專利名稱：用于使用多個局部變換調(diào)整幾何模型的方法及系統(tǒng)的制作方法
用于使用多個局部變換調(diào)整幾何模型的方法及系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種調(diào)整方法，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。 本發(fā)明還涉及一種調(diào)整系統(tǒng)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。 本發(fā)明還涉及一種采集系統(tǒng)，用于獲取圖像數(shù)據(jù)，其包括所述調(diào)整系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種工作站，其包括所述調(diào)整系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種由計算機設(shè)備加載的計算機程序產(chǎn)品，其包括指令， 用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。在開始段落中所述類型的調(diào)整方法的實施例用于幾何模型的初始化和/或調(diào)整(adaptation)。在該方法中，對幾何模型進行結(jié)合了縮放或仿射變換 的剛性變換，以分割圖像數(shù)據(jù)中的物體。己經(jīng)證明基于模型的分割對于剛 性和/或簡單器官而言是非常有效的，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多臨床應(yīng)用，例如 用于放射治療計劃(radiotherapyplanning, RTP)。然而，分割更復(fù)雜的器官， 像心臟，仍沒有產(chǎn)生滿意的結(jié)果。這是由于結(jié)合了縮放和仿射變換的剛性 變換并不足夠靈活，以應(yīng)付復(fù)雜物體的可變性。盡管模型的特定部分可以 很好地與包含在圖像數(shù)據(jù)中的物體相適應(yīng)，但其它部分可能被不太準確地 調(diào)整。在J.Weese，V.Pekar， M.Kaus, C丄orenz, S丄obregt禾卩R.Truyen所著的、在 Proc. IPMI， 380-387， Springer Verlag， 2001中公開的文獻"Shape constrained deformable models for 3D medical image segmentation"中，描述了在開始段 落中所述類型的調(diào)整方法的另一個實施例，此后將其稱為參考文獻l。該文 獻描述了一種方法，其采用了由三角網(wǎng)格表示的幾何模型。將基于幾何模 型全部能量的代價函數(shù)定義為內(nèi)部能量項與外部能量項的總和，其中，所 述內(nèi)部能量項取決于頂點的彼此相對位置，所述外部能量項取決于三角形 相對于其在圖像中的相應(yīng)被檢測位置的位置。在內(nèi)部能量項中，將三角形 邊緣的相對位置與基于參考形狀的模型的各個三角形邊緣的相對位置進行比較。允許將該基于參考形狀的模型進行平移、旋轉(zhuǎn)和/或縮放，以便最小 化幾何模型的代價函數(shù)。如前例子中一樣，結(jié)合了縮放的剛性類變換不足 以描述復(fù)雜物體的可變性。因此，通過最小化網(wǎng)格的代價函數(shù)而獲得的調(diào) 整的幾何模型常常包括有問題的區(qū)域，在此在調(diào)整的幾何模型的表面與所 關(guān)注物體的精確參考分割的表面之間的距離會大到無法接受。本發(fā)明的目的是提供一種在開始段落中所述類型的調(diào)整方法，其減小 了在調(diào)整的模型中的有問題的區(qū)域。本發(fā)明目的是通過以下實現(xiàn)的調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的調(diào)整 方法包括確定用于將幾何模型的第一部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第一局部 變換和用于將幾何模型的第二部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換。通過確定幾何模型的第一部分的第一局部變換并通過確定幾何模型的 第二部分的第二局部變換，該幾何模型可以采取更多形狀，從而可以更準 確地適應(yīng)于包含在圖像數(shù)據(jù)中的物體。除在相鄰部分之間的過渡區(qū)之外， 幾何模型的第一部分和第二部分可以彼此相當獨立地變形。因此，本發(fā)明 的調(diào)整方法消除了一些局限，并允許以更大的靈活性來匹配幾何模型。結(jié) 果，本發(fā)明的調(diào)整方法減小了在復(fù)雜幾何模型中的有問題的區(qū)域。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法另一實施例中，所述調(diào)整方法包括一致性步 驟，用于保持調(diào)整的幾何模型在第一部分與第二部分之間的過渡區(qū)中的一 致性。這可以通過找到所述局部變換的適當延伸并構(gòu)建滿足一致性要求的 總體變換來實現(xiàn)。