(57)【要約】  画像レジストレーション装置は、画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションとレジストレーションステアリング係数とに基づき、レジスタリングする画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定する画質駆動型画像レジストレーション決定手段と、画質駆動型画像レジストレーションを用いて画像セットをレジスタリングするレジストレーションコンポーネントとを含む。画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションとレジストレーションステアリング係数とに基づきレジスタリングする画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定し、忠実性駆動型画像レジストレーションを用いて画像セットをレジスタリングし、レジスタリングされた画像セットを生成する方法。
2015527108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションとレジストレーションステアリング係数とに基づき、レジスタリングする画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定する画質駆動型画像レジストレーション決定手段と、
前記画質駆動型画像レジストレーションを用いて前記画像セットをレジスタリングするレジストレーションコンポーネントと、
を有する画像レジストレーション装置。
【請求項２】
前記レジストレーションは、前記画像セットの最初のレジストレーションである、請求項１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項３】
イメージングシステムにより生成される前記画像セットの少なくとも１つの画像において変化する既知のイメージングシステムの画質に基づき、前記レジストレーションステアリング係数を決定するレジストレーションステアリング係数決定手段を更に有する、請求項２記載の画像レジストレーション装置。
【請求項４】
前記レジストレーションステアリング係数は、画像のボクセル又はボクセル領域について前記画像類似度項を、前記ボクセル又はボクセル領域の画質の関数としてダウンウェイトする、請求項３記載の画像レジストレーション装置。
【請求項５】
前記レジストレーションコンポーネントは、前記非剛体レジストレーションを用いて初期的なレジストレーションを実行し、前記レジストレーションは、前記非剛体レジストレーションを用いた前記レジストレーションの結果に基づく前記画像セットの以降のレジストレーションである、請求項１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項６】
前記非剛体レジストレーションによりレジスタリングされた前記画像のある画像の画質に対応する画質メトリックに基づき前記レジストレーションステアリング係数を決定するレジストレーションステアリング係数決定手段を更に有する、請求項５記載の画像レジストレーション装置。
【請求項７】
前記非剛体レジストレーションによりレジスタリングされた前記画像の変形ベクトル場を決定し、前記変形ベクトル場に基づきボリューム曲線を生成し、運動モデルを前記生成されたボリューム曲線に適合させ、前記適合されたモデルと前記ボリューム曲線との間の誤差を決定する画質決定手段を更に有し、
前記画質メトリックは前記誤差であり、
前記誤差は、より低い画質の画像のボクセル領域についてはより大きくなり、より高い画質の前記画像のボクセル領域についてはより小さくなる、請求項６記載の画像レジストレーション装置。
【請求項８】
前記画質メトリックが所定の判定閾値を充足していることに応答して、前記以降のレジストレーションを呼び出す判定ロジックを更に有する、請求項７記載の画像レジストレーション装置。
【請求項９】
前記レジストレーションステアリング係数は、前記画像セットの少なくとも１つの画像において変化する既知のイメージングシステムの画質に基づき、
前記画像レジストレーションコンポーネントは、前記既知のイメージングシステムの画質に基づく初期的な画質駆動型画像レジストレーションを用いて、前記画像セットの初期的なレジストレーションを実行し、
前記レジストレーションは、前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションを用いた前記レジストレーションの結果に基づく前記画像セットの以降のレジストレーションである、請求項１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１０】
前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションの画質に対応する画質メトリックに基づき前記レジストレーションステアリング係数を決定するレジストレーションステアリング係数決定手段を更に有する、請求項９記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１１】
前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションによる前記レジストレーションについて変形ベクトル場を決定し、前記変形ベクトル場に基づきボリューム曲線を生成し、運動モデルを前記生成されたボリューム曲線に適合させ、前記適合されたモデルと前記ボリューム曲線との間の誤差を決定する画質決定手段を更に有し、
前記画質メトリックは前記誤差であり、
前記誤差は、より低い画質の画像のボクセル領域についてはより大きくなり、より高い画質の前記画像のボクセル領域についてはより小さくなる、請求項１０記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１２】
前記画質メトリックが所定の判定閾値を充足していることに応答して、前記以降のレジストレーションを呼び出す判定ロジックを更に有する、請求項１１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１３】
