CN115205344A - 图像处理装置以及图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像处理装置以及图像处理方法，图像处理装置具备：第一体数据取得单元，取得被检体的检查部位的第一体数据；平面决定单元，决定上述检查部位中的平面；第二体数据取得单元，取得上述被检体的上述检查部位的第二体数据；平面检测单元，自动检测上述第一体数据中的上述平面；平面取得单元，取得上述第二体数据中的上述平面；以及配准单元，基于上述第一体数据中的上述平面和上述第二体数据中的上述平面将上述第一体数据与上述第二体数据进行配准。

Description

图像处理装置以及图像处理方法
技术领域
本发明涉及能够进行三维图像与三维图像之间的配准、即多模态图像之间的配准的图像处理装置以及图像处理方法。
背景技术
在医学图像成像领域，在进行检查或治疗时，针对被检体的检查部位，需要将检查或治疗中的该检查部位的三维图像数据与检查或治疗前取得的三维图像数据进行配准(registration)。
在现有技术中，在对被检体的检查部位进行诊断或外科手术之前，通常会预先对该被检体的检查部位进行CT(电子计算机断层扫描)或者MR(磁共振)扫描，以获得具有良好的解剖环境的三维CT或MR体数据。然后，在对被检体的检查部位进行诊断或外科手术时，对该被检体的检查部位进行三维US(超声)扫描，以获得实时的三维US体数据。然后需要对三维CT或MR体数据与三维US体数据进行配准，从而在进行诊断或外科手术时，能够针对检查部位的实时的三维US体数据的解剖面，而快速找出其对应的清晰度优良的三维CT或MR体数据中的解剖面，便于医生进行准确的分析和判断，能够进行正确的诊断或者在外科手术中进行正确的处理。
关于现有的三维CT或MR体数据与三维US体数据的配准方法，以在进行外科手术时为例进行说明。在获得检查部位的三维CT或MR体数据、并且在手术中获得该检查部位的三维US体数据时，基于对检查部位进行手术时获得的手术信息来决定作为配准基准的目标结构，人工地从三维CT或MR体数据中找出该目标结构，然后操作US探头从三维US体数据中找出与在三维CT或MR体数据中找出的目标结构类似的结构，以找出的这两个结构为基准进行三维CT或MR体数据与三维US体数据的配准。
但是，医生难以人工地从三维CT或MR体数据中准确地找出上述目标结构，因此，通常在从三维CT或MR体数据中找出的该目标结构与从三维US体数据中找出的类似结构之间存在较大的偏差，而在配准运算中使用的初始转换参数是基于上述目标结构和类似结构而计算出的，所以该初始转换参数是不准确的。为了获得准确的初始转换参数，需要不断地寻找上述目标结构及其类似结构，因此在配准时会花费大量的时间。
发明内容
因此，鉴于上述情况，本发明提供一种在进行多模态图像之间的配准时能够快速地进行配准的图像处理装置以及图像处理方法。
本发明的图像处理装置具备：第一体数据取得单元，取得被检体的检查部位的第一体数据；平面决定单元，决定上述检查部位中的平面；第二体数据取得单元，取得上述被检体的上述检查部位的第二体数据；平面检测单元，自动检测上述第一体数据中的上述平面；平面取得单元，取得上述第二体数据中的上述平面；以及配准单元，基于上述第一体数据中的上述平面和上述第二体数据中的上述平面将上述第一体数据与上述第二体数据进行配准。
本发明的图像处理装置还可以构成为，上述平面决定单元从上述检查部位的多个代表性的解剖面中选择出一个平面来决定为上述检查部位中的上述平面。
本发明的图像处理装置还可以构成为，上述平面检测单元在上述第一体数据中自动检测出不在同一条直线上的三个解剖点，将该三个解剖点所位于的平面作为上述第一体数据中的上述平面。
本发明的图像处理装置还可以构成为，上述配准单元使用配准算法进行上述配准，使用上述三个解剖点的信息将上述配准算法中的配准参数初始化，以对上述第一体数据以及上述第二体数据中的位于上述三个解剖点附近的点赋予附加权重的方式计算上述第一体数据与上述第二体数据的相似度，输出用于进行上述配准的矩阵。
