图像配准系统及方法与流程

1.本发明涉及图像配准系统及方法。


背景技术：

2.当前，已知存在多种通过对物体(包含非生物体及生物体)进行扫描从而对物体的内部构造进行成像的内部构造成像技术。例如可以举出ct(电子计算机断层扫描)成像、超声波成像、mri(核磁共振成像)等技术。由于各种内部构造成像技术的特征不同、成像效果也不同，因此在需要物体的内部构造的详细信息时，通常选择同时应用多种内部构造成像技术进行成像。此时，需要对由多种内部构造成像技术所生成的物体的扫描图像进行配准，使各扫描图像中的物体的空间坐标相互匹配。
3.已知将多个扫描图像中的一个设为基准图像，对其他相同或不同模态的扫描图像进行变换以与该基准图像进行对位的图像配准系统。专利文献1记载了一种图像配准系统，通过计算变换后的扫描图像与基准图像之间的相似度，从而确定对各扫描图像进行几何变换的配准方案，进行图像配准。专利文献1的图像配准系统使用归一化互相关函数计算不同的扫描图像之间的相似度，容易受到扫描图像所包含的噪声及伪影的影响而生成错误的配准方案。专利文献2记载了一种图像配准系统，基于不同扫描图像间的对应像素的组合的确定性计算相似度，能够提高计算出的配准方案的可靠性。但是，专利文献2的技术方案也存在由于噪声及伪影的影响而生成错误的配准方案的情况。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：us 2016/0133016 a1
7.专利文献2：日本特开2013-146540


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.本发明要解决的问题是提供一种图像配准系统及图像配准方法，能够生成可靠性高的配准方案。
10.用于解决课题的手段
11.实施方式的图像配准方法，将被扫描物体的多个扫描图像中的一个所述扫描图像设为参考图像，将其他的所述扫描图像设为浮动图像，通过配准方案对所述浮动图像进行变换而使其与所述参考图像对位，所述图像配准方法包括以下步骤：配准方案计算步骤，基于所述浮动图像和所述参考图像，以使变换后的所述浮动图像与所述参考图像的相似度高的方式，计算出多个所述配准方案；可靠性指标计算步骤，对于每个所述配准方案，计算通过该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度作为该配准方案的配准相似度，基于通过加入扰动后的该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度计算扰动配准相似度，计算基于所述配准相似度和所述扰动配准相似度的可靠性指标；配
准方案过滤步骤，根据可靠性指标对所述配准方案进行过滤；以及配准步骤，根据经过过滤的所述配准方案进行配准。
12.实施方式的图像配准系统，将被扫描物体的多个扫描图像中的一个所述扫描图像设为参考图像，将其他的所述扫描图像设为浮动图像，通过配准方案对所述浮动图像进行变换而使其与所述参考图像对位，所述图像配准方法包括：配准方案计算部，基于所述浮动图像和所述参考图像，以使变换后的所述浮动图像与所述参考图像的相似度高的方式，计算出多个所述配准方案；可靠性指标计算部，对于每个所述配准方案，计算通过该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度作为该配准方案的配准相似度，基于通过加入扰动后的该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度计算扰动配准相似度，计算基于所述配准相似度和所述扰动配准相似度的可靠性指标；配准方案过滤部，根据可靠性指标对所述配准方案进行过滤；以及配准部，根据经过过滤的所述配准方案进行配准。
13.发明的效果
14.根据本发明的图像配准系统及图像配准方法，能够生成可靠性高的配准方案。
附图说明
15.图1是表示第一实施方式的图像配准系统的结构的一例的图。