該一致性步驟有助于避免在兩個區(qū)域之間的過渡中產(chǎn)生 間隙和/或不一致的交疊，例如如果第一和第二局部變換產(chǎn)生收縮的第一部 分和收縮的第二部分，則就會出現(xiàn)這種情況。這種不一致性的出現(xiàn)由代價 函數(shù)來阻止。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法另一實施例中，代價函數(shù)是第一局部變換和 第二局部變換的函數(shù)，并且通過優(yōu)化代價函數(shù)來確定第一局部變換與第二 局部變換。對第一變換和第二變換的確定可以自動地執(zhí)行。存在多種可以 用于確定這些局部變換的代價函數(shù)。例如，可以用在圖像數(shù)據(jù)中檢測到的 結(jié)構(gòu)到調(diào)整的幾何模型的距離，來定義代價函數(shù)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，過渡區(qū)包含在第一部分與 第二部分的交叉處，并且一致性步驟包括基于第一局部變換和第二局部變換來確定在過渡區(qū)中的總體變換。例如，過渡區(qū)可以與第一部分與第二部 分的交叉處相同?？商鎿Q地，可以基于圖像訓練集來確定過渡區(qū)?？傮w變 換的一致性可以通過例如借助于第一局部變換與第二局部變換的加權(quán)平均 值在過渡區(qū)中確定總體變換來實現(xiàn)。可替換地，能夠使用第一局部變換與 第二局部變換的非線性函數(shù)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，調(diào)整方法還包括使用第一 局部變換與第二局部變換構(gòu)建用于將幾何模型映射到圖像數(shù)據(jù)中的總體變 換。在過渡區(qū)之外，總體變換與各個局部變換相同。在過渡區(qū)中，總體變 換定義為在所述過渡區(qū)中所定義的局部變換的線性組合。總體變換可以用 于初始化和/或調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，代價函數(shù)是總體變換的函 數(shù)。該實施例適合于采用用于優(yōu)化總體變換的任何代價函數(shù)。許多此類代 價函數(shù)都是可利用的。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中， 一致性步驟包括對代價函 數(shù)進行優(yōu)化，所述代價函數(shù)包括來自所述幾何模型中包含在過渡區(qū)中的區(qū) 域的內(nèi)部能量貢獻，并且所述內(nèi)部能量貢獻是基于使用第一局部變換的第 一內(nèi)部能量貢獻與使用第二局部變換的第二內(nèi)部能量貢獻來確定的。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，幾何模型的第二部分包括 管狀結(jié)構(gòu)，并且第二局部變換是基于用于形成管狀結(jié)構(gòu)中心線的成形局部 變換和/或用于調(diào)整管狀結(jié)構(gòu)橫截面半徑的縮放局部變換來定義的。心臟是 一種復(fù)雜的器官，其包括多個結(jié)構(gòu)，例如心房和心室，并與血管直接相連 接。因此借助于幾何模型來對心臟進行建模通常包含對相鄰血管的片段進 行建模，并且用于適應(yīng)包含心臟的圖像數(shù)據(jù)的幾何模型應(yīng)該包括用于對血 管進行建模的部分。然而，血管的幾何特性與心臟的幾何特性相差很大。 本發(fā)明的調(diào)整方法有利地允許考慮這些差別。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，所述的局部變換起到說明本發(fā)明的目的，決 不是限制權(quán)利要求的范圍。技術(shù)人員會意識到，可以利用許多其它的局部 變換的事實。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，第一局部變換是仿射變換。 仿射變換是線性變換和平移的組合。仿射變換易于實現(xiàn)，可以用于快速計算，并且比剛性變換或結(jié)合了縮放的剛性變換要通用得多。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，調(diào)整方法還包括分割步驟， 用于對圖像數(shù)據(jù)進行分割。調(diào)整復(fù)雜幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)同樣有助于 描繪用幾何模型建模的器官的組成。而且，對包含在圖像數(shù)據(jù)中的多個物 體使用所述調(diào)整方法允許醫(yī)生描繪所述多個物體?？偠灾?，本發(fā)明的調(diào) 整方法允許將圖像數(shù)據(jù)更好的可視化，并使醫(yī)生能夠提取定量的信息，例 如包含在圖像數(shù)據(jù)中的物體的幾何參數(shù)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，幾何模型基于包括多個頂 點的網(wǎng)格。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的另一實施例中，網(wǎng)格是多邊形網(wǎng)格， 例如在參考文獻1中所用的三角形網(wǎng)格。多邊形網(wǎng)格表示被建模物體的表 面。