前記レジストレーションステアリング係数は、前記レジスタリングされる画像の少なくとも１つの画質の程度に基づき、前記正規化項に対して前記画質駆動型画像レジストレーションを誘導し、
前記画質が低くなるに従って、前記レジストレーションは前記正規化項に対して誘導され、前記画像類似度項は前記レジストレーションにより小さく寄与する、請求項１乃至１２何れか一項記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１４】
画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションとレジストレーションステアリング係数とに基づき、レジスタリングする画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定するステップと、
前記画質駆動型画像レジストレーションを用いて前記画像セットをレジスタリングし、レジスタリングされた画像セットを生成するステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
前記レジストレーションは、前記画像セットの最初のレジストレーションであり、
イメージングシステムにより生成される前記画像セットの少なくとも１つの画像において変化する既知のイメージングシステムの画質に基づき、前記レジストレーションステアリング係数を決定するステップを更に有する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記非剛体レジストレーションを用いて前記画像セットを初期的にレジスタリングするステップを更に有し、
前記レジストレーションは、前記非剛体レジストレーションを用いた前記初期的なレジストレーションの結果に基づく前記画像セットの以降のレジストレーションである、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記非剛体レジストレーションによりレジスタリングされた画像の画質に対応する画質メトリックに基づき、前記レジストレーションステアリング係数を決定するステップを更に有する、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記非剛体レジストレーションによりレジスタリングされる前記画像について変形ベクトル場を決定し、前記変形ベクトル場に基づきボリューム曲線を生成し、運動モデルを前記生成されたボリューム曲線に適合させ、前記適合されたモデルと前記ボリューム曲線との間の誤差を決定することによって、前記画質メトリックを決定するステップを更に有し、
前記画質メトリックは前記誤差である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記レジストレーションステアリング係数は、前記画像セットの少なくとも１つの画像において変化する既知のイメージングシステムの画質に基づき、
前記既知のイメージングシステムの画質に基づく初期的な画質駆動型画像レジストレーションを用いて、前記画像セットの初期的なレジストレーションを実行するステップを更に有し、
前記レジストレーションは、前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションを用いた前記レジストレーションの結果に基づく前記画像セットの以降のレジストレーションである、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションの画質に対応する画質メトリックに基づき、前記レジストレーションステアリング係数を決定するステップを更に有する、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記非剛体レジストレーションによりレジスタリングされる前記画像について変形ベクトル場を決定し、前記変形ベクトル場に基づきボリューム曲線を生成し、運動モデルを前記生成されたボリューム曲線に適合させ、前記適合されたモデルと前記ボリューム曲線との間の誤差を決定することによって、前記画質メトリックを決定するステップを更に有し、
前記画質メトリックは前記誤差である、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記レジストレーションステアリング係数は、前記レジスタリングされた画像の画質の程度に基づき、前記正規化項に対して前記画質駆動型画像レジストレーションを誘導し、
前記画質が低くなるに従って、前記レジストレーションは前記正規化項に対してより誘導され、前記画像類似度項は前記レジストレーションにより小さく寄与する、請求項１４乃至２１何れか一項記載の方法。
【請求項２３】
前記レジストレーションステアリング係数を決定する入力をインタラクティブユーザインタフェースを介し受信するステップを更に有する、請求項１４乃至２２何れか一項記載の方法。
【請求項２４】
前記レジスタリングされた画像セットをインタラクティブユーザインタフェースを介し視覚的に表示するステップを更に有する、請求項１４乃至２２何れか一項記載の方法。
【請求項２５】
非剛体レジストレーションによるレジストレーションステアリング係数を利用することによって、前記非剛体レジストレーションを不完全な画像情報に対してより影響を受けないようにすることによって、前記非剛体レジストレーションの結果を向上させるステップを有し、
前記非剛体レジストレーションは、画像類似度項及び正規化項の最適化を含む方法。
【請求項２６】
前記レジストレーションステアリング係数は、より低い画質の領域においてレジストレーション中に最適化されるエネルギー項において、画像の影響をローカルに低下し、正規化の影響を増加させる、請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、一般に既知のイメージングシステムの画質又はレジスタリングされた画像の少なくとも１つの画像の決定された画質の少なくとも１つに基づくレジストレーションステアリングファクタにより誘導される非剛体（弾性）画像レジストレーションに関し、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に対する特定の適用により説明される。しかしながら、以下はまた、他のイメージングモダリティに修正可能である。
【背景技術】
