小動物多模態醫學影像配準及融合方法
【專利摘要】本發明公開了一種小動物多模態醫學影像配準及融合方法，屬于圖像處理領域。該方法采用體外標記的方法，小動物床外側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記物，在兩種及兩種以上醫學影像設備間建立參考坐標系 ORef ，通過公共參考坐標系將不同醫學影像設備采集到的圖像進行融合。融合過程為非人工干預。該方法簡單且可以實現小動物多模態醫學影像的配準及融合，為獨立的醫學影像設備采集到的圖像提供更豐富的信息。
【專利說明】小動物多模態醫學影像配準及融合方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于多模態醫學設備圖像配準及融合【技術領域】，具體涉及獨立的臨床或實 驗小動物多模態醫學影像配準及圖像融合方法。
【背景技術】
[0002] 目前，多模態醫學成像在臨床工作中主要用于腫瘤、心血管系統、神經系統等方面 的疾病中，而在科學家對某種疾病的認識和研宄過程中，動物模型的建立對于了解疾病相 關發病機制、演變過程及治療領域的新藥研發和療效監測等都具有不可替代的重要作用， 因此多模態醫學成像在小動物領域的研宄也逐步展開。
[0003] 但專用小動物多模態醫學成像設備價格不菲，且在操作和維護上較為復雜，因此 限制了多模態醫學影像設備在小動物臨床和科研上的大范圍應用。解決方案是采用獨立的 小動物醫學影像設備，將采集的圖像進行融合。目前，獨立的醫學影像設備間圖像融合的解 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 標記物的空間匹配來實現不同設備間圖像的融合。標記方法又可以分為體內標記（有創） 和體外標記（無創）。
[0004] 目前常用的醫學影像設備按成像內容可以分為解剖結構成像和功能性成像兩大 類。解剖結構成像設備主要對組織結構進行成像，主要包括：超聲、X線、計算機斷層成像 (CT)、核磁共振成像、數字減影等；功能性成像主要對組織代謝信息進行成像，主要包括： 單光子發射成像（SPECT)、正電子發射斷層成像（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，一種獨立的顯像設備并不能為動物疾病模型提供足夠精確、全面的信息。如小動物PET 成像系統獲取的PET圖像不能夠為動物模型提供更精確的空間定位，而CT圖像對骨骼進行 清晰的成像，為小動物PET提供更為精確的空間定位，所以需要引進一臺小動物活體CT，并 將活體CT系統采集到的小動物圖像和PET圖像進行融合。由于硬件的改造成本高，風險 大，且針對小動物疾病模型的研宄不宜采用有創標記。又由于傳統的體外點大，且針對小動 物疾病模型的研宄不宜采用有創標記。又由于傳統的體外點標記的方法在點源的制作標記 方面較為復雜，操作帶來的誤差較大，故本文提出一種新的解決方案，基于簡單的體外標記 (無創）、空間配準的軟件融合方法，將分離的醫學影像設備所采集到的圖像進行融合，使 得小動物多模態圖像融合獲得理想的結果。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種小動物多模態醫學影像配準及圖像融合方法，解決了 現有技術中存在的體外標記點難以標記制作，操作過程要求較高，融合計算量大，融合效果 不理想等缺陷。
[0006] 為了解決現有技術中的存在的問題，本發明提供的技術方案如下：
[0007] 一種小動物多模態醫學影像配準及圖像融合方法，包括以下步驟：
[0008] 第一步、體外標記物的設計。本方法采用體外標記配準，在可移動的小動物床外側 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備圖像采集拍攝，管子內部可 注射不同顯像設備的混合造影劑。
[0009] 第二步、分別獲取設備1圖像序列P1，設備2圖像序列P2，由于不同設備采集到的 圖像各向分辨率不一致，以最大精度圖像為基準進行三線性插值統一分辨率。
[0010] 第三步、遍歷PdPP2序列，確定標記裝置在每幀斷層圖像上的位置（用質心表 示）。針對所采集到的所有點，進行直線擬合，得到兩條直線在設備1和設備2原始坐標系 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系的Z方向（ZKrf)。在P1圖像序列中I2上任取一點P，過該點做直 線I1的垂線，記垂足為OM，計算點P和CW的距離并記為d，O 所指方向為新坐標系的X 方向（Xltef);同理，P2圖像序列中，在12上確定點P，使得點P到直線Ii的距離等于d，記垂 足為Oltef。確定OltefP所指方向為新坐標系的X方向（Xltef)。
[0012] 第五步、計算坐標轉換矩陣。？1序列中參考坐標系的單位坐標軸矢量Χμ，Υμ，Ζμ 和原點Oltef均由Pi圖像序列的成分如下表示（其中eΛe2x，e3x為原始坐標系XYZ方向單位 向量，X。，yQ，Ztl為〇Ke;f在原始坐標系下坐標）：
[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] 則可以確定新坐標和原始坐標系之間的轉換關系H。
[0018]
【權利要求】
1. 一種小動物多模態醫學影像配準及融合方法，該方法采用體外標記，在用于轉移小 動物的裝置外側固定有2根相交管子，管子材料不影響醫學影像設備圖像的采集，管子內 部注射有醫學影像設備混合造影劑，能夠同時在不同醫學影像設備上顯像。
2. 根據權利要求1所述的一種小動物多模態醫學影像配準及融合方法，其特征在于采 用空間剛體配準、建立空間參考坐標系的方法，其特征在于包括以下步驟： 51、 分別獲取設備1圖像序列Pi，設備2圖像序列P2，由于不同設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進行三線性插值統一分辨率； 52、 遍歷PJP P 2序列，確定標記裝置在每幀斷層圖像上的位置，所述位置用質心表示， 針對所采集到的所有點，進行直線擬合，得到兩條直線在設備1和設備2原始坐標系下的直 線方程； 33、在P，P 2序列中，通過標記裝置所確定的兩條直線，在各自序列中確定參考坐標 系，設？:序列中參考坐標系和原始坐標系之間的轉換關系為H，點A在p i圖像序列中坐標為 A= (x，y，z)T，在參考坐標系下為A" = (x〃，y"，z" )T，則二者坐標關系為A" =H*A; 設？2序列中參考坐標系和原始坐標系之間的轉換關系為H'點A'在p2圖像序列中坐標為 A' = "'"'。'"，在參考坐標系下為六"二""^"^"八則二者坐標關系為六"： 礦私'，可得Pi序列與P 2序列像素點坐標關系為A' = H、H*A，即可實現圖像配準。
3. 根據權利要求1所述的一種小動物多模態醫學影像配準及融合方法，其特征在于圖 像融合方法為全自動非人工干涉。
【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 優先權日:2014年12月25日
【發明者】羅守華, 楊晶, 李光, 顧寧 申請人:東南大學