2D/3D图像配准.pdf

摘要
申请专利号：	CN201280011730.0	申请日：	2012.02.27
公开号：	CN103403763A	公开日：	2013.11.20
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G06T 7/00申请日:20120227\|\|\|公开
IPC分类号：	G06T7/00	主分类号：	G06T7/00
申请人：	皇家飞利浦有限公司
发明人：	N·H·巴克; S·H·德尼森; W·H·G·M·范登布门; D·S·A·鲁伊特斯; P·M·米勒坎普
地址：	荷兰艾恩德霍芬
优先权：	2011.03.04 EP 11305232.8
专利代理机构：	永新专利商标代理有限公司 72002	代理人：	陈松涛;王英
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内容摘要

本发明涉及2D图像与3D体数据的交互式配准，具体涉及两个2D图像与3D体数据的配准。为了为用户提供具有简易的工作流程的2D/3D配准，提供了一种方法的实例，包括步骤：提供（110）对象的3D体数据（112），包括参照系；定义（114）与3D体数据相关的变换平面（116），其垂直于第一图像的图像平面；以及使参照系与第二2D图像对齐，其中，将至少一个对齐交互值（128）投影（130）到变换平面上，以确定（134）至少一个变换的交互值（132）；以及以至少一个变换的交互值平移（136）参照系。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于将2D图像与3D体数据配准的方法（100），包括以下步骤：
a)提供（110）对象的3D体数据（112），包括参照系；
b)与所述3D体数据相关地定义（114）至少一个变换方向；
c)提供（120）具有图像平面的所述对象的2D图像；以及将所述至少一个变换方向投影（122）到所述图像平面上；
d)将所述参照系与所述2D图像对齐（126）；其中，将至少一个对齐交互值（128）投影（130）到所述至少一个变换方向上，以确定（134）至少一个变换的交互值（132）；以及
e)以所述至少一个变换的交互值平移（136）所述参照系。

2.  根据权利要求1所述的方法，
其中，步骤b)包括第二投影方向的定义，所述第二投影方向与所述第一投影方向一起形成与3D体数据相关的变换平面（116）；
其中，步骤c)包括变换平面在图像平面上的投影；以及
其中，步骤d)包括所述至少一个对齐交互值在所述变换平面上的投影。

3.  根据权利要求2所述的方法，其中，提供了以下步骤：
其中，步骤a)包括：
提供（140）具有第一观察方向上的第一图像平面的所述对象的第一2D图像（142）；以及将所述2D图像与所述3D体数据的可视化（146）相融合（144）；
其中，在步骤b)之前提供了：
i)将所述参照系与所述第一2D图像对齐（148）；
其中，步骤b)包括：
定义（150）所述变换平面，其垂直于所述第一图像平面；
其中，步骤c)包括：
提供（152）具有第二观察方向上的第二图像平面的所述对象的第二2D 图像（154）；以及在所述第二2D图像上投影（156）所述变换平面；以及
其中，步骤d)包括：
将所述参照系与所述第二2D图像对齐（158），用于将所述至少一个对齐交互值投影到所述变换平面上，以及用于确定所述至少一个变换的交互值。

4.  根据权利要求3所述的方法，
其中，在步骤i)中，通过体数据在所述第一图像平面内的空间平移来对齐所述参照系；
其中，在步骤d)中，通过体数据在所述第二图像平面内的空间平移来对齐所述参照系；并且
其中，在步骤e)中，在所述变换平面内平移所述参照系。

5.  根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，提供了以下步骤：
f1)-提供（160）具有另外的观察方向上的另外的图像平面的所述对象的另外的2D图像（162）；以及
f2)-将所述变换平面投影（164）到所述另外的2D图像上；
g)将所述参照系与所述另外的2D图像对齐（172）；其中，将至少一个另外的对齐交互值（176）投影到所述变换平面上，以确定（178）至少一个另外的变换的交互值（180）；以及
h)以至少一个另外的变换的交互值平移（182）所述参照系。

6.  根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，在步骤a)中，在对应于所述第一观察方向的第一投影中提供3D体数据；并且其中，在步骤d)中，在对应于所述第二观察方向的第二投影中提供所述3D体数据。

7.  根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，作为当前图像提供所述2D图像；并且其中，作为预操作的3D体数据提供所述3D体数据；
其中，作为CT体数据提供所述3D体数据；并且其中，作为X-射线透视图像提供所述第一2D图像和所述第二2D图像。

8.  根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，在步骤i)和步骤d)中，由交互设备实现所述对齐；并且
其中，所述对齐交互包括至少一个交互向量。

9.  根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，结合（190）所述平移的3D体数据提供（186，188）所述第一2D图像和/或所述第二2D图像。

10.  根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，由用户手动提供（194）在步骤i)中的所述对齐和/或在步骤d)中的所述对齐和/或在步骤g)中的所述对齐。

11.  一种用于将2D图像与3D体数据配准的成像设备（14），包括：
-处理单元（28）；
-显示单元（30）；以及
-对齐单元（32）；
其中，所述处理单元适用于：提供3D体数据，包括参照系；定义与所述3D体数据相关的至少一个变换方向；提供具有图像平面的2D图像，并将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上；将至少一个对齐交互值投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值；以及以所述至少一个变换的交互值平移所述参照系。
其中，所述对齐单元适用于将所述参照系与所述2D图像对齐。

12.  根据权利要求11所述的成像设备，其中，提供了接口单元，其适用于控制所述对齐单元。

13.  一种用于配准2D图像数据与3D图像数据的成像系统（10），包括：
-图像获取装置（12）；以及
-根据权利要求11或12所述的成像设备（14）；
其中，所述图像获取装置适用于获得用于所述第一2D图像和所述第二2D图像的数据。

14.  一种用于控制根据权利要求11到13中的任意一项所述的装置的计算机程序单元，当由处理单元执行时，所述计算机程序单元适用于执行根据权利要求1到10中的任意一项所述的方法步骤。