【０００２】
画像レジストレーションは、１以上の画像をリファレンス画像の座標系に変換する処理である。２つの周知な変換モデルは、剛体（又はアファイン）及び非剛体（又は弾性）変換を含む。剛体変換は、一般に移動、回転及びスケーリング変換を含むリニア変換である。他方、非剛体変換はまた、画像をリファレンス画像と位置合わせするため、画像をローカルに曲げる。
【０００３】
非剛体画像レジストレーションは、ＣＴ画像間の対応関係を確立するためのベース技術としてますます受け入れられている。適用範囲は広く、フォローアップ研究におけるダイナミックコントラストイメージング及び変更定量化などの頻繁な適用をカバーする。しかしながら、非剛体レジストレーションは、典型的には、画像類似度項（相互情報又は二乗された差分の和など）及び付加的な正規化項を含む目的関数の繰り返し最適化を含み、付加的な正規化項が解をある意味現実的に維持しながら（例えば、通常は結果としての変形場の所定のスムーズネスの範囲内など）、画像類似度項が最大化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
残念ながら、画像アーチファクトなどのミスを誘導する画像情報が、レジストレーション結果にエラーを生じさせる可能性があり、自動的に検出することを困難にする。さらに、画像類似度項は、レジストレーション中に最適化されるため、エラーを検出するのに利用可能でない。上記に鑑み、このようなミスを誘導する画像情報を処理するための未解決のニーズがある。
【０００５】
ここで説明される態様は、上述した問題点などに対処する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、画像レジストレーション装置は、画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションとレジストレーションステアリング係数とに基づき、レジスタリングする画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定する画質駆動型画像レジストレーション決定手段と、前記画質駆動型画像レジストレーションを用いて前記画像セットをレジスタリングするレジストレーションコンポーネントとを有する。
【０００７】
他の態様では、画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションとレジストレーションステアリング係数とに基づき、レジスタリングする画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定するステップと、前記忠実性駆動型画像レジストレーションを用いて前記画像セットをレジスタリングし、これにより、レジスタリングされた画像セットを生成するステップとを有する方法。
【０００８】
他の態様では、方法は、非剛体レジストレーションによるレジストレーションステアリング係数を利用することによって、前記非剛体レジストレーションを不完全な画像情報に対してより影響を受けないようにすることによって、前記非剛体レジストレーションの結果を向上させるステップを有し、前記非剛体レジストレーションは、画像類似度項及び正規化項の最適化を含む。
【０００９】
本発明は、各種コンポーネント及びコンポーネントの各種構成と、各種ステップ及びステップの各種構成との形態をとりうる。図面は、好適な実施例を説明する目的だけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、画像を少なくともレジスタリングするよう構成される変形ベクトル場決定装置の画像処理コンポーネントに関してイメージングシステムを概略的に示す。
【図２】図２は、画像処理コンポーネントの一例を示す。
【図３】図３は、既知のイメージングシステムの画質に基づきレジストレーションステアリングファクタを決定するための一例となる方法を示す。
【図４】図４は、レジスタリングされた画像の決定された画質に基づきレジストレーションステアリングファクタを決定するための一例となる方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下において、画像類似度項及び正規化項を有する目的関数の最適化を含む画像レジストレーションアルゴリズムが、既知のイメージングシステムの画質又は従来のレジストレーションの決定された画質の少なくとも一方によって決定される画質の関数として画像類似度項から切り離され画像レジストレーションが説明される。当該レジストレーションは、ＭＲ、ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、ＵＳ、ｘ線及び／又は他のイメージングモダリティなどのイメージングモダリティからの画像により利用可能であるが、説明上及び便宜上、ＣＴイメージングシステム及びＣＴ画像に関して、以下で説明される。
【００１２】
図１は、ＣＴスキャナなどのイメージングシステム１００を概略的に示す。
【００１３】
イメージングシステム１００は、全体静止ガントリ１０２及び回転ガントリ１０４を有し、回転ガントリ１０４は、静止ガントリ１０２によって回転可能に支持され、ｚ軸に関して検査領域１０６の周りを回転する。ｘ線チューブなどの放射線ソース１０８は、回転ガントリ１０４により回転可能に支持され、回転ガントリ１０４と共に回転し、検査領域１０６を横切る放射線を発する。放射線感受性検出アレイ１１０は、検査領域１０６の全体で放射線ソース１０８に反対の角度の弧に対する。検出アレイ１１０は、検査領域１０６を横切る放射線を検出し、検出された各光子についてそれを示すプロジェクションデータを生成する。
【００１４】
イメージングシステム１００は、移動するオブジェクトの４Ｄ画像セットを取得するのに利用可能である。ここで用いられる４Ｄ画像セットは、移動するオブジェクトの移動サイクルにおける移動するオブジェクトの３Ｄ画像を含み、それは、フル拡張フェーズ、フル収縮フェーズ、フル拡張フェースとフル収縮フェーズとの間の１以上のフェーズ、及びフル収縮フェーズとフル拡張フェーズとの間の１以上のフェーズを含む。再構成手段１１４は、プロジェクションデータを再構成し、イメージング領域１０６に配置された被検者又はオブジェクトのスキャンされた部分を示す３Ｄ及び／又は４Ｄ画像セットを生成する。
