CN104586418A - 医用图像数据处理装置和医用图像数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够提高诊断效率的医用图像数据处理装置、医用图像数据处理方法及医用图像数据处理程序。非线性配准处理部求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的非线性配准。刚性区域检测部基于所述非线性配准，检测通过线性变换能够近似的刚性区域。线性配准处理部求出所述第1医用图像数据集与所述第2医用图像数据集之间的、将所述检测到的刚性区域作为对象的线性配准。

Description

医用图像数据处理装置和医用图像数据处理方法

关联申请的交叉引用

本申请基于并要求2013年10月31日提交的美国专利申请号14/068,383的优先权的权益，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明的实施方式涉及医用图像数据处理装置、医用图像数据处理方法及医用图像数据处理程序。

背景技术

临床医师对从体数据中得到的医用图像进行观察时，有时同时查看与同一患者或其他被检测者相关的图像。虽然各医用图像中显示的解剖学结构的组织是相同的情形较多，但是解剖学结构的病理学或其它性质有时不同。

从对同一患者或其他被检测者进行的多次扫描中，获取各种医用图像。在此，病变或症状随着时间的经过而发展，因此，在图像之间，对病变或症状的描绘有时会产生差异。另外，由于患者的呼吸的影响，肺、心脏或血管系的部分的图像等单一测定顺序中得到的相同的扫描中的多个阶段中，在图像之间，对病变或症状的描绘有时会产生差异。具体而言，根据获取图像的阶段或时间，有时解剖学结构可能被变形地描绘。例如，在呼吸、心跳或血管周期的各种阶段中获取的图像中，可能有各种解剖学结构的膨胀及收缩。

优选的是，临床医师或其他操作者能够使同时显示的多个医用图像同步地进行导航。例如，同时显示的两个医用图像分别显示在各显示窗中的状态时，优选的是下述情形，即，操作者移动一方的医用图像的显示区域时，同时显示的另一方的医用图像的显示区域在其显示窗内相同或同样地自动地移动。因此，能够例如将相同或对应的解剖学特征显示于双方的显示窗内的对应的位置。

另外，指针、十字线或光标等显示指示器分别显示在两个医用图像上时，还优选为相对于各医用图像中显示的解剖学结构，使显示指示器的移动在各医用图像上同步。因此，临床医师或其他操作者能够不考虑医用图像、十字线或光标的移动，而对MPR(Multi-PlanarReformat：多平面重建)十字线下的解剖学结构进行位置对齐。另外，临床医师或其他操作者能够对MPR视图的扩大/缩小及旋转、光标下的解剖学结构进行位置对齐。

当多个图像数据集的差充分大时，需要进行图像数据集的配准，以使实质上相同的解剖学结构能够在各图像上并在实质上相同位置上显示。图像数据集的配准明确同时显示的图像之间的空间的或解剖学的关系。这样的配准对例如图像的取得时段有很大差异的情形、或在图像之间存在解剖学结构的大幅变化的情形是需要的。图像数据集的配准可以通过人工或自动(图像解析)进行。由于图像解析花费时间，因此，优选的是，在临床医师或其他操作者查看图像的同时不需要人工进行配准，或者自动进行配准之后，临床医师或其他操作者不需要人工进行调整。

图像的同步导航中使用自动配准时，需要确实地保证下述内容，即，显示指示器的位置在同时显示的多个图像之间对应、及在多个图像之间显示指示器的移动是一样的。因此，需要对光标、十字线或指针等显示指示器适用根据线性配准(刚性配准或仿射配准)得到的变换。

刚性配准是为了与另一方的图像数据集进行配准，而使一方的图像数据集中的数据点的坐标旋转、平行移动和/或扩大/缩小的配准。仿射配准是为了与另一方的图像数据集进行配准，而使一方的图像数据集中的数据点的坐标旋转、平行移动、扩大/缩小和/或剪断变形的配准。因此，可以将刚性配准视为仿射配准的一个例子。

为了将图像旋转、扩大/缩小、平行移动后进行观察，对同时显示的图像的同步的移动适用刚性配准。一般地，因为解剖学结构的相对比率不受影响，所以刚性配准的适用不会对图像的诊断品质带来影响。

刚性配准使用作为对象的图像数据集的全容积的平均、或者与特定的基准点或小的解剖学区域有关的数据点的平均来执行。但是，这样的配准在一个或多个基准点、或从特定的解剖学区域分离的位置有可能是不准确的。另外，通常，临床医师或其他操作者需要根据解剖学的关心区域，在查看图像的同时对配准进行一些人工调整。配准的人工调整花费时间，并且，增加查看图像所需要的时间。另外，当例如追踪肺结节等以时间序列对图像进行解析时，成为大的问题。

作为由于刚性配准而可能产生的问题的一个例子，概略性地说明对图1A及图1B的从体数据集中获取的图像进行导航的情形。

图1A是概略性地表示通过当前的扫描获取的肺容积4a及一系列的切片2a、通过过去的扫描获取的肺容积4b及一系列的切片2b、以及为了显示而选择的两个切片6a及6b的图。扫描在患者屏气时进行，在图1A中，相比过去，当前的肺的膨胀更少。使用刚性配准，进行图1A的两个容积之间的配准。如图1A所示，通过刚性配准，来自表示肺的相同区域的当前的扫描及之前的扫描的两个切片6a及6b被选择用于显示。