15.  一种存储有根据权利要求14所述的程序单元的计算机可读介质。

说明书

说明书2D/3D 图像配准
技术领域
本发明涉及2D图像与3D体数据（volume data）的配准。本发明具体涉及一种用于将2D图像与3D体数据配准的成像设备，一种用于配准2D和3D图像数据的成像系统，一种用于将2D图像与3D体数据配准的方法，以及一种计算机程序单元和计算机可读介质。
背景技术
2D图像与三维体数据的组合例如在医学检查和介入过程中是有帮助的。例如，2D与3D数据的组合允许添加了3D图像数据形式的额外视觉信息的2D图像形式的活动物体图像（live image）的组合，其中2D与3D数据二者彼此配准。为了允许视觉组合，2D图像与3D图像数据的配准是必要的。例如，可以由以不同投影得到的两个2D图像来提供配准。于是，这就可以用于重复多步骤过程中的手动配准。WO2008/120136A1公开了一种基于机器的3D体数据与2D图像数据的配准。进一步有可能的是可以为基于图像的配准获得周边介入3D扫描，即周边介入三维图像数据。然而，已经证明，配准模式或者对于用户是麻烦且耗时的，或者由于技术局限而具有有限的使用范围。
发明内容
本发明的目的是为用户提供具有简易的工作流程的2D/3D配准。
借助独立权利要求的主题来解决本发明的目的，其中在从属权利要求中包含了进一步的实施例。
应注意，本发明以下说明的方案也适用于方法、成像设备、成像系统、计算机程序单元和计算机可读介质。
根据本发明的一个方案，提供了一种用于将2D图像与3D体数据配准的方法，包括以下步骤：
a)提供对象的3D体数据，包括参照系；
b)与所述3D体数据相关地定义至少一个变换方向；
c)提供具有图像平面的对象的2D图像；以及将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上；
d)将所述参照系与所述2D图像对齐；其中，将至少一个对齐交互值（alignment interaction value）投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值；以及
e)以所述至少一个变换的交互值平移所述参照系。
根据一个示例性实施例，步骤b)包括第二投影方向的定义，其与第一投影方向一起形成与3D体数据相关的变换平面。步骤c)包括变换平面在图像平面上的投影。步骤d)包括至少一个对齐交互值在变换平面上的投影。
根据一个示例性实施例，步骤a)包括提供具有第一观察方向上的第一图像平面的对象的第一2D图像；以及将所述2D图像与所述3D体数据的可视化（visualization）相融合（blend）。在步骤b)之前，提供步骤i)，包括使所述参照系与所述第一2D图像对齐。步骤b)包括定义变换平面，其垂直于所述第一图像平面。步骤c)包括提供具有第二观察方向上的第二图像平面的对象的第二2D图像，以及在所述第二2D图像上投影所述变换平面。步骤d)包括将所述参照系与所述第二2D图像对齐，用于确定所述至少一个变换的交互值。
根据进一步的示例性实施例，在步骤i)中，由体数据在第一图像平面内的空间平移来对齐所述参照系。进一步地，在步骤d)中，由体数据在第二图像平面内的空间平移来对齐所述参照系。再进一步地，在步骤e)中，在所述变换平面内平移所述参照系。
根据一个示例性实施例，在步骤a)中对应于所述第一观察方向的第一投影中提供3D体数据。在步骤d)中，在对应于第二观察方向的第二投影中提供体数据。
根据进一步的方案，提供一种用于将2D图像与3D体数据配准的成像设备，包括处理单元、显示单元和对齐单元。处理单元适用于提供3D体数据，包括参照系。处理单元还适用于与图像平面相关地定义至少一个变换方向。此外，处理单元适用于提供具有图像平面的2D图像，并将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上。此外，处理单元适用于将至少一个对齐交互值投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值，以及以所述至少一个变换的交互值平移所述参照系。所述对齐单元适用于将所述参照系与所述第一2D图像对齐，以及将所述参照系与所述第二2D图像对齐。
根据一个示例性实施例，所述处理单元适用于提供具有第一图像平面的第一2D图像，以及将所述2D图像与所述3D体数据的可视化相融合。所述处理单元还适用于定义第二投影方向，其与第一投影方向一起形成与所述3D体数据相关的变换平面（116），例如垂直于第一图像平面。此外，所述处理单元适用于提供具有第二图像平面的第二2D图像，以及将所述变换平面投影到具有第二图像平面的所述第二2D图像上。此外，所述处理单元适用于将至少一个对齐交互值投影到所述变换平面上，以确定至少一个变换的交互值。
2D图像可以是X射线透视图像。可以作为CT体数据提供3D体数据。
注意，可以借助或不借助造影剂来获得图像数据，这取决于用于配准的结构或单元。
根据进一步的实例，CT体数据可以是分段的体数据。
根据进一步的实例（未示出），也可以作为超声图像提供2D图像。
根据本发明进一步的方案，提供了一种用于配准2D与3D图像的成像系统，包括图像获取装置和根据上述方案的成像设备。图像获取装置适用于获得用于第一2D图像和第二2D图像的数据。
例如，所述图像获取装置也适用于获得3D体数据。
可以将提供一种交互的方式视为本发明的要旨，其中，在一个图像中移动参照系将导致另一图像中最小的且可预测的变化。根据本发明，用户可以在无需重复校正任一视图的情况下，在2D图像中配准2D与3D图像参照系。例如，当在操作视图中操作3D数据的参照系时，在另一视图中的移动会尽可能地小并且可预测。当操作另一视图时，使得在第一视图中的移动最小。在一个实例中，这通过仅允许在操作视图中对应于另一参照系的上下方向和前后方向的移动来实现。这通过将对齐交互投影到变换平面上来实现，所述变换平面垂直于另一图像的2D图像平面。于是，代替直接使用对齐交互，借助变换的交互来平移3D数据的参照系。
将参考下文所述的实施例来阐明本发明的这些及其他方案，并且本发明的这些及其他方案将从下文所述的实施例中变得显而易见。
附图说明
下面将参考附图来说明本发明的示例性实施例。
图1示出了根据本发明示例性实施例的用于配准2D和3D图像数据的成像系统。
图2示出了根据本发明的用于将2D图像与3D体数据配准的成像设备。
图3示出了根据本发明示例性实施例的用于将2D图像与3D体数据配准的方法的基本方法步骤。
图4到7示出了根据本发明的方法的进一步的示例性实施例。
图8a)到8d)示出了根据本发明示例性实施例的配准2D和3D图像数据的进一步的方案。
图9示出了根据本发明示例性实施例的配准2D/3D图像数据的进一步的方案。
具体实施方式
图1示出了用于配准2D和3D图像数据的成像系统10。提供了图像获取装置12和用于将2D图像与3D体数据配准的成像设备14。还将参考图2来说明后者。
图像获取装置12提供有X射线源16和检测器18。此外，提供了机架20。再进一步地，提供工作台22以接收感兴趣的对象，例如病人24。
X射线源16产生X射线束26，以使得在检测器18的方向上辐射X射线束26。
在机架结构20的相对侧提供X射线源16和检测器18。从而可以在X射线源16与检测器18之间布置例如是病人24的对象，以便能够获得与对象有关的图像信息。工作台22在高度方向和水平方向的纵向上都可调节。此外，可以提供具有旋转部件的机架20，在其上安装了X射线源16和检测器18，以便围绕病人旋转源检测装置。这样，可以从不同方向上获得图像信息。
例如，机架20是CT系统的一部分。
也可以作为C型臂系统来提供成像系统10，在此代替安装在如图1所示的旋转机架上，将X射线源和检测器安装在C型臂结构的相对末端上。也可以为成像系统10提供不可移动的X射线源/检测器装置。
根据图1，图像获取装置12适用于获得第一和第二2D图像。图像获取装置12还适用于获得对象的3D体数据，例如通过获得2D图像的序列。
在为成像系统提供了固定X射线源/检测器装置的情况下，即提供了主要为在仅与对象相关的单一投影方向上获得2D图像而提供的图像获取装置的情况下，由另外的模块来提供要与由系统获得的2D图像配准的3D体数据，例如由另外的成像系统或其他形式。
成像设备14包括处理单元28、显示单元30和对齐单元32。
处理单元28适用于接收由图像获取装置12提供的图像数据，其由连接线34指示。可以以有线连接形式或无线连接形式来提供连接。此外，经由连接36将显示单元30连接到处理单元28。对齐单元32经由连接38与处理器单元28连接。对齐单元或显示单元也可以直接相连接或者经由图像获取装置连接。