多邊形網(wǎng)格相對易于實現(xiàn)。多邊形網(wǎng)格的調(diào)整很少要求過多的計算時 間。可替換地，幾何模型可以基于四面體網(wǎng)格。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解存 在許多可以用本發(fā)明的調(diào)整方法來調(diào)整的幾何模型。在本發(fā)明實施例的說 明中所用的網(wǎng)格僅是為了說明的目的，并不限制權(quán)利要求的范圍。本發(fā)明的另一目的是提供在開始段落中所述類型的調(diào)整系統(tǒng)，其減小 在調(diào)整的幾何模型中有問題的區(qū)域。其是通過以下實現(xiàn)的調(diào)整幾何模型 以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的調(diào)整系統(tǒng)包括確定單元，其用于確定用于將幾何模型的 第一部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第一局部變換和用于將幾何模型的第二部分 映射到圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換。本發(fā)明的另一目的是提供在開始段落中所述類型的圖像采集系統(tǒng)，其 減小了調(diào)整的幾何模型中有問題的區(qū)域。其是通過以下實現(xiàn)的所述圖像 采集系統(tǒng)包括調(diào)整系統(tǒng)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整系 統(tǒng)包括確定用于將幾何模型的第一部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第一局部變 換和用于將幾何模型的第二部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換。本發(fā)明的另一目的是提供在開始段落中所述類型的工作站，其減小了 調(diào)整的模型中有問題的區(qū)域。其是通過以下實現(xiàn)的所述工作站包括調(diào)整 系統(tǒng)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整系統(tǒng)包括確定用于 將幾何模型的第一部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第一局部變換和用于將幾何模 型的第二部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換。本發(fā)明的另一 目的是提供在開始段落中所述類型的計算機程序產(chǎn)品，其減小了調(diào)整的模型中有問題的區(qū)域。其是通過以下實現(xiàn)的要由計算機 設(shè)備加載的計算機程序產(chǎn)品包括指令，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)， 所述計算機設(shè)備包括處理單元和存儲器，所述計算機程序產(chǎn)品在被加載后 提供給所述處理單元確定用于將幾何模型的第一部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的 第一局部變換和用于將幾何模型的第二部分映射到圖像數(shù)據(jù)中的第二局部 變換的能力?；诒菊f明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實施所述調(diào)整系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、 工作站和/或計算機程序產(chǎn)品的修改及其變化，其與所述調(diào)整方法的修改及 其變化相對應(yīng)。本發(fā)明的調(diào)整方法用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在可以依慣 例通過各種數(shù)據(jù)采集形式來產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)，例如核磁共振(MRI)、計算機斷層造影術(shù)(CT)、超聲波(US)、正電子發(fā)射斷層造影術(shù)(PET)、單光子發(fā)射計 算機斷層造影術(shù)(SPECT)。將參考附圖，相對于以下所述的執(zhí)行和實施例來闡明根據(jù)本發(fā)明的調(diào) 整方法、調(diào)整系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、工作站和計算機程序產(chǎn)品的這些及其 它方面，它們由此將變得顯而易見，其中

