基于xct圖像非剛度配準(zhǔn)的目標(biāo)鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及非剛度圖像配準(zhǔn)與目標(biāo)鼠組織解剖結(jié)構(gòu) 的有限元標(biāo)定。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前巧光分子層析成像（FluorescenceMolecularTomography,FMT)方法通常使 用的均勻光學(xué)結(jié)構(gòu)背景將會(huì)引入光子輸運(yùn)建模上的顯著誤差，有效的光學(xué)結(jié)構(gòu)先驗(yàn)信息對(duì) FMT重建精度和靈敏度的提升具有重要意義。光學(xué)結(jié)構(gòu)的建立與解剖結(jié)構(gòu)信息的獲取密切 相關(guān)；一方面它是賦予了解剖結(jié)構(gòu)中各區(qū)域相關(guān)光學(xué)參數(shù)特性的物理幾何信息，另一方面 它是各區(qū)域光學(xué)參數(shù)在體獲取的先決條件
[0003] 常見的解剖成像模態(tài)用于光學(xué)結(jié)構(gòu)獲取均存在一定的局限性。高場小動(dòng)物核磁共 振成像（MicroMa即eticResonanceImaging,yMRI)對(duì)軟組織具有高灰度分辨率，能夠 利用圖像方法獲取各個(gè)軟組織器官所在區(qū)域。Dhenain等人利用該技術(shù)對(duì)多個(gè)小鼠胚胎進(jìn) 行成像，獲取了在不同發(fā)育時(shí)期小鼠胚胎的解剖結(jié)構(gòu)圖譜（Atlas)b3。Segars等人利用多 組成年小鼠核磁共振數(shù)據(jù)建立四維MOBY模型，模擬小鼠在屯、跳呼吸等生理過程中的動(dòng)態(tài) 解剖結(jié)構(gòu)圖譜W。然而，UMRI成本極高，成像耗時(shí)較長，限制了其在小鼠FMT實(shí)驗(yàn)中的應(yīng) 用。X射線計(jì)算機(jī)斷層成像狂-rayComputedTomography,XCT)作為一種常用的解剖學(xué)成 像模式，其成像速度較快且造價(jià)適中。然而X射線對(duì)軟組織的分辨率較低，利用XCT圖像分 割軟組織具有較大難度，若輔W其它成像模態(tài)，則可更為精確的獲取生物組織體解剖結(jié)構(gòu)。 Dogdas等人利用XCT、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像及冷切片技術(shù)對(duì)小鼠進(jìn)行多模態(tài)成像， 并W此為依據(jù)建立Digimouse模型，獲取了小鼠的精確解剖結(jié)構(gòu)圖譜W。此方法能夠準(zhǔn)確 地獲取小鼠的解剖結(jié)構(gòu)信息，為相關(guān)研究提供了重要的參考意義，但該方法所用成像系統(tǒng) 復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)過程繁瑣，成本較高，同樣不利于在常規(guī)的小鼠FMT實(shí)驗(yàn)中采用。
[0004][參考文獻(xiàn)]
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【發(fā)明內(nèi)容】
[0012] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于XCT圖像非剛度配準(zhǔn)的目標(biāo)鼠 解剖結(jié)構(gòu)圖譜獲取方法，本發(fā)明方法將Digimouse模型W選定為小鼠的標(biāo)準(zhǔn)解剖結(jié)構(gòu)，并 通過非剛度圖像配準(zhǔn)算法，將Digimouse模型對(duì)應(yīng)的XCT圖像配準(zhǔn)至目標(biāo)鼠XCT圖像，從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)小鼠各個(gè)組織器官的標(biāo)定。
[0013] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種基于XCT圖像非剛度配準(zhǔn)的目標(biāo)鼠 解剖結(jié)構(gòu)圖譜獲取方法是；首先，將Digimouse模型設(shè)定為參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜，同時(shí)將 Digimouse對(duì)應(yīng)的XCT圖像設(shè)定為參考圖像；其次，對(duì)目標(biāo)鼠進(jìn)行XCT成像獲取目標(biāo)圖像 并進(jìn)行預(yù)處理；然后，利用非剛度圖像配準(zhǔn)技術(shù)構(gòu)建參考圖像至目標(biāo)圖像的配準(zhǔn)映射矩陣； 最終，將配準(zhǔn)映射矩陣作用于參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜，構(gòu)建出目標(biāo)鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜。
[0014] 進(jìn)一步講，本發(fā)明基于XCT圖像非剛度配準(zhǔn)的目標(biāo)鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜獲取方法的具 體步驟如下：
[0015] 步驟一、設(shè)定參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜和參考圖像：
[0016] 將Digimouse結(jié)構(gòu)設(shè)定為參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜Ar，將所述Digimouse的XCT圖像 設(shè)定為參考圖像If;
[0017] 步驟二目標(biāo)鼠XCT圖像的獲取與預(yù)處理：
[001引利用XCT設(shè)備對(duì)目標(biāo)鼠進(jìn)行全身成像，獲取目標(biāo)鼠的XCT圖像對(duì)目標(biāo)鼠XCT圖像 進(jìn)行仿射變換，將目標(biāo)鼠XCT圖像中小鼠的頭部與背部的朝向變換至與參考圖像If相同； 將變換后的XCT圖像作為目標(biāo)圖像It;