【００１５】
カウチなどの被検者サポート１１２は、スキャン前、スキャン中及び／又はスキャン後、検査領域１０６のオブジェクト又は被検者を支持する。汎用計算システム又はコンピュータは、オペレータコンソール１１６として機能する。コンソール１１６は、モニタなどの人間が可読な出力装置と、キーボードやマウスなどの入力装置とを含む。コンソール１１６に備えられたソフトウェアは、オペレータがユーザインタフェースなどを介しスキャナ１００とやりとり及び／又は操作することを可能にする。このようなやりとりは、３Ｄ、４Ｄ又は他のイメージング取得などのスキャンプロトコルの選択、スキャニングの開始などを含む。
【００１６】
画像レジストレーション装置１１８は、イメージングシステム１００及び／又は他のイメージングシステムにより取得された３Ｄ及び／又は４Ｄ画像セットの画像などの画像を少なくともレジスタリングする。画像レジストレーション装置１１８はまた、画像セットのレジストリングされた４Ｄ画像の間の変形ベクトル場（ＤＶＦＳ）を決定してもよい。一般に、ＤＶＦｓは、ベースライン画像の動きフェーズを画像セットのその他の画像にマッピングし、これにより、ボクセル状の対応関係の確立又は移動するオブジェクトの動きサイクルに対するマッピングを含む。画像レジストレーション装置１１８は、レジスタリングされた画像、ＤＶＦＳ及び／又は他の情報の少なくとも１つを出力する。
【００１７】
一例では、画像レジストレーション装置１１８は、画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションを利用する。以下に詳細に説明されるように、画像レジストレーション装置１１８は、ボクセル又はボクセル領域ベースによりシステムにより生成された画像における既知のイメージングシステムの画質の変化又はレジスタリングされた画像の決定された画質の少なくとも一方に基づき、画像類似度項から離れて（及び／又は正規化項に向かって）非剛体レジストレーションを誘導する。レジストレーションの誘導はまた、ローカル領域ベースによりレジストレーションに対する画像類似度項の貢献をダウンウェイトすることによって、アーチファクトなどのミスを誘導する画像情報及び／又は既知のイメージングシステムの画質の制限によるローカルレジストレーションエラーを軽減することを可能にする。
【００１８】
画像レジストレーション装置１１８は、ディスプレイ１２０を介しレジスタリングされた画像、ＤＶＦｓ及び／又は他の情報の少なくとも１つを視覚的に提示可能である。一例では、画像レジストレーション装置１１８は、このようなデータをユーザインタラクティブグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）に提示する。このようなディスプレイは、ユーザがレジストレーション及び／又はＤＶＦ判定に影響を与える情報を入力することを可能にするものであってもよい。例えば、インタラクティブディスプレイは、画像レジストレーション装置１１８がどのように非剛体レジストレーションを誘導するか、及び／又は何れのデータが当該誘導、アルゴリズムのパラメータ、当該誘導に影響を与える判定閾値及び／又は以降のレジストレーションがどのように実行されるべきかなどを判断するのに利用されるかに影響を与える特定のアルゴリズムをユーザが提供、選択及び／又は変更することを可能にするものであってもよい。
【００１９】
画像レジストレーション装置１１８はまた、ユーザに対して通知及び／又は推奨を視覚的に提示できる。例えば、画像レジストレーション装置１１８が、判定閾値に基づきレジスタリングされる画像の画質が閾値を充足していると判断した場合、画像レジストレーション装置１１８は、当該レジストレーションが許容できるという通知を提示できる。しかしながら、画像レジストレーション装置１１８が判定閾値に基づきレジスタリングされる画像の１以上のボクセル及び／又はボクセル領域の画質が閾値を充足しないと判断した場合、画像レジストレーション装置１１８は、これを示す通知及び／又は画像のさらなるレジストレーションを実行する推奨を提示することが可能であり、当該ボクセル及び／又はボクセル領域の画像類似度項から離れてレジストレーションを誘導する。
【００２０】
画像レジストレーション装置１１８は、物理的メモリ及び／又は他の非一時的メモリなどのコンピュータ可読記憶媒体に符号化、埋め込み、格納などされた１以上のコンピュータ可読命令を実行する１以上のプロセッサを有するコンピュータなどの計算システムとすることが可能であることが理解されるべきである。さらに又はあるいは、コンピュータ可読命令の少なくとも１つは、信号、搬送波及び／又は他の一時的媒体によって搬送可能である。計算システムはまた、モニタなどの人間が可読な出力装置と、キーボード、マウスなどの入力装置とを含むものであってもよい。
【００２１】
図２は、画像レジストレーション装置１１８の一例を示す。
【００２２】
本例では、画像レジストレーション装置１１８は、画質（ＩＱ）駆動型画像レジストレーションを生成するため、画像レジストレーションアルゴリズム２０４（メモリに入力及び／又は格納可能）及びレジストレーション誘導ファクタを組み合わせる画質（ＩＱ）駆動型画像レジストレーション決定手段２０２を有する。レジストレーションコンポーネント２０６は、ＩＱ駆動型画像レジストレーションを利用して、入力画像セットをレジスタリングする。一例となるアプリケーションは、例えば、放射線の影響を免れることが可能な良好に機能する領域を特定することが重要である場合、放射線治療計画のための領域ボリュームの変化を評価するため、４Ｄ画像（すなわち、経時的に取得された３Ｄ画像）のレジストレーションである。
【００２３】
画像レジストレーションアルゴリズム２０４は、画像類似度項及び正規化項を含む目的関数を最適化する非剛体レジストレーションを含む。図１に関して説明されたように、特定のアルゴリズムは、ディスプレイ１２０を介し提示されるインタラクティブＧＵＩを介しユーザにより選択及び／又は変更可能である。画像類似度項は、相互情報、二乗された差分の和、強度相関などに基づくものとすることが可能であり、正規化項は、一般にペナルティを科すため、マッピングフィールドの第１及び／又は第２導関数にペナルティを科すことによって、所定のスムーズネスの程度を保証する。画像類似度項及び正規化項は、例えば、方法の選択、画像モダリティ、アプリケーションなどに依存して重み付け可能である。当該最適化は、勾配降下法、共役勾配法及び／又は他のアプローチなどのアルゴリズムに基づくものとすることができる。
