[发明专利]多模态图像的配准

说明书

技术领域

本发明涉及来自不同的成像模态的图像的配准，以使得这些图像可以互相重叠地一起被显示。本发明可用于单光子发射计算机层析摄影术(SPECT)图像与通过磁共振(MR)成像生成的图像的配准，并且将具体参照所述应用对本发明进行描述。然而，应当看到，本示例性实施例也可修改用于来其它模态的图像的配准。 

背景技术

有许多领域，其中通过使用不同的成像模态来成像对象是有用的。某些模态，诸如MR和X射线计算层析摄影术(CT)，以X射线图像或磁共振图像的形式提供有关对象的详细的解剖信息。其它模态，包括核成像技术，诸如SPECT和正电子发射层析摄影术(PET)，诸如通过把被附着在生理示踪剂上的放射性标记物引入到对象而提供在另一个模态中不可看见的不同结构的信息，或有关在对象内发生的新陈代谢或生理现象的功能性信息。 

虽然可以对来自不同的模态的图像一起进行检查，但一个图像上显示的结构与另一个图像的结构之间的空间关系的信息常常是有用的，例如，肿瘤相对于临近的组织或骨骼结构的位置。特别是在医疗领域，急需组合由SPECT或PET提供的功能性信息与由MR提供的解剖信息，以便把生理/新陈代谢现象与基础的解剖相联系。在互相重叠的情形下显示图像，常常是有用的。为了使重叠精确，在一个图像中代表对象的特定位置的区域应当相对于另一图像中的相应区域精确地安置。达到这种对准的处理过程被称为“配准”。为了精确的配准，希望一个图像中的每个点被映射到第二个图像中的相应点。 

特别是在医疗成像领域，已经提出了用于配准不同模态的图像的各种技术。在一个方法中，在不移动对象的情况下，或通过把对象在扫描器之间移位精确的已知距离，同时或基本上同时得到两种模态中的图像。已经开发了用于PET/CT和SPECT/CT成像的专用扫描器，这一定程度缓和了配准间题。然而，某些成像设备不适合于靠近使用。  例如，在MRI设备中生成的磁场可能影响SPECT数据的采集。另外，在单个成像设备中提供两种模态增加了设备的复杂性和成本。因此，希望配准已独立地生成的图像，即，在时间和/或位置上分开的图像。 

来自不同模态的图像的配准包括得到用于映射要被配准的图像的数学关系式。执行映射的软件包括用于例如根据强度或强度分布的检测和比较或者边缘或几何结构的检测和比较来识别共同特性的方法。例如，基于匹配要被配准的图像的强度的方法包括改变变换参数，使得方差最小化。 

配准从SPECT和MR独立得到的图像的一个困难在于，作为图像生成过程的物理原理非常不同且不相关，因此在来自中两种模态的图像中，如果有的话，只有很少可精确识别的共同特性。SPECT示踪器越具体，它产生越少的一般解剖体对比度，这种一般解剖体对比度在相关的MR图像中也将出现。在极端的情形下，SPECT图像只显示少量高度特定的热点，而与周围的解剖体没有任何可见的关系。共同信息的缺乏，即核医疗图像不包括详细的骨骼或器官结构，同时MR图像也不包括功能信息，这意味着两个图像缺乏用于精确地使其匹配的信息。 

已开发了在两种模态的图像上显示的基准标记物，以帮助配准来自不同模态的图像。然而，在远离骨骼结构的组织中，由于这些组织可能运动，因此基准标记物并不是特别有效。 

已开发了用于配准从PET和CT独立采集的图像的软件包。该技术利用同位素辐射透射图像，所述同位素辐射透射图像是为了随后衰减校正根据诊断数据生成的重建图像而由PET系统以不同的能量与诊断数据一起采集的。透射扫描是基于与CT相同的物理原理，并可以将其与来自CT设备的图像相比较。PET和CT配准的成功刺激了对于SPECT和MR数据的组合的需求。 

例如，授权给Wainer等人的美国专利No.5,871,013和授权给Liebig等人的美国专利No.5,672,877公开了通过使用配准过程中的透射图像配准其它模态图像与功能性核医疗发射图像的方法。由于透射图像通常与功能性发射图像在相同的成像设备上得到，因此可以假设透射图像与发射图像互配准(即，在图像帧中相同的像素地址对应于对象中相同的位置)。