圖1示出了調(diào)整方法的示范性實施例簡化的流程圖；圖2示意性地示出了幾何模型的示范性部分；圖3示出了調(diào)整系統(tǒng)的實施例的框圖；圖4示意性地示出了圖像采集系統(tǒng)的實施例；以及圖5示意性地示出了工作站的實施例。在全部附圖中，相同的參考標記數(shù)字用于表明相應(yīng)的部分。圖1示出了用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的調(diào)整方法100的示范性實施例的簡化流程圖，所述調(diào)整方法包括讀取步驟105，用于讀取圖像數(shù)據(jù)和幾何模型數(shù)據(jù)； 初始化步驟IIO，用于初始化幾何模型；以及 優(yōu)化步驟115，用于優(yōu)化代價函數(shù)，以確定總體變換的參數(shù)。 在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法100的實施例中，調(diào)整方法還包括調(diào)整步驟120，用于使用構(gòu)建的總體變換調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。進一步參考圖1，在開始步驟101之后，該方法繼續(xù)前進到讀取步驟 105，用于讀取圖像數(shù)據(jù)和幾何模型數(shù)據(jù)。幾何模型數(shù)據(jù)包括幾何模型的多 個部分。在這里，這些部分構(gòu)成幾何模型的分區(qū)(partition)。在初始化步驟 110中，初始化幾何模型。例如，可以在圖像中將幾何模型放置在圖像數(shù)據(jù) 中的要為其調(diào)整幾何模型的物體附近。可選的，幾何模型還可以進行旋轉(zhuǎn)、 平移和/或縮放，以匹配要為其調(diào)整幾何模型的物體。在初始化步驟110之 后，該方法繼續(xù)前進到優(yōu)化步驟115。在優(yōu)化步驟115中，對代價函數(shù)進行 優(yōu)化，并且找到在此還滿足一致性條件的局部變換的最佳參數(shù)。隨后，該 方法繼續(xù)前進到調(diào)整步驟120，其中，用基于局部變換而定義的總體變換來 調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，并在步驟199結(jié)束?？商鎿Q地，該方法在 優(yōu)化步驟115之后結(jié)束。圖2以軸向視圖201和冠狀視圖202示意性地示出了心臟的幾何模型 的示范性部分。在此，該模型的各部分包括右心房RA、左心房LA、右心 室RV、左心室LV和主動脈A。劃上陰影線的橢圓E表示在這些部分之間 的過渡區(qū)。圖2示出了在同一器官內(nèi)會出現(xiàn)不同特性類型的結(jié)構(gòu)。預(yù)料到 左心室LV和右心室RV會在大小和位置上發(fā)生變化，而上升主動脈A在中 心線的彎曲半徑和橫截面上發(fā)生變化。而且，這兩個心室彼此相對的位置 和大小也會變化。這樣，可以將不同的部分變換有利地應(yīng)用于左心室LV、 右心室RV和主動脈A。避免過分約束幾何模型可變形性的一個可能是彼此獨立地調(diào)整幾何模 型的第一部分和幾何模型的第二部分以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。該方案存在的問題 在于確保整個幾何模型的一致性。如果這兩個部分彼此靠近和/或彼此相連， 則第一部分形狀和尺寸就在一定程度上影響第二部分的形狀和尺寸，例如 左心室的位置與主動脈的位置相關(guān)。整個心臟的復(fù)雜模型要考慮心臟各部 分的相關(guān)性，而心房、心室和主動脈的獨立模型的集合則不考慮各個被建 模部分的相關(guān)性。因此，其對于將復(fù)雜模型用于例如心臟之類的器官是有 利的。為了保持調(diào)整的幾何模型的一致性，就需要一種在過渡區(qū)(在圖2中由劃上陰影線的橢圓E所示的)處的局部變換之間的相互作用。在本發(fā)明的調(diào)整方法100的一個實施例中，使用了幾何模型的總體變 換。這個總體變換是基于用于變換幾何模型各部分的局部變換而構(gòu)建的。 為此，如果各部分相互分開，或者如果它們沒有充分交疊，則必須將每個 局部變換延伸到更大的域，其包括與由該局部變換所變換的部分相鄰的過 渡區(qū)。例如，如果局部變換是縮放變換、剛性變換或仿射變換，則此類局 部變換可以自然地擴展到幾何模型的所有部分。如果局部變換可以用多項 式或三角級數(shù)來局部近似，則這些多項式或三角級數(shù)就可以用于定義局部 變換的擴展。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解還有幾個其它方式來擴展局部變換，其以這樣的方式進行局部變換的擴展的域包括與由該局部變換所變換的 部分相鄰的過渡區(qū)。為了簡化起見，以下將幾何模型第k個部分Pk的局部變換Tk的擴展稱為局部變換，并也表示為Tk。一旦幾何模型的各部分充分的交疊，它們就可以用于定義總體變換。例如，如果幾何模型由頂點網(wǎng)格來表示，則可以為每一個頂點x分配一組 權(quán)重，每一個權(quán)重與幾何模型第k個部分的局部變換Tk相對應(yīng)。類似地， 如果幾何模型由三角形網(wǎng)格來表示，則可以為每一個三角形中心x分配一 組權(quán)重，每一個權(quán)重與幾何模型第k個部分的局部變換Tk相對應(yīng)。總體變 換T定義為<formula>formula see original document page 10</formula> [i]k:wk>0當X包含在第k個部分中，而不包含在任何過渡區(qū)中時，則權(quán)重Wk(X"l，而對于l7^k，其它權(quán)重w《x)i。因此T(x)=Tk(x)。當x被包含在與第k個 部分交疊的過渡區(qū)中時，則權(quán)重Wk(xgO。分配給x的所有權(quán)重的總和是l。