【００２４】
このようなアルゴリズムの一例は、Ｋａｂｕｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｆａｓｔ  ｅｌａｓｔｉｃ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｉｎ：Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＭＩＣＣＡＩ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ：Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｆｏｒ  Ｔｈｅ  Ｃｌｉｎｉｃ−Ａ  Ｇｒａｎｄ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ，（２０１０）８１−８９に説明される。一般に、Ｋａｂｕｓ  ｅｔ  ａｌ．に説明されているアルゴリズムは、リファレンス（又は固定）画像Ｒ（ｘ）及びテンプレート（又は移動）画像Ｔ（ｘ）を仮定する。それは、移動したテンプレート画像Ｔｕ（ｘ）：＝Ｔ（φ（ｐ；ｘ）＋ｕ（ｘ））が類似度Ｄ及び正規化項Ｓの双方を最小化するように、アファイン変換ｐと共に変形ベクトル場（ＤＶＦ）ｕ：Ｒ３→Ｒ３を求める。ここで、マッピングφ（ｐ；ｘ）は、ベクトルｐにより与えられるアファイン変換の下でのボクセル位置ｘの変換を示す。
【００２５】
二乗された差分の和を用いて、適切な類似度項ＤはＥＱＵＡＴＩＯＮ１に示される。
【００２６】
【数１】
2015527108.tif 000003
ただし、ＷＤ（ｘ）はｘに従属しうる加重係数を表す。相関、エントロピー、画像導関数などに基づく他の類似度がまたここで想定される。Ｎａｖｉｅｒ−Ｌａｍｅ式に基づく適切な正規化項Ｓは、ＥＱＵＡＴＩＯＮ２に示される。
【００２７】
【数２】
2015527108.tif 000004
ただし、ＷＳ（ｘ）はｘに従属しうる加重係数を表し、パラメータλ及びμ（Ｎａｖｉｅｒ−Ｌａｍｅパラメータ）はモデル化された物質の性質を示す。それらは、画像全体について固定的又は可変的なものとすることができる。ｕの他の導関数に基づく正規化項がまた可能である。
【００２８】
レジストレーションステアリング係数決定手段２０８は、少なくとも１つのレジストレーションステアリング係数アルゴリズム２１０に基づきレジストレーションステアリング係数ＲＳＦを決定する。適切なレジストレーションステアリング係数アルゴリズム２１０は、限定することなく、イメージングシステムの画質に基づくアルゴリズム及びレジスタリングされる画像の画質に基づくアルゴリズムを含む。これらのアルゴリズムの具体例が後述される。他のアルゴリズムがまたここで想定される。図１に関して説明されたように、特定のアルゴリズム及び／又はそのパラメータは、ディスプレイ１２０を介し提示されるインタラクティブＧＵＩを介しユーザにより選択及び／又は変更可能である。
【００２９】
ＩＱ駆動型画像レジストレーション決定手段２０２は、ＥＱＵＡＴＩＯＮ１及びＲＳＦ項を組み合わせ、ＥＱＵＡＴＩＯＮ３を提供し、
【００３０】
【数３】
2015527108.tif 000005
ＥＱＵＡＴＩＯＮ２，３は、ＥＱＵＡＴＩＯＮ４のＩＱ駆動型画像レジストレーションなどのＩＱ駆動型画像レジストレーションを生成する。
【００３１】
【数４】
2015527108.tif 000006
ＥＱＵＡＴＩＯＮ４では、ＲＳＦは恒等写像などの関数であり、ＷＤのウェイトはレジストレーションを誘導する。他の例では、ＲＳＦは恒等写像でなく、ＷＤを変換する（線形又は非線型）。
【００３２】
一例では、レジストレーションは、結合関数
【００３３】
【数５】
2015527108.tif 000007
を最小化するものとして定式化される。追加的及び／又は異なる関数が、例えば、ランドマーク位置又はＤＶＦに関連する性質などの制約を含めるため、結合関数に追加できる。変形の計算に基づき、結合関数は、ＥＱＵＡＴＩＯＮ５に示されるような連立非線形偏微分方程式として再定式化される。
【００３４】
【数６】
2015527108.tif 000008
ＥＱＵＡＴＩＯＮ５を離散化するため、ノイマン境界条件に関する有限差分が利用可能である。結果としての連立線形方程式は、正規化項及び類似度に対応する強制ベクトルから生じる疎で対称的な高度に構造化された行列から構成される。当該連立方程式は、その後、例えば、共役勾配法及び／又は他の方式などによって、最適化方式により線形化及び繰り返し解くことができる。
【００３５】
一般に、ＲＳＦ項は、画像の異なるボクセル又はボクセル領域の画像類似度項Ｄの貢献をダウン（又はアップ）ウェイトすることを可能にする。例えば、特定のボクセル領域がより低い画質に関連することが知られている場合、ＲＳＦ項は、画像類似度項Ｄをダウンウェイトするため１未満に設定でき、正規化項Ｓの方向にレジストレーションを誘導することになる。
【００３６】
特定のボクセル又はボクセル領域が排除されるべきであるとき、ＲＳＦはゼロ（０）に設定される。他のボクセル又はボクセル領域について、特定のボクセル又はボクセル領域が部分的に考慮されるべきである場合、ＲＳＦは、０．０＜ＲＳＦ＜１．０に設定される。他のボクセル又はボクセル領域について、特定のボクセル又はボクセル領域が完全に考慮されるべきである場合、ＲＳＦは１に設定される。さらに又はあるいは、ＲＳＦ項、異なる決定されたＲＳＦ項及び／又はＲＳＦ項から導出されたＲＳＦ項（ＲＳＦ’＝１−ＲＳＦなど）が正規化項に適用可能である。ＲＳＦのための他のマッピングがまたここで想定される。図１に関して説明されたように、ＲＳＦの値に影響を与えるパラメータは、ディスプレイ１２０を介し提示されたインタラクティブＧＵＩを介しユーザにより選択及び／又は変更可能である。
【００３７】
上述されたように、適切なレジストレーションステアリング係数アルゴリズム２１０は、限定することなく、イメージングシステムの画質に基づくアルゴリズム及び／又はレジスタリングされる画像の決定された画質に基づくアルゴリズムを含む。