16.图2是表示第一实施方式的图像配准方法的一例的流程图。
17.图3是表示参考处理图像和浮动处理图像的一例的示意图。
18.图4是用于说明基于相似度生成配准方案时可能出现的问题的图。
19.图5是用于说明扰动对配准方案的配准相似度的影响的图。
20.图6是表示肝部的不同模态的扫描图像的图。
21.图7是重叠表示经过配准的肝部的不同模态的扫描图像的的图。
具体实施方式
22.下面，参照附图对本发明的图像配准系统及方法、配准方案评价系统及方法进行说明。
23.第一实施方式
24.图1是表示第一实施方式的图像配准系统100的结构的一例的图。第一实施方式中的图像配准系统100具有显示部110、输入部120、存储部130、配准方案生成部140、可靠性指标计算部150、配准方案过滤部160及图像配准部170。显示部110、输入部120、存储部130、配准方案生成部140、可靠性指标计算部150、配准方案过滤部160及图像配准部170相互可通信地连接。
25.显示部110显示各种信息。例如，显示部110显示在图像配准中使用的参考图像(reference image)和浮动图像(floating image)，并显示用于受理来自用户的输入操作的gui(graphical user interface，图形用户界面)等。例如，显示部110是lcd(liquid crystal display，液晶显示器)或有机el(electroluminescence，电致发光)显示器等。
26.输入部120受理用户的输入操作，将基于受理的输入操作的信号输出给配准方案生成部140。例如，输入部120通过鼠标和键盘、轨迹球、开关、按钮、控制杆、触摸屏等来实
现。输入部120例如可以通过麦克风等受理声音输入的用户界面来实现。在输入部120是触摸屏的情况下，显示部110可以与输入部120形成为一体。
27.存储部130例如通过rom、闪存、ram(random access memory，随机存取存储器)、hdd(hard disc drive，硬盘)、ssd(solid state drive，固态驱动)、寄存器等存储装置来实现。闪存和hdd、ssd等是非易失性的存储介质。这些非易失性的存储介质可以通过nas(network attached storage，网络附加存储)和外部存储服务器装置等经由网络连接的其他存储装置来实现。其中，上述网络例如包括因特网、wan(wide area network，广域网)、lan(local area network，局域网)、运营商终端、无线通信网、无线基站、专用线路等。
28.在存储部130存储有多个扫描图像组，每个扫描图像组中包含多个扫描图像，该多个扫描图像分别是通过不同参数的相同扫描方式或不同的扫描方式对同一被扫描物体的相同区域进行扫描得到的。以下，将通过不同扫描方式得到的扫描图像称作不同模态的扫描图像。此外以下，将扫描图像作为三维的灰度图像进行说明，但扫描图像也可以是二维的图像，也可以是rgb等彩色图像，只要同一扫描图像组所包含的多个扫描图像的维度或颜色等类型相同即可。在本实施方式中，扫描图像是宽度w
×
高度h
×
深度d的三维图像，其中的每一个体素分别通过灰度表示被扫描物体的特定位置上的结构信息。扫描图像中的各体素的位置例如可以通过由相互正交的x轴、y轴、z轴确定的直角坐标系表示，其中x轴、y轴及z轴例如分别与扫描图像的宽度w、高度h及深度d方向相对应。同一扫描图像组所包含的各个扫描图像表示同一被扫描物体的相同区域，但由于不同扫描图像是通过不同的扫描参数或扫描方式得到的，所以扫描图像彼此间的坐标并不匹配，需要进行配准。在实际应用中，由于扫描技术的限制，不同的扫描方式通常具有不同的探测范围及不同的扫描覆盖范围，例如mri技术通常具有较大的探测范围及扫描覆盖范围，而超声波成像技术的探测范围及扫描覆盖范围通常较小，因此不同模态的扫描图像中与扫描覆盖范围对应的部分所占的比例不同。在三维图像中，对于与在扫描中未覆盖到的区域对应的部分，例如进行填零处理。