图1B是概略性地表示通过当前的扫描获取的肺容积4a及一系列的切片2a、通过过去的扫描获取的肺容积4b及一系列的切片2b、以及为了显示而选择的两个切片8a及8b的图。临床医师或其他操作者使用图像处理及导航技术通过容积进行导航，通过刚性配准，来自表示肺的相同区域的当前的扫描及过去的扫描的两个切片8a及8b被选择用于显示。这时，得知通过当前的扫描数据选择的切片8a位于肺的外侧的位置。通过刚性配准的界限，图像导航变得与解剖学结构的同步偏离。这时，临床医师或其他操作者需要进行花费时间的配准的人工调整。

作为其它自动配准技术，为了使显示指示器的移动或通过图像的导航确实地同步，已知对图像的导航、或对光标、十字线或指针等显示指示器适用非线性配准(非刚性配准)。这样的非刚性配准通常提供不依赖于基准点或解剖学区域的局部的变形场。但是，一般而言，由于非线性映射有可能产生可能妨碍诊断的图像的形变，因此以诊断目的使用图像时，将这样的非刚性配准适用于图像有可能产生问题。另外，对光标、十字线或指针等显示指示器使用非刚性配准时，有可能在多个检查之间产生不一样的导航，并且有可能使临床医师或其他操作者混乱而引导到错误的解释。

非刚性配准包含自由形式的配准，一个数据集中的数据点的坐标为了进行该数据集与其它数据集的配准，成为灵活的自由形式的变形的对象。自由形式的变换能够使用密集向量场(dense vector fields)进行定义，并定义与三维数据集中的各体素(voxel)对应的各个置换。另外，自由形式的变换也能够使用例如B样条函数(B spline functions)或薄板样条函数(thin plate spline functions)等其它场或函数进行定义。

在图2A及图2B中概略性地说明对通过从体数据集导入的图像进行导航时，由于使用非刚性配准而有可能产生的问题的例子。

图2A概略性地表示通过当前的扫描得到的肺容积14a及一系列的切片12a、通过过去的扫描得到的肺容积14b及一系列的切片12b、以及为了显示而选择的两个切片16a及16b。扫描在患者屏气时进行，另外，与图1A相同地，相比过去，当前的肺的膨胀更少。使用非刚性配准，进行图2A的两个容积之间的配准。如图2A所示，通过非刚性配准，来自表示肺的相同区域的当前的扫描及之前的扫描的两个切片16a、16b被选择用于显示。

图2B概略性地表示通过当前的扫描得到的肺容积14a及一系列的切片12a、通过过去的扫描得到的肺容积14b及一系列的切片12b、以及为了显示而选择的两个切片18a及18b。临床医师或其他操作者使用图像处理及导航技术通过容积对每个切片逐渐进行导航，直至通过非刚性配准从表示肺的相同区域的当前的扫描及过去的扫描显示两个切片18a、18b。这时，如果使用非刚性配准，那么产生非线性的移动，临床医师或其他操作者通过图像进行了导航时，遗漏了过去的图像数据集的图像切片中的几个，有可能使临床医师或其他操作者混乱，或者引导到错误的解释。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高诊断效率的医用图像数据处理装置、医用图像数据处理方法及医用图像数据处理程序。

本实施方式所涉及的医用图像数据处理装置具备：非线性配准处理部，求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的非线性配准；刚性区域检测部，基于所述非线性配准，检测能够通过线性变换近似的刚性区域；以及线性配准处理部，求出所述第1医用图像数据集与所述第2医用图像数据集之间的、将检测到的所述刚性区域作为对象的线性配准。