本发明的图像处理装置还可以构成为，还具备：显示单元，显示上述第一体数据中的上述平面，上述平面取得单元基于显示的上述第一体数据中的上述平面取得上述第二体数据中的上述平面。
本发明的图像处理装置还可以构成为，上述第一体数据为三维CT体数据或者三维MR体数据，上述第二体数据为三维US体数据。
本发明的图像处理方法具备：第一体数据取得步骤，取得被检体的检查部位的第一体数据；平面决定步骤，决定上述检查部位中的平面；第二体数据取得步骤，取得上述被检体的上述检查部位的第二体数据；平面检测步骤，自动检测上述第一体数据中的上述平面；平面取得步骤，取得上述第二体数据中的上述平面；以及配准步骤，基于上述第一体数据中的上述平面和上述第二体数据中的上述平面将上述第一体数据与上述第二体数据进行配准。
本发明的图像处理方法还可以构成为，在上述平面决定步骤中，从上述检查部位的多个代表性的解剖面中选择出一个平面来决定为上述检查部位中的上述平面。
本发明的图像处理方法还可以构成为，在上述平面检测步骤中，在上述第一体数据中自动检测出不在同一条直线上的三个解剖点，将该三个解剖点所位于的平面作为上述第一体数据中的上述平面。
本发明的图像处理方法还可以构成为，在上述配准步骤中，使用配准算法进行上述配准，使用上述三个解剖点的信息将上述配准算法中的配准参数初始化，以对上述第一体数据以及上述第二体数据中的位于上述三个解剖点附近的点赋予附加权重的方式计算上述第一体数据与上述第二体数据的相似度，输出用于进行上述配准的矩阵。
本发明的图像处理方法还可以构成为，还具备：显示步骤，显示上述第一体数据中的上述平面，在上述平面取得步骤中，基于显示的上述第一体数据中的上述平面取得上述第二体数据中的上述平面。
本发明的图像处理方法还可以构成为，上述第一体数据为三维CT体数据或者三维MR体数据，上述第二体数据为三维US体数据。
发明效果
根据本发明的图像处理装置以及图像处理方法，在进行多模态图像之间的配准时能够快速地进行配准。
附图说明
图1是本发明的图像处理装置的结构框图。
图2是一个实施方式的配准处理的流程图。
图3是一个实施方式的以心脏为检查对象的情况下的配准处理的流程图。
图4是对在心脏的三维CT体数据中找出4CH面的方法进行说明的示意图。
图5是示出从三维CT体数据以及三维US体数据中分别获得的4CH面的图。
图6是另一个实施方式的以心脏为检查对象的情况下的配准处理的流程图。
具体实施方式
下面，参考附图对本发明的图像处理装置以及图像处理方法进行说明。
第1实施方式
图1是图像处理装置10的结构框图。
如图1所示，图像处理装置10具备三维CT体数据取得单元11、平面决定单元12、三维US体数据取得单元13、平面检测单元14、平面取得单元15以及配准单元16。
三维CT体数据取得单元11取得被检体的检查部位的三维CT体数据。
在对被检体进行检查或治疗之前，为了全面地获知检查部位的状况，通常需要对检查部位进行三维扫描来获得检查部位的具有良好的解剖环境的清楚的三维CT(电子计算机断层扫描)体数据等。
在本实施方式中，以预先对被检体的检查部位进行CT扫描来获得三维CT体数据为例进行说明。
三维CT体数据取得单元11例如由存储器构成，其存储由CT设备发送来的被检体的检查部位三维CT体数据，由此取得被检体的检查部位的三维CT体数据。
该检查部位可以是心脏、肝脏、前列腺等的一个器官，也可以是包含肝脏在内的腹部等的一个身体部位。
平面决定单元12决定被检体的检查部位中的平面。该平面为检查部位的多个代表性的解剖面中的一个平面。
通常，检查部位的代表性的解剖面存在多个。当检查部位为心脏的情况下，其代表性的解剖面为4CH(腔室)面、3CH面、以及2CH面等。当检查部位为腹部的情况下，其代表性的解剖面为肋间平面(intercostal plane)、肋下平面(subcostal plane)等。
平面决定单元12从检查部位的多个代表性的解剖面中选择出一个平面来决定为检查部位中的平面。
三维US体数据取得单元13取得被检体的检查部位的三维US体数据。