图2示出了根据本发明的用于将2D图像与3D体数据配准的成像设备。处理单元28适用于提供包括参照系的3D体数据，以及提供具有第一图像平面的第一2D图像。处理单元28还适用于将2D图像与3D体数据的可视化相融合，以及定义垂直于第一图像平面的变换平面。处理单元进一步适用于提供具有第二图像平面的第二2D图像，以及将变换平面投影到具有第二图像平面的第二2D图像上。处理单元28进一步适用于将至少一个对齐交互值投影到变换平面上，以确定至少一个变换的交互值，并以至少一个变换的交互值平移参照系。对齐单元32适用于将参照系与第一2D图像对齐，并将参照系与第二2D图像对齐。
将进一步针对下图中示出的用于将2D图像与3D体数据配准的方法的示例性实施例来说明成像设备14的这些方案。
根据示例性实施例（未示出），提供了一种方法，包括步骤：a)提供对象的3D体数据，包括参照系；b)与所述3D体数据相关地定义至少一个变换方向；c)提供具有图像平面的对象的2D图像；以及将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上；d)将所述参照系与所述2D图像对齐；其中，将至少一个对齐交互值投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值；以及e)以所述至少一个变换的交互值平移所述参照系。
至少一个变换方向可以包括垂直于第一图像的轴，例如，提供第一模式，其中，在第二图像中的平移限于第一图像的垂直轴。
例如，在第一模式中，将一个图像标记为原像，交互局限于它的z轴。
作为进一步的示例性实施例，图3示出了用于将2D图像与3D体数据配准的方法，包括以下步骤：在第一提供步骤110中，提供对象的3D体数据112，包括参照系。在定义步骤114中，与3D体数据112相关地定义变换平面116。在第三步骤118中，在提供子步骤120中提供具有图像平面的对象的2D图像。进一步地，在投影子步骤122中将变换平面116投影到图像平面上。进一步地，在第四步骤124中，在对齐子步骤126中使得参照系与2D图像对齐。接下来，在投影子步骤130中将至少一个对齐交互值128投影到变换平面上。提供投影130以在确定子步骤134中确定至少一个变换的交互值132。接下来，在平移步骤136中以至少一个变换的交互值132平移参照系。
结果，可以提供对齐或配准的图像数据138，其中2D图像与3D体数据配准。
可以垂直于第一图像提供变换平面，例如，提供第二模式，其中，将第二图像中的平移向量投影到垂直于第一图像的平面上。
例如，在第二模式中（其中交互局限于两个轴），无需标记一个图像，因为交互局限于另一个图像的y/z平面。
第一提供步骤110也称为步骤a)，定义步骤114称为步骤b)，包括提供子步骤120和投影子步骤122的第三步骤也称为步骤c)，包括对齐子步骤126、投影子步骤130和确定子步骤134的第四步骤也称为步骤d)，平移步骤136也称为步骤e)。
图4示出了一种方法，其中步骤a)包括提供子步骤140，其中提供具有第一观察方向上的第一图像平面的对象的第一2D图像142。进一步地，步骤a)还包括融合子步骤144，其中，将2D图像与3D体数据的可视化146相融合。
进一步地，在执行步骤b)之前，提供对齐步骤148，其中，将参照系与第一2D图像对齐。对齐步骤148也称为步骤i)。
进一步提供的是步骤b)包括定义步骤150，其中，将变换平面定义为垂直于第一图像平面。
步骤c)包括提供子步骤152，其中，提供具有第二观察方向上的第二图像平面的对象的第二2D图像154。进一步地，步骤c)包括投影子步骤156，其中，将变换平面投影到第二2D图像上。
步骤d)包括对齐子步骤158，其中，将参照系与第二2D图像对齐。进一步地，步骤d)包括投影子步骤130和确定子步骤134，如参考图3所述的。当然，还可以提供平移步骤136，没有进一步示出它。
例如，可以由用户的手动交互（例如借助诸如鼠标或轨迹板或操纵杆的接口设备）来实现诸如对齐子步骤126中的、以及对齐步骤148中的、以及对齐子步骤158中的对齐过程。
对齐交互值可以包括至少一个交互变化增量（delta）的产生。
参照系可以附属于体数据，以便在移动参照系时，也分别移动体数据。
进一步地，可以在相同参照系内获得第一2D图像和第二2D图像。
根据进一步的示例性实施例（未示出），在步骤i)中，由体数据在第一图像平面内的空间平移来对齐参照系。在步骤d)中，由体数据在第二图像平面内的空间平移来对齐参照系。在步骤e)中，在变换平面内平移参照系。
例如，步骤i)中的对齐和步骤d)中的对齐包括分别沿第一和第二平面平移3D体数据的参照系。
步骤d)中的对齐的参照系的移动导致第一2D图像中最小的且可预测的变化，即最小位移。
在步骤d)中，仅允许参照系在第二图像中对应于与第一图像的图像平面垂直的平面而移动。
根据进一步的方案，第一和第二图像平面彼此具有至少10°的角度，优选地为至少20°。在任何情况下，都不必提供以准确的90°获得的第一和第二图像。当然，在获得这种垂直视图时也可以应用上述方法。然而应注意，垂直不是必需的，而是可以省略的，这便于在用户侧的图像获取步骤。
换句话说，可以彼此倾斜地布置第一和第二图像平面，即它们彼此不平行，并且它们彼此也不垂直。
例如，在包括第一组两个轴的平面中提供第一2D图像，这两个轴彼此垂直布置。在包括第二组两个轴的平面中提供第二2D图像，这两个轴彼此垂直布置。第一组两个轴中的一个轴与第二组两个轴中的一个轴彼此对齐。
例如，由于借以获得图像的X射线系统的几何外形，对齐的轴彼此近似平行。
参考图5，根据进一步的示例性实施例提供了一些进一步的步骤。
在执行了方法的一个上述实施例和方案后，提供进一步的步骤f)，包括子步骤f1)，具有提供步骤160，其中提供具有另外的观察方向上的另外的图像平面的对象的另外的2D图像162。在子步骤f2)中，即投影子步骤164，将例如是变换平面116的变换平面投影到另外的2D图像上。以来自以上所示步骤b)的箭头指示变换平面的提供，箭头具有附图标记166。注意，示意性地显示步骤e)以表明已经执行了一个上述方法。两条斜线168表示在步骤b)与步骤e)之间可以执行不同的实施例。
在步骤f1)与f2)之后，提供进一步的步骤170，也称为步骤g)，包括对齐子步骤172，其中将参照系与另外的2D图像对齐。在投影子步骤174中，将至少一个另外的对齐交互值176投影到变换平面上，以执行确定子步骤178，其中，确定至少一个另外的变换的交互值180。
在步骤g)之后，提供平移步骤182，也称为步骤h)，其中，以至少一个另外的变换的交互值平移参照系。这样，类似于图3中所述的图像内容138提供更新的配准图像信息184。
例如，如果在与步骤a)中的2D图像的观察方向相差预定阈值的观察方向上提供即获得了另外的2D图像，就触发步骤f2)以及下列等等步骤。
例如，如果步骤f1)中的另外的观察方向与步骤a)中的第一2D图像的观察方向相差预定阈值，就执行步骤f2)到h)。
例如，在出于不同目的的检查过程中获得的2D图像，例如用于提供当前情形的实际信息。换句话说，尽管获得了并非意图用于配准目的的图像，也可以通过执行上述的这一系列额外的步骤，使用这些图像来更新配准信息。
例如，以预置时间重复方式，以预定间隔执行步骤f2)到h)。
根据进一步的实施例（未示出），在步骤a)中，在对应于第一观察方向的第一投影中提供3D体数据，在步骤d)中，在对应于第二观察方向的第二投影中提供3D体数据。
例如，可以作为当前图像提供2D图像，作为预操作或预扫描3D体数据提供3D体数据。
例如，由预先获得的2D图像数据重构3D体数据。
根据进一步的方案，在步骤i)与步骤d)中，由交互设备如上所述地实现对齐。对齐交互包括由交互设备产生的至少一个交互向量。
图6示出了根据本发明的方法的进一步的示例性实施例，其中，提供第一2D图像142和/或第二2D图像154，它们由第一箭头186和第二箭头188表示，在组合步骤190中与由步骤e)提供的平移的3D体数据组合，其也称为步骤g)。
例如，将第一和/或第二2D图像覆盖到3D体数据。
这样，在步骤g)中可以提供组合的配准图像信息192，例如可以将其呈现给用户。
如图7所示，由用户手动提供步骤i)中的配准和/或步骤d)中的配准。这在图7的上半部中以连接到配准148的手动交互框194表示。在图7的下半部中，将手动交互框194连接到分别与步骤d)和g)有关的配准子步骤126/172。
作为可替换的方案（未示出），自动提供配准。
当然，也可以提供半自动的，即手动与自动配准的组合。
在参考图8与9之前，下面将论述本发明的一些进一步的方案。