29.配准方案生成部140读取存储于存储部130的扫描图像组，将扫描图像组所包含的一个扫描图像设为参考图像，将其余图像设为浮动图像，基于参考图像计算各浮动图像的配准方案。其中，参考图像是指提供位置参考的图像。配准方案生成部140为了使各浮动图像与参考图像的坐标所对应的被扫描物体的内部构造的位置一致，对各浮动图像分别进行包括平移、旋转的几何变换，将表示上述几何变换的变换方案作为该浮动图像的配准方案。
30.可靠性指标计算部150对由配准方案生成部140生成的配准方案的可靠性进行评估，计算可靠性指标ri。可靠性指标ri用于确认配准方案生成部140是否由于图像噪音、超声波扫描的较小的探测范围(field of view)或不同模态之间成像效果的差异等而生成了误匹配的配准方案。
31.配准方案过滤部160针对浮动图像，从对该浮动图像生成的多个配准方案中，根据通过各配准方案变换后的浮动图像与参考图像的相似度及由可靠性指标计算部150计算出的各配准方案的可靠性指标ri，对误匹配的配准方案进行过滤。
32.图像配准部170根据配准方案过滤部160过滤出的配准方案对浮动图像进行变换，将变换后的浮动图像与参考图像一起显示至显示部110。
33.配准方案生成部140、可靠性指标计算部150、配准方案过滤部160及图像配准部170例如通过由cpu和gpu等硬件处理器执行在存储部130存储的程序(软件)来实现。这些多
个构成要素中的一部分或者全部可以通过lsi、asic、fpga等硬件(电路部：circuitry)来实现，还可以通过软件和硬件的协作动作来实现。上述的程序可以预先存储在存储部130中，还可以存储在dvd和cd-rom等可装卸的存储介质中，通过将存储介质安装至图像配准系统100的驱动装置从而从存储介质安装至存储部130。
34.图2是表示第一实施方式的图像配准方法的一例的流程图。参照图2对本实施方式的图像配准方法的流程进行说明。
35.在步骤s101中，用户根据显示于显示部110的用户界面，通过输入部120选择存储于存储部130的需要进行配准的扫描图像组。
36.在步骤s102中，配准方案生成部140从存储部130读取用户选择的扫描图像组，将其中一个扫描图像设为参考图像r，将剩余的扫描图像设为浮动图像f。优选的是，配准方案生成部140将各扫描图像中扫描覆盖范围最广、填零的部分所占的比例最小的扫描图像设为参考图像r。以下，为了便于进行说明，假设扫描图像组包含两个扫描图像，将其中扫描覆盖范围较广的扫描图像设为参考图像r，将另一个扫描图像设为浮动图像f。
37.在步骤s103中，配准方案生成部140对参考图像r及浮动图像f进行预处理。预处理包括图像增强、去噪声及特征提取等。其中特征提取包括平面提取、边缘提取、梯度提取等，在被扫描物体是生物体的器官的情况下，优选进行梯度提取。下面，将经过图像预处理的参考图像r及浮动图像f分别称作参考处理图像rp及浮动处理图像fp。以下，为了说明的方便，有时以参考处理图像rp及浮动处理图像fp的二维截面表示三维的参考处理图像rp及浮动处理图像fp。
38.图3是表示参考处理图像rp和浮动处理图像fp的一例的示意图。参照图3中的图例，在图3中，实线表示血管，空心圆表示肿瘤，虚线表示由肿瘤的遮挡效果造成的阴影，实心圆表示病理组织，存在点的区域表示噪声/伪影区域。伪影(artifacts)是指原本被扫描物体并不存在而在图像上却出现的各种形态的影像。噪声/伪影区域是指，该区域中的像素由于噪声或伪影的影响导致像素值出现了随机的变化，使得该区域模糊化或颗粒化等。图3的(a)表示参考处理图像rp的一例，图3的(b)表示浮动处理图像fp的一例。如图3所示，由于参考处理图像rp和浮动处理图像fp是来自不同扫描技术的不同模态的图像，因此其扫描范围及各结构呈现出的效果均不同。