本发明提供了一种能够提高诊断效率的医用图像数据处理装置、医用图像数据处理方法及医用图像数据处理程序。

附图说明

图1A是概略性地表示以往例子所涉及的通过当前的扫描获取的肺容积及一系列的切片、通过过去的扫描获取的肺容积及一系列的切片、以及为了显示而选择的两个切片的图。

图1B是概略性地表示以往例子所涉及的通过当前的扫描获取的肺容积及一系列的切片、通过过去的扫描获取的肺容积及一系列的切片、以及为了显示而选择的两个切片的图。

图2A是概略性地表示以往例子所涉及的通过当前的扫描获取的肺容积及一系列的切片、通过过去的扫描获取的肺容积及一系列的切片、以及为了显示而选择的两个切片的图。

图2B是概略性地表示以往例子所涉及的通过当前的扫描获取的肺容积及一系列的切片、通过过去的扫描获取的肺容积及一系列的切片、以及为了显示而选择的两个切片的图。

图3是本实施方式所涉及的医用图像数据处理装置的概略图。

图4是表示本实施方式所涉及的图像导航的典型的流程的一个例子的图。

图5是本实施方式所涉及的变形场的概略图。

图6是通过本实施方式所涉及的大区域非刚性配准检测到的扫描区域的概略图。

图7是表示图3的显示部中显示的、通过当前的扫描及过去的扫描得到的两个切片的图像的图。

图8A是并排显示本实施方式所涉及的从基于当前的扫描的第1图像数据集得到的两个垂直的切片的图像、及从基于过去的扫描的第2图像数据集得到的垂直的切片的图像的图。

图8B是表示图8A的切片图像中更新了局部的刚性配准后显示的图像的图。

图9A是并排显示本实施方式所涉及的从基于当前的扫描的第1图像数据集得到的两个垂直的切片的图像、及从基于过去的扫描的第2图像数据集得到的垂直的切片的图像的图。

图9B是表示在图9A的切片图像中线性配准处理部不根据向原来的区域的外侧的移动更新局部刚性配准，而继续使用原来选择的刚性配准时显示的图像的图。

图10是表示实施方式所涉及的图像导航的详细流程的一个例子的图。

标号说明

20…医用图像数据处理装置，22…控制部，24…显示部，26…CT扫描，28…输入部，30…存储部，32…中央处理装置，34…图像数据处理部，36…非线性配准处理部，37…刚性区域检测部，38…线性配准处理部

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式所涉及的医用图像数据处理装置、医用图像数据处理方法及医用图像数据处理程序进行说明。另外，以下的说明中，对于具有大致相同的功能及结构的结构要素，标注相同标号，仅在需要时进行重复说明。

图3是本实施方式所涉及的医用图像数据处理装置20的概略图。

医用图像数据处理装置20具备：控制部22、显示部24、键盘或鼠标等输入部28及存储部30。在本实施方式中，医用图像数据处理装置20是例如个人计算机(PC)、工作站或任意的其它通用或者专用计算设备。医用图像数据处理装置20与CT扫描器26连接。另外，还可以将医用图像数据处理装置20组装于CT扫描器26中。以下，说明为CT扫描器26与医用图像数据处理装置20连接。

另外，CT扫描器26也可以是构成为获取三维图像数据(体数据)的任意的CT扫描器。另外，代替CT扫描器26，也可以将其它设备、例如MRI扫描器、X线扫描器或PET扫描器与医用图像数据处理装置20连接。通过CT扫描器26获取的医用图像数据暂时存储于存储部30中，之后输出至图像数据处理部34。另外，CT扫描器26也可以将医用图像数据直接输出至图像数据处理部34。另外，医用图像也可以由形成Picture Archiving and Communication System(PACS：图片存档及通信系统)的一部分的远程数据商店(未图示)供给。远程数据商店可以具备任意的存储库。

控制部22自动或半自动地对医用图像进行处理。控制部22具备构成为执行后述的图4的流程的各种软件单元、或能够加载及操作其它软件结构要素的中央处理装置(Central Processor unit：CPU)32。控制部22提供用于处理体(volume)医用图像数据并视觉化的包括例如分割、配准及体绘制(volume rendering)等的各种图像数据处理及视觉化技术。控制部22包括硬盘驱动器以及PC的其它结构要素，其中PC的其它结构要素包括RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、数据总线、包含各种设备驱动器的操作系统及包含显卡的硬件设备。为了使说明易懂，上述结构要素没有表示于图3中。

CPU32具备图像数据处理部34、非线性配准处理部36、刚性区域检测部37及线性配准处理部38。

图像数据处理部34通过对医用图像数据实施数据处理，产生医用图像。具体而言，图像数据处理部34从存储部30或CT扫描器26接受医用图像数据，根据需要，实施包括分割及绘制等的各种处理技术，由此产生医用图像。

非线性配准处理部36求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的非线性配准。非线性配准是基于非线性变换的配准。非线性变换是指不是线性变换的非线性的变换。作为非线性变换，有基于B样条函数(B spline functions)的FFD(free form deformation：自由变形)、TPS(thin plate spline：薄板样条)。非线性配准处理部36通过在第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间适用非线性配准，求出变形场。关于变形场，将在后文中详细叙述。另外，非线性配准处理部36通过在第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间适用非线性配准，进行第1医用图像数据集与第2医用图像数据集的位置对齐。为了将以下的说明具体化，使用非刚性配准作为非线性配准。第1医用图像数据集与第2医用图像数据集可以是任意的图像，但是在以下的说明中，第1医用图像数据集是通过当前的扫描产生的图像。第2医用图像数据集是通过过去的扫描产生的图像。第1医用图像数据集与第2医用图像数据集是将同一患者的同一解剖学区域作为对象的图像。

刚性区域检测部37基于非线性配准，检测通过线性变换能够近似的刚性区域。

线性配准处理部38求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的、将通过刚性区域检测部37检测到的刚性区域作为对象的线性配准。线性配准是基于线性变换的配准。线性变换是指包括旋转、平行移动、扩大/缩小、剪断的变换。线性配准处理部38通过在第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间适用线性配准，求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的线性变换式。线性配准处理部38通过在第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间适用线性配准，进行第1医用图像数据集与第2医用图像数据集的位置对齐。为了将以下的说明具体化，使用刚性配准或仿射配准作为线性配准。

以下，对本实施方式所涉及的医用图像数据处理装置20的动作例详细地进行说明。

参照图4，说明本实施方式中的图像导航的一系列的动作例。图4是表示本实施方式所涉及的图像导航的典型流程的一个例子的图。构成图3的医用图像数据处理装置20，以进行具有图4的流程图中所示的一系列的步骤的医用图像数据处理。

