[发明专利]通过标志跟踪对运动伪像进行图像处理

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理，具体而言涉及用于处理图像以补偿图像之 间的对象的任何运动的方法和装置。

背景技术

各种成像技术，无论是模拟的还是数字的，在医学应用中被广泛 地用来捕捉身体的内部结构且特别是骨头的图像。在某些应用中，其 可用于捕捉身体部位的多个图像。在某些应用中，在图像捕捉之间任 何部分是否运动并不重要。然而，在其它应用中，在图像捕捉之间身 体部位保持固定可能是重要的。例如，在其中需要相同身体部位的不 同方向的图像的应用中，在图像捕捉之间不存在身体部位的运动可能 是重要的，否则，可能难以确定图像中的特征是身体部位的真实特征 还是由于在图像捕捉之间身体部位的运动而产生的伪像(artefact)。

例如，可以使用相同身体部位的多个X射线图像来例示 (instantiate)该身体部位的统计学形状模型。如果在X射线图像捕捉 之间存在身体部位的运动，则例示的模型可能不够准确，因为其试图 拟合到图像数据组中的伪像而不是纯图像数据。

可以使用具有已知几何结构的基准(Fiducial)，以便可以根据所 捕捉的包括该基准的图像来确定身体部位相对于基准的位置。然而， 在两个投影图像的获取之间所经过的时间中，对象相对于用来将图像 配准到一个坐标系中的基准可能运动。如果基准未被刚性地附着于感 兴趣的对象，则这可能在形成例如心脏的软组织的图像时或在形成类 似腿或手臂的四肢的图像时发生。例如，在术前骨头模型计算中，校 准对象有时未被刚性地附着于身体部位(尤其是在肥胖病身体内，或 者对于骨盆、股骨、肱骨等而言)。

在例如骨头的刚性身体部位运动且图像很少的情况下，运动伪像 可能不能被轻易地识别，且可能发生成像系统几何结构的不正确重 构。

美国专利申请公开号US 2005/0220264A1描述了其中修正投影 图像以抵消任何运动的技术。然而，图像修正常常由于插值伪像而导 致误差。

因此，能够减少图像数据中由于图像捕捉之间的身体部位的运动 而引起的伪像的存在将是有利的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于修正由于成像系统进行 的图像捕捉之间的身体部位的运动而引起的对象的身体部位的被捕 捉图像中的运动伪像的方法。提供第一图像数据组，其表示成像系统 具有第一几何结构的情况下的身体部位的第一被捕捉图像。提供第二 图像数据组，其表示成像系统具有第二几何结构的情况下的相同身体 部位的第二被捕捉图像。第二被捕捉图像是从与第一被捕捉图像不同 的方向。使用第一图像数据组来识别第一被捕捉图像中的至少第一解 剖标志点的位置。将第一解剖标志点的位置投影到第二被捕捉图像 中。可以使用来自第一标志的后投影信息。确定将相同解剖标志点的 位置从第二图像数据组映射到第一解剖标志的投影位置上所需的变 换。这样确定出的变换表示或可以用来获得在捕捉第二图像时身体部 位相对于成像系统的位置。

因此，本发明是基于根据可在被捕捉图像中检测的身体部位的位 置的变化来修正成像几何结构的方法。这使图像不变且因此不像在基 于修正图像本身的方法中可能发生的那样引入伪像。

将位置从第一图像后投影到三维(3D)空间中得到沿着后投影射 线的3D空间中的一系列位置。将这些位置投影到第二图像上得到第 二图像中的线。所述投影位置可以对应于第二图像的线。最大和最小 值可以定义该线的长度。

该方法还可以包括确定对于第一解剖标志点而言的投影位置或 线与第二图像中的相同解剖标志的位置之间的间隔。可以通过投影线 与第二图像中的相同标志的位置之间的垂直间隔来确定所述间隔。

确定所述变换可以包括使所述间隔最小化。所述间隔可以表示为 归一化值且优选地被归一化成一。

可以使用各种最小化算法，诸如单纯形算法。

可以使用多个不同的解剖标志点。例如，可以使用用于给定身体 部位的至少三个不同的解剖标志点。

投影至少第一解剖标志点的位置可以包括将第一图像中的第一 解剖标志点的位置变换到成像系统的3D坐标系中。投影所述位置还 可以包括从成像系统的3D坐标系变换成第二图像中的位置。优选地， 使用变换矩阵。

确定所述变换可以包括应用参数化变换。参数在最小化期间可以 改变。可以使用变换矩阵来应用变换。