参考处理图像rp的扫描范围广，不受遮挡效果的影响但存在噪声/伪影区域，参考处理图像rp例如是通过核磁共振成像技术得到的扫描图像。浮动处理图像fp的扫描范围窄，受到遮挡效果的影响，浮动处理图像fp例如是通过超声波扫描技术得到的扫描图像。在图3中，参考处理图像rp和浮动处理图像fp中的血管及肿瘤相互对应，但是由于参考图像r的扫描范围比浮动图像f广，因此参考处理图像rp中存在未显示于浮动处理图像fp中的血管及病理组织。另外，虽然对参考处理图像rp和浮动处理图像fp进行了去噪处理，但是并不能完全去除噪声的影响，由于受到噪声或伪影的影响，在参考处理图像rp中出现了标记有点的噪声/伪影区域。此外，在浮动处理图像fp中出现了肿瘤的阴影，但在参考处理图像rp中并未出现肿瘤的阴影。
39.在步骤s104中，配准方案生成部140基于预先设定的配准算法，在浮动处理图像fp的可变换范围内生成多个初始配准方案。在本实施方式中，针对浮动处理图像fp生成n个配准方案，将浮动处理图像fp的配准方案分别设为配准方案s1～配准方案sn(其中n为自然数)。以下，在不对配准方案s1～配准方案sn进行区分的情况下，将它们统称为配准方案s。配
准方案s例如是对三维图像进行包括平移、旋转、缩放等几何变换的变换矩阵。本实施方式中的配准方案s在由相互正交的x轴、y轴、z轴确定的直角坐标系中对扫描图像进行在x轴、y轴、z轴上的平移变换及围绕x轴、y轴、z轴的旋转变换。将配准方案s的x轴、y轴、z轴上的平移量分别设为t
x
、ty、tz，将配准方案s的围绕x轴、y轴、z轴的旋转量分别设为r
x
、ry、rz。
40.浮动处理图像fp的可变换范围是指由配准方案生成部140计算出的配准方案s的平移量t
x
、ty、tz及旋转量r
x
、ry、rz的允许的最大范围。该可变换范围可以根据被扫描物体而设定，例如可以根据器官的大小和空间形状等设定浮动处理图像fp的可变换范围，为体积大的器官设定大的范围，为体积小的器官设定小的范围。例如，在被扫描物体是肝脏的情况下，平移量t
x
、ty、tz的范围分别是(-40cm，40cm)、(-40cm，40cm)、(-40cm，40cm)，旋转量r
x
、ry、rz的范围分别是(-50
°
，40
°
)、(-80
°
，30
°
)、(-30
°
，150
°
)。例如，在被扫描物体是前列腺的情况下，平移量t
x
、ty、tz的范围分别是(-10cm，10cm)、(-10cm，10cm)、(-10cm，10cm)，旋转量r
x
、ry、rz的范围分别是(0
°
，80
°
)、(-10
°
，10
°
)、(-10
°
，10
°
)。例如，在被扫描物体是胰腺的情况下，平移量t
x
、ty、tz的范围分别是(-10cm，10cm)、(-10cm，10cm)、(-25cm，25cm)，旋转量r
x
、ry、rz的范围分别是(-80
°
，20
°
)、(-20
°
，20
°
)、(-20
°
，20
°
)。
41.配准方案生成部140可以在浮动处理图像fp的可变换范围内随机或按照一定间距生成多个初始配准方案，也可以将该可变换范围细分为多个子范围，在各个子范围中分别生成初始配准方案。由于图像噪音、不同模态之间成像效果的差异及配准算法的随机性等，单一的配准方案可能难以满足配准的精度需求或产生误匹配的情况，因此通过生成多个不同的配准方案并从中选择配准精度高的配准方案进行配准，从而能够提高配准的精度。
42.在步骤s105中，配准方案生成部140基于预先设定的迭代优化算法，以使变换后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp的相似度变高的方式，在浮动处理图像fp的可变换范围内对配准方案s1～配准方案sn进行一定次数的迭代优化，在每次迭代优化中，优化算法对配准方案s的平移量t
x
、ty、tz及旋转量r
x