首先，图像数据处理部34接受通过对同一患者的同一解剖学区域间隔时段地进行的CT扫描得到的第1图像数据集及第2图像数据集(步骤40)。具体而言，第1医用图像数据集是通过当前的扫描产生的图像。第2医用图像数据集是通过过去的扫描产生的图像。

如果进行步骤40，那么非线性配准处理部36求出第1图像数据集与第2图像数据集之间的非刚性配准(步骤42)。步骤42中，非线性配准处理部36使用互信息(Mutual Information)作为大区域非刚性配准方法中的类似性的指标。另外，非线性配准处理部36使用Crum-Hill-Hawkes方式(William R.Crum,Derek L.G.Hill,DavidJ.Hawkes,“Information Theoretic Similarity Measures in Non-rigidRegistration”,IPMI2003的会议文集，378～387页)计算非刚性弯曲场(non-rigid warpfield)。以下的说明中，将非刚性弯曲场更广义地称为变形场。另外，非线性配准处理部36也可以通过其它方法进行非刚性配准。

如果进行了步骤42，那么刚性区域检测部37对步骤42中求出的非刚性配准检测通过刚性配准能够近似的刚性区域(步骤44)。刚性区域检测部37在规定的精度内检测能够近似的刚性区域。规定的精度通过一个或多个阈值定义。具体而言，刚性区域检测部37对于步骤42中求出的变形场内的向量场，通过将非刚性配准与刚性配准之间的差与一个或多个阈值进行比较，在规定的精度内检测能够近似的刚性区域。另外，规定的精度也可以通过其它定义。另外，还可以使用仿射配准作为刚性配准。

刚性区域的检测中，也可以使用例如变分聚类(variationalclustering)或向量场解析技术。变分聚类是与k平均法(k-meansclustering)类似的聚类技术。向量场解析及变分聚类的例子由例如McKenzie,A.,Lombeyda,S.,Desbrun,M.,“Vector Field Analysis andVisualization through Variational Clustering”,IEEE VGTCSymposium of Visualization2005,2005年6月1～3日,Leeds,UK,Eurographics2005阐述。

图5是本实施方式所涉及的变形场的概略图。非线性配准处理部36求出通过当前的扫描产生的第1医用图像数据集与通过过去的扫描产生的第2医用图像数据集的非刚性配准，由此，产生图5的变形场。变形场是对第1医用图像数据集与第2医用图像数据集适用非刚性配准时得到的向量的空间分布。向量是第1医用图像数据集与第2医用图像数据集中对应的像素的位置变化的方向与大小。例如，图5中，通过当前的扫描产生的第1医用图像数据集是通过对支撑状态的患者进行扫描产生的图像。相对于此，通过过去的扫描产生的第2医用图像数据集是通过对横卧状态的患者进行扫描产生的图像。患者的头部在第1医用图像数据集与第2医用图像数据集中发生变化。即，表示患者的头部的区域R1以朝上的向量表示。

聚类技术包括用于求出相对旋转的区域的向量场的旋转。通过对变形场实施聚类技术，从图5的变形场检测区域R1与区域R2。对区域R1中变形场中包含的多个像素分配的向量朝向大致相同方向。区域R1表示过去的图像中横卧的患者的头部在当前的图像中起来这样的向量场的变化。区域R2具有方向不定向量场。区域R2表示患者的身体部。在过去的图像与当前的图像中，固定的方向的向量场没有变化。

图6表示通过本实施方式所涉及的大区域非刚性配准检测到的扫描区域60的概略图。刚性区域检测部37使用变分聚类技术，将区域60分割成不都是刚性的刚性区域62、64、66、68、70。为了使说明容易理解，图6中扫描区域60以二维表示，但实际的扫描是三维的，刚性区域62、64、66、68、70是三维区域。扫描区域60填满由图像数据集的一方或双方表示的容积。扫描区域60可以是连续的，也可以是重叠的。关于对于各个区域的刚性配准，针对其刚性区域内的点，在规定的精度内近似非刚性配准。

如果进行了步骤44，那么线性配准处理部38求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的、将在步骤44中检测到的刚性区域作为对象的线性变换式(步骤45)。在此，将刚性区域作为对象的线性变换式是在对大区域非刚性配准进行近似的局部刚性配准中使用的变换式。线性变换式是实现图像的旋转、平行移动、扩大/缩小、剪断的行列式。具体而言，线性配准处理部38求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的、分别将例如图6的刚性区域62、64、66、68、70作为对象的线性变换式。步骤45中，线性配准处理部38根据变分聚类的旋转参数的值对各刚性区域求出刚性配准的旋转参数的值。具体而言，线性配准处理部38根据对刚性区域62中包含的多个像素分配的向量的方向和大小，决定刚性区域62的线性变换式。另外，线性配准处理部38根据作为刚性配准的对象的刚性区域的变形场的参数的值，求出刚性配准的平行移动参数的值。另外，例如，也可以根据变形场的推定的发散(divergence)，求出比例尺。基于求出的旋转及平行移动(当求出时，进一步施加比例尺)的参数的值，线性配准处理部38还可以求出将其刚性区域作为对象的线性变换式。

