小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及融合方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及融合方法，屬于圖像處理領(lǐng)域。該方法采用體外標(biāo)記的方法，小動(dòng)物床外側(cè)固定有兩根注射有混合顯像劑的相交叉的管子作為體外標(biāo)記物，在兩種及兩種以上醫(yī)學(xué)影像設(shè)備間建立參考坐標(biāo)系 ORef ，通過公共參考坐標(biāo)系將不同醫(yī)學(xué)影像設(shè)備采集到的圖像進(jìn)行融合。融合過程為非人工干預(yù)。該方法簡單且可以實(shí)現(xiàn)小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像的配準(zhǔn)及融合，為獨(dú)立的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備采集到的圖像提供更豐富的信息。
【專利說明】小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及融合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多模態(tài)醫(yī)學(xué)設(shè)備圖像配準(zhǔn)及融合【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及獨(dú)立的臨床或?qū)?驗(yàn)小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及圖像融合方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，多模態(tài)醫(yī)學(xué)成像在臨床工作中主要用于腫瘤、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等方面 的疾病中，而在科學(xué)家對某種疾病的認(rèn)識和研宄過程中，動(dòng)物模型的建立對于了解疾病相 關(guān)發(fā)病機(jī)制、演變過程及治療領(lǐng)域的新藥研發(fā)和療效監(jiān)測等都具有不可替代的重要作用， 因此多模態(tài)醫(yī)學(xué)成像在小動(dòng)物領(lǐng)域的研宄也逐步展開。
[0003] 但專用小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)成像設(shè)備價(jià)格不菲，且在操作和維護(hù)上較為復(fù)雜，因此 限制了多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在小動(dòng)物臨床和科研上的大范圍應(yīng)用。解決方案是采用獨(dú)立的 小動(dòng)物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，將采集的圖像進(jìn)行融合。目前，獨(dú)立的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備間圖像融合的解 決方案主要分為以下兩種：一、基于硬件的改造。二、基于軟件的圖像融合，該方法主要基于 標(biāo)記物的空間匹配來實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間圖像的融合。標(biāo)記方法又可以分為體內(nèi)標(biāo)記（有創(chuàng)） 和體外標(biāo)記（無創(chuàng)）。
[0004] 目前常用的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備按成像內(nèi)容可以分為解剖結(jié)構(gòu)成像和功能性成像兩大 類。解剖結(jié)構(gòu)成像設(shè)備主要對組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，主要包括：超聲、X線、計(jì)算機(jī)斷層成像 (CT)、核磁共振成像、數(shù)字減影等；功能性成像主要對組織代謝信息進(jìn)行成像，主要包括： 單光子發(fā)射成像（SPECT)、正電子發(fā)射斷層成像（PET)、功能磁共振成像（fMRI)等。不同成 像手段各有所長。如CT對于骨骼成像清晰，MRI對于軟組織成像更為清晰等。由于科研需 求，一種獨(dú)立的顯像設(shè)備并不能為動(dòng)物疾病模型提供足夠精確、全面的信息。如小動(dòng)物PET 成像系統(tǒng)獲取的PET圖像不能夠?yàn)閯?dòng)物模型提供更精確的空間定位，而CT圖像對骨骼進(jìn)行 清晰的成像，為小動(dòng)物PET提供更為精確的空間定位，所以需要引進(jìn)一臺小動(dòng)物活體CT，并 將活體CT系統(tǒng)采集到的小動(dòng)物圖像和PET圖像進(jìn)行融合。由于硬件的改造成本高，風(fēng)險(xiǎn) 大，且針對小動(dòng)物疾病模型的研宄不宜采用有創(chuàng)標(biāo)記。又由于傳統(tǒng)的體外點(diǎn)大，且針對小動(dòng) 物疾病模型的研宄不宜采用有創(chuàng)標(biāo)記。又由于傳統(tǒng)的體外點(diǎn)標(biāo)記的方法在點(diǎn)源的制作標(biāo)記 方面較為復(fù)雜，操作帶來的誤差較大，故本文提出一種新的解決方案，基于簡單的體外標(biāo)記 (無創(chuàng)）、空間配準(zhǔn)的軟件融合方法，將分離的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備所采集到的圖像進(jìn)行融合，使 得小動(dòng)物多模態(tài)圖像融合獲得理想的結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及圖像融合方法，解決了 現(xiàn)有技術(shù)中存在的體外標(biāo)記點(diǎn)難以標(biāo)記制作，操作過程要求較高，融合計(jì)算量大，融合效果 不理想等缺陷。