通常(但不總是如此)，頂點X位于第k個部分Pk內(nèi)部越深，權(quán)重Wk(X)就越 大，從而局部變換Tk在x處對總體變換T的貢獻就越大。局部變換Tk在x 處對總體變換T的貢獻局限于第k個部分的某種適度的鄰近環(huán)境，其可以 基于一組訓練圖像來確定。權(quán)重Wk(X)優(yōu)選地包含在本發(fā)明的幾何模型中。 可替換地，權(quán)重Wk(X)可以基于幾何模型的多個部分來計算。例如，如果x 是包含在兩個部分(例如Pk和Pi)中的頂點，則可以定義在這兩個部分之間 的邊界|3。隨后，可以將權(quán)重w"x)定義為Wk(x"d(x,p)/max(d(y，P):yePknPJ及Wl(x)=l-wk(x)，在此d(y, P)是在y和卩之間的距離。優(yōu)選地，以這樣的 方式選擇所述邊界對于xE p， Wk(x)n(x)?？傮w變換T取決于局部變換Tk的參數(shù)。每一個局部變換可以具有一組 不同的參數(shù)和/或不同的參數(shù)值。例如，平移參數(shù)是平移向量的分量，縮放 變換的參數(shù)是縮放因子，線性變換的參數(shù)是線性變換矩陣的元素。適于對部分Pk進行變換的局部變換Tk的類型可以根據(jù)調(diào)整幾何模型以 適應(yīng)訓練圖像數(shù)據(jù)來獲知，并能夠包含在幾何模型中?？商鎿Q地，局部變 換的定義可以包含在該方法的實施中。可選的，可以允許用戶互動地選擇 局部變換的類型。通過優(yōu)化代價函數(shù)(例如三角形網(wǎng)格的總能量)，可以在優(yōu)化步驟115中 計算總體變換T的參數(shù)?？梢栽诂F(xiàn)有技術(shù)中找到該優(yōu)化方法的細節(jié)，例如 在參考文獻1中，其以此被包括作為參考。剛剛在以上說明并在圖1中示 出的調(diào)整方法100的實施例對于初始化復(fù)雜幾何模型尤其有用。存在大量 的用于優(yōu)化代價函數(shù)的分割算法，其可以用于本發(fā)明的調(diào)整方法。通過最 小化代價函數(shù)而獲得的總體變換可以有利地用于初始化模型。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法100的另一實施例中，參考文獻1的調(diào)整方 法被有利地配置為用于本發(fā)明的幾何模型。在該調(diào)整方法中，代價函數(shù)包 括外部能量項Eext和內(nèi)部能量項EiM。參考文獻l的內(nèi)部能量項可以寫為<formula>formula see original document page 11</formula>在此，N(Xj)是包括頂點Xi周圍的多個頂點Xj的鄰域，m是基于參考形狀的 模型的頂點組mi， T是基于形狀的模型的總體變換，F(xiàn)(Xi，N(Xi)，T(m))是頂點 Xi對內(nèi)部能量[2]的貢獻。在能量最小化構(gòu)架中，貢獻F通常實現(xiàn)為相對頂 點位移的二次函數(shù)<formula>formula see original document page 11</formula>在本實施例中，通過將第i個頂點Xi對內(nèi)部能量的貢獻重新定義為<formula>formula see original document page 11</formula>來確保調(diào)整的幾何模型的一致性，在此，Wk(Xj)是第i個頂點Xi對來自第k個部分Pk的內(nèi)部能量[4]的貢獻F(Xi,N(Xi),Tk(m))的權(quán)重。用如前所述的相同 原理來定義這些權(quán)重。在公式[3]的視圖中，優(yōu)選地將局部變換擴展到整個 幾何模型。可替換地，在來自第k個部分Pk的頂點Xi周圍的領(lǐng)域N(Xj)必須 以這樣的方式來定義N(Xi)僅包含來自第k個部分Pk和來自與第k個部分 Pk相鄰的過渡區(qū)的頂點。在如以上實施例中所述的這種能量最小化架構(gòu)中的幾何模型的優(yōu)化， 例如是分兩步來進行的，這兩步隨后可以進行重復(fù)。首先，基于最小化幾 何模型的總能量，相對于幾何模型頂點的初始配置來優(yōu)化局部變換Tk的參 數(shù)。其次，計算頂點坐標Xi，以使用在第一步確定的局部變換Tk來優(yōu)化總 能量。所優(yōu)化的頂點Xi定義了調(diào)整的幾何模型。關(guān)于細節(jié)見參考文獻l，尤其是第2.4章。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整方法的一個特定實施例中，在優(yōu)化時，在第一優(yōu)化步驟中，為幾何模型的內(nèi)部能量項Eint給予一個無窮大的權(quán)重。這實際上可以通過在代價函數(shù)表達式中將內(nèi)部能量項加權(quán)得比外部能量項高得多來 實現(xiàn)。這等價于固定住在頂點Xi與基于參考形狀的模型的經(jīng)變換頂點Tk(mi) 之間的位移，同時最小化被吸引到圖像中檢測到的特征上的"剛性"幾何 模型的外部能量。僅有的自由度是局部變換的參數(shù)。在第二優(yōu)化步驟中， 如上所述，用在第一步中所確定的局部變換Tk來優(yōu)化頂點坐標Xi。為了執(zhí)行魯棒性的但仍舊快速的初始化，可以首先將變換局限于一個 或幾個剛性變換。隨后，這可以用作對于更多復(fù)雜變換(例如多個仿射變換) 的初始化。即使不使用局部變換，也可以應(yīng)用該優(yōu)化過程，即，也可以采用現(xiàn)有 技術(shù)的總體變換，如在參考文獻1中對其進行的描述。