如果进行了步骤45，那么显示部24显示第1图像及/或第2图像(步骤46)。步骤46中，图像数据处理部34通过对第1图像数据集实施MPR(Multi-Planar Reformat：多平面重建(多截面重建))绘制，产生第1图像。图像数据处理部34通过对第2图像数据集实施MPR绘制，产生第2图像。第1及/或第2图像可以自动显示，也可以根据经由输入部28的操作者的指示进行显示。

图7是表示显示于图3的显示部24的、通过当前的扫描及过去的扫描得到的两个切片的图像的图。图7是将肺的相同解剖学区域作为对象的图像。图像数据处理部34通过对通过当前的扫描得到的第1图像数据集实施MPR绘制，产生两个垂直的切片70、72的图像。图像数据处理部34通过对通过过去的扫描得到的第2图像数据集实施MPR绘制，产生两个垂直的切片74、76的图像。显示部24显示切片图像70、72、74、76。切片图像74、76表示与切片图像70、72相同的解剖学结构的区域。另外，将各个切片图像70、72、74、76中重叠显示的十字线的中心定义为关心点。

切片图像74、76表示与切片图像70、72相同的解剖学结构的区域。切片图像74、76中，通过选择并适用与关心点相关的刚性配准，能够对第1图像数据集与第2图像数据集进行位置对齐。例如，线性配准处理部38通过刚性配准变换关心点的坐标。接着，图像数据处理部34对根据变换后的坐标求出的位置的附近的第2图像数据集进行绘制，产生切片74、76的图像。显示部24显示产生的切片74、76的图像。通过以上，对第1图像数据集及第2图像数据集能够基于局部的刚性配准进行位置对齐。

如果进行了步骤46，那么操作者有时指示下述导航，即，在体数据内移动关心点或图像区域等通过图像的导航。医用图像数据处理装置20根据经由输入部28的操作者的输入，将根据第1医用图像数据集绘制的图像及根据第2数据集绘制的图像同步并导航(步骤48)。如果参照图7，那么例如操作者有时希望从切片图像70向位于面前或里侧的其它切片图像的移动。这时，关心点的坐标发生变化。图像数据处理部34处理第1图像数据集，绘制与新的位置对应的当前的扫描的新的切片图像70、72。显示部24显示绘制的新的切片图像70、72。通过重复局部的刚性配准，求出与第1图像数据集(切片图像70、72)对应的第2图像数据集的切片图像(切片图像74、76)。显示部24将切片图像70、72与切片图像74、76进行位置配准并显示。即，显示部24能够将实质上相同的第1图像数据集与第2图像数据集中的解剖学结构实时地显示于各图像中的实质上相同的位置。其中，线性配准处理部38能够在图像导航中重复进行位置对齐。通过上述的方法，线性配准处理部38即使在操作者通过图像进行滚动时或以其它方式进行导航时也能够连续地在导航中进行位置对齐。因此，显示部24能够连续地或者近似于连续地使第1图像数据集与第2图像数据集中的解剖学结构同步地显示。

对十字线、光标或指针等其它显示指示器的同步的移动也可以适用同样的步骤。这时，线性配准处理部38求出与关心点相关的刚性配准。线性配准处理部38将切片图像70、72上的十字线或其它显示指示器的位置进行变换，求出与切片图像74、76上的十字线或显示指示器对应的对应位置。因此，十字线或其它显示指示器能够确实地配置于各个图像中的相同的解剖学位置。

如上所述，使图像或显示指示器的任一个同步的导航不使用大区域非刚性配准而使用局部刚性配准达成。使用局部刚性配准，图像不会意外地遗漏，而是能够导航平滑，并且给操作者带来直观的感受。通过步骤44，求出局部刚性配准，以使对于对象区域成为非刚性配准的准确的近似，因此，同步后的导航也是准确的。

导航(通过图像的导航、或显示指示器的移动)经过充分大的距离时，关心点有可能移动至选择的局部刚性配准是大区域非刚性配准的准确的近似的区域外。

例如，如果参照图6，那么在关心点在区域64开始时，为了提供如上所述的同步的导航(通过图像的导航、或显示指示器的移动)，使用与该区域相关的局部刚性配准。接着，关心点移动至区域62时(例如，显示指示器移动至区域62时、或显示了中心存在于关心点的附近的图像时)，所选择的刚性配准有时可能已经成为不是非刚性配准的准确的近似。因此，线性配准处理部38进行刚性配准的更新(步骤50)。例如，线性配准处理部38将与区域64相关的刚性配准更新为与区域62相关的刚性配准。刚性配准的更新可以根据经由输入部28的操作者的指示进行或自动进行。

图8A是并排显示本实施方式所涉及的从基于当前的扫描的第1图像数据集得到的两个垂直的切片80、82的图像、及从基于过去的扫描的第2图像数据集得到的垂直的切片84、86的图像的图。切片图像84、86与切片图像80、82解剖学地对应。切片图像80在关心点的附近具有中心。