根据本发明的一个方案，可以在相同参照系中使用两个X射线血管造影片，即在相同的X射线形态的参照系中。由此，以在一个图像中移动参照系将导致另一个图像中最小且可预测的变化的方式来定义不同的交互方式。这样，用户可以在无需重复校正任一图像的情况下配准两个图像中的2D与3D参照系。
本发明的核心方案是当操作在（操作）视图1中的3D数据的参照系时，在另一个（参考）视图2中的移动尽可能地最小且可预测。反之亦然，当在视图2中操作时，使得（参考）视图1中的移动最小。这通过允许在操作视图中的移动来实现，该移动对应于另一个参考视图的Y-和Z-轴，即上下和前后。由于X射线系统的几何外形，两个图像的上下轴总是近似平行的。
假定两个图像，图像A是参考图像，应限制对其的明显移动，图像B是对其交互作用以移动参照系的图像，生成与参考图像正交（Y/Z）的平面。
这个正交平面用于在其上投影交互变化增量，即将借助将鼠标从位置A移动到位置B而得到的向量变换到（可能的）斜面上的向量，以定义用以平移参照系的实际向量。
因为投影向量仍与从鼠标移动而得到的向量成一直线，参照系看来就像是随着鼠标移动而移动，然而实际上，它可以在三维中移动。因为投影向量在与参考图像的Y/Z轴成一直线的平面上，视图1中的参照系看来就像是仅上下（和前后，但这个效果不太明显）移动。
在校正了参照系以使其在视图1中对齐后，参照系就仅需按照参考视图的X轴来对齐。通过使用与配准视图2相同的方案，沿X轴移动参照系将仅影响视图1（现在是参考视图）中沿Z轴的移动。所以，在几乎所有情况下，用户都可以在三个平移中正确地配准参照系，即在一个视图中两个，在另一个视图中一个。
当然，通过将配准的平面中的变化增量反复投影到参考图像的正交平面，鼠标驱动的交互也可以应用于按住（press and hold）式交互。
在图8a)中，以图像框196表示图像A。此外，以垂直方式布置的第一轴200显示空间轴系统198，即在垂直方向上指向上方。此外，显示布置在图像A的平面内的第二轴202。此外，显示垂直于图像A的平面的第三轴204。换句话说，彼此垂直地布置全部三个轴200、202、204，其中第一与第二轴200、202定义图像A的平面。第一轴也称为Y-轴，第二轴202也称为X-轴，第三轴204也称为Z-轴。在下文中，用它们的字母x、y、z来指代三个轴，以代替它们的附图标号200、202、204。
如图8b)所示，由Y-和Z-轴生成平面206，以提供垂直于图像196的平面的平面206。
在图8c)中，提供以图像框208表示的第二图像B。
例如，作为血管造影片来提供第一图像A196和第二图像B208。
还以图8b)中的虚线框显示了垂直面206。
结合3D体表示来显示图8a)中的第一图像296，其中，在与图像196相同的观察方向上提供3D体表示。
尽管在图8a)到8d)中没有示出3D体数据表示，但参考图8c)，以相应的观察方向上的表示来示出3D体数据。将垂直面206投影到第二图像208上。
图8d)示出了对齐过程的基本原理。示出了图像B，即第二图像208，和参考面206，可说是在从上面观察的视图，这是仅以各自的线代替框来表示这两个平面的原因。这样，仅示出了Z-轴和X-轴的坐标系或者空间轴。在图8d)中，Y-轴会垂直于图板的平面。
应用于第二图像208的对齐产生交互值或交互变化增量，例如，以第一箭头210表示的，从点A指向点B，用于将3D体表示的各自参照系从位置A移动到位置B，位置A以附图标记212表示，位置B还以附图标记214表示。根据本发明，将第二图像中的交互变化增量投影到参考面206上，导致所谓的变换的交互向量，其以第二箭头216表示，用于将参照系从投影位置A’移动到投影位置B’，其中，投影位置A’还以附图标记218表示，位置B’以附图标记220表示。以两个箭头213、215表示投影。
代替以交互向量210相关于第二图像移动或平移参照系，即3D体数据，由投影向量216平移体参照系。
这样，在垂直于第一图像196的平面内平移体积，即在Z-或Y-方向上平移。
如图9所示，在从左/右部分222和上/下部分224观察时，第二图像208的对齐是3D体相关于第二图像的移动。同时，在第一图像196的观察方向上移动3D体数据，即仅在垂直方向上，即上下，相关于第一图像196，且以另外的垂直箭头226表示。以较小的箭头228表示前后移动。换句话说，沿箭头方向224的移动导致第一图像中沿箭头方向226的移动，其中，沿水平方向222的移动导致沿深度（即前后方向228）的移动。
在上述的第一模式情况下，在此在第二图像中的平移局限于第一图像的垂直轴，代替图8b)中表示平面206的虚线框，提供了作为变换方向的z-方向上的投影轴。随后将这个方向或轴投影到图8c)中第二图像的图像平面上。于是在将第二图像中的平移约束或局限于变换轴或变换方向的同时，执行图8d)中的对齐。
例如，本发明对于结构性心脏病手术是有用的，其中，以基于导管的技术将器件植入心脏中。在植入过程中，使用X-射线成像来定位器件。为了器件相对于组织的正确对齐和定位，需要配准了分段CT体的参照系的X-射线图。为了支持结构性心脏病手术的计划和指导，计划和指导工具允许3D CT数据集相对于X-射线的配准，并允许X-射线在CT上的实况覆盖。这样，使用者能够以极为快速且直观的方式执行X-射线对CT体的配准。具体地，配准可应用在介入过程中。
退一步讲，当仅可以获得一个血管造影片时，或者当在Y/Z-平面与视图1之间的角度极陡时，可以退一步在血管造影片的平面中移动参照系，即将鼠标拖动到图像左侧，也会将参照系移动到3D中的左侧。
在本发明的另一个示例性实施例中（未示出），提供了一种计算机程序或计算机程序单元，特征在于适用于在适当的系统上执行根据一个前述实施例的方法的方法步骤。
计算机程序单元因此可以存储在计算单元上，其也可以是本发明的实施例的部分。这个计算单元可以适用于执行或导致上述方法的步骤的执行。此外，它可以适用于操作上述装置的部件。计算单元可以适用于自动操作和/或执行用户的命令。计算机程序可以加载到数据处理器的工作存储器中。因此可以配备数据处理器以实施本发明的方法。
本发明的这个示例性实施例覆盖了从最开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序。
更进一步，计算机程序单元可以能够提供用以实现如上所述方法的示例性实施例的过程的所有必要步骤。
根据本发明进一步的示例性实施例（未示出），提出了一种计算机可读介质，诸如CD-ROM，其中，该计算机可读介质具有存储在其上的前述部分描述的计算机程序单元。
计算机程序可以存储和/或分布在适合的介质上，诸如与其他硬件一起提供的或者作为其一部分的光学存储介质或者固态介质，但也可以以其他形式分发，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。
然而，计算机程序也可以通过如万维网的网络提供，并可以从这个网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明进一步的示例性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，布置该计算机程序单元以执行根据本发明的一个前述实施例的方法。
必须注意到，参考不同的主题说明了本发明的实施例。具体地，参考方法类型权利要求说明了一些实施例，而参考产品类型权利要求说明了其他实施例。然而，本领域技术人员将会从以上及随后的说明中获悉，除非另有说明，除了属于一类主题的特征的任何组合以外，与不同主题有关的特征之间的任何组合也认为是依据本申请被公开了。然而，只要有多于特征的简单叠加的协同效应，就可以将所有特征组合。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，不定冠词“一”不排除多个。单一处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中描述的某些手段的纯粹事实并非表示不能有利地使用这些手段的组合。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 103403763 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103403763 A *CN103403763A* (21)申请号 201280011730.0 (22)申请日 2012.02.27 11305232.8 2011.03.04 EP G06T 7/00(2006.01) (71)申请人皇家飞利浦有限公司地址荷兰艾恩德霍芬 (72)发明人 NH巴克 SH德尼森 WHGM范登布门 DSA鲁伊特斯 PM米勒坎普 (74)专利代理机构永新专利商标代理有限公司 72002 代理人陈松涛王英 (54) 发明名称 2D/3D 图像配准 (57)。