例如在对被检体的检查部位进行手术时，有时需要对检查部位进行US扫描来辅助手术。在对检查部位进行US扫描时，三维US体数据取得单元13取得被检体的检查部位的三维US体数据。
平面检测单元14自动检测三维CT体数据中的由平面决定单元12决定的平面。
平面检测单元14根据三维CT体数据中的多个解剖点来自动检测所决定的上述平面，具体情况在以后详细叙述。
平面取得单元15取得三维US体数据中的由平面决定单元12决定的平面。
在平面检测单元14在三维CT体数据中检测到由平面决定单元12决定的平面的情况下，平面取得单元15可以参考该平面来在三维US体数据中找出(取得)与该平面类似的平面。平面取得单元15也可以在平面检测单元14自动检测到由平面决定单元12决定的平面之前来取得该平面。此时，医生可以借助自己的经验平移或转动US探头来找出由平面决定单元12决定的平面，由平面取得单元15取得该平面。
配准单元16基于三维CT体数据中的由平面检测单元14检测到的平面和三维US体数据中的由平面取得单元15取得的平面，将检查部位的三维CT体数据与三维US体数据进行配准。
具体地，以三维CT体数据中的由平面检测单元14检测到的平面的位置和三维US体数据中的由平面取得单元15取得的平面的位置为配准的基准位置，将检查部位的三维CT体数据与三维US体数据进行配准。
而且，图像处理装置10还可以具备显示单元(未图示)，该显示单元显示平面检测单元14自动检测到的三维CT体数据中的平面。平面取得单元15基于由显示单元显示的三维CT体数据中的平面来取得三维US体数据中的对应平面。具体地，参考显示单元所显示的三维CT体数据中的平面，平面取得单元15从在显示单元显示的三维US体数据中的多个平面中选择出与三维CT体数据中的平面相似度最高的平面来作为上述对应平面。
下面，参考图2来对检查部位的三维CT体数据与三维US体数据的配准过程进行说明。
如图2所示，在步骤S1中，通过医生(用户)对被检体的检查部位进行CT扫描而由三维CT体数据取得单元11取得检查部位的三维CT体数据。
在步骤S2中，针对检查部位的类型、例如心脏、肝脏、前列腺或腹部等，由平面决定单元12决定该检查部位中的一个代表性的解剖面。
在步骤S3中，针对在步骤S2中决定出的检查部位的代表性的解剖面，在步骤S1中取得的三维CT体数据中，由平面检测单元14自动检测出该解剖面。
在步骤S4中，通过医生对被检体的检查部位进行US扫描而由三维US体数据取得单元13取得检查部位的三维US体数据，医生根据经验或者参考在三维CT体数据中自动检测出的解剖面，在US扫描中由平面取得单元15取得与在步骤S3中检测出的解剖面对应的解剖面。例如在步骤S3中检测出的解剖面是心脏的4CH面时，在该步骤S4中取得心脏的三维US体数据中的4CH面。
在步骤S5中，配准单元16以在步骤S3中检测出的三维CT体数据中的解剖面以及在步骤S4中取得的三维US体数据中的解剖面为基准来对三维CT体数据与三维US体数据进行配准。
在图2的流程图中，首先在步骤S3中自动检测出三维CT体数据中的平面，然后在步骤S4中取得三维US体数据中的对应平面，但也可以将步骤S3与步骤S4的顺序颠倒。即、首先，针对在步骤S2中决定出的检查部位的代表性的解剖面，医生对被检体的检查部位进行US扫描来取得检查部位的三维US体数据，并根据经验取得该代表性的解剖面，然后，在步骤S1中取得的三维CT体数据中自动检测出对应的该解剖面。
下面，参考图3，以心脏为例来对其三维CT体数据与三维US体数据的配准过程进行具体说明。
在对心脏进行手术的过程中，通常需要一边对心脏进行US扫描，一边参考与US扫描图像对应的CT或MR图像，从而对病变部位进行准确地判断。在本实施方式中，以参考CT图像为例来进行说明。
在对患者(被检体)的心脏进行手术之前，需要预先对患者的心脏进行CT扫描，来获取患者的心脏的清晰的三维CT体数据。在步骤S101中，由三维CT体数据取得单元11取得患者的心脏的三维CT体数据。
在对患者的心脏进行手术时，在进行US扫描之前，如步骤S102所示，需要从US检查类型、例如心脏、前列腺、腹部等类型中选择出目标US检查类型。在本实施方式中，选择心脏。
