脑部asl、spect和mri图像配准融合联合分析的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[00011本发明涉及的是一种图像处理领域的技术，具体是一种脑部SPECT(Single-Photon Emission Computed Tomography，单光子发射计算机断层成像术）的脑血流灌注显 像测定的CBF(脑血流量，Cerebral Blood Flow)成像、MR(磁共振，Magnetic Resonance)成 像的ASL(动脉自旋标记，Arterial Spin Labeling)图像的配准融合联合分析的方法，属于 生物医学影像处理领域，具体是一种基于多模态图像的融合显示及感兴趣区域分割的技 术。
【背景技术】
[0002] 缺血性脑血管病是严重危害人类健康的疾病之一，具有高发病率、高死亡率、高致 残率的特点，严重影响人们的生活质量。早期检测缺血区域，及时为临床治疗方案制定提供 依据具有重要意义。目前SPECT、MR脑血流灌注显像已广泛应用于临床。脑血流量即单位时 间内流过单位重量脑组织的血液毫升数，一般是mL/100g/min。
[0003] SPECT脑血流灌注显像，称为功能性脑显像，是静脉注射小分子量、电中性、脂溶性 的显像剂 99mTc_ECD，它们能通过正常血脑屏障进入脑细胞，随后在脂解酶作用下转变为带 负电荷的单酸或者二酸化合物，从而滞留在脑组织内，显像剂进入脑细胞的量与局部脑血 流(rCBF)量成正相关。由于rCBF-般与局部脑功能代谢平行，故在一定程度上亦能反映局 部脑功能状态。
[0004] 近年出现的动脉自旋标记技术(ASL)，是以可自由弥散的水为内在示踪剂的MR灌 注成像方法，它利用反转脉冲标记上游动脉血中的水质子，将下游成像层所获标记图像与 没有标记的对照组减影而获得器官的血流量。ASL技术完全为无创性的方法，常用于出血、 钙化或位于颅底的病变进行测定。
[0005] 虽然SPECT和ASL均可以反应脑血流灌注，同时两种有一定的正相关性。但两种显 像方式所反应的内容不同，显像也是在两种设备、两种条件下完成的。目前尚无将两种显像 方法完整融合、归一化分析的图像处理技术，也无将功能性成像的SPECT和ASL图像与反映 解剖结构的MRI图像联合分析处理的图像处理技术。
【发明内容】
[0006] 本发明开发出一种新的软件程序，利用ITK、VTK和MFC软件编程技术，开发出一种 脑部ASL、SPECT和MRI图像配准融合联合分析感兴趣区域的方法及系统，能够把ASL图像反 映脑血流灌注和SPECT图像反映脑血流灌注以及MRI提供的脑部结构变化的优势结合起来， 通过给医生和医学专家提供交互标定操作，实现感兴趣区域的分割和分析，能提高对脑缺 血性疾病的准确判断，为临床医生制定合理的治疗方案提供影像学的指导。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 本发明涉及一种脑部ASUSPECT和MRI图像融合标定病理区域的方法，以MRI图像 为基准分别对ASL图像和MRI图像进行配准，然后将ASL图像和SPECT图像按照不同透明度进 行融合，并在SPECT图像的断层中标出待计算区域，通过对ASL图像的三次样条插值得到闭 合曲线后再由圆台逼近的方式得出待计算区域对应的体积、灰度值及感兴趣区域体灰度均 值。
[0009] 本发明具体包括以下步骤：
[0010] 步骤一，读取SPECT脑血流灌注图像数据并采样，对SPECT图像和MRI的T2图像进行 配准；
[0011]步骤二，读取ASL图像数据并采样，对MRI图像和MRI的T2图像进行配准；
[0012]步骤三，在步骤一和步骤二自动配准的基础上，提供专家手动交互操作辅助调整 对齐图像的接口，进行旋转、平移、三维断层移动微调使不同模态图像更精确地一一对准； [0013 ] 步骤四，SPECT、ASL图像分别和MRI的T2图像配准后，则认为ASL图像、SPECT图像和 MRI图像之间均实现了配准；
[0014] 步骤五，SPECT图像按显色方案进行伪彩色映射，ASL图像不映射伪彩色，具体为： 按SPECT图像0.8至0.6的透明度比例和ASL图像0.2至0.4的透明度比例进行图像融合，以 ASL图像作为底板；
[0015] 步骤六，根据融合图像的增强显示结果给医学专家提供依据，人工在SPECT图像中 置入标记点标定感兴趣区域，根据标记点标定的位置通过插值算法拟合成闭合曲线作为感 兴趣区域的边界；