2、摘要本发明涉及 2D 图像与 3D 体数据的交互式配准，具体涉及两个 2D 图像与 3D 体数据的配准。为了为用户提供具有简易的工作流程的 2D/3D 配准，提供了一种方法的实例，包括步骤：提供（110）对象的 3D 体数据（112），包括参照系；定义（114）与 3D 体数据相关的变换平面（116），其垂直于第一图像的图像平面；以及使参照系与第二 2D 图像对齐，其中，将至少一个对齐交互值（128）投影（130）到变换平面上，以确定（134）至少一个变换的交互值（132）；以及以至少一个变换的交互值平移（136）。

3、参照系。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.09.04 (86)PCT申请的申请数据 PCT/IB2012/050898 2012.02.27 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/120405 EN 2012.09.13 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 9 页附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书9页附图8页 (10)申请公布号 CN 103403763 A CN 103403763 A *CN103403763A* 1/2 页 2 1. 一种用于将 2D 图像与 3D 体。

4、数据配准的方法（100），包括以下步骤： a) 提供（110）对象的 3D 体数据（112），包括参照系； b) 与所述 3D 体数据相关地定义（114）至少一个变换方向； c)提供（120）具有图像平面的所述对象的2D图像；以及将所述至少一个变换方向投影（122）到所述图像平面上； d) 将所述参照系与所述 2D 图像对齐（126）；其中，将至少一个对齐交互值（128）投影（130）到所述至少一个变换方向上，以确定（134）至少一个变换的交互值（132）；以及 e) 以所述至少一个变换的交互值平移（136）所述参照系。。

5、2. 根据权利要求 1 所述的方法，其中，步骤 b) 包括第二投影方向的定义，所述第二投影方向与所述第一投影方向一起形成与 3D 体数据相关的变换平面（116）；其中，步骤 c) 包括变换平面在图像平面上的投影；以及其中，步骤 d) 包括所述至少一个对齐交互值在所述变换平面上的投影。 3. 根据权利要求 2 所述的方法，其中，提供了以下步骤：其中，步骤 a) 包括：提供（140）具有第一观察方向上的第一图像平面的所述对象的第一 2D 图像（142）；以及将所述 2D 图像与所述 3D 体数据的可视化（146）相融合（144）；其中，。

6、在步骤 b) 之前提供了： i) 将所述参照系与所述第一 2D 图像对齐（148）；其中，步骤 b) 包括：定义（150）所述变换平面，其垂直于所述第一图像平面；其中，步骤 c) 包括：提供（152）具有第二观察方向上的第二图像平面的所述对象的第二 2D 图像（154）；以及在所述第二 2D 图像上投影（156）所述变换平面；以及其中，步骤 d) 包括：将所述参照系与所述第二 2D 图像对齐（158），用于将所述至少一个对齐交互值投影到所述变换平面上，以及用于确定所述至少一个变换的交互值。 4. 根据权利要求 3 所述的方法，。

7、其中，在步骤 i) 中，通过体数据在所述第一图像平面内的空间平移来对齐所述参照系；其中，在步骤 d) 中，通过体数据在所述第二图像平面内的空间平移来对齐所述参照系；并且其中，在步骤 e) 中，在所述变换平面内平移所述参照系。 5. 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，提供了以下步骤： f1)- 提供（160）具有另外的观察方向上的另外的图像平面的所述对象的另外的 2D 图像（162）；以及 f2)- 将所述变换平面投影（164）到所述另外的 2D 图像上； g) 将所述参照系与所述另外的 2D 图像对齐（172）；其中，将至少一。

8、个另外的对齐交互值（176）投影到所述变换平面上，以确定（178）至少一个另外的变换的交互值（180）；以及权利要求书 CN 103403763 A 2 2/2 页 3 h) 以至少一个另外的变换的交互值平移（182）所述参照系。 6. 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，在步骤 a) 中，在对应于所述第一观察方向的第一投影中提供 3D 体数据；并且其中，在步骤 d) 中，在对应于所述第二观察方向的第二投影中提供所述 3D 体数据。 7. 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，作为当前图像提供所述 2D 图像；并且其中，作。

9、为预操作的 3D 体数据提供所述 3D 体数据；其中，作为CT体数据提供所述3D体数据；并且其中，作为X-射线透视图像提供所述第一 2D 图像和所述第二 2D 图像。 8. 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，在步骤 i) 和步骤 d) 中，由交互设备实现所述对齐；并且其中，所述对齐交互包括至少一个交互向量。 9. 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，结合（190）所述平移的 3D 体数据提供（186， 188）所述第一 2D 图像和 / 或所述第二 2D 图像。 10. 根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，由用户手动提供（1。

10、94）在步骤 i) 中的所述对齐和 / 或在步骤 d) 中的所述对齐和 / 或在步骤 g) 中的所述对齐。 11. 一种用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的成像设备（14），包括： - 处理单元（28）； - 显示单元（30）；以及 - 对齐单元（32）；其中，所述处理单元适用于：提供 3D 体数据，包括参照系；定义与所述 3D 体数据相关的至少一个变换方向；提供具有图像平面的 2D 图像，并将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上；将至少一个对齐交互值投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值；以及以所述至少一。

11、个变换的交互值平移所述参照系。其中，所述对齐单元适用于将所述参照系与所述 2D 图像对齐。 12. 根据权利要求 11 所述的成像设备，其中，提供了接口单元，其适用于控制所述对齐单元。 13. 一种用于配准 2D 图像数据与 3D 图像数据的成像系统（10），包括： - 图像获取装置（12）；以及 - 根据权利要求 11 或 12 所述的成像设备（14）；其中，所述图像获取装置适用于获得用于所述第一2D图像和所述第二2D图像的数据。 14.一种用于控制根据权利要求11到13中的任意一项所述的装置的计算机程序单元，当由处理单元执行时，所述计算机程序单元适用于。

12、执行根据权利要求1到10中的任意一项所述的方法步骤。 15. 一种存储有根据权利要求 14 所述的程序单元的计算机可读介质。权利要求书 CN 103403763 A 3 1/9 页 4 2D/3D 图像配准技术领域 0001 本发明涉及 2D 图像与 3D 体数据（volume data）的配准。本发明具体涉及一种用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的成像设备，一种用于配准 2D 和 3D 图像数据的成像系统，一种用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的方法，以及一种计算机程序单元和计算机可读介质。背景技术 0002 2D 图像与三维体数据的组合例如在医学检查和。

13、介入过程中是有帮助的。例如， 2D 与 3D 数据的组合允许添加了 3D 图像数据形式的额外视觉信息的 2D 图像形式的活动物体图像（live image）的组合，其中 2D 与 3D 数据二者彼此配准。为了允许视觉组合， 2D 图像与 3D 图像数据的配准是必要的。例如，可以由以不同投影得到的两个 2D 图像来提供配准。于是，这就可以用于重复多步骤过程中的手动配准。 WO2008/120136A1公开了一种基于机器的 3D 体数据与 2D 图像数据的配准。进一步有可能的是可以为基于图像的配准获得周边介入 3D 扫描，即周边介入三维图像数据。然而，已经证明，配准模式或。

14、者对于用户是麻烦且耗时的，或者由于技术局限而具有有限的使用范围。发明内容 0003 本发明的目的是为用户提供具有简易的工作流程的 2D/3D 配准。 0004 借助独立权利要求的主题来解决本发明的目的，其中在从属权利要求中包含了进一步的实施例。 0005 应注意，本发明以下说明的方案也适用于方法、成像设备、成像系统、计算机程序单元和计算机可读介质。 0006 根据本发明的一个方案，提供了一种用于将2D图像与3D体数据配准的方法，包括以下步骤： 0007 a) 提供对象的 3D 体数据，包括参照系； 0008 b) 与所述 3D 体数据相关地定义至少一个变换方向。

15、； 0009 c) 提供具有图像平面的对象的 2D 图像；以及将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上； 0010 d) 将所述参照系与所述 2D 图像对齐；其中，将至少一个对齐交互值（alignment interaction value）投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值；以及 0011 e) 以所述至少一个变换的交互值平移所述参照系。 0012 根据一个示例性实施例，步骤 b) 包括第二投影方向的定义，其与第一投影方向一起形成与 3D 体数据相关的变换平面。步骤 c) 包括变换平面在图像平面上的投影。步骤 d) 包括至少一个对齐交互。