当选择心脏后，在候选平面列表中示出有4CH面、3CH面、2CH面等多个心脏的代表性解剖面。在本实施方式中，在步骤S103中，由平面决定单元12从候选平面列表中选择能够评价心脏的收缩功能的4CH面来作为目标平面。
如图4所示，为了找出4CH面，在步骤S104中，平面检测单元14通过现有的图像分析算法在三维CT体数据中找出二尖瓣点(Mitral Valve)M、心尖点(LV Apex)A及房室交界点(junction points)J。二尖瓣点M、心尖点A及房室交界点J不在同一条直线上。
在步骤S105中，平面检测单元14基于二尖瓣点M以及心尖点A的位置计算长轴向量V1，进而根据长轴向量V1以及房室交界点J的位置计算短轴向量V2。
在步骤S106中，平面检测单元14以将长轴向量V1以及短轴向量V2所确定的平面设为4CH面的方式计算4CH面。图5中的左图示出了在三维CT体数据中所计算出的4CH面。
在步骤S107中，开始对心脏进行US扫描而由三维US体数据取得单元13取得心脏的三维US体数据，并且参照图5中左图所示出的4CH面，在三维US体数据中找出与该4CH面类似的图(如图5中的右图所示)，从而由平面取得单元15取得三维US体数据中的4CH面。
最后，在步骤S108中，配准单元16以在三维CT体数据中计算(自动检测)出的4CH面以及在三维US体数据中取得的4CH面为基准，对三维CT体数据以及三维US体数据进行配准。
由此，在对患者的心脏进行手术时，能够针对由超声波探头扫描时示出的平面，迅速地找出其对应的清晰的CT图像，能够协助医生作出迅速而又准确地判断，能够大幅提高手术效率。
而且，在实施方式中，根据不在同一条直线上的三个点、即二尖瓣点M、心尖点A及房室交界点J，确定长轴向量V1以及短轴向量V2，然后根据长轴向量V1以及短轴向量V2来确定4CH面。但是，也可以根据不在同一条直线上的三个点、即二尖瓣点M、心尖点A及房室交界点J来直接确定4CH面，也就是说，将这三个点所位于的平面确定为4CH面。
而且，在实施方式中，参照所自动检测出的三维CT体数据中的4CH面而在三维US体数据中找出与该4CH面类似的面来作为三维US体数据中的4CH面。但是，也可以并不参照自动检测出的三维CT体数据中的4CH面，而由医生凭借自己的经验而找出三维US体数据中的4CH面。
而且，在实施方式中，以预先取得心脏的三维CT体数据、然后将该取得的三维CT体数据与心脏的三维US体数据进行配准为例进行了说明，但由于三维MR体数据也具有良好的解剖环境且是清楚的三维体数据，因此也可以预先取得心脏的三维MR体数据、然后将该取得的三维MR体数据与心脏的三维US体数据进行配准。
第2实施方式
下面，使用图6对本发明的第2实施方式进行说明。
针对第2实施方式中与第1实施方式相同的部分，省略说明。第2实施方式中的步骤S201～步骤S208与第1实施方式中的步骤S101～步骤S108相同，因此省略说明。
在步骤S209中，使用在步骤S204中找到的二尖瓣点M、心尖点A及房室交界点J的信息，将配准参数初始化。
在步骤S210中，运行配准算法，以对三维CT体数据以及三维US体数据中位于二尖瓣点M、心尖点A及房室交界点J附近的点赋予附加权重的方式计算三维CT体数据与三维US体数据的对应点的相似度。
在步骤S211中，输出三维CT体数据与三维US体数据之间的转换矩阵，通过该转换矩阵对三维CT体数据与三维US体数据进一步进行配准。
在本实施方式中，对三维CT体数据以及三维US体数据中位于二尖瓣点M、心尖点A及房室交界点J附近的点赋予附加权重、即对三维CT体数据以及三维US体数据中位于上述三个点附近的点赋予比其他点高的权重，由此来计算三维CT体数据与三维US体数据的对应点的相似度，能够使配准算法的精度更高，从而能够实现三维CT体数据与三维US体数据之间的精确的配准。
如上所述，虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而示出的，并不意图对发明的范围进行限定。这些实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并包含于技术方案所记载的发明和与其等同的范围中。