【００３８】
非限定的な例として、イメージングシステムの画質に基づくアルゴリズムに関して、レジストレーションステアリング係数は、イメージングシステムの画質の事前的な知識に基づくものとすることができる。一般に、画像の特定の領域がイメージングシステムに基づく既知の方法により、画像の他の領域より信頼性が低いか、又はより低い画質を有すると知られている場合（すなわち、所与の画像においてローカルな忠実性の変化がある）、当該情報は、レジストレーションステアリング係数を決定するため、レジストレーションステアリング係数決定手段２０８により利用可能である。
【００３９】
例えば、イメージングシステム１００がコーンビームＣＴスキャナであり、画像が、一般に回転軸に近いほど高い画質を有し、回転軸から離れるほど低い画質（よりノイズのある）を有するコーンビームＣＴ画像である場合、画像類似度項がより高い画質の領域に対して画像のノイズの大きい領域により低い程度で寄与するように、レジストレーションステアリング係数が正規化項に対してレジストレーションを誘導するよう生成可能である。領域間のステアリング遷移は、線形及び非線形関数を含み、段階的又はスムースなものとすることが可能である。同様に、ＭＲ取得について、局所的なコイル感度及び／又は磁気感受性勾配が、ステアリング係数を定義するのに利用可能である。
【００４０】
レジスタリングされる画像の決定された画質に基づくアルゴリズムに関して、一例では、生理学的力学が生理学により動機付けされたレジストレーションのために考慮できる。生理学的力学に基づくアルゴリズムは、レジストレーションが臓器運動などの生理学的ダイナミクスをキャプチャするアプリケーションに適しており、ここでは、特定範囲の結果としてのマッピングのみが生理学的に納得できる。この場合、レジストレーション忠実性は、以降（第２、第３などのパス）のレジストレーションのためのステアリング係数を決定するのに利用可能である。
【００４１】
画像レジストレーション装置１１８がレジスタリングされる画像の画質に基づくアルゴリズムを利用するよう構成される場合、画質（ＩＱ）決定手段２１２は、レジスタリングされた画像を評価し、レジスタリングされた画像の１以上の画質を示す画質（ＩＱ）メトリックを決定する。適切なＩＱメトリックを決定するためのアプローチの一例は、参照することによりここに援用される“ＭＯＴＩＯＮ  ＰＡＲＡＭＥＴＥＲ  ＥＳＴＩＭＡＴＩＯＮ”という名称の特許出願第６１／６６４，８７４号（整理番号２０１２ＰＦ００４２３）に記載される。
【００４２】
６１／６６４，８７４では、変形ベクトル場（ＤＶＦｓ）が、４Ｄ画像セットのレジスタリングされた画像のペア間で決定され、各ＤＶＦは、画像のペアの一方の画像から他方の画像に各ボクセルがどのように移動したかを示す各ボクセルの動きベクトルを含む。各画像ペアは、例えば、４Ｄ画像セットからのベースライン又はリファレンス画像と、４Ｄ画像セットからの他の画像とを含むことが可能である。ベースライン又はリファレンス画像は、その他の画像の２以上について同一又は異なる画像とすることが可能である。
【００４３】
６１／６６４，８７４では、ボリューム曲線がＤＶＦｓから生成され、関心のある動きに対応する運動モデル（呼吸、心臓、筋肉全体など）がボリューム曲線に適合される。信頼レベルは、その後、当該適合度に基づき生成され、ＥＱＵＡＴＩＯＮ６に示されるように定義される。
【００４４】
【数７】
2015527108.tif 000009
ただし、Ｅ（ｘ）はボクセルｘのモデルとボリューム曲線との間の誤差を表し、αは運動振幅を表し、Ｖｍｏｄｅｌ（・）は適合されたモデルを表し、Ｖ（・）はＤＶＦｓのヤコビ判別式を表し、ｔは時間を表す。
【００４５】
ＩＱ決定手段２１２は、ＩＱメトリックとしてＥ（ｘ）及び／又はそれの変形を利用可能である。例えば、モデルがスキャンされたオブジェクトの動きの正確な表現を提供し、レジスタリングされる画像が一般により高い画質領域を含む場合、Ｅ（ｘ）は各ボクセルについてより小さなものになる。しかしながら、レジスタリングされた画像の少なくとも１つがより低い画質の領域を含む場合、Ｅ（ｘ）は、より低い画質領域についてより大きくなる。また、Ｅ（ｘ）は、より低い画質のボクセル又はボクセル領域を特定するのに利用可能である。
【００４６】
判定ロジック２１４は、所定の判定閾値２１６とＥ（ｘ）とを比較し、以降（第２、第３など）のレジストレーションが実行されるべきか判断する。以降のレジストレーションが実行されるべきであると判断された場合（例えば、Ｅ（ｘ）＞判定閾値）、Ｅ（ｘ）はレジストレーションステアリング係数決定手段２０８にフィードバックされ、その後、Ｅ（ｘ）に基づきＲＳＦを生成可能であり、それは、忠実性駆動型レジストレーションを生成するためＩＱ駆動型画像レジストレーション決定手段２０２により利用され、それに基づき画像をレジスタリングするため、レジストレーションコンポーネント２０６により利用される。図１に関して説明されるように、画像レジストレーション装置１１８はまた、以降のレジストレーションを推奨する通知及び／又は推奨を提示してもよい。この例では、以降のレジステーションはユーザにより起動され、及び／又は自動的であってもよい。
【００４７】
判定ロジック２１４は、比較結果（例えば、レジストレーション、ＤＶＦｓ、ＩＱメトリック及び／又は他の情報）及び／又は以降のレジストレーションが実行されるべきかに関する通知及び／又は推奨を視覚的に提示可能である。本例では、画像レジストレーション装置１１８のディスプレイ１２０及び／又は入力装置を介しＧＵＩを介し受信し、以降のレジストレーションに対するユーザの希望を示す入力が、所望される場合には以降のレジストレーションを呼び出し、又は所望されない場合には推奨を無視又は破棄する。他の入力は、判定閾値２１６の値を決定又は変更可能である。他の実施例では、判定ロジック２１４は、判定閾値２１６に基づき以降のレジストレーションを自動的に呼び出すよう構成される。
【００４８】