、ry、rz进行轻微修正。例如，该优化算法可以是随机梯度下降法、粒子群优化算法、模拟退火算法等。该相似度例如可以是互相关(cross correlation)、归一化互相关(normalized cross correlation)或差平方和(sum of square differences)等。
43.下面，参照图4对基于相似度评价配准方案时的问题进行说明。图4的(a)重叠表示经过正确的配准方案进行了配准后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp。图4的(b)重叠表示经过错误的配准方案进行了配准后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp。在经过正确的配准方案进行了配准后的图4的(a)中，参考处理图像rp及浮动处理图像fp中的肿瘤和血管相互重合而匹配，但是由于参考处理图像rp中的噪声/伪影区域及病理组织在浮动处理图像fp中没有与之匹配的部分，且浮动处理图像fp中的肿瘤的阴影在参考处理图像rp中也没有与之匹配的部分，因此配准后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp的相似度不高。相反，在经过错误的配准方案进行了配准后的图4的(b)中，虽然参考处理图像rp及浮动处理图像fp中作为关注区域的肿瘤没有相互匹配，但由于参考处理图像rp及浮动处理图像fp中的血管部分匹配，且参考处理图像rp中的噪声/伪影区域及病理组织与浮动处理图像fp中的血管由于像素值相似而错误地匹配，且浮动处理图像fp中的肿瘤的阴影与参考处理图像rp中的另一部分血管也由于像素值相似而错误地匹配，因此配准后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp的相似度高。
44.由此可见，如果仅基于配准后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp的相似度评价配准方案，则可能出现正确配准方案的评价低、错误配准方案的评价高的情况，评价结果有可能无法真实反映配准方案的可靠性。
45.与此相对，在本发明的图像配准方法的步骤s106～步骤s108中，可靠性指标计算部150分别对在步骤s105中由配准方案生成部140计算出的经过优化的多个配准方案s计算表示配准方案s的可靠性的可靠性指标ri。通过可靠性指标ri对配准方案的可靠性进行评价，能够避免生成可靠性低的错误的配准方案。
46.以下详细说明本发明的图像配准方法中可靠性指标ri的计算过程。
47.首先，在步骤s106中，可靠性指标计算部150分别通过配准方案s1～配准方案sn对浮动处理图像fp进行变换，计算变换后的浮动处理图像fp与参考处理图像rp的相似度作为各配准方案s的配准相似度。具体地说，可靠性指标计算部150的相似度计算部151针对配准方案s1～配准方案sn中的每一个配准方案s，向浮动处理图像fp应用与该配准方案s对应的变换矩阵，使浮动处理图像fp在x轴、y轴、z轴上进行平移，并且围绕x轴、y轴、z轴进行旋转。然后，相似度计算部151针对配准方案s1～配准方案sn中的每一个配准方案s，计算通过该配准方案变换后的浮动处理图像fp与参考处理图像rp的相似度。该相似度例如可以是互相关(cross correlation)、归一化互相关(normalized cross correlation)或差平方和(sum of square differences)等。在步骤s105和步骤s106中使用的相似度可以相同也可以不同。
48.在步骤s107中，可靠性指标计算部150分别对各配准方案s1～配准方案sn添加扰动，基于添加扰动后的各配准方案s1～配准方案sn的配准相似度计算各配准方案s1～配准方案sn的扰动配准相似度。