Claims (12)

1.一种图像处理装置，其特征在于，具备：
第一体数据取得单元，取得被检体的检查部位的第一体数据；
平面决定单元，决定上述检查部位中的平面；
第二体数据取得单元，取得上述被检体的上述检查部位的第二体数据；
平面检测单元，自动检测上述第一体数据中的上述平面；
平面取得单元，取得上述第二体数据中的上述平面；以及
配准单元，基于上述第一体数据中的上述平面和上述第二体数据中的上述平面将上述第一体数据与上述第二体数据进行配准。
2.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
上述平面决定单元从上述检查部位的多个代表性的解剖面中选择出一个平面来决定为上述检查部位中的上述平面。
3.如权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，
上述平面检测单元在上述第一体数据中自动检测出不在同一条直线上的三个解剖点，将该三个解剖点所位于的平面作为上述第一体数据中的上述平面。
4.如权利要求3所述的图像处理装置，其特征在于，
上述配准单元使用配准算法进行上述配准，
使用上述三个解剖点的信息将上述配准算法中的配准参数初始化，
以对上述第一体数据以及上述第二体数据中的位于上述三个解剖点附近的点赋予附加权重的方式计算上述第一体数据与上述第二体数据的相似度，输出用于进行上述配准的矩阵。
5.如权利要求1～4中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，
还具备：显示单元，显示上述第一体数据中的上述平面，
上述平面取得单元基于显示的上述第一体数据中的上述平面取得上述第二体数据中的上述平面。
6.如权利要求1～4中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，
上述第一体数据为三维CT体数据或者三维MR体数据，
上述第二体数据为三维US体数据。
7.一种图像处理方法，其特征在于，具备：
第一体数据取得步骤，取得被检体的检查部位的第一体数据；
平面决定步骤，决定上述检查部位中的平面；
第二体数据取得步骤，取得上述被检体的上述检查部位的第二体数据；
平面检测步骤，自动检测上述第一体数据中的上述平面；
平面取得步骤，取得上述第二体数据中的上述平面；以及
配准步骤，基于上述第一体数据中的上述平面和上述第二体数据中的上述平面将上述第一体数据与上述第二体数据进行配准。
8.如权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于，
在上述平面决定步骤中，从上述检查部位的多个代表性的解剖面中选择出一个平面来决定为上述检查部位中的上述平面。
9.如权利要求8所述的图像处理方法，其特征在于，
在上述平面检测步骤中，在上述第一体数据中自动检测出不在同一条直线上的三个解剖点，将该三个解剖点所位于的平面作为上述第一体数据中的上述平面。
10.如权利要求9所述的图像处理方法，其特征在于，
在上述配准步骤中，使用配准算法进行上述配准，
使用上述三个解剖点的信息将上述配准算法中的配准参数初始化，
以对上述第一体数据以及上述第二体数据中的位于上述三个解剖点附近的点赋予附加权重的方式计算上述第一体数据与上述第二体数据的相似度，输出用于进行上述配准的矩阵。
11.如权利要求7～10中任一项所述的图像处理方法，其特征在于，
还具备：显示步骤，显示上述第一体数据中的上述平面，
在上述平面取得步骤中，基于显示的上述第一体数据中的上述平面取得上述第二体数据中的上述平面。
12.如权利要求7～10中任一项所述的图像处理方法，其特征在于，
上述第一体数据为三维CT体数据或者三维MR体数据，
上述第二体数据为三维US体数据。
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