以降のレジストレーションについてＲＳＦを決定するのにＥ（ｘ）を利用することに関して、より大きなＥ（ｘ）を有するボクセル又はボクセル領域について、ＲＳＦは１未満に設定可能であり、レジストレーションを正規化項Ｓに対して誘導することになる。より小さなＥ（ｘ）を有するボクセル又はボクセル領域について、ＲＳＦは、レジストレーションが誘導されないように１に設定可能である。これらの間のＥ（ｘ）のボクセル又はボクセル領域について、ＲＳＦは０と１との間の値に設定可能である。非限定的に具体例として、レジストレーションステアリング係数アルゴリズム２１０は、Ｅ（ｘ）＜０．８０についてＲＳＦ＝１、Ｅ（ｘ）＞０．９５についてＲＳＦ＝０、及び０．８０≦Ｅ（ｘ）≦０．９５についてＲＳＦは０〜１とされ、線形又は非線型の何れかであることを示すものであってもよい。もちろん、他のマッピング及び／又は遷移がここで想定される。
【００４９】
図３及び４は一例となる方法を示す。これらの方法のステップの順序は限定的でないことが理解されるべきである。また、他の順序がここで想定される。さらに、１以上のステップが省略されてもよく、及び／又は１以上の追加的なステップが含まれてもよい。
【００５０】
図３をまず参照して、既知のイメージングシステムの画質に基づきレジストレーションステアリング係数を決定するための一例となる方法が示される。
【００５１】
３０２において、画像類似度項及び正規化項を有する目的関数を含む非剛体レジストレーションが取得される。
【００５２】
３０４において、イメージングシステムの画質に基づくレジストレーションステアリング係数アルゴリズムが取得される。
【００５３】
３０６において、レジストレーションステアリング係数が、生成された画像における画質の既知の可変性を含むイメージングシステムの画質に関する知識とレジストレーションステアリング係数アルゴリズムとに基づく生成される。
【００５４】
３０８において、画質駆動型レジストレーションは、取得した非剛体レジストレーションアルゴリズム及び生成されたレジストレーションステアリング係数に基づき生成される。ここで説明されるように、レジストレーションステアリング係数は、画質の程度に基づき正規化項に対してレジストレーションを誘導する。
【００５５】
３１０において、画質駆動型レジストレーションは、入力画像セットをレジスタリングするのに利用される。
【００５６】
３１２において、レジスタリングされる画像の少なくとも１つ又はＤＶＦＳが出力される。
【００５７】
次に、図４において、レジスタリングされる画像の決定された画質に基づきレジストレーションステアリング係数を決定するための一例となる方法が示される。
【００５８】
４０２において、画像類似度項及び正規化項を有する目的関数を含む非剛体レジストレーションが取得される。
【００５９】
４０４において、レジスタリングされる画像の画質に基づくレジストレーションステアリング係数アルゴリズムが取得される。
【００６０】
４０６において、非剛体レジストレーションが、入力画像セットをレジスタリングするのに利用される。
【００６１】
４０８において、画質メトリックが、レジスタリングされた画像に基づき生成される。
【００６２】
４１０において、画質メトリックが所定の判定閾値に基づき充足されているか判断される。
【００６３】
４１２において、充足されていない場合、レジスタリングされた画像及び／又はそれらの間のマッピングが出力される。
【００６４】
４１４において、充足されている場合、画質メトリックが、レジストレーションステアリング係数を決定するのに利用される。
【００６５】
４１６において、画質駆動型画像レジストレーションが、取得された非剛体レジストレーション及びレジストレーションステアリング係数に基づき生成される。
【００６６】
４１８において、画質駆動型画像レジストレーションは、以降のパスのレジストレーションを介し入力画像セットをレジスタリングするのに利用される。
【００６７】
４２０において、レジスタリングされた画像又はレジスタリングされた画像のＤＶＦＳの少なくとも１つが取得される。
【００６８】
他の実施例では、図３及び４の方法は、レジストレーションが既知のイメージングシステムの画質に基づく第１レジストレーションに基づき、その後に再びレジスタリングされた画像の画質に基づく（既知のイメージングシステムの画質により又はなしで）ように組み合わされる。
【００６９】
上記方法は、コンピュータプロセッサにより実行されると、プロセッサに説明されたステップを実行させるコンピュータ可読記憶媒体に符号化又は埋め込まれたコンピュータ可読命令により実現されてもよい。さらに又はあるいは、コンピュータ可読命令の少なくとも１つは、信号、搬送波又は他の一時的な媒体により搬送される。
【００７０】
本発明が、好適な実施例を参照して説明された。上記の詳細な説明を参照及び理解した他の人には、改良及び代替が想到するかもしれない。本発明は、添付した請求項又はそれの均等の範囲内に属する限り、このような全ての改良及び代替を含むものとして構成されることが意図される。
【図１】
2015527108.tif 000010
【図２】
2015527108.tif 000011
【図３】
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【図４】
2015527108.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月6日(2015.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージングシステムにより生成される画像セットの少なくとも１つの画像において変化する既知のイメージングシステムの画質に基づき、レジストレーションステアリング係数を決定するレジストレーションステアリング係数決定手段と、
画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションと前記レジストレーションステアリング係数とに基づき、レジスタリングする前記画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定する画質駆動型画像レジストレーション決定手段であって、前記レジストレーションステアリング係数は、画像のボクセル又はボクセル領域の前記画像類似度項を、前記ボクセル又はボクセル領域の画質の関数としてダウンウェイトする、画質駆動型画像レジストレーション決定手段と、
前記画質駆動型画像レジストレーションを用いて前記画像セットをレジスタリングするレジストレーションコンポーネントと、
