基于直接線性變換和奇異值分解的磁共振坐標(biāo)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種超聲探頭坐標(biāo)定位方法，尤其是設(shè)及一種基于直接線性變換和奇 異值分解的磁共振坐標(biāo)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 治療超聲是利用超聲波的穿透性將具有一定能量的超聲波傳輸至人體組織，在超 聲的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)W及空化效應(yīng)等多種物理效應(yīng)作用下，進(jìn)行腫瘤治療、溶栓、微泡載 藥、血腦屏障打開等多種非侵入式治療，眾多醫(yī)生和科技工作者認(rèn)為治療超聲技術(shù)的廣泛 推廣和應(yīng)用，將會大力推進(jìn)無創(chuàng)治療技術(shù)的進(jìn)展，是人類探究無創(chuàng)治療技術(shù)過程中的重要 里程碑。但是單一的治療超聲技術(shù)由于存在無法進(jìn)行精確定位、無法精確監(jiān)控治療祀?yún)^(qū)溫 度、無法進(jìn)行實時的療效評估等難題，使該項技術(shù)的發(fā)展一度遇到了很大的瓶頸難題。
[000引隨著磁共振（Ma即etic Resonance Imaging,MRI)技術(shù)的迅猛發(fā)展，將磁共振技術(shù) 與治療超聲技術(shù)緊密融合，突破了上述一些制約傳統(tǒng)治療超聲技術(shù)發(fā)展的瓶頸，使治療超 聲技術(shù)在近十年又得到了長足的發(fā)展。MRI和治療超聲技術(shù)的融合，MRI至少在W下=個方 面有重大優(yōu)勢：1、MRI能夠精確的定位治療目標(biāo)區(qū)域，為超聲治療提供實時精確的引導(dǎo)；2、 MRI利用特定的對溫度敏感的序列，能夠準(zhǔn)確的測量治療目標(biāo)區(qū)域的溫度，可W實時的監(jiān)控 治療目標(biāo)區(qū)域的治療情況，從而實現(xiàn)在超聲治療過程中實時準(zhǔn)確的反饋控制熱量的加載， 既可治療目標(biāo)組織，又可W不過度治療目標(biāo)組織周圍的正常組織，實現(xiàn)真正意義上的適形 治療，保證治療的安全性和有效性；3、MRI術(shù)后療效評估也更準(zhǔn)確。因此MRI和治療超聲技 術(shù)融合的治療方案在臨床上有重大的應(yīng)用前景。
[0004] 在磁共振引導(dǎo)的超聲治療系統(tǒng)中，超聲探頭，尤其是相控型的超聲探頭，是否準(zhǔn) 確對準(zhǔn)了治療目標(biāo)區(qū)域，其定位精度，將直接影響治療的安全性和有效性。因此，需要 研發(fā)一種能夠?qū)Τ曁筋^進(jìn)行精確定位的方法，W提高超聲治療的有效性。中國專利 CN201210541512X公開一種基于磁共振圖像的超聲探頭S維坐標(biāo)定位方法，該方法采用磁 共振成像獲取超聲探頭上定位標(biāo)記物的圖像，并記錄該圖像的圖像信息，根據(jù)圖像信息計 算定位標(biāo)記物上的定位標(biāo)記點(diǎn)在MRI坐標(biāo)系中的=維坐標(biāo)值，根據(jù)定位標(biāo)記點(diǎn)在MRI坐標(biāo) 系中的S維坐標(biāo)值和其在超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系中的S維坐標(biāo)值計算MRI坐標(biāo)系與超聲治 療系統(tǒng)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣，根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣和磁共振成像獲取的超聲探頭圖像對超 聲探頭進(jìn)行=維坐標(biāo)定位。但該方法在轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣的求解上還存在不足。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種定位精度高的 基于直接線性變換和奇異值分解的磁共振坐標(biāo)定位方法。
[0006] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] 一種基于直接線性變換和奇異值分解的磁共振坐標(biāo)定位方法，該方法在超聲探頭 的邊沿分布有六條用于定位的定位標(biāo)記物，每個定位標(biāo)記物的上下兩個端點(diǎn)作為定位點(diǎn)， 根據(jù)各定位點(diǎn)的位置計算MRI坐標(biāo)系與超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣，實現(xiàn)超聲探 頭=維坐標(biāo)定位，所述MRI坐標(biāo)系與超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣的計算過程具體 為：
[0008] 1)通過超聲探頭的橫向掃描獲取各定位標(biāo)記物的線方程，并剔除誤差最大的一個 線方程；
[0009] 2)通過超聲探頭的縱向掃描獲得超聲探頭上下表面的面方程；
[0010] 3)將步驟1)得到的5個線方程分別與步驟2)獲得的2個面方程求交，獲得10個 定位點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0011] 4)根據(jù)獲得的定位點(diǎn)坐標(biāo)信息，利用直接線性變換和奇異值分解算法計算從MRI 坐標(biāo)系到超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系的中間轉(zhuǎn)換矩陣H; 陽01引 W在步驟如獲得的10個定位點(diǎn)中，依次去掉第i個點(diǎn)，用剩下的9個定位點(diǎn)的坐 標(biāo)信息重復(fù)步驟4)獲得對應(yīng)的中間轉(zhuǎn)換矩陣化，i= 1，2,…，10;