[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及圖像融合方法，包括以下步驟：
[0008] 第一步、體外標(biāo)記物的設(shè)計(jì)。本方法采用體外標(biāo)記配準(zhǔn)，在可移動(dòng)的小動(dòng)物床外側(cè) 固定有2根相交的呈直線狀的管子，管子材料不影響影響設(shè)備圖像采集拍攝，管子內(nèi)部可 注射不同顯像設(shè)備的混合造影劑。
[0009] 第二步、分別獲取設(shè)備1圖像序列P1，設(shè)備2圖像序列P2，由于不同設(shè)備采集到的 圖像各向分辨率不一致，以最大精度圖像為基準(zhǔn)進(jìn)行三線性插值統(tǒng)一分辨率。
[0010] 第三步、遍歷PdPP2序列，確定標(biāo)記裝置在每幀斷層圖像上的位置（用質(zhì)心表 示）。針對所采集到的所有點(diǎn)，進(jìn)行直線擬合，得到兩條直線在設(shè)備1和設(shè)備2原始坐標(biāo)系 下的直線方程。
[0011] 第四步、在Pi&P2序列中，選擇一條直線記為I1，并選定與另一條直線記為12相 交的反方向作為新坐標(biāo)系的Z方向（ZKrf)。在P1圖像序列中I2上任取一點(diǎn)P，過該點(diǎn)做直 線I1的垂線，記垂足為OM，計(jì)算點(diǎn)P和CW的距離并記為d，O 所指方向?yàn)樾伦鴺?biāo)系的X 方向（Xltef);同理，P2圖像序列中，在12上確定點(diǎn)P，使得點(diǎn)P到直線Ii的距離等于d，記垂 足為Oltef。確定OltefP所指方向?yàn)樾伦鴺?biāo)系的X方向（Xltef)。
[0012] 第五步、計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。？1序列中參考坐標(biāo)系的單位坐標(biāo)軸矢量Χμ，Υμ，Ζμ 和原點(diǎn)Oltef均由Pi圖像序列的成分如下表示（其中eΛe2x，e3x為原始坐標(biāo)系XYZ方向單位 向量，X。，yQ，Ztl為〇Ke;f在原始坐標(biāo)系下坐標(biāo)）：
[0013] XRef=(e!，e2，e3 )，
[0014] YEef= (eiy,e2y,e/)T,
[0015] ZEef=(ej,e2 ,e3 ),
[0016] 0Kef=(x〇,y0,z0)T〇
[0017] 則可以確定新坐標(biāo)和原始坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系H。
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及融合方法，該方法采用體外標(biāo)記，在用于轉(zhuǎn)移小 動(dòng)物的裝置外側(cè)固定有2根相交管子，管子材料不影響醫(yī)學(xué)影像設(shè)備圖像的采集，管子內(nèi) 部注射有醫(yī)學(xué)影像設(shè)備混合造影劑，能夠同時(shí)在不同醫(yī)學(xué)影像設(shè)備上顯像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及融合方法，其特征在于采 用空間剛體配準(zhǔn)、建立空間參考坐標(biāo)系的方法，其特征在于包括以下步驟： 51、 分別獲取設(shè)備1圖像序列Pi，設(shè)備2圖像序列P2，由于不同設(shè)備采集到的圖像各向 分辨率不一致，以最大精度圖像為基準(zhǔn)進(jìn)行三線性插值統(tǒng)一分辨率； 52、 遍歷PJP P 2序列，確定標(biāo)記裝置在每幀斷層圖像上的位置，所述位置用質(zhì)心表示， 針對所采集到的所有點(diǎn)，進(jìn)行直線擬合，得到兩條直線在設(shè)備1和設(shè)備2原始坐標(biāo)系下的直 線方程； 33、在P，P 2序列中，通過標(biāo)記裝置所確定的兩條直線，在各自序列中確定參考坐標(biāo) 系，設(shè)？:序列中參考坐標(biāo)系和原始坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為H，點(diǎn)A在p i圖像序列中坐標(biāo)為 A= (x，y，z)T，在參考坐標(biāo)系下為A" = (x〃，y"，z" )T，則二者坐標(biāo)關(guān)系為A" =H*A; 設(shè)？2序列中參考坐標(biāo)系和原始坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為H'點(diǎn)A'在p2圖像序列中坐標(biāo)為 A' = "'"'。'"，在參考坐標(biāo)系下為六"二""^"^"八則二者坐標(biāo)關(guān)系為六"： 礦私'，可得Pi序列與P 2序列像素點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系為A' = H、H*A，即可實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小動(dòng)物多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)及融合方法，其特征在于圖 像融合方法為全自動(dòng)非人工干涉。
【文檔編號】G06T7/00GK104504705SQ201410819671
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】羅守華, 楊晶, 李光, 顧寧 申請人:東南大學(xué)