与图7的例子同样地，切片图像84、86通过局部刚性配准来选择，以表示与切片图像80、82对应的解剖学特征。但是，这时，在操作者进行了导航后，切片图像80、82、84、86显示离进行了局部刚性配准的原来选择的关心点的初期位置相当远的距离。关心点的位置位于当前原来选择的局部刚性配准准确地近似非刚性配准的区域的外侧。

图8B是表示在图8A的切片图像中更新了局部刚性配准后显示的图像的图。图8A及图8B所涉及的医用图像数据处理装置20不自动地更新局部刚性配准。医用图像数据处理装置20根据经由输入部28的操作者的指示，更新局部刚性配准。首先，操作者注意到切片图像84中通过圆形标记90强调了的解剖学特征88与切片图像80的对应的解剖学特征92之间有很大差异，怀疑配准是否变得不准确。接着，操作者通过例如按键、鼠标按钮的按下或从菜单的选择等输入指示，对配准进行更新。

根据操作者的输入，非线性配准处理部36将例如位于图像80的中心的关心点的当前的位置与局部刚性配准作为对象的多个区域的位置进行比较。局部刚性配准作为对象的多个区域是例如图6的区域62、64、66、68、70。这时，关心点向新的局部刚性配准作为对象的区域移动。非线性配准处理部36更新局部刚性配准的选择，以使用关心点的新的位置所属的区域的局部刚性配准。非线性配准处理部36使用新的局部刚性配准更新图像。通过该操作，能够将图像切片84、86置换为对图像切片80、82良好地进行了配准的图像切片100、102。

另外，关心点的位置也可以不是切片图像80的中心，而是图像80上的十字线或其它显示指示器的位置。这时，首先，操作者将十字线或其它指示器移动到希望良好地进行位置对齐的点(关心点)十字线。接着，操作者经由输入部28命令非线性配准处理部36，以通过将其选择的关心点作为对象的局部刚性配准更新图像。

以上的说明中，线性配准处理部38根据关心点的移动，完全自动地进行了刚性配准的更新。但是，线性配准处理部38也可以根据操作者的输入进行局部刚性配准的更新。由此，在导航中，能够避免发生不明确或没有预测到的图像或显示指示器的遗漏，并且避免使操作者混乱。另外，能够避免通过人工调整配准给操作者带来的不便。另外，根据操作者的输入，能够自动地更新局部刚性配准的选择。

图8A及图8B所涉及的医用图像数据处理装置20能够根据基于操作者的特定要求，更新对当前显示的解剖学结构的配准。为了指示关心点，操作者能够使用十字线、光标或其它显示指示器，另外，能够将局部刚性配准及对应的平行移动进行更新，以对解剖学结构进行位置对齐。

图9A是并排显示从基于当前的扫描的第1图像数据集得到的两个垂直的切片110、112的图像、及从基于过去的扫描的第2图像数据集得到的垂直的切片114、116的图像的图。切片图像114、116与切片图像110、112解剖学地对应。切片图像110在关心点的附近具有中心。

根据操作者的输入，从图7中显示的图像进行关心点的变更并移动图像中的大幅距离，由此，显示部24显示图9A所示的解剖学结构中的新的区域。线性配准处理部38检测当前关心点的位置位于原来选择的局部刚性配准作为对象的区域的外侧。另外，线性配准处理部38自动选择与新的关心点对应的新的局部刚性配准。

图9B是表示在图9A的切片图像中线性配准处理部38不根据向原来的区域的外侧的移动自动地更新局部刚性配准，而继续使用原来选择的刚性配准时显示的图像的图。基于过去的扫描的第2图像数据集中的不同的切片图像118、120代替图9A的切片图像114、116显示。第2图像数据集中的不同的切片图像118、120不与第1图像数据集中的切片图像110、112对应。另外，从切片图像112、116可知，在当前的扫描与过去的扫描中，十字线的位置与相对于解剖学特征的十字线的位置不充分一致。对照性地，当使用了自动更新了的局部刚性配准时(图9A的情形)，相对于解剖学特征的十字线的位置在切片图像112与116之间很一致。

本实施方式中，可以能够使用将局部刚性配准自动更新的功能，也可以不能使用。在一个步骤中，有超过规定量的图像或显示指示器的导航时，局部刚性配准的自动更新对于导航的遗漏能够使用。另一方面，局部刚性配准的自动更新对于滚动(scroll)动作或动画(cine)动作不能使用。连续滚动或动画时，能够使操作者能够使用能够要求选择了的局部刚性配准的更新的图8A及图8B中所述的功能。

局部刚性配准的更新能够根据各种条件自动地进行。例如，能够根据下述自动进行，即，根据超过规定的距离的导航，根据超过规定的距离的显示指示器的移动，根据从第1刚性配准或仿射配准近似非刚性配准的第1刚性区域向第2刚性配准或仿射配准近似非刚性配准的第2刚性区域的导航，根据从第1刚性配准或仿射配准近似非刚性配准的第1刚性区域向第2刚性配准或仿射配准近似非刚性配准的第2刚性区域的显示指示器的移动。

另外，以上的说明中，表示了线性配准处理部38根据关心点的移动完全自动地进行刚性配准的更新的情形、及根据操作者的指示进行刚性配准的更新的情形。图10是表示本实施方式所涉及的图像导航的详细流程的一个例子的图。图10包括根据关心点的移动完全自动地进行刚性配准的更新的情形、及根据操作者的指示进行刚性配准的更新的情形。