49.具体地说，针对配准方案s1～配准方案sn中的每一个配准方案s，首先，可靠性指标计算部150的扰动部152从存储部130读取针对当前扫描图像组的搜索空间ω，从搜索空间ω中选择出一个以上的扰动d。在本实施方式中，扰动部152从搜索空间ω中选择出k个扰动d，将该k个扰动表示为扰动d1～扰动dk。然后，扰动部152针对扰动d1～扰动dk中的每一个扰动d，对该配准方案s应用该扰动d，并计算添加了该扰动d后的该配准方案s的配准相似度。在这里，添加了扰动d后的配准方案s的配准相似度计算方法与步骤s106中的配准方案s的配准相似度计算方法相同，因此省略详细的说明。然后，相似度计算部151针对该配准方案s，计算分别添加了各扰动d1～扰动dk后的该配准方案s的配准相似度的平均值，将该平均值作为该配准方案s的扰动配准相似度。此外，也可以计算添加了各扰动d1～扰动dk后的配准方案s的配准相似度的中位数、众数等作为扰动配准相似度。
50.搜索空间ω是扰动d的集合，包含多个扰动量不同的扰动d，扰动d用于对配准方案s的变换量进行细微调整，本实施方式的扰动d对平移量及旋转量进行调整，设扰动d对在x轴、y轴、z轴上的平移量的扰动量为δt
x
、δty、δtz，设扰动d对在x轴、y轴、z轴上的旋转量的扰动量为δr
x
、δry、δrz。在这种情况下，应用了扰动d的配准方案s的在x轴、y轴、z轴上的平移量分别成为t
x
+δt
x
、ty+δty、tz+δtz，围绕x轴、y轴、z轴的旋转量分别设为r
x
+δr
x
、ry+δry、rz+δrz。
51.下面，参照图5对扰动对配准方案的配准相似度的影响进行说明。图5的(a)重叠表示经过添加了扰动的正确的配准方案进行了配准后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp。
图5的(b)重叠表示经过添加了扰动的错误的配准方案进行了配准后的参考处理图像rp及浮动处理图像fp。图5中使用的配准方案与图4相同。参照图5的(a)，在添加扰动后，参考处理图像rp及浮动处理图像fp中的原本重合的肿瘤和血管由于扰动的影响而轻微错位，匹配程度降低，另一方面参考处理图像rp中的噪声/伪影区域及病理组织依然无法与浮动处理图像fp匹配，且浮动处理图像fp中的肿瘤的阴影依然无法与参考处理图像rp匹配，因此该配准方案的配准相似度相比添加扰动前变化小。参照图5的(b)，在添加扰动后，参考处理图像rp及浮动处理图像fp中的原本重合的血管由于扰动的影响而轻微错位，匹配程度降低，且浮动处理图像rp中的原本与噪声/伪影区域及病理组织匹配的血管由于扰动的影响产生了位移，其像素值不再与参考处理图像rp中的对应位置的像素值匹配，因此该配准方案的配准相似度相比添加扰动前变化大。
52.在步骤s108中，可靠性指标计算部150的差异值计算部针对配准方案s1～配准方案sn中的每一个配准方案s，计算在步骤s106中计算出的该配准方案s的配准相似度与在步骤s107中计算出的扰动配准相似度的差异值作为可靠性指标ri。例如，可以计算配准方案s的配准相似度与扰动配准相似度的差、商或标准差等差异值作为可靠性指标ri。在本实施方式中，将由配准方案s的配准相似度除以扰动配准相似度得到的商值作为可靠性指标ri。在这种情况下，可靠性指标ri越接近1，则表示配准方案s的配准相似度与扰动配准相似度的差异越小，配准方案s的可靠性越高，可靠性指标ri越远离1，则表示配准方案s的配准相似度与扰动配准相似度的差异越大，配准方案s的可靠性越低。
53.下面，说明对肝部的核磁共振扫描图像及超声波扫描图像的配准方案计算可靠性指标ri的例子。图6是表示肝部的不同模态的扫描图像的图，图6的(a)表示肝部的核磁共振扫描图像，图6的(b)表示肝部的超声波扫描图像。图7是重叠表示经过配准的肝部的不同模态的扫描图像的图，图7的(a)表示经过正确的配准方案配准后的核磁共振扫描图像及超声波扫描图像，图7的(b)表示经过错误的配准方案配准后的核磁共振扫描图像及超声波扫描图像。如图7的(a)所示的正确的配准方案的配准相似度为-43.484，可靠性指标ri为1，如图7的(b)所示的错误的配准方案的配准相似度为-44.0004，可靠性指标ri为0.455196。错误的配准方案的配准相似度虽然高，但可靠性指标ri低，因此评价为该配准方案的可靠性低。
