專利名稱：基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)學(xué)影像處理定位方法，具體地說(shuō)是基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法。
背景技術(shù)：
在MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)掃描中，需要預(yù)先掃描獲得定位圖像，在定位圖像中設(shè)定參考定位線，由此來(lái)確定MRI斷層掃描的位置和方向。
現(xiàn)有技術(shù)中，一般會(huì)在定位圖像中由系統(tǒng)自動(dòng)生成以定位圖像的幾何中心為中心、與x軸或者y軸方向平行的參考定位線，參考定位線的位置和方向決定了MRI斷層掃描的位置和方向。但是在實(shí)際應(yīng)用中，臨床要求參考定位線的位置和方向與掃描的部位相對(duì)應(yīng)，如以腦橫斷面的圖像作為定位圖像，在此定位圖像上設(shè)定掃描矢狀面斷層的參考定位線時(shí)，參考定位線的中心位于大腦裂中心位置、方向與大腦裂平行；而以腰椎冠狀面的圖像作為定位圖像，在此定位圖像上設(shè)定掃描矢狀面斷層的參考定位線時(shí)，參考定位線的中心位于脊髓中心位置、方向與脊髓平行。因此，僅以定位圖像的幾何中心為中心、與x或者y軸方向平行的參考定位線不能滿足臨床的需求。
為解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中又提供了手工調(diào)整參考定位線的位置和方向的方法，以滿足對(duì)不同部位進(jìn)行MRI斷層掃描的需要。但是，采用手工調(diào)整參考定位線的位置和方向存在以下不足1、由于不可避免的人為誤差，無(wú)法保證參考定位線的一致性；2、人工操作定位精度低；3、增大了醫(yī)生的工作量，浪費(fèi)掃描時(shí)間，降低了醫(yī)生的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種方便醫(yī)生操作、縮短病人的總掃描時(shí)間的基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包含如下步驟a)獲取MRI定位圖像；b)利用人體解剖結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，在MRI定位圖像上自動(dòng)計(jì)算不同方位的定位信息；c)輸出MRI定位圖像的定位信息。
上述步驟b)具體為1)在整幅圖像中分割出目標(biāo)區(qū)域；2)初始化上述目標(biāo)區(qū)域的對(duì)稱軸；3)計(jì)算上述目標(biāo)區(qū)域中關(guān)于上述對(duì)稱軸對(duì)稱的點(diǎn)集；4)基于上述點(diǎn)集定義代價(jià)函數(shù)，通過(guò)優(yōu)化處理得到上述代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值；5)得到與上述代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的作為定位信息的對(duì)稱軸；上述步驟2)初始化上述目標(biāo)區(qū)域的對(duì)稱軸是基于計(jì)算上述目標(biāo)區(qū)域的主軸進(jìn)行的；上述步驟4)代價(jià)函數(shù)定義為上述目標(biāo)區(qū)域中對(duì)稱點(diǎn)灰度差的絕對(duì)值之和。
本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)現(xiàn)了MRI掃描的自動(dòng)準(zhǔn)確定位。由于本發(fā)明的定位線是基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性特征自動(dòng)生成，可一次性滿足臨床定位需求，不需要再進(jìn)行手工調(diào)整；2.保證斷層掃描圖像的一致性。本發(fā)明可以自動(dòng)地、準(zhǔn)確地計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域的定位線，保證同一名醫(yī)生在不同的時(shí)間內(nèi)或者不同醫(yī)生在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)同一部位定位時(shí)的一致性，從而確保斷層掃描圖像的一致性；3.提高定位精度。本發(fā)明在臨床應(yīng)用方面可降低手工定位時(shí)的人為誤差，準(zhǔn)確地計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域的定位線，尤其是在定位圖像成像質(zhì)量不佳、目標(biāo)區(qū)域特征難以辨認(rèn)時(shí)，定位效果依然很好；4.提高了工作效率本發(fā)明由于可以一次性自動(dòng)確定滿足需要的定位線，不用手工反復(fù)調(diào)整，因而可以減少病人的掃描時(shí)間，提高醫(yī)生的工作效率；5.應(yīng)用范圍廣本發(fā)明除可應(yīng)用于腦橫斷面、頸椎冠狀面、腰椎冠狀面的定位外，還可以擴(kuò)展推廣到其他具備解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的部位。


