小动物多模态医学影像配准及融合方法

小动物多模态医学影像配准及融合方法
【专利摘要】本发明公开了一种小动物多模态医学影像配准及融合方法，属于图像处理领域。该方法采用体外标记的方法，小动物床外侧固定有两根注射有混合显像剂的相交叉的管子作为体外标记物，在两种及两种以上医学影像设备间建立参考坐标系 ORef ，通过公共参考坐标系将不同医学影像设备采集到的图像进行融合。融合过程为非人工干预。该方法简单且可以实现小动物多模态医学影像的配准及融合，为独立的医学影像设备采集到的图像提供更丰富的信息。
【专利说明】小动物多模态医学影像配准及融合方法

【技术领域】
[0001] 本发明属于多模态医学设备图像配准及融合【技术领域】，具体涉及独立的临床或实 验小动物多模态医学影像配准及图像融合方法。

【背景技术】
[0002] 目前，多模态医学成像在临床工作中主要用于肿瘤、心血管系统、神经系统等方面 的疾病中，而在科学家对某种疾病的认识和研宄过程中，动物模型的建立对于了解疾病相 关发病机制、演变过程及治疗领域的新药研发和疗效监测等都具有不可替代的重要作用， 因此多模态医学成像在小动物领域的研宄也逐步展开。
[0003] 但专用小动物多模态医学成像设备价格不菲，且在操作和维护上较为复杂，因此 限制了多模态医学影像设备在小动物临床和科研上的大范围应用。解决方案是采用独立的 小动物医学影像设备，将采集的图像进行融合。目前，独立的医学影像设备间图像融合的解 决方案主要分为以下两种：一、基于硬件的改造。二、基于软件的图像融合，该方法主要基于 标记物的空间匹配来实现不同设备间图像的融合。标记方法又可以分为体内标记（有创） 和体外标记（无创）。
[0004] 目前常用的医学影像设备按成像内容可以分为解剖结构成像和功能性成像两大 类。解剖结构成像设备主要对组织结构进行成像，主要包括：超声、X线、计算机断层成像 (CT)、核磁共振成像、数字减影等；功能性成像主要对组织代谢信息进行成像，主要包括： 单光子发射成像（SPECT)、正电子发射断层成像（PET)、功能磁共振成像（fMRI)等。不同成 像手段各有所长。如CT对于骨骼成像清晰，MRI对于软组织成像更为清晰等。由于科研需 求，一种独立的显像设备并不能为动物疾病模型提供足够精确、全面的信息。如小动物PET 成像系统获取的PET图像不能够为动物模型提供更精确的空间定位，而CT图像对骨骼进行 清晰的成像，为小动物PET提供更为精确的空间定位，所以需要引进一台小动物活体CT，并 将活体CT系统采集到的小动物图像和PET图像进行融合。由于硬件的改造成本高，风险 大，且针对小动物疾病模型的研宄不宜采用有创标记。又由于传统的体外点大，且针对小动 物疾病模型的研宄不宜采用有创标记。又由于传统的体外点标记的方法在点源的制作标记 方面较为复杂，操作带来的误差较大，故本文提出一种新的解决方案，基于简单的体外标记 (无创）、空间配准的软件融合方法，将分离的医学影像设备所采集到的图像进行融合，使 得小动物多模态图像融合获得理想的结果。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种小动物多模态医学影像配准及图像融合方法，解决了 现有技术中存在的体外标记点难以标记制作，操作过程要求较高，融合计算量大，融合效果 不理想等缺陷。
[0006] 为了解决现有技术中的存在的问题，本发明提供的技术方案如下：
[0007] 一种小动物多模态医学影像配准及图像融合方法，包括以下步骤：
[0008] 第一步、体外标记物的设计。本方法采用体外标记配准，在可移动的小动物床外侧 固定有2根相交的呈直线状的管子，管子材料不影响影响设备图像采集拍摄，管子内部可 注射不同显像设备的混合造影剂。
[0009] 第二步、分别获取设备1图像序列P1，设备2图像序列P2，由于不同设备采集到的 图像各向分辨率不一致，以最大精度图像为基准进行三线性插值统一分辨率。
[0010] 第三步、遍历PdPP2序列，确定标记装置在每帧断层图像上的位置（用质心表 示）。针对所采集到的所有点，进行直线拟合，得到两条直线在设备1和设备2原始坐标系 下的直线方程。
[0011] 第四步、在Pi&P2序列中，选择一条直线记为I1，并选定与另一条直线记为12相 交的反方向作为新坐标系的Z方向（ZKrf)。在P1图像序列中I2上任取一点P，过该点做直 线I1的垂线，记垂足为OM，计算点P和CW的距离并记为d，O 所指方向为新坐标系的X 方向（Xltef);同理，P2图像序列中，在12上确定点P，使得点P到直线Ii的距离等于d，记垂 足为Oltef。确定OltefP所指方向为新坐标系的X方向（Xltef)。
[0012] 第五步、计算坐标转换矩阵。？1序列中参考坐标系的单位坐标轴矢量Χμ，Υμ，Ζμ 和原点Oltef均由Pi图像序列的成分如下表示（其中eΛe2x，e3x为原始坐标系XYZ方向单位 向量，X。，yQ，Ztl为〇Ke;f在原始坐标系下坐标）：
[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] 则可以确定新坐标和原始坐标系之间的转换关系H。
[0018]

【权利要求】
1. 一种小动物多模态医学影像配准及融合方法，该方法采用体外标记，在用于转移小 动物的装置外侧固定有2根相交管子，管子材料不影响医学影像设备图像的采集，管子内 部注射有医学影像设备混合造影剂，能够同时在不同医学影像设备上显像。
2. 根据权利要求1所述的一种小动物多模态医学影像配准及融合方法，其特征在于采 用空间刚体配准、建立空间参考坐标系的方法，其特征在于包括以下步骤： 51、 分别获取设备1图像序列Pi，设备2图像序列P2，由于不同设备采集到的图像各向 分辨率不一致，以最大精度图像为基准进行三线性插值统一分辨率； 52、 遍历PJP P 2序列，确定标记装置在每帧断层图像上的位置，所述位置用质心表示， 针对所采集到的所有点，进行直线拟合，得到两条直线在设备1和设备2原始坐标系下的直 线方程； 33、在P，P 2序列中，通过标记装置所确定的两条直线，在各自序列中确定参考坐标 系，设？:序列中参考坐标系和原始坐标系之间的转换关系为H，点A在p i图像序列中坐标为 A= (x，y，z)T，在参考坐标系下为A" = (x〃，y"，z" )T，则二者坐标关系为A" =H*A; 设？2序列中参考坐标系和原始坐标系之间的转换关系为H'点A'在p2图像序列中坐标为 A' = "'"'。'"，在参考坐标系下为六"二""^"^"八则二者坐标关系为六"： 矿私'，可得Pi序列与P 2序列像素点坐标关系为A' = H、H*A，即可实现图像配准。
3. 根据权利要求1所述的一种小动物多模态医学影像配准及融合方法，其特征在于图 像融合方法为全自动非人工干涉。
【文档编号】G06T7/00GK104504705SQ201410819671
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】罗守华, 杨晶, 李光, 顾宁 申请人:东南大学