54.为了增加正确的配准方案和错误的配准方案的可靠性指标ri间的差异。可以针对不同的被扫描物体设定不同的搜索空间ω。在被扫描物体是胰腺的情况下，由于胰腺及其下方的主动脉成长条状，增加旋转扰动能够使正确的配准方案和错误的配准方案的可靠性指标ri间的差异增加，因此可以增加胰腺的搜索空间ω所包含的扰动d的旋转量。在被扫描物体是前列腺的情况下，由于前列腺呈大致椭圆状，增加平移扰动能够使正确的配准方案和错误的配准方案的可靠性指标ri间的差异增加，因此可以增加前列腺的搜索空间ω所包含的扰动d的平移量。在被扫描物体是肝脏的情况下，由于肝脏的结构复杂，需要同时增加平移扰动及旋转扰动，因此可以增加前列腺的搜索空间ω所包含的扰动d的平移量及旋转量。因此，本发明根据被扫描物体的大小和空间形状等特征决定搜索空间的变动。
55.在步骤s109中，配准方案过滤部160根据可靠性指标ri对配准方案进行过滤，并且对浮动处理图像fp的可变换范围进行更新。具体地说，配准方案过滤部160按照可靠性指标ri从高到低的顺序对多个配准方案s1～配准方案sn进行排序，去除排名低的预先设定的比例的配准方案，并从浮动处理图像fp的可变换范围中去除已去除的配准方案所对应的变换
量周围的一定范围。例如，可以保留配准方案s1～配准方案sn中可靠性指标ri高的前半部分(前50％)的配准方案s，去除后半部分(后50％)的配准方案s。例如，如果去除了平移量是t
x
0、ty0、tz0，旋转量是r
x
0、ry0、rz0的配准方案，则从浮动处理图像fp的可变换范围中去除(t
x
0，ty0，tz0，r
x
0，ry0，rz0)周围的一定的范围。去除的范围的尺寸可以根据浮动处理图像fp的可变换范围的尺寸而适当地设定，例如在被扫描物体是人体器官的情况下，可以去除平移量t
x
0、ty0、tz0周围5mm的范围，去除旋转量r
x
0、ry0、rz0周围5
°
的范围。在配准方案过滤部160对浮动处理图像fp的可变换范围进行更新后，在之后的步骤s105中在更新后的可变换范围内对各配准方案进行优化，不再将配准方案向已去除的范围内进行修正。由此，能够避免在步骤s105中再次生成可靠性指标ri低的错误的配准方案。
56.在步骤s110中，配准方案生成部140判定剩余的配准方案的个数是否是1，在剩余的配准方案的个数是1的情况下(步骤s110：“是”)，配准方案生成部140将该配准方案发送给图像配准部170，前进至步骤s111，在剩余的配准方案的个数不是1的情况下(步骤s110：“否”)，返回步骤s105，继续对剩余的多个配准方案进行迭代优化。
57.在步骤s111中，图像配准部170根据从配准方案生成部140输出的配准方案，对扫描图像进行配准，将配准后的各扫描图像显示于显示部110。
58.根据本实施方式的图像配准系统及图像配准方法，能够在生成配准方案的过程中过滤掉可靠度低的受到噪声或伪影影响的错误的配准方案，因此能够避免无用的计算，提高配准的效率，同时能够生成可靠性高的配准方案。
59.此外，在上述实施方式中以对不同模态的扫描图像进行配准为例进行了说明，但本发明也可以对相同模态的扫描图像进行配准。

技术特征：
1.一种图像配准方法，将被扫描物体的多个扫描图像中的一个所述扫描图像设为参考图像，将其他的所述扫描图像设为浮动图像，通过配准方案对所述浮动图像进行变换而使其与所述参考图像对位，所述图像配准方法包括以下步骤：配准方案计算步骤，基于所述浮动图像和所述参考图像，以使变换后的所述浮动图像与所述参考图像的相似度高的方式，计算出多个所述配准方案；可靠性指标计算步骤，对于每个所述配准方案，计算通过该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度作为该配准方案的配准相似度，基于通过加入扰动后的该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度计算扰动配准相似度，计算基于所述配准相似度和所述扰动配准相似度的可靠性指标；配准方案过滤步骤，根据可靠性指标对所述配准方案进行过滤；以及配准步骤，根据经过过滤的所述配准方案进行配准。