16、值在变换平面上的投影。 0013 根据一个示例性实施例，步骤 a) 包括提供具有第一观察方向上的第一图像平面的对象的第一 2D 图像；以及将所述 2D 图像与所述 3D 体数据的可视化（visualization）相说明书 CN 103403763 A 4 2/9 页 5 融合（blend）。在步骤 b) 之前，提供步骤 i)，包括使所述参照系与所述第一 2D 图像对齐。步骤 b) 包括定义变换平面，其垂直于所述第一图像平面。步骤 c) 包括提供具有第二观察方向上的第二图像平面的对象的第二 2D 图像，以及在所述第二 2D 图像上投影所述变换平面。步骤 d)。

17、包括将所述参照系与所述第二 2D 图像对齐，用于确定所述至少一个变换的交互值。 0014 根据进一步的示例性实施例，在步骤 i) 中，由体数据在第一图像平面内的空间平移来对齐所述参照系。进一步地，在步骤 d) 中，由体数据在第二图像平面内的空间平移来对齐所述参照系。再进一步地，在步骤 e) 中，在所述变换平面内平移所述参照系。 0015 根据一个示例性实施例，在步骤 a) 中对应于所述第一观察方向的第一投影中提供 3D 体数据。在步骤 d) 中，在对应于第二观察方向的第二投影中提供体数据。 0016 根据进一步的方案，提供一种用于将2D图像与3D体数据配准的成像设。

18、备，包括处理单元、显示单元和对齐单元。处理单元适用于提供 3D 体数据，包括参照系。处理单元还适用于与图像平面相关地定义至少一个变换方向。此外，处理单元适用于提供具有图像平面的 2D 图像，并将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上。此外，处理单元适用于将至少一个对齐交互值投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值，以及以所述至少一个变换的交互值平移所述参照系。所述对齐单元适用于将所述参照系与所述第一 2D 图像对齐，以及将所述参照系与所述第二 2D 图像对齐。 0017 根据一个示例性实施例，所述处理单元适用于提供具有第一图像平面的第一 2D 。

19、图像，以及将所述 2D 图像与所述 3D 体数据的可视化相融合。所述处理单元还适用于定义第二投影方向，其与第一投影方向一起形成与所述 3D 体数据相关的变换平面（116），例如垂直于第一图像平面。此外，所述处理单元适用于提供具有第二图像平面的第二 2D 图像，以及将所述变换平面投影到具有第二图像平面的所述第二 2D 图像上。此外，所述处理单元适用于将至少一个对齐交互值投影到所述变换平面上，以确定至少一个变换的交互值。 0018 2D 图像可以是 X 射线透视图像。可以作为 CT 体数据提供 3D 体数据。 0019 注意，可以借助或不借助造影剂来获得图像数据，这取决。

20、于用于配准的结构或单元。 0020 根据进一步的实例， CT 体数据可以是分段的体数据。 0021 根据进一步的实例（未示出），也可以作为超声图像提供 2D 图像。 0022 根据本发明进一步的方案，提供了一种用于配准2D与3D图像的成像系统，包括图像获取装置和根据上述方案的成像设备。图像获取装置适用于获得用于第一 2D 图像和第二 2D 图像的数据。 0023 例如，所述图像获取装置也适用于获得 3D 体数据。 0024 可以将提供一种交互的方式视为本发明的要旨，其中，在一个图像中移动参照系将导致另一图像中最小的且可预测的变化。根据本发明，用户可以在无需重复校正任一。

21、视图的情况下，在 2D 图像中配准 2D 与 3D 图像参照系。例如，当在操作视图中操作 3D 数据的参照系时，在另一视图中的移动会尽可能地小并且可预测。当操作另一视图时，使得在第一视图中的移动最小。在一个实例中，这通过仅允许在操作视图中对应于另一参照系的上下方向和前后方向的移动来实现。这通过将对齐交互投影到变换平面上来实现，所述变换平面垂直于另一图像的 2D 图像平面。于是，代替直接使用对齐交互，借助变换的交互来平移说明书 CN 103403763 A 5 3/9 页 6 3D 数据的参照系。 0025 将参考下文所述的实施例来阐明本发明的这些及其他方案，。

22、并且本发明的这些及其他方案将从下文所述的实施例中变得显而易见。附图说明 0026 下面将参考附图来说明本发明的示例性实施例。 0027 图 1 示出了根据本发明示例性实施例的用于配准 2D 和 3D 图像数据的成像系统。 0028 图 2 示出了根据本发明的用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的成像设备。 0029 图 3 示出了根据本发明示例性实施例的用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的方法的基本方法步骤。 0030 图 4 到 7 示出了根据本发明的方法的进一步的示例性实施例。 0031 图 8a) 到 8d) 示出了根据本发明示例性实施例的配准 2D 和 3D 图像数据的进一。

23、步的方案。 0032 图 9 示出了根据本发明示例性实施例的配准 2D/3D 图像数据的进一步的方案。具体实施方式 0033 图 1 示出了用于配准 2D 和 3D 图像数据的成像系统 10。提供了图像获取装置 12 和用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的成像设备 14。还将参考图 2 来说明后者。 0034 图像获取装置 12 提供有 X 射线源 16 和检测器 18。此外，提供了机架 20。再进一步地，提供工作台 22 以接收感兴趣的对象，例如病人 24。 0035 X 射线源 16 产生 X 射线束 26，以使得在检测器 18 的方向上辐射 X 射线束 26。 0036。

24、在机架结构 20 的相对侧提供 X 射线源 16 和检测器 18。从而可以在 X 射线源 16 与检测器 18 之间布置例如是病人 24 的对象，以便能够获得与对象有关的图像信息。工作台 22 在高度方向和水平方向的纵向上都可调节。此外，可以提供具有旋转部件的机架 20，在其上安装了 X 射线源 16 和检测器 18，以便围绕病人旋转源检测装置。这样，可以从不同方向上获得图像信息。 0037 例如，机架 20 是 CT 系统的一部分。 0038 也可以作为 C 型臂系统来提供成像系统 10，在此代替安装在如图 1 所示的旋转机架上，将 X 射线源和检测器安装在 C 型臂。

25、结构的相对末端上。也可以为成像系统 10 提供不可移动的 X 射线源 / 检测器装置。 0039 根据图 1，图像获取装置 12 适用于获得第一和第二 2D 图像。图像获取装置 12 还适用于获得对象的 3D 体数据，例如通过获得 2D 图像的序列。 0040 在为成像系统提供了固定 X 射线源 / 检测器装置的情况下，即提供了主要为在仅与对象相关的单一投影方向上获得 2D 图像而提供的图像获取装置的情况下，由另外的模块来提供要与由系统获得的2D图像配准的3D体数据，例如由另外的成像系统或其他形式。 0041 成像设备 14 包括处理单元 28、显示单元 30 和对齐单元。

26、32。 0042 处理单元 28 适用于接收由图像获取装置 12 提供的图像数据，其由连接线 34 指示。可以以有线连接形式或无线连接形式来提供连接。此外，经由连接 36 将显示单元 30 连接到处理单元 28。对齐单元 32 经由连接 38 与处理器单元 28 连接。对齐单元或显示单说明书 CN 103403763 A 6 4/9 页 7 元也可以直接相连接或者经由图像获取装置连接。 0043 图 2 示出了根据本发明的用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的成像设备。处理单元 28 适用于提供包括参照系的 3D 体数据，以及提供具有第一图像平面的第一 2D 图像。处理单元。

