[发明专利]用于将图像与管状结构融合的基于仪器的图像配准

说明书

本公开涉及成像系统，并且更具体而言涉及用于在医学过程期间的内部对象的图像配准的系统和方法。

支气管镜检查是用于检查气道内壁并且引导随后的诊断或者治疗介入的实时图像模态。在过程期间，可以使用X射线成像来实时监测内窥镜的位置。归因于X射线图像的低图像对比度，很难观察到肺部中的软组织结构，例如病变和气道。这妨碍了使用X射线透视作为实时图像引导工具来辅助支气管镜检查介入。

一种解决方案是预先采集三维（3D）计算机断层摄影（CT）体积，其清楚地描绘了很多在二维（2D）X射线图像中看不到的结构，然后将来自该CT的软组织信息覆盖到X射线图像上。该融合的可视化可以提供术中引导，从而人们可以精确地定位病变并识别其与观察仪器的空间关系，但是其具有配准误差以及其他问题，这是因为在X射线图像中并不容易识别出特征。通常可以将配准方法分类为基于强度的方法和基于特征的方法。基于特征的方法具有运算上的优势，但是结果取决于图像分割或者分割（一种图像处理过程，其目的在于从图像背景中提取感兴趣特征）的精度以及特征的特性。

目前，很多2D-3D配准方法本质上是基于特征的，并且因而，结果高度地依赖于图像内部的特有特征。很多配准算法已经证明了它们在心脏和神经介入中的可行性和鲁棒性；例如，在3D计算机断层摄影血管造影术（CTA）体积数据和2D血管造影术之间的冠状动脉共配准。

在用于肺部介入的透视引导中，在2D X射线图像中很少用到血管造影术。在X射线图像中仅呈现气道或者其他软组织的些微迹象。因而，在两种类型图像中包含的唯一可视特征是骨特征，例如脊柱和肋骨。这些特征并不足以用于配准，因为它们在空间上呈现高复制性模式。

另一方面，基于所有强度信息的基于强度的方法具有相对小的捕获范围以及较慢的收敛速率。已知运算量是很大的，因而实时数据融合并不是一直可行的。

根据本原理，一种用于将三维图像与二维术中图像配准的系统和方法包括：在管状结构的器官的三维图像中分割所述器官，以及将所述器官的所述三维图像投影至二维空间中以提供投影图像。分割在医疗仪器的二维图像中描绘的所述医疗仪器。计算所述投影图像和在所述二维图像中描绘的所述医疗仪器的形状之间的相似性得分以确定最佳匹配。基于所述最佳匹配来将所述投影图像与所述二维图像配准。

用于在医学过程期间配准图像的另一方法包括：在管状结构的器官的术前三维图像中分割所述器官，以及将所述器官的所述三维图像投影至二维空间中以提供投影图像。针对医疗仪器的位置收集过程中图像数据以获得所述医疗仪器相对于所述器官中感兴趣区域的二维图像。分割在所述二维图像中描绘的所述医疗仪器。计算相似性得分以确定所述投影图像和在所述二维图像中描绘的所述医疗仪器的形状之间的最佳匹配。基于所述最佳匹配来将所述三维图像与所述二维图像配准，使得所述医疗仪器的所述位置和所述感兴趣区域同时可见。

一种用于在医学过程中配准图像的系统包括：具有记忆存储介质的计算机处理单元，其用于存储和运行用于在器官的三维图像中分割管状结构的器官以及将所述三维图像投影至二维图像中的程序。过程中成像设备被配置为在感兴趣区域中获得所述医疗仪器的二维图像。所述程序被配置为计算所述投影图像和所述医疗仪器的所述二维图像中描绘的医疗仪器的分割图像之间的相似性得分以确定最佳匹配。基于所述最佳匹配来将所述投影图像与所述二维图像配准，以在显示设备上绘制。

通过结合附图来理解图示性实施例的以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。

参照附图，本公开将详细呈现优选实施例的以下描述，其中：

图1的方框图/流程图示出了根据一个实施例的用于针对医学过程配准图像的方法；

图2的方框图/流程图示出了根据另一实施例的用于针对医学过程配准图像的更加详细的方法；

图3是根据本原理被变换至具有中心线的基干图像的经分割的支气管图像；

图4示出了根据本原理被投影至二维中的支气管三维图像；

图5示出了根据本原理与图4投影图像的中心线配准的被插入仪器的图像；

图6示出了根据本原理的配准结果连同在同一图像中描绘的病变；以及

图7的方框图示出了用于执行根据本原理的过程的示意性系统。