用于醫學圖像配準的通用變換濾波合成制造技術

使用低通濾波核心過濾將被配準的第一和第二圖像，該低通濾波核心具有尖銳的中心峰值和遠離該中心峰值的緩慢衰減。該裝置確定將過濾的第一圖像轉變成過濾的第二圖像的映射函數。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及圖像配準。更特別地，本專利技術提出一種有效的配準技術，用于高精確性、計算效率性和可靠性地匹配數字圖像，特別是醫學圖像。
技術介紹
圖像配準是對從不同的視角和/或通過不同的傳感器在不同時刻拍攝的相同景象的兩個或多個圖像進行疊加的過程。它幾何學上使至少兩個圖像的內容對準，該兩個圖像分別稱為參考圖像和傳感圖像。常規配準公式可表述為給定兩個形狀、一個輸入D(在傳感圖像中)和一個目標S(在參考圖像中)，以及一個相異標準，在S中找到和D的任何點關聯的最佳空間轉換T，并且最小化轉換的形狀△＝T(D)和目標S之間的相異標準。可以按照形狀△和S(基于特征的配準)的輪廓定義相異標準或者在由這些輪廓(基于區域的配準)確定的整個區域中定義相異標準。圖像配準是所有圖像分析任務中的關鍵步驟，其中從各種數據源的組合中獲得最終信息。典型地，遠程傳感、環境監視、天氣預報等領域中需要配準。在醫學領域，它可用于例如組合計算機X線斷層攝影術(CT)和核磁共振(NMR)數據以獲得關于病人的更完整的信息，諸如監視腫瘤生長、檢驗治療效率、對病人的數據和解剖圖進行比較等等。在《圖像和視覺計算》(Image and Vision Computing)21(2003)第977-1000頁，由Barbara Zitova和Jan Flusser撰寫的“Image registration methodsa survey”中，回顧了大量的配準方法。大多數方法包括以下階段-特征檢測手工或優選地自動檢測突出的和區別性的對象(封閉邊界區域、邊、輪廓、交匯點、角等)。此階段非常重要，因為它能顯著地影響所選的配準算法的性能；-特征匹配在傳感圖像中檢測到的特定特征與在參考圖像中檢測到的用于表示該相同特征的象素之間建立對應關系；-轉換模型評估評估將傳感圖像匹配到參考圖像的轉換，其通常被稱為映射函數。該映射函數基于圖像域Ω來定義，Ω對于兩個圖像是通用的。使用預先建立的特征對應關系來計算映射函數的參數。此階段可能需要大量的計算時間，特別是當將配準的圖像中的內容具有熟練的非剛性運動時。這例如可以聯系到圖像中的對象的變形(與簡單轉換或旋轉相對的)，和/或聯系到不同的視角。可使用相異函數的最優化來評估映射函數，相異函數還稱為目標函數；-圖像再取樣和轉換通過使用適當的內插法技術的映射函數轉換傳感圖像。在一些方法中，第二和第三階段并入第一步驟中。在《計算機視覺和圖像理解》(Computer Vision and Image Understanding)第142-165頁，2003，由N.Paragios等撰寫的“Non rigid registration using distancefunctions(使用距離功能的非剛性配準)”中，揭示了為了改進配準，在并入的特征匹配和轉換模型評估階段之前將距離轉換應用到所檢測的特征。該距離轉換，也稱為距離映射DM(x，y)，定義為Φc(x,y)=0(x,y)∈C+DM((x,y),C)(x,y)∈Rc-DM((x,y),C)(x,y)∈Ω-Rc]]>其中C是圖像域Ω中的給定特征，Rc是C的凸包，而DM((x，y)，C))是在點陣位置(x，y)和特征C之間的最小歐幾里德(Euclidean)距離。當使用梯度下降方法來最小化相異標準時，距離轉換提供了一適宜的特征空間，其允許大的捕捉范圍(其中可以比較相似特征的距離)和定位精確性。不僅如此，盡管很有前景，但是使用距離轉換也具有一些缺點。特別地，它需要從圖像中提取特征(第一步驟)，這不是總能以一種可靠的方式進行的。而且，距離映射(功能ED)的提取是非線性圖像處理操作，眾所周知其對于噪聲是敏感的。
技術實現思路