27、28 还适用于将 2D 图像与 3D 体数据的可视化相融合，以及定义垂直于第一图像平面的变换平面。处理单元进一步适用于提供具有第二图像平面的第二 2D 图像，以及将变换平面投影到具有第二图像平面的第二 2D 图像上。处理单元 28 进一步适用于将至少一个对齐交互值投影到变换平面上，以确定至少一个变换的交互值，并以至少一个变换的交互值平移参照系。对齐单元32适用于将参照系与第一2D图像对齐，并将参照系与第二2D图像对齐。 0044 将进一步针对下图中示出的用于将2D图像与3D体数据配准的方法的示例性实施例来说明成像设备 14 的这些方案。 0045 根据示例性实施例（未示。

28、出），提供了一种方法，包括步骤： a) 提供对象的 3D 体数据，包括参照系； b) 与所述 3D 体数据相关地定义至少一个变换方向； c) 提供具有图像平面的对象的2D图像；以及将所述至少一个变换方向投影到所述图像平面上； d)将所述参照系与所述 2D 图像对齐；其中，将至少一个对齐交互值投影到所述至少一个变换方向上，以确定至少一个变换的交互值；以及 e) 以所述至少一个变换的交互值平移所述参照系。 0046 至少一个变换方向可以包括垂直于第一图像的轴，例如，提供第一模式，其中，在第二图像中的平移限于第一图像的垂直轴。 0047 例如，在第。

29、一模式中，将一个图像标记为原像，交互局限于它的 z 轴。 0048 作为进一步的示例性实施例，图 3 示出了用于将 2D 图像与 3D 体数据配准的方法，包括以下步骤：在第一提供步骤 110 中，提供对象的 3D 体数据 112，包括参照系。在定义步骤 114 中，与 3D 体数据 112 相关地定义变换平面 116。在第三步骤 118 中，在提供子步骤 120中提供具有图像平面的对象的2D图像。进一步地，在投影子步骤122中将变换平面116 投影到图像平面上。进一步地，在第四步骤124中，在对齐子步骤126中使得参照系与2D图像对齐。接下来，在投影子步骤。

30、130 中将至少一个对齐交互值 128 投影到变换平面上。提供投影 130 以在确定子步骤 134 中确定至少一个变换的交互值 132。接下来，在平移步骤 136 中以至少一个变换的交互值 132 平移参照系。 0049 结果，可以提供对齐或配准的图像数据 138，其中 2D 图像与 3D 体数据配准。 0050 可以垂直于第一图像提供变换平面，例如，提供第二模式，其中，将第二图像中的平移向量投影到垂直于第一图像的平面上。 0051 例如，在第二模式中（其中交互局限于两个轴），无需标记一个图像，因为交互局限于另一个图像的 y/z 平面。 0052 第一提供步骤11。

31、0也称为步骤a)，定义步骤114称为步骤b)，包括提供子步骤120 和投影子步骤 122 的第三步骤也称为步骤 c)，包括对齐子步骤 126、投影子步骤 130 和确定子步骤 134 的第四步骤也称为步骤 d)，平移步骤 136 也称为步骤 e)。 0053 图 4 示出了一种方法，其中步骤 a) 包括提供子步骤 140，其中提供具有第一观察方向上的第一图像平面的对象的第一 2D 图像 142。进一步地，步骤 a) 还包括融合子步骤 144，其中，将 2D 图像与 3D 体数据的可视化 146 相融合。 0054 进一步地，在执行步骤 b) 之前，提供对齐步骤 14。

32、8，其中，将参照系与第一 2D 图像对齐。对齐步骤 148 也称为步骤 i)。说明书 CN 103403763 A 7 5/9 页 8 0055 进一步提供的是步骤 b) 包括定义步骤 150，其中，将变换平面定义为垂直于第一图像平面。 0056 步骤 c) 包括提供子步骤 152，其中，提供具有第二观察方向上的第二图像平面的对象的第二 2D 图像 154。进一步地，步骤 c) 包括投影子步骤 156，其中，将变换平面投影到第二 2D 图像上。 0057 步骤d)包括对齐子步骤158，其中，将参照系与第二2D图像对齐。进一步地，步骤 d) 包括投影子步骤。

33、 130 和确定子步骤 134，如参考图 3 所述的。当然，还可以提供平移步骤 136，没有进一步示出它。 0058 例如，可以由用户的手动交互（例如借助诸如鼠标或轨迹板或操纵杆的接口设备）来实现诸如对齐子步骤 126 中的、以及对齐步骤 148 中的、以及对齐子步骤 158 中的对齐过程。 0059 对齐交互值可以包括至少一个交互变化增量（delta）的产生。 0060 参照系可以附属于体数据，以便在移动参照系时，也分别移动体数据。 0061 进一步地，可以在相同参照系内获得第一 2D 图像和第二 2D 图像。 0062 根据进一步的示例性实施例（未示出），。

34、在步骤 i) 中，由体数据在第一图像平面内的空间平移来对齐参照系。在步骤 d) 中，由体数据在第二图像平面内的空间平移来对齐参照系。在步骤 e) 中，在变换平面内平移参照系。 0063 例如，步骤 i) 中的对齐和步骤 d) 中的对齐包括分别沿第一和第二平面平移 3D 体数据的参照系。 0064 步骤 d) 中的对齐的参照系的移动导致第一 2D 图像中最小的且可预测的变化，即最小位移。 0065 在步骤 d) 中，仅允许参照系在第二图像中对应于与第一图像的图像平面垂直的平面而移动。 0066 根据进一步的方案，第一和第二图像平面彼此具有至少 10的角度，优选地为至少。

35、 20。在任何情况下，都不必提供以准确的 90获得的第一和第二图像。当然，在获得这种垂直视图时也可以应用上述方法。然而应注意，垂直不是必需的，而是可以省略的，这便于在用户侧的图像获取步骤。 0067 换句话说，可以彼此倾斜地布置第一和第二图像平面，即它们彼此不平行，并且它们彼此也不垂直。 0068 例如，在包括第一组两个轴的平面中提供第一 2D 图像，这两个轴彼此垂直布置。在包括第二组两个轴的平面中提供第二 2D 图像，这两个轴彼此垂直布置。第一组两个轴中的一个轴与第二组两个轴中的一个轴彼此对齐。 0069 例如，由于借以获得图像的 X 射线系统的几何外形，。

36、对齐的轴彼此近似平行。 0070 参考图 5，根据进一步的示例性实施例提供了一些进一步的步骤。 0071 在执行了方法的一个上述实施例和方案后，提供进一步的步骤 f)，包括子步骤 f1)，具有提供步骤 160，其中提供具有另外的观察方向上的另外的图像平面的对象的另外的 2D 图像 162。在子步骤 f2) 中，即投影子步骤 164，将例如是变换平面 116 的变换平面投影到另外的 2D 图像上。以来自以上所示步骤 b) 的箭头指示变换平面的提供，箭头具有附图标记 166。注意，示意性地显示步骤 e) 以表明已经执行了一个上述方法。两条斜线 168 说明书 CN 10。

37、3403763 A 8 6/9 页 9 表示在步骤 b) 与步骤 e) 之间可以执行不同的实施例。 0072 在步骤 f1) 与 f2) 之后，提供进一步的步骤 170，也称为步骤 g)，包括对齐子步骤 172，其中将参照系与另外的 2D 图像对齐。在投影子步骤 174 中，将至少一个另外的对齐交互值 176 投影到变换平面上，以执行确定子步骤 178，其中，确定至少一个另外的变换的交互值 180。 0073 在步骤 g) 之后，提供平移步骤 182，也称为步骤 h)，其中，以至少一个另外的变换的交互值平移参照系。这样，类似于图 3 中所述的图像内容 138 提。

38、供更新的配准图像信息 184。 0074 例如，如果在与步骤 a) 中的 2D 图像的观察方向相差预定阈值的观察方向上提供即获得了另外的 2D 图像，就触发步骤 f2) 以及下列等等步骤。 0075 例如，如果步骤 f1) 中的另外的观察方向与步骤 a) 中的第一 2D 图像的观察方向相差预定阈值，就执行步骤 f2) 到 h)。 0076 例如，在出于不同目的的检查过程中获得的 2D 图像，例如用于提供当前情形的实际信息。换句话说，尽管获得了并非意图用于配准目的的图像，也可以通过执行上述的这一系列额外的步骤，使用这些图像来更新配准信息。 0077 例如，以预置时间。