[0019] 步驟S、構(gòu)建初步配準(zhǔn)映射矩陣M。和初步配準(zhǔn)圖像I。；
[0020] 利用圖像分割算法分別分割出參考圖像I,中的小鼠骨骼區(qū)域與表皮區(qū)域，及目標(biāo) 圖像It中的小鼠骨骼區(qū)域與表皮區(qū)域；
[0021] 利用邊緣檢測算法分別提取上述參考圖像If中小鼠骨骼區(qū)域和表皮區(qū)域及目標(biāo) 圖像It中的小鼠骨骼區(qū)域和表皮區(qū)域共計(jì)四個(gè)區(qū)域的邊界輪廓，對(duì)所述四個(gè)區(qū)域的邊界輪 廓進(jìn)行等概率采樣，從而計(jì)算出參考鼠骨骼特征點(diǎn)集Lfb、參考鼠表皮特征點(diǎn)集Lf,、目標(biāo)鼠 骨骼特征點(diǎn)集LtbW及目標(biāo)鼠表皮特征點(diǎn)集Lts;
[0022] 利用TPS-RPM(Iliin-plate Spline Robust Point Matching,薄板樣條魯椿點(diǎn)配 準(zhǔn)）算法w的開源程序，計(jì)算參考鼠骨骼特征點(diǎn)集Ltb與目標(biāo)鼠骨骼特征點(diǎn)集Ltb之間的骨 骼特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩陣Cb;在計(jì)算時(shí)，將目標(biāo)鼠骨骼特征點(diǎn)集Ltb設(shè)定為目標(biāo)點(diǎn)集，將參考鼠骨 骼特征點(diǎn)集Lfb設(shè)定為待配準(zhǔn)點(diǎn)集，并設(shè)定TPS-RPM所用模擬退火算法中的初始溫度系數(shù)及 迭代終止條件，通過迭代計(jì)算出骨骼特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩陣Cb;:
[002引利用TPS-RPM算法的開源程序，計(jì)算參考鼠表皮特征點(diǎn)集Lu與目標(biāo)鼠表皮特征點(diǎn) 集Lb之間的表皮特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩陣C在計(jì)算時(shí)，將目標(biāo)鼠表皮特征點(diǎn)集L b設(shè)定為目標(biāo)點(diǎn) 集，將參考鼠表皮特征點(diǎn)集定為待配準(zhǔn)點(diǎn)集，并設(shè)定TPS-RPM所用模擬退火算法中的 初始溫度系數(shù)及迭代終止條件，通過迭代計(jì)算出表皮特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩陣(；；
[0024] 分別將求得的骨骼特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩陣Cb及表皮特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)矩陣C,作用于參考鼠骨 骼特征點(diǎn)集Lfb及參考鼠表皮特征點(diǎn)集Lu，得到初步配準(zhǔn)后的骨骼特征點(diǎn)集Ltb及初步配準(zhǔn) 后的表皮特征點(diǎn)集L。,；
[0025] 利用上述求得的初步特征點(diǎn)配準(zhǔn)的結(jié)果，構(gòu)建初步配準(zhǔn)局部位移矩陣P :
[0026]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于XCT圖像非剛度配準(zhǔn)的目標(biāo)鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜獲取方法，其特征在于，其基 本步驟是：首先，將Digimouse模型設(shè)定為參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜，同時(shí)將Digimouse對(duì)應(yīng)的 XCT圖像設(shè)定為參考圖像；其次，對(duì)目標(biāo)鼠進(jìn)行XCT成像獲取目標(biāo)圖像并進(jìn)行預(yù)處理；然后， 利用非剛度圖像配準(zhǔn)技術(shù)構(gòu)建參考圖像至目標(biāo)圖像的配準(zhǔn)映射矩陣；最終，將配準(zhǔn)映射矩 陣作用于參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜，構(gòu)建出目標(biāo)鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于XCT圖像非剛度配準(zhǔn)的目標(biāo)鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜獲取方法，其 特征在于，具體步驟如下： 步驟一、設(shè)定參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜和參考圖像： 將Digimouse結(jié)構(gòu)設(shè)定為參考鼠解剖結(jié)構(gòu)圖譜A,，將所述Digimouse的XCT圖像設(shè)定 為參考圖像Ir; 步驟二、目標(biāo)鼠 XCT圖像的獲取與預(yù)處理： 利用XCT設(shè)備對(duì)目標(biāo)鼠進(jìn)行全身成像，獲取目標(biāo)鼠的XCT圖像；對(duì)目標(biāo)鼠 XCT圖像進(jìn)行 仿射變換，將目標(biāo)鼠 XCT圖像中小鼠的頭部與背部的朝向變換至與參考圖像L相同；將變 換后的XCT圖像作為目標(biāo)圖像It; 步驟三、構(gòu)建初步配準(zhǔn)映射矩陣M。和初步配準(zhǔn)圖像I。： 利用圖像分割算法分別分割出參考圖像I沖的小鼠骨骼區(qū)域與表皮區(qū)域，及目標(biāo)圖像 It中的小鼠骨骼區(qū)域與表皮區(qū)域； 利用邊緣檢測算法分別提取上述參考圖像L中小鼠骨骼區(qū)域和表皮區(qū)域及目標(biāo)圖像 It中的小鼠骨骼區(qū)域和表皮區(qū)域共計(jì)四個(gè)區(qū)域的邊界輪廓，對(duì)