本專利技術的一個目的是提供一種方法，在保持大捕捉范圍和定位精確性的優點的同時避免距離轉換的缺點。相應的，本專利技術提供一種根據權利要求1的裝置、根據權利要求11的方法和根據權利要求17的計算機程序產品。本專利技術利用了特定濾波核心(filter kemel)類型，其在保持配準方法的大捕捉范圍的同時保證了定位精確性。這種濾波核心表現為在其中心周圍有尖銳的峰值，并且實質上具有隨著與核心的原點之間距離的增加有一個指數式衰減或冪反比定律(inverse power law)的性質。使用這種濾波核心過濾傳感圖象和參考圖象使得在保持被配準在一起的特征的細節和使它們充分地變模糊以允許大捕捉范圍之間提供了一個良好的折衷。附圖說明本專利技術的其它特征和優點將在此后的描述中結合附圖進一步展現，其中圖1是根據本專利技術的配準方法的流程圖；圖2是表示不同濾波核心的圖表；圖3是示出傳感圖象特征的卷積的示意圖，該傳感圖象具有本專利技術中使用的濾波核心；以及圖4是示出根據本專利技術的教導編程的通用計算機的示意圖。具體實施例方式本專利技術用于解決兩個或多個圖象的配準。盡管本專利技術是以軟件實現的方式闡述，它還可通過硬件組件來實施，例如在計算機系統的圖象卡中。在下面的描述中，僅作出將兩個圖象配準在一起的參考。圖像處理領域的技術人員可將本專利技術輕易地擴展到大量初始化圖象的應用。現在參考附圖，特別是參考其中的圖1，示出了根據本專利技術的配準方法的示意性框圖。整個方案包括由醫學2D或3D圖像D或者傳感圖象的獲取組成的初始化步驟10，上述圖象將用于與在步驟12中檢索的參考圖象S進行配準。輸入圖象S或者是之前獲取的或者是例如從數據庫中取出的。如果需要的話，初始化步驟10可包括對該圖象中的一個或兩個進行數字化。在可選的第二步驟20中，在圖像D和參考圖象S中檢測特征。這就提供了特征增強圖象EDI(D)和EDI(S)。所檢測到的特征可以是圖象中描述的對象的邊界(然后，在下面的描述中稱EDI(D)和EDI(S)為邊界檢測圖象)。它們還可包括棱線或者諸如例如血管的管狀對象的中心線。使用諸如局部方差方法的本領域已知技術創建特征增強或邊界檢測圖象。源圖象須經邊界檢測以便檢測其包含的對象的輪廓。因此，邊界檢測圖像中的像素值說明源圖像中感興趣區(ROI)中的特征。它們表示特征凸出量，其可以是像素強度值、像素強度中的局部梯度或者是源圖像中關于特征強度的任何適當的數據。根據本專利技術在配準方法中使用的濾波核心，第二步驟保持可選的狀態，并且如下所述，第二步驟精確到足以能夠避免對提取特征的需要。在第三步驟30中，將各向同性的低通濾波L施加到邊界檢測圖像EDI(D)和EDI(S)、或傳感圖像D和參考圖像S中。已知配準方法的距離映射由線性卷積代替，已知配準方法的距離映射由非線性操作產生。該操作需要各向同性濾波核心32。這種核心的一般形狀在圖2中通過曲線B示出。這種濾波核心必須顯示尖銳的中心峰值，并帶有向遠處相對緩慢的衰減，以便結合定位精確性和清晰度，還帶有一大捕捉范圍。離開原點，濾波核心可表現為r的指數衰變或冪反比定律，r為到核心中心的距離。圖2中的曲線A示出各向同性的高斯濾波核心，其常用于圖像分析。它沒有原點處的核心B那樣尖銳，而且它還在大的距離衰減得更快。在圖2中，曲線A和B描述了各向同性的濾波核心，其峰值均具有相同的有效寬度W=Σrr2.L(r)&本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于配準包括至少是二維的數據組的圖像的裝置，該裝置包括：至少獲得第一圖像（１０）和第二圖像（１２）的裝置；用于使用低通濾波核心（３２）對所述第一和所述第二圖像進行濾波的裝置，該低通濾波核心（３２）具有尖銳的中心峰值和遠離所述中心峰值的緩慢衰減；和用于確定將所述濾波后的第一圖像變換到所述濾波后的第二圖像的映射函數（４０）的裝置。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S馬克拉姆埃貝德，
申請(專利權)人：皇家飛利浦電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：NL[荷蘭]