39、重复方式，以预定间隔执行步骤 f2) 到 h)。 0078 根据进一步的实施例（未示出），在步骤 a) 中，在对应于第一观察方向的第一投影中提供 3D 体数据，在步骤 d) 中，在对应于第二观察方向的第二投影中提供 3D 体数据。 0079 例如，可以作为当前图像提供 2D 图像，作为预操作或预扫描 3D 体数据提供 3D 体数据。 0080 例如，由预先获得的 2D 图像数据重构 3D 体数据。 0081 根据进一步的方案，在步骤 i) 与步骤 d) 中，由交互设备如上所述地实现对齐。对齐交互包括由交互设备产生的至少一个交互向量。 0082 图 6 示出了根据本。

40、发明的方法的进一步的示例性实施例，其中，提供第一 2D 图像 142 和 / 或第二 2D 图像 154，它们由第一箭头 186 和第二箭头 188 表示，在组合步骤 190 中与由步骤 e) 提供的平移的 3D 体数据组合，其也称为步骤 g)。 0083 例如，将第一和 / 或第二 2D 图像覆盖到 3D 体数据。 0084 这样，在步骤 g) 中可以提供组合的配准图像信息 192，例如可以将其呈现给用户。 0085 如图 7 所示，由用户手动提供步骤 i) 中的配准和 / 或步骤 d) 中的配准。这在图 7 的上半部中以连接到配准 148 的手动交互框 194 表示。在。

41、图 7 的下半部中，将手动交互框 194 连接到分别与步骤 d) 和 g) 有关的配准子步骤 126/172。 0086 作为可替换的方案（未示出），自动提供配准。 0087 当然，也可以提供半自动的，即手动与自动配准的组合。 0088 在参考图 8 与 9 之前，下面将论述本发明的一些进一步的方案。 0089 根据本发明的一个方案，可以在相同参照系中使用两个 X 射线血管造影片，即在相同的 X 射线形态的参照系中。由此，以在一个图像中移动参照系将导致另一个图像中最小且可预测的变化的方式来定义不同的交互方式。这样，用户可以在无需重复校正任一图像的情况下配准两个图像中。

42、的 2D 与 3D 参照系。 0090 本发明的核心方案是当操作在（操作）视图 1 中的 3D 数据的参照系时，在另一个说明书 CN 103403763 A 9 7/9 页 10 （参考）视图 2 中的移动尽可能地最小且可预测。反之亦然，当在视图 2 中操作时，使得（参考）视图 1 中的移动最小。这通过允许在操作视图中的移动来实现，该移动对应于另一个参考视图的 Y- 和 Z- 轴，即上下和前后。由于 X 射线系统的几何外形，两个图像的上下轴总是近似平行的。 0091 假定两个图像，图像 A 是参考图像，应限制对其的明显移动，图像 B 是对其交互作用以移。

43、动参照系的图像，生成与参考图像正交（Y/Z）的平面。 0092 这个正交平面用于在其上投影交互变化增量，即将借助将鼠标从位置 A 移动到位置 B 而得到的向量变换到（可能的）斜面上的向量，以定义用以平移参照系的实际向量。 0093 因为投影向量仍与从鼠标移动而得到的向量成一直线，参照系看来就像是随着鼠标移动而移动，然而实际上，它可以在三维中移动。因为投影向量在与参考图像的 Y/Z 轴成一直线的平面上，视图 1 中的参照系看来就像是仅上下（和前后，但这个效果不太明显）移动。 0094 在校正了参照系以使其在视图 1 中对齐后，参照系就仅需按照参考视图的 X 。

44、轴来对齐。通过使用与配准视图 2 相同的方案，沿 X 轴移动参照系将仅影响视图 1 （现在是参考视图）中沿 Z 轴的移动。所以，在几乎所有情况下，用户都可以在三个平移中正确地配准参照系，即在一个视图中两个，在另一个视图中一个。 0095 当然，通过将配准的平面中的变化增量反复投影到参考图像的正交平面，鼠标驱动的交互也可以应用于按住（press and hold）式交互。 0096 在图8a)中，以图像框196表示图像A。此外，以垂直方式布置的第一轴200显示空间轴系统 198，即在垂直方向上指向上方。此外，显示布置在图像 A 的平面内的第二轴 202。。

45、此外，显示垂直于图像 A 的平面的第三轴 204。换句话说，彼此垂直地布置全部三个轴 200、 202、 204，其中第一与第二轴 200、 202 定义图像 A 的平面。第一轴也称为 Y- 轴，第二轴 202 也称为 X- 轴，第三轴 204 也称为 Z- 轴。在下文中，用它们的字母 x、 y、 z 来指代三个轴，以代替它们的附图标号 200、 202、 204。 0097 如图 8b) 所示，由 Y- 和 Z- 轴生成平面 206，以提供垂直于图像 196 的平面的平面 206。 0098 在图 8c) 中，提供以图像框 208 表示的第二图像 B。 0099 例如，。

46、作为血管造影片来提供第一图像 A196 和第二图像 B208。 0100 还以图 8b) 中的虚线框显示了垂直面 206。 0101 结合3D体表示来显示图8a)中的第一图像296，其中，在与图像196相同的观察方向上提供 3D 体表示。 0102 尽管在图8a)到8d)中没有示出3D体数据表示，但参考图8c)，以相应的观察方向上的表示来示出 3D 体数据。将垂直面 206 投影到第二图像 208 上。 0103 图8d)示出了对齐过程的基本原理。示出了图像B，即第二图像208，和参考面206，可说是在从上面观察的视图，这是仅以各自的线代替框来表示这两个平面的原因。这。

47、样，仅示出了 Z- 轴和 X- 轴的坐标系或者空间轴。在图 8d) 中， Y- 轴会垂直于图板的平面。 0104 应用于第二图像208的对齐产生交互值或交互变化增量，例如，以第一箭头210表示的，从点 A 指向点 B，用于将 3D 体表示的各自参照系从位置 A 移动到位置 B，位置 A 以附图标记 212 表示，位置 B 还以附图标记 214 表示。根据本发明，将第二图像中的交互变化增说明书 CN 103403763 A 10 8/9 页 11 量投影到参考面 206 上，导致所谓的变换的交互向量，其以第二箭头 216 表示，用于将参照系从投影位置 A 移动。

48、到投影位置 B ，其中，投影位置 A 还以附图标记 218 表示，位置 B 以附图标记 220 表示。以两个箭头 213、 215 表示投影。 0105 代替以交互向量 210 相关于第二图像移动或平移参照系，即 3D 体数据，由投影向量 216 平移体参照系。 0106 这样，在垂直于第一图像 196 的平面内平移体积，即在 Z- 或 Y- 方向上平移。 0107 如图 9 所示，在从左 / 右部分 222 和上 / 下部分 224 观察时，第二图像 208 的对齐是 3D 体相关于第二图像的移动。同时，在第一图像 196 的观察方向上移动 3D 体数据，即仅在。

49、垂直方向上，即上下，相关于第一图像196，且以另外的垂直箭头226表示。以较小的箭头 228表示前后移动。换句话说，沿箭头方向224的移动导致第一图像中沿箭头方向226的移动，其中，沿水平方向 222 的移动导致沿深度（即前后方向 228）的移动。 0108 在上述的第一模式情况下，在此在第二图像中的平移局限于第一图像的垂直轴，代替图 8b) 中表示平面 206 的虚线框，提供了作为变换方向的 z- 方向上的投影轴。随后将这个方向或轴投影到图 8c) 中第二图像的图像平面上。于是在将第二图像中的平移约束或局限于变换轴或变换方向的同时，执行图 8d) 中的对齐。 0109 例如，本发明对于结构性心脏病手术是有用的，其中，以基于导管的技术将器件植入心脏中。在植入过程中，使用。

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