2.根据权利要求1所述的图像配准方法，其中，所述可靠性指标是所述配准相似度与所述扰动配准相似度之间的差异值。3.根据权利要求1所述的图像配准方法，其中，在所述配准方案计算步骤中，在所述浮动图像的可变换范围内计算所述配准方案，在所述配准方案过滤步骤中，对所述可变换范围进行更新，从所述可变换范围中去除与已被过滤的所述配准方案对应的范围。4.根据权利要求1所述的图像配准方法，其中，在所述可靠性指标计算步骤中，针对每个所述配准方案生成多个不同的扰动，计算通过加入各所述不同的扰动后的该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的多个相似度的平均值，作为所述扰动配准相似度。5.根据权利要求2所述的图像配准方法，其中，所述差异值是差、商、标准差中的任一个。6.根据权利要求1所述的图像配准方法，其中，所述相似度是互相关、归一化互相关、总计平方差中的任一个。7.根据权利要求1所述的图像配准方法，其中，所述扰动包括平移变换、旋转变换、缩放变换中的至少一个。8.根据权利要求7所述的图像配准方法，其中，所述被扫描物体是胰腺，所述扰动包括旋转变换。9.根据权利要求7所述的图像配准方法，其中，所述被扫描物体是前列腺，所述扰动包括平移变换。10.根据权利要求7所述的图像配准方法，其中，所述被扫描物体是肝脏，所述扰动包括平移变换及旋转变换。11.根据权利要求1～10中任一项所述的图像配准方法，其中，所述浮动图像是通过超声波成像生成的。12.根据权利要求1～10中任一项所述的图像配准方法，其中，所述参考图像是通过超声波成像、核磁共振成像、计算机断层扫描中的任一个生成的。13.根据权利要求1～10中任一项所述的图像配准方法，其中，
所述参考图像和所述浮动图像是不同模态的扫描图像。14.一种图像配准系统，将被扫描物体的多个扫描图像中的一个所述扫描图像设为参考图像，将其他的所述扫描图像设为浮动图像，通过配准方案对所述浮动图像进行变换而使其与所述参考图像对位，所述图像配准方法包括：配准方案计算部，基于所述浮动图像和所述参考图像，以使变换后的所述浮动图像与所述参考图像的相似度高的方式，计算出多个所述配准方案；可靠性指标计算部，对于每个所述配准方案，计算通过该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度作为该配准方案的配准相似度，基于通过加入扰动后的该配准方案变换后的所述浮动图像和所述参考图像的相似度计算扰动配准相似度，计算基于所述配准相似度和所述扰动配准相似度的可靠性指标；配准方案过滤部，根据可靠性指标对所述配准方案进行过滤；以及配准部，根据经过过滤的所述配准方案进行配准。

技术总结
图像配准方法，将被扫描物体的多个扫描图像中的一个扫描图像设为参考图像，将其他的扫描图像设为浮动图像，通过配准方案对浮动图像进行变换而使其与参考图像对位，包括：基于浮动图像和参考图像，以使变换后的浮动图像与参考图像的相似度高的方式，计算出多个配准方案；对于每个配准方案，计算通过该配准方案变换后的浮动图像和参考图像的相似度作为该配准方案的配准相似度，基于通过加入扰动后的该配准方案变换后的浮动图像和参考图像的相似度计算扰动配准相似度，计算基于配准相似度与扰动配准相似度的可靠性指标；根据可靠性指标对配准方案进行过滤；以及根据经过过滤的配准方案进行配准。方案进行配准。方案进行配准。


技术研发人员：姚忠意 肖其林 勾磐杰 赵舜 赵令令 王艳华
受保护的技术使用者：佳能医疗系统株式会社
技术研发日：2022.01.27
技术公布日：2023/8/9