首先，图像数据处理部34接受从对同一患者的同一解剖学区域间隔一定时段进行的CT扫描得到的第1图像数据集及第2图像数据集(步骤120)。

如果进行了步骤120，那么非线性配准处理部36求出第1图像数据集与第2图像数据集之间的非刚性配准(步骤122)。

如果进行了步骤122，那么刚性区域检测部37对步骤122中求出的非刚性配准检测通过刚性配准能够近似的刚性区域(步骤124)。

如果进行了步骤124，那么线性配准处理部38求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的、将通过步骤124检测到的刚性区域作为对象的线性变换式(步骤126)。

如果进行了步骤126，那么显示部24显示第1图像及/或第2图像(步骤128)。

如果进行了步骤128，那么输入部28待机等待来自操作者的关心点变更的指示(步骤130)。步骤130中，输入部28待机等待显示部24中显示的切片图像70、72、74、76中分别重叠显示的十字线的中心(关心点)变更的指示。

当在步骤130中有关心点变更的指示时，输入部28待机等待来自操作者的变换式更新的指示(步骤132)。在步骤132中，输入部28待机等待分别将在步骤46中求出的刚性区域作为对象的线性变换式更新的指示。

当在步骤132中有线性变换式更新的指示时，线性配准处理部38选择关心点所属的刚性区域的变换式(步骤134)。具体而言，例如当在步骤130中有从图6中的刚性区域62向刚性区域64的关心点变更的指示时，在步骤134中，线性配准处理部38将选择从刚性区域62的变换式变更到刚性区域64的变换式。

如果进行了步骤134，那么线性配准处理部38进行第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的局部的刚性配准(步骤136)。具体而言，图像数据处理部34对第1图像数据集与第2图像数据集进行处理，绘制与新的关心点的位置对应的当前的扫描的新的切片图像。接着，线性配准处理部38使用第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的刚性区域64的线性变换式进行局部的刚性配准。

另外，本实施方式中，对于将容积分割为多个刚性区域，可以添加规定的制约。例如，对于将容积分割为多个刚性区域，可以施加固定刚性区域的数量的制约。另外，为了使用相对于刚性区域的刚性配准或仿射配准而得到非刚性配准的最佳整体近似，可以改变刚性区域的尺寸及边界。

另外，可以添加下述制约，即，对于将容积分割为多个刚性区域，将刚性区域的数量最小化，并且，对于各刚性区域，刚性配准或仿射配准在规定的精度内对非刚性配准进行近似。

另外，可以添加下述制约，即，对于将容积分割为多个刚性区域，多个刚性区域将通过图像数据集表示的容积完全填满。

关于变形场的向量场求出近似均匀的刚性区域，如上所述，操作者能够无需指定关心区域，另外，能够无缝地包含旋转。另外，为了检测通过刚性配准或仿射配准能够对非刚性配准进行近似的刚性区域，也可以使用其它方法。

如上所述，为了对图像进行位置对齐，或在图像间进行显示指示器的位置对齐，可以使用非刚性配准来变换关心点的位置。这些过程如上所述，可以不变换图像数据其自身而进行。另外，有时可以相对诊断目的以更高的可靠性使用原来的非变换图像。

为了求出向量场近似平局的区域，使用变分技术，首先通过非刚性配准计算变形场。接着，使用与两组体医用图像数据(例如，CT、MR、或其它类型的医用图像数据等)之间的非刚性配准近似准确的仿射变换来定义区域。刚性区域及近似的仿射变换通过任意形式的读取软件进行视觉化时，能够用于(使至少两个容积同时地)同步的检查导航。使用变形场的旋转的聚类，能够求出局部的旋转。能够使用变形场计算适当的平行移动。检查导航能够使用最初的仿射变换而进行，直至操作者为了更新仿射变换而进行规定的调用。另外，操作者通过所赋予的数量的近似均匀的刚性区域进行导航时，检查导航能够自动更新仿射变换。

本实施方式对CT数据的处理进行了叙述，但是也可以使用例如CT血管造影法等CT数据、MRI数据或PET数据中的任一类型等其它医用图像数据。

本实施方式对基于刚性配准的非刚性配准的近似进行了叙述。另外，非刚性配准也可以通过其它配准对非刚性配准进行近似。

几个实施方式可以通过具有能够执行各个实施方式的方法的计算机可读命令的计算机程序来实施规定的功能，但是计算机程序功能可以通过硬件(例如，通过CPU或通过一个或多个ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuits：规定用途集成电路))、FPGA(FieldProgrammable Gate Arrays：现场可编程门阵列)或GPU(GraphicProcessing Units：图形处理单元)，或者通过硬件与软件的组合来实施。

本说明书中叙述了特定的单元，但是在代替实施方式中，一个或多个这些单元的功能可以通过单一的单元、处理资源或其它结构要素提供，或者能够将通过单一的单元提供的功能与两个以上的单元或者其它结构要素组合地提供。关于单一单元的参考包含提供该单元的功能的例如单元等多个结构要素，无论这样的结构要素是否相互远离。另外，关于多个单元的参考包含提供这些单元的功能的例如单元等单一的结构要素。