在本發(fā)明方法的所述實施例中的順序不是強制性的，在不脫離本發(fā)明 所希望的概念的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以改變步驟的順序或使用線程 化模型、多處理器系統(tǒng)或多個進程并行地執(zhí)行這些步驟?？蛇x地，本發(fā)明 方法的兩個步驟可以合并為一個步驟。可選的，可以將本發(fā)明調(diào)整方法100 的一個步驟分割為多個步驟。圖3示意性地示出了調(diào)整系統(tǒng)300的實施例，調(diào)整系統(tǒng)300用于調(diào)整 幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整系統(tǒng)300包括讀取單元305，用于讀取圖像數(shù)據(jù)和幾何模型數(shù)據(jù)； 初始化單元310，用于初始化幾何模型；以及 優(yōu)化單元315，用于優(yōu)化代價函數(shù)以確定總體變換的參數(shù)。 在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)300的實施例中，所述調(diào)整方法還包括 調(diào)整步驟單元320，用于用構(gòu)建的總體變換來調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像 數(shù)據(jù)；分割單元360，用于分割圖像數(shù)據(jù)； 用戶接口 365，用于與檢測系統(tǒng)300通信。在圖3所示的調(diào)整系統(tǒng)300的實施例中，有三個輸入連接器381、 382 和383，用于輸入數(shù)據(jù)。第一輸入連接器381被配置為接收從諸如硬盤、磁 帶、閃存或光盤之類的數(shù)據(jù)存儲器輸入的數(shù)據(jù)。第二輸入連接器382被配 置為接收從諸如鼠標或觸摸屏之類的用戶輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。第三輸入 連接器383被配置為接收從諸如鍵盤之類的用戶輸入設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。輸 入連接器381 、 382和383連接到輸入控制單元380。在圖3所示的調(diào)整系統(tǒng)300的實施例中，有兩個輸出連接器391和392， 用于輸出數(shù)據(jù)。第一輸出連接器391被配置為向諸如硬盤、磁帶、閃存或 光盤之類的數(shù)據(jù)存儲器輸出數(shù)據(jù)。第二輸出連接器392被配置為向顯示設(shè) 備輸出數(shù)據(jù)。輸出連接器391和392經(jīng)由輸出控制單元390接收各自的數(shù) 據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解存在許多方式將輸入設(shè)備連接到調(diào)整系統(tǒng)300 的輸入連接器381、 382和383以及將輸出設(shè)備連接到調(diào)整系統(tǒng)300的輸出 連接器391和392。這些方式包括但不限于有線連接與無線連接、諸如局 域網(wǎng)(LAN)和廣域網(wǎng)(WAN)之類的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字電話網(wǎng)和模擬電 話網(wǎng)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)300的實施例中，調(diào)整系統(tǒng)300包括存儲器 單元370。存儲器單元370被配置為經(jīng)由任何一個輸入連接器381、 382和 383從外部設(shè)備接收輸入數(shù)據(jù)，并在存儲器單元370中存儲所接收的數(shù)據(jù)。 將數(shù)據(jù)加載到存儲器單元370中允許調(diào)整系統(tǒng)300的各個單元對相關(guān)數(shù)據(jù) 部分的快速訪問。輸入數(shù)據(jù)可以包括但不限于圖像數(shù)據(jù)?？梢越柚谥T如 以下的設(shè)備來實現(xiàn)存儲器單元370:例如，隨機存取存儲器(RAM)芯片、只讀存儲器(ROM)芯片和域硬盤。優(yōu)選地，存儲器單元370包括RAM,用于 存儲圖像數(shù)據(jù)集。存儲器單元370還被配置為經(jīng)由存儲器總線375，從調(diào)整 系統(tǒng)300的各個單元接收數(shù)據(jù)并向其傳遞數(shù)據(jù)，調(diào)整系統(tǒng)300的各個單元 包括讀取單元305、初始化單元310、優(yōu)化單元315、調(diào)整步驟單元320、 分割單元360和用戶接口 365。存儲器單元370還被配置為使得數(shù)據(jù)經(jīng)由輸 出連接器391和392中任意一個對外部設(shè)備可用。將來自調(diào)整系統(tǒng)300的 各個單元的數(shù)據(jù)存儲在存儲器單元370中有利地改善了調(diào)整系統(tǒng)300的各 個單元的性能，以及數(shù)據(jù)從調(diào)整系統(tǒng)300的各個單元到外部設(shè)備的傳遞速 率?？