和網際網路。
雖然結合本發明提出的實例涉及3D體積的組合，但是應當意識 到，也可以使用4維(4D)或更高維度的數據，而不會超出本發明的 思想和範圍。
如所討論的，本發明優選使用通用計算機系統實現。不過，本發 明的系統和方法可以使用一個或多個程序控制的通用計算機、程序控 制的微處理器或微控制器、圖形處理單元(GPU)和外圍集成電路元件 或其它集成電路、數位訊號處理器、硬連接電子或邏輯電路(比如分 立元件電路、可編程邏輯裝置之類)的任意組合來實現的。
權利要求
1.一種融合至少兩個體積表達的方法，其中通過藉助具有混合加權值的混合函數來混合與所述體積表達相對應的數據集的信息，來構造融合後的表達，其特徵在於基於所述數據集中的任何一個的所述信息，來局部地和/或動態地調整混合加權值。
2. 按照權利要求1所述的方法，其中所述信息包括所述數據集 的原始體素/像素值。
3. 按照權利要求1所述的方法，其中所述數據集的所述信息包 括經過處理的所述數據集的體素/像素值。
4. 按照權利要求1所述的方法，其中所述數據集的所述信息包 括所述數據集的分割掩模。
5. 按照權利要求1所述的方法，其中所述數據集的所述信息與 從所述數據集中提取的特徵有關。
6. 按照權利要求1所述的方法，其中使用重定格式器來創建穿 過兩個體積的相應平面，並且其中使用局部和/或動態調整的加權函數 來構造混合平面。
7. 按照權利要求1所述的方法，其中使用投影儀來創建兩個體 積的相應投影，並且其中使用局部和/或動態調整的加權函數構造混合 投影。
8. 按照權利要求1所述的方法，其中使用體繪製器來使用局部 和/或動態調整的加權函數構造繪製的混合體積。
9. 按照權利要求1所述的方法，其中混合加權值藉助給定閾值 而取決於體素/像素值。
10. 按照權利要求1所述的方法，其中對於其值處於一個數據集 對應的給定範圍之內並且處於另一個數據集對應的給定範圍之內的像 素/體素，混合加權值是0 (在混合圖像中不再存在)。
11. 按照權利要求1所述的方法，其中對於其值處於第一個數據 集對應的給定範圍之內並且處於第二個數據集對應的給定範圍之內的 像素/體素，混合加權值是l。
12. 按照權利要求4所述的方法，其中對於屬於為數據集之一創 建的給定分割掩模的像素/體素，將混合加權值設定為零。
13. 按照權利要求4所述的方法，其中對於屬於為數據集之一創 建的給定分割掩模的像素/體素，將混合加權值設定為l。
14. 按照權利要求1所述的方法，其中加權函數是手動編輯的。
15. —種電腦程式產品，當運行於計算機上時，其適於實施前 述權利要求中任何一項的步驟。
16. —種計算機可讀載體介質，包括適於實施權利要求1 - 14中 任何一 項的步驟的計算機可執行程序代碼。
全文摘要
一種融合兩個體積表達的方法，其中融合後的表達是通過藉助具有混合加權值的混合函數混合與所述體積表達相應的數據集的信息來構造的，該混合加權值是基於所述數據集中的任何一個的所述信息來局部和/或動態地調整的。
文檔編號G06T5/00GK101188019SQ200710184978
公開日2008年5月28日 申請日期2007年10月31日 優先權日2006年11月20日
發明者M·庫爾 申請人:愛克發醫療保健公司