を有する画像レジストレーション装置。
【請求項２】
前記レジストレーションは、前記レジストレーションコンポーネントが前記画像セットをレジスタリングするときに実行される前記画像セットの複数のレジストレーションの最初のものである、請求項１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項３】
前記レジストレーションステアリング係数は、前記レジストレーションを誘導するウェイトとの恒等写像の関数又は前記ウェイトの変換の一方である、請求項１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項４】
前記レジストレーションステアリング係数決定手段は、結合関数を最小化することによって前記レジストレーションステアリング係数を決定する、請求項３記載の画像レジストレーション装置。
【請求項５】
前記レジストレーションコンポーネントは、前記非剛体レジストレーションを用いて初期的なレジストレーションを実行し、前記レジストレーションは、前記初期的なレジストレーションの以降であって、前記非剛体レジストレーションを用いた前記レジストレーションの結果に基づく前記画像セットの以降のレジストレーションである、請求項１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項６】
前記非剛体レジストレーションによりレジスタリングされた前記画像のある画像の画質に対応する画質メトリックに基づき前記レジストレーションステアリング係数を決定するレジストレーションステアリング係数決定手段を更に有する、請求項５記載の画像レジストレーション装置。
【請求項７】
前記非剛体レジストレーションによりレジスタリングされた前記画像の変形ベクトル場を決定し、前記変形ベクトル場に基づきボリューム曲線を生成し、運動モデルを前記生成されたボリューム曲線に適合させ、前記適合されたモデルと前記ボリューム曲線との間の誤差を決定する画質決定手段を更に有し、
前記画質メトリックは前記誤差であり、
前記誤差は、より低い画質の画像のボクセル領域についてはより大きくなり、より高い画質の前記画像のボクセル領域についてはより小さくなる、請求項６記載の画像レジストレーション装置。
【請求項８】
前記画質メトリックが所定の判定閾値を充足していることに応答して、前記以降のレジストレーションを呼び出す判定ロジックを更に有する、請求項７記載の画像レジストレーション装置。
【請求項９】
前記レジストレーションステアリング係数は、前記画像セットの少なくとも１つの画像において変化する既知のイメージングシステムの画質に基づき、
前記画像レジストレーションコンポーネントは、前記既知のイメージングシステムの画質に基づく初期的な画質駆動型画像レジストレーションを用いて、前記画像セットの初期的なレジストレーションを実行し、
前記レジストレーションは、前記初期的なレジストレーションの以降であって、前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションを用いた前記レジストレーションの結果に基づく前記画像セットの以降のレジストレーションである、請求項１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１０】
前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションの画質に対応する画質メトリックに基づき前記レジストレーションステアリング係数を決定するレジストレーションステアリング係数決定手段を更に有する、請求項９記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１１】
前記初期的な画質駆動型画像レジストレーションによる前記レジストレーションについて変形ベクトル場を決定し、前記変形ベクトル場に基づきボリューム曲線を生成し、運動モデルを前記生成されたボリューム曲線に適合させ、前記適合されたモデルと前記ボリューム曲線との間の誤差を決定する画質決定手段を更に有し、
前記画質メトリックは前記誤差であり、
前記誤差は、より低い画質の画像のボクセル領域についてはより大きくなり、より高い画質の前記画像のボクセル領域についてはより小さくなる、請求項１０記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１２】
前記画質メトリックが所定の判定閾値を充足していることに応答して、前記以降のレジストレーションを呼び出す判定ロジックを更に有する、請求項１１記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１３】
前記レジストレーションステアリング係数は、前記レジスタリングされる画像の少なくとも１つの画質の程度に基づき、前記正規化項に対して前記画質駆動型画像レジストレーションを誘導し、
前記画質が低くなるに従って、前記レジストレーションは前記正規化項に対して誘導され、前記画像類似度項は前記レジストレーションにより小さく寄与する、請求項１乃至１２何れか一項記載の画像レジストレーション装置。
【請求項１４】
イメージングシステムにより生成される画像セットの少なくとも１つの画像において変化する既知のイメージングシステムの画質に基づき、レジストレーションステアリング係数を決定するステップと、
画像類似度項及び正規化項の最適化を含む非剛体レジストレーションと前記レジストレーションステアリング係数とに基づき、レジスタリングする前記画像セットの画質駆動型画像レジストレーションを決定するステップであって、前記レジストレーションステアリング係数は、画像のボクセル又はボクセル領域の前記画像類似度項を、前記ボクセル又はボクセル領域の画質の関数としてダウンウェイトする、決定するステップと、
前記画質駆動型画像レジストレーションを用いて前記画像セットをレジスタリングし、レジスタリングされた画像セットを生成するステップと、
を有する方法。
【請求項１５】
前記レジストレーションステアリング係数を決定する入力をインタラクティブユーザインタフェースを介し受信するステップを更に有する、請求項１４記載の方法。
【国際調査報告】
2015527108.tif 000014
2015527108.tif 000015