虽然说明了几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子的方式提出的，并非意图限定发明的范围。事实上，本文描述的新颖的实施方式能够通过各种其它形式实施；另外，在不脱离发明的精神的范围，能够进行各种省略、替换和变更。权利要求书及其等效意图覆盖包含于发明的范围和精神的形式或修改。

Claims (22)

1.一种医用图像数据处理装置，其特征在于，具备：

非线性配准处理部，求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的非线性配准；

刚性区域检测部，基于所述非线性配准，检测能够通过线性变换近似的刚性区域；以及

线性配准处理部，求出所述第1医用图像数据集与所述第2医用图像数据集之间的、将检测到的所述刚性区域作为对象的线性配准。

2.根据权利要求1所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述刚性区域检测部通过对所述非线性配准实施解析，检测所述刚性区域。

3.根据权利要求2所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述刚性区域检测部通过对所述非线性配准实施变分聚类解析，检测所述刚性区域。

4.根据权利要求3所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述线性配准处理部根据所述变分聚类解析的旋转参数，求出各个所述刚性区域中的所述线性配准的旋转分量。

5.根据权利要求1所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述非线性配准处理部求出变形场来作为所述非线性配准，

所述线性配准处理部根据所述非线性配准中的变形场的位移向量，求出各个所述刚性区域中的所述线性配准的平行移动分量。

6.根据权利要求1所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述非线性配准处理部求出变形场来作为所述非线性配准，

所述刚性区域检测部检测所述变形场的位移向量近似地均匀的区域来作为所述刚性区域。

7.根据权利要求1所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述线性配准处理部求出作为所述非线性配准的近似的所述线性配准。

8.根据权利要求7所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述刚性区域检测部通过将所述非线性配准与所述线性配准的差与规定的阈值进行比较，检测所述刚性区域。

9.根据权利要求1所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

合计了所有所述刚性区域的区域填满通过所述第1医用图像数据集及所述第2医用图像数据集中的至少一个表示的容积。

10.根据权利要求1所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，还具备：

对图像数据集实施图像处理而产生显示图像的图像数据处理部；以及

显示所述显示图像的显示部，

所述图像数据处理部对所述第1医用图像数据集实施图像处理而产生第1图像，对所述第2医用图像数据集实施图像处理而产生第2图像，

所述显示部执行下述中的至少一个：

a)显示所述第1图像及所述第2图像，

b)对所述第1图像重叠显示第1显示指示器，对所述第2图像重叠显示第2显示指示器。

11.根据权利要求10所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述第1显示指示器及所述第2显示指示器中的至少一方是指针、十字线或光标。

12.根据权利要求10所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，还具备：

对图像数据集实施图像处理而产生显示图像的图像数据处理部，

所述图像数据处理部进行下述中的至少一个：使所述第2图像的导航与所述第1图像的导航同步、使所述第2显示指示器的移动与所述第1显示指示器的移动同步。

13.根据权利要求12所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述非线性配准处理部根据下述中的至少一个，更新所述线性配准：

c)所述导航是超过规定的距离的导航，

d)所述第1显示指示器及所述第2显示指示器中的至少一方的移动超过规定的距离，

e)所述导航是从第1刚性区域向第2刚性区域的导航，

f)所述显示指示器的移动是从所述第1刚性区域向所述第2刚性区域的移动。

14.根据权利要求13所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述第1刚性区域是作为第1线性配准的对象的所述刚性区域中的一个，

所述第2刚性区域是作为第2线性配准的对象的所述刚性区域中的一个。

15.根据权利要求13所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述非线性配准处理部在跨过多个显示图像的滚动显示中或动画显示中不更新所述线性配准。

16.根据权利要求12所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述导航包含关心点的移动。

17.根据权利要求16所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述关心点是所述第1图像或所述第2图像的中心、所述第1显示指示器的位置、和所述第2显示指示器的位置中的至少一个。

18.根据权利要求1所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，还具备：

操作者输入操作的输入部，

所述非线性配准处理部根据操作者经由所述输入部进行的输入，更新所述线性配准。

19.根据权利要求18所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

在所述输入之后，接下来，所述线性配准处理部根据满足了下述中的至少一个，更新所述线性配准，

c)图像的导航是超过规定的距离的导航，

d)显示指示器的移动是超过规定的距离的移动，

e)所述导航是从第1刚性区域向第2刚性区域的导航，

f)所述显示指示器的移动是从所述第1刚性区域向所述第2刚性区域的移动。

20.根据权利要求10所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述第1显示指示器及所述第2显示指示器中的至少一方是指针、十字线或光标。

21.根据权利要求19所述的医用图像数据处理装置，其特征在于，

所述第1刚性区域是作为第1线性配准的对象的所述刚性区域中的一个，

所述第2刚性区域是作为第2线性配准的对象的所述刚性区域中的一个。

22.一种医用图像数据处理方法，包括：

求出第1医用图像数据集与第2医用图像数据集之间的非线性配准；以及

基于所述非线性配准的结果，检测能够通过线性变换近似的至少一个刚性区域。