商鎿Q地，調(diào)整系統(tǒng)300不包括存儲器單元370和存儲器總線375。調(diào) 整系統(tǒng)300所使用的輸入數(shù)據(jù)由至少一個外部設(shè)備來提供，例如連接到調(diào) 整系統(tǒng)300的單元的外部存儲器或處理器。類似地，由調(diào)整系統(tǒng)300產(chǎn)生 的輸出數(shù)據(jù)被提供給至少一個外部設(shè)備，例如連接到調(diào)整系統(tǒng)300的單元 的外部存儲器或處理器。調(diào)整系統(tǒng)300的單元被配置為經(jīng)由內(nèi)部連接或經(jīng) 由數(shù)據(jù)總線在彼此之間接收數(shù)據(jù)。在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)300的另一實施例中，調(diào)整系統(tǒng)300包括用 戶接口 365，用于與調(diào)整系統(tǒng)300通信。用戶接口 365包括顯示單元，用 于向用戶顯示數(shù)據(jù)；以及選擇單元，用于做出選擇。將調(diào)整系統(tǒng)300與用 戶接口 365相結(jié)合允許用戶與調(diào)整系統(tǒng)300通信。用戶接口 365還被配置 為顯示幾何模型和根據(jù)圖像數(shù)據(jù)渲染的視圖?？蛇x的，用戶接口可以包括 調(diào)整系統(tǒng)300的多種操作模式，其表明了在調(diào)整中所采用的代價函數(shù)。本 領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，可以在調(diào)整系統(tǒng)300的用戶接口 365中有利地實現(xiàn) 更多的功能。可替換地，調(diào)整系統(tǒng)可以使用經(jīng)由輸入連接器382和/或383及輸出連 接器392連接到調(diào)整系統(tǒng)300的外部輸入設(shè)備和/或外部顯示器。本領(lǐng)域技 術(shù)人員還會理解存在許多用戶接口，其可以有利地包括在本發(fā)明的調(diào)整系 統(tǒng)300中o本發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)300，例如圖3中所示的，可以實現(xiàn)為計算機程序產(chǎn) 品，并可以存儲在任何適宜的介質(zhì)上，諸如例如磁帶、磁盤或光盤。該 計算機程序可以被加載到包括處理單元和存儲器的計算機設(shè)備中。計算機程序產(chǎn)品在被加載后，提供給處理單元執(zhí)行渲染，各種任務(wù)的能力。圖4示意性地示出了圖像采集系統(tǒng)400的實施例，其使用了本發(fā)明的 調(diào)整系統(tǒng)300，所述圖像采集系統(tǒng)400包括圖像采集系統(tǒng)單元410，其經(jīng) 由內(nèi)部連接與調(diào)整系統(tǒng)300相連；輸入連接器401;以及輸出連接器402。 該配置有利地增加了圖像采集系統(tǒng)400的性能，為所述圖像采集系統(tǒng)400 提供了調(diào)整系統(tǒng)300的有優(yōu)勢的分割能力。圖像采集系統(tǒng)的實例包括但不 限于CT系統(tǒng)、X射線系統(tǒng)、MRI系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)、正電子發(fā)射斷層造 影(PET)系統(tǒng)和單光子發(fā)射計算機斷層造影(SPECT)系統(tǒng)。圖5示意性地示出了工作站500的實施例。所述系統(tǒng)包括系統(tǒng)總線501 。 處理器510、存儲器520、磁盤輸入/輸出(I/0)適配器530和用戶接口(U1)540 可操作地連接到系統(tǒng)總線501。磁盤存儲設(shè)備531可操作地耦合到磁盤I/O 適配器530。鍵盤541、鼠標542和顯示器543可操作地耦合到UI540。本 發(fā)明的調(diào)整系統(tǒng)300實現(xiàn)為計算機程序，其存儲在盤片存儲設(shè)備531中。 工作站500被配置為將程序和輸入數(shù)據(jù)加載到存儲器520中，并在處理器 510上執(zhí)行程序。用戶可以用鍵盤541和/或鼠標542向工作站500輸入信 息。工作站被配置為向顯示設(shè)備543和/或向盤片531輸出信息。本領(lǐng)域技 術(shù)人員會理解有許多本領(lǐng)域已知的其它工作站的實施例，并且本實施例起 到說明本發(fā)明的目的，不能解釋為將本發(fā)明限于該特定實施例。應(yīng)指出，上述實施例是說明性的而不是限制本發(fā)明，在不脫離所附權(quán) 利要求范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計可替換的實施例。在權(quán) 利要求中，在括號中的任何參考標記都不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求。詞語"包 括"并不排除未在權(quán)利要求中列出的元件或步驟的存在。在元件之前的詞 語"一"不排除多個此類元件的存在。本發(fā)明可以借助于包括幾個不同元 件的硬件及借助于適當編程的計算機來實現(xiàn)。在系統(tǒng)中，權(quán)利要求列舉了 幾個單元，這些單元中的幾個可以由同一項硬件或軟件來體現(xiàn)。詞語第一、 第二和第三等的使用并不表示任何排序。這些詞語可以被解釋為名稱。