[0013] 6)比較步驟4)獲得的H和步驟5)獲得的化剔除其中誤差最大的兩個定位點(diǎn)，基 于剩余的8個定位點(diǎn)的坐標(biāo)信息，利用直接線性變換和奇異值分解算法計算從MRI坐標(biāo)系 到超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣T。
[0014] 所述定位標(biāo)記物為分布在超聲探頭邊沿的定位槽或設(shè)于超聲探頭邊沿且垂直于 超聲探頭表面的定位圓柱體。
[0015] 所述步驟1)具體為：
[0016] 通過兩次橫向掃描獲得兩組橫截面上各6個點(diǎn)的坐標(biāo)，由每個定位標(biāo)記物的兩個 點(diǎn)確定各定位標(biāo)記物的線方程，在獲得的6個線方程中，剔除由上下兩個橫截面中距離最 近的兩個點(diǎn)所確定的線方程。
[0017] 所述步驟2)具體為：
[0018] 通過兩次縱向掃描獲得兩組縱截面，獲得每組縱截面上左上角、左下角、右上角、 右下角上的四個點(diǎn)的坐標(biāo)，利用運(yùn)八個點(diǎn)的坐標(biāo)計算超聲探頭上下表面的面方程：
[0019]
[0020] 其中，X、y、Z為空間中的S個維度變量，通過最小二乘原理獲得參數(shù)a、b、C、dl、 d2〇
[0021] 所述步驟6)中，剔除其中誤差最大的兩個定位點(diǎn)具體為：
[0022] 601)根據(jù)步驟3)獲得的10個定位點(diǎn)坐標(biāo)及步驟4)獲得的中間轉(zhuǎn)換矩陣H計算 超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系中10個定位點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)矩陣P;
[0023] 602)根據(jù)步驟3)獲得的10個定位點(diǎn)坐標(biāo)及步驟5)獲得的中間轉(zhuǎn)換矩陣化分別 計算超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系中10個定位點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)矩陣Pi，i= 1，2,…，10 ;
[0024] 60扣分別計算Pi與P中10個對應(yīng)點(diǎn)的距離并求和Sum(i); 陽0巧]604)將Sum(i)最大的兩個所對應(yīng)的點(diǎn)剔除。
[00%] 所述轉(zhuǎn)換矩陣T的具體形式為：
[0027]
[0028] 其中
為實現(xiàn)超聲治療設(shè)備角度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，（ClC2 C3)為實現(xiàn)超聲治療設(shè)備位置平移的平移變換矩陣。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0030] 1)本發(fā)明設(shè)置有多個定位標(biāo)記點(diǎn)，通過多個定位標(biāo)記點(diǎn)的冗余信息，在過程中利 用算法去掉了誤差較大的點(diǎn)，運(yùn)里的誤差來源為取點(diǎn)誤差和磁共振成像失真的影響帶來的 誤差，并且利用剩下的點(diǎn)進(jìn)行冗余處理，充分利用了冗余信息，從而減小了超聲探頭治療過 程的定位誤差，提高定位精度。
[0031] 2)優(yōu)化了治療過程中的定位方法，能夠更加精確有效地對于利用磁共振對于超聲 治療系統(tǒng)進(jìn)行定位。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發(fā)明中超聲探頭上設(shè)置定位槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明中超聲探頭上設(shè)置定位圓柱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例W本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實施例。 陽0對實施例1
[0036] 本實施例提供一種基于直接線性變換和奇異值分解的磁共振坐標(biāo)定位方法，用于 超聲探頭S維坐標(biāo)的定位，超聲探頭的直徑小于40cm，超聲探頭為分布了單陣元或多陣元 超聲換能器（壓電陶瓷片）的平面或者球冠面（對于球冠面，本方法針對球冠上的圓形平 面）。該方法在超聲探頭的邊沿分布有六條用于定位的定位標(biāo)記物，每個定位標(biāo)記物的上下 兩個端點(diǎn)作為定位點(diǎn)，根據(jù)各定位點(diǎn)的位置計算MRI坐標(biāo)系與超聲治療系統(tǒng)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 關(guān)系矩陣，實現(xiàn)超聲探頭=維坐標(biāo)定位。
[0037] 如圖1所示，本實施例定位標(biāo)記物為分布在超聲探頭邊沿的定位槽。定位標(biāo)記物 設(shè)有6個，其中一個定位標(biāo)記物遠(yuǎn)離其余5個定位標(biāo)記物，并將經(jīng)由超聲探頭圓屯、〇h指向 運(yùn)個單獨(dú)的定位標(biāo)記物的方向定為Xh軸，對于由多陣元超聲換能器組成的超聲探頭，其中 某一陣元設(shè)為首陣元，此時Xh軸所指的