圖1為本發(fā)明方法流程圖；圖2為本發(fā)明圖像對(duì)稱性原理說(shuō)明圖；圖3～5為本發(fā)明的效果圖(一)～(三)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明具體包括如下步驟S10在獲取的MRI整幅圖像中分割出目標(biāo)區(qū)域，即使用圖像分割法，如雙峰法、大津法或迭代法等(本實(shí)施例采用大津法)，計(jì)算圖像中目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域分割的閾值，使用此閾值分割出圖像中的目標(biāo)區(qū)域；S20計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的主軸，把主軸作為初始對(duì)稱軸，對(duì)稱軸方程可表示為y＝ax+b；本實(shí)施例中，主軸作為對(duì)稱軸的初始值，計(jì)算主軸的部分可以分為兩步，一步是先計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的重心(x，y)，作為主軸上的點(diǎn)；第二步是計(jì)算主軸的角度α0，計(jì)算主軸的角度可以根據(jù)公式α0=12arctan(-2IxyIx-Iy)]]>計(jì)算，
其中Ix和Iy是慣性距，Ixy是慣性積，它們的計(jì)算公式是Ix=∫Ay2dA]]>Iy=∫Ax2dA]]>和Ixy=∫AxydA,]]>A為目標(biāo)區(qū)域；S30計(jì)算目標(biāo)區(qū)域中關(guān)于對(duì)稱軸對(duì)稱的點(diǎn)集；在對(duì)稱軸垂直的方向上找與對(duì)稱軸的距離相等的點(diǎn)，這些點(diǎn)就是對(duì)稱點(diǎn)，所有對(duì)稱點(diǎn)就組成了對(duì)稱點(diǎn)集；S40計(jì)算代價(jià)函數(shù)f(u，v)，即計(jì)算目標(biāo)區(qū)域中對(duì)稱點(diǎn)灰度差的絕對(duì)值之和f(u,v)=Σi=0n|G(xi0,yi0,z)-G(xi1,yi1,z)|]]>其中G(xi0，yi0，z)、G(xi1，yi1，z)分別是對(duì)稱點(diǎn)的灰度值，n為目標(biāo)區(qū)域內(nèi)對(duì)稱點(diǎn)組數(shù)，z為對(duì)稱軸；S50判斷步驟S40中代價(jià)函數(shù)值是否最優(yōu)(本實(shí)施例采用最小值為最優(yōu)值)；S60當(dāng)代價(jià)函數(shù)值最小時(shí)，搜索完成，輸出與上述代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的作為定位信息的對(duì)稱軸；S70否則修正對(duì)稱軸，返回S30，重新計(jì)算代價(jià)函數(shù)進(jìn)行搜索。
上述步驟S30至步驟S50是以目標(biāo)區(qū)域的主軸方向和重心計(jì)算出的主軸作為對(duì)稱軸的初始值，使用最優(yōu)化搜索算法搜索準(zhǔn)確的對(duì)稱軸位置和方向，如Powell搜索算法。
考慮人體解剖結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性的特點(diǎn)，這種對(duì)稱不僅體現(xiàn)在幾何結(jié)構(gòu)上，而且在圖像的灰度上也具有一定的對(duì)稱性，如圖2所示，直線為對(duì)稱軸，圓形、三角形、正方形分別為關(guān)于對(duì)稱軸對(duì)稱的三組對(duì)稱點(diǎn)，假設(shè)灰度值分別為1、2、3，如果圖像完全對(duì)稱，那么每組對(duì)稱點(diǎn)灰度值之差等于零，整幅圖像對(duì)稱點(diǎn)集的灰度差的絕對(duì)值之和等于零。實(shí)際圖像中對(duì)稱的兩個(gè)像素點(diǎn)的灰度值并不一定相等，而是相近的，因此可以在圖像中移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)圖像的對(duì)稱軸，每移動(dòng)一個(gè)位置，計(jì)算整幅圖像關(guān)于對(duì)稱軸對(duì)稱的所有像素點(diǎn)的灰度差的總和，當(dāng)這個(gè)總和達(dá)到最小值時(shí)，此位置的對(duì)稱軸即為目標(biāo)區(qū)域準(zhǔn)確的作為定位信息的對(duì)稱軸。