權(quán)利要求
1、一種調(diào)整方法(100)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào)整方法(100)包括確定(115)用于將所述幾何模型的第一部分映射到所述圖像數(shù)據(jù)中的第一局部變換和用于將所述幾何模型的第二部分映射到所述圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換。
2、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(100)，還包括一致性步驟(115)，用于 保持所述調(diào)整的幾何模型在所述分區(qū)模型的所述第一部分與所述第二部分 之間的過渡區(qū)中的一致性。
3、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(100)，其中，代價函數(shù)是所述第一局 部變換與所述第二局部變換的函數(shù)，并且其中，通過優(yōu)化所述代價函數(shù)來 確定所述第一局部變換與所述第二局部變換。
4、 如權(quán)利要求2所述的調(diào)整方法(100)，其中，所述過渡區(qū)包括在所述 第一部分與所述第二部分的交叉處，并且其中，所述一致性步驟包括基于 所述第一局部變換和所述第二局部變換來確定在所述過渡區(qū)中的總體變 換。
5、 如權(quán)利要求2所述的調(diào)整方法(100)，還包括用所述第一局部變換和 所述第二局部變換構(gòu)建(115)用于將所述幾何模型映射到所述圖像數(shù)據(jù)中的 總體變換。
6、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(IOO)，其中，代價函數(shù)是所述總體變 換的函數(shù)。
7、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(IOO)，其中，所述幾何模型的所述第 二部分包括管狀結(jié)構(gòu)，并且所述第二局部變換是基于用于形成所述管狀結(jié) 構(gòu)中心線的成形局部變換和/或用于調(diào)整所述管狀結(jié)構(gòu)橫截面半徑的縮放局部變換來定義的。
8、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(100)，其中，所述第一局部變換是仿 射局部變換。
9、 如權(quán)利要求1所述的調(diào)整方法(100)，還包括分割步驟，用于分割所 述圖像數(shù)據(jù)。
10、 一種調(diào)整系統(tǒng)(300)，用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述調(diào) 整系統(tǒng)(300)包括確定單元，用來確定用于將所述幾何模型的第一部分映射 到所述圖像數(shù)據(jù)中的第一局部變換和用于將所述幾何模型的第二部分映射 到所述圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換。
11、 一種圖像采集系統(tǒng)(400)，用于采集圖像數(shù)據(jù)，其包括如權(quán)利要求 10所述的調(diào)整系統(tǒng)(300)。
12、 一種工作站(500)，其包括如權(quán)利要求10所述的調(diào)整系統(tǒng)(300)。
13、 一種要由計算機設(shè)備加載的計算機程序產(chǎn)品，其包括指令，用于 調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)，所述計算機設(shè)備包括處理單元和存儲器， 所述計算機程序產(chǎn)品在被加載后，為所述處理單元提供確定用于將所述幾 何模型的第一部分映射到所述圖像數(shù)據(jù)中的第一局部變換和用于將所述幾 何模型的第二部分映射到所述圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換的能力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)整幾何模型以適應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的方法(100)，包括確定用于將幾何模型的第一部分映射到所述圖像數(shù)據(jù)中的第一局部變換和用于將幾何模型的第二部分映射到所述圖像數(shù)據(jù)中的第二局部變換。通過確定幾何模型的第一部分的第一局部變換和幾何模型的第二部分的第二局部變換，幾何模型可以采取更多形狀，從而可以更準確地與包括在圖像數(shù)據(jù)中的物體相適應(yīng)。
文檔編號G06T5/00GK101268492SQ200680034605
公開日2008年9月17日 申請日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者J·威斯, J·彼得斯, O·艾卡伯特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司