本發(fā)明計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域的主軸的角度α0和重心(x，y)作為對(duì)稱軸初始值，把目標(biāo)區(qū)域?qū)ΨQ軸兩側(cè)對(duì)稱點(diǎn)集灰度差之和的表達(dá)式作為代價(jià)函數(shù)；然后在一定范圍內(nèi)改變重心點(diǎn)(x，y)坐標(biāo)和對(duì)稱軸方向三個(gè)參數(shù)，使用最優(yōu)化搜索算法搜索代價(jià)函數(shù)的最小值，當(dāng)搜索完成時(shí)得到的即是所求取的對(duì)稱軸，此所求取的對(duì)稱軸即為MRI定位圖像的定位線。
此方法同時(shí)應(yīng)用于腦橫斷面、頸椎冠狀面、腰椎冠狀面以及其他具備解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性部位的定位，效果如圖3～圖5所示，分別為腦部橫斷面定位效果圖、頸椎冠狀面定位效果圖以及腰椎冠狀面定位效果圖。
權(quán)利要求
1.一種基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法，其特征在于包含如下步驟a)獲取MRI定位圖像；b)利用人體解剖結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，在MRI定位圖像上自動(dòng)計(jì)算不同方位的定位信息；c)輸出MRI定位圖像的定位信息。
2.按權(quán)利要求1所述的基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法，其特征在于其步驟b)具體為1)在整幅圖像中分割出目標(biāo)區(qū)域；2)初始化上述目標(biāo)區(qū)域的對(duì)稱軸；3)計(jì)算上述目標(biāo)區(qū)域中關(guān)于上述對(duì)稱軸對(duì)稱的點(diǎn)集；4)基于上述點(diǎn)集定義代價(jià)函數(shù)，通過(guò)優(yōu)化處理得到上述代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值；5)得到與上述代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的作為定位信息的對(duì)稱軸。
3.按權(quán)利要求2所述的基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法，其特征在于所述步驟2)初始化上述目標(biāo)區(qū)域的對(duì)稱軸是基于計(jì)算上述目標(biāo)區(qū)域的主軸進(jìn)行的。
4.按權(quán)利要求2所述的基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法，其特征在于所述步驟4)代價(jià)函數(shù)定義為上述目標(biāo)區(qū)域中對(duì)稱點(diǎn)灰度差的絕對(duì)值之和。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于人體解剖結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的磁共振成像掃描自動(dòng)定位方法，包含如下步驟a)獲取MRI定位圖像；b)利用人體解剖結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，在MRI定位圖像上自動(dòng)計(jì)算不同方位的定位信息；c)輸出MRI定位圖像的定位信息；其中步驟b)還包括1)在整幅圖像中分割出目標(biāo)區(qū)域；2)初始化上述目標(biāo)區(qū)域的對(duì)稱軸；3)計(jì)算上述目標(biāo)區(qū)域中關(guān)于上述對(duì)稱軸對(duì)稱的點(diǎn)集；4)基于上述點(diǎn)集定義代價(jià)函數(shù)，通過(guò)優(yōu)化處理得到上述代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值；5)得到與上述代價(jià)函數(shù)最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的作為定位信息的對(duì)稱軸。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了MRI掃描的自動(dòng)準(zhǔn)確定位，保證斷層掃描圖像的一致性，提高了定位精度和工作效率。
文檔編號(hào)G01R33/20GK1843295SQ20061004612
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者狄強(qiáng), 魏陽(yáng)杰, 徐剛, 康雁 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司