[0016] 步骤七，在ASL图像上勾勒出感兴趣的区域，由于ASL图像与SPECT图像已经配准， 则由配准图像位置对应关系在SPECT图像上对应切割出ASL图像的区域；
[0017] 步骤八，不同断层图像同理采取步骤六和步骤七方法确定曲线拟合区域，断层间 采用三维断层插值算法计算三维区域，等价的不规则圆台即作为感兴趣区域体；
[0018] 步骤九，依次计算标定区域的灰度均值、对称对应区域以及灰度均值以比较分析。
[0019] 本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括:VTK图像融合显示模块、由标定点拟 合曲线单元与断层图像相关计算单元组成的多模态图像辅助分析模块，以及由读取图像单 元、图像重采样单元、ITK配准单元、交互操作微调单元组成的三模态图像配准模块，其中： 三模态图像配准模块与VTK图像融合显示模块相连，通过VTK图像融合显示模块显示配准后 三种模态图像的数据信息；多模态图像辅助分析模块与VTK图像融合显示模块相连，通过 VTK图像融合显示模块显示三个模态下对感兴趣区域的联合分析计算结果。 技术效果
[0020] 与现有技术相比，本发明的技术效果包括：同时使用了脑部ASL、SPECT和MRI图像 联合分析，不仅反映感兴趣区域功能上的变化情况，也反映对应解剖结构的变化情况。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明系统结构不意图；
[0022]图2为本发明方法流程示意图；
[0023]图3为三维断层插值算法示意图；
[0024] 图4为中心扩散算法示意图；
[0025] 图5为第一个和最后一个断层上的拟合曲线结果图；
[0026] 图6为中心扩散法在6个断层上拟合的曲线结果图；
[0027]图7为ASL图像和SPECT图像融合结果图。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，为一种脑部ASL、SPECT和MRI图像融合标定病理区域的系统，包括:VTK 图像融合显示模块、由标定点拟合曲线单元与断层图像相关计算单元组成的多模态图像辅 助分析模块，以及由读取图像单元、图像重采样单元、ITK配准单元、交互操作微调单元组成 的三模态图像配准模块，其中：三模态图像配准模块与VTK图像融合显示模块相连，通过VTK 图像融合显示模块显示配准后三种模态图像的数据信息；多模态图像辅助分析模块与VTK 图像融合显示模块相连，通过VTK图像融合显示模块显示三个模态下对感兴趣区域的联合 分析计算结果。
[0029] 所述的读取图像单元与图像重采样单元相连并传输读入图像的原始数据信息，图 像重采样单元与ITK配准单元相连并传输采样后适合ITK处理格式的数据信息，ITK配准单 元与交互操作微调单元相连并传输人工交互调整信息，标定点拟合曲线单元与断层图像相 关计算单元相连并传输人工交互标记的感兴趣区域信息。
[0030] 如图2所示，本实施例所述方法使用上海交通大学附属仁济医院所提供患者头部 扫描数据，本实施例多模态图像融合显示分析的方法包括以下步骤：
[0031 ] 1)首先对SPECT图像和MRI图像进行配准，使SPECT图像和MRI图像表达同一位置的 部分 对齐；
[0032] 2)对ASL图像和MRI图像进行配准，使ASL图像和MRI图像表达同一位置的部分一一 对齐；
[0033] 3)通过分别配准则使得SPECT图像、ASL图像、MRI图像实现了--对应；
[0034] 4)现有的对配准效果衡量并没有一种很好的评价标准，这里给专家提供人工交互 操作辅助调整对齐图像的操作接口，进行图像旋转、平移和三维断层移动，使图像间更加精 确的--对准；
[0035] 5)采用加权平均融合算法，即对不同模态的图像赋以不同的权重，根据权重来融 合多个模态的图像:Fdj'lOzAiAQ，j，k)+A2B(i，j，k) 44X2 = 1，其中：A(i，j，k)是待融 合图像A的灰度值、B(i，j，k)是待融合图像B的灰度值、F(i，j，k)是融合后图像的灰度值，i、 j和k分别表示融合图像像素的三维坐标；
[0036]所述的权重是以透明度的形式显示在最后融合的图像中，ASL图像分配了权重为 0.2至0.4，ECT图像分配了权重0.8至0.6，两者权重加起来和为1。
[0037] 6)通过交互操作手动置入少数几个标记点标定感兴趣区域，根据标记点标定的位 置通过插值算法拟合成闭合曲线作为感兴趣区域的边界。
[0038] 如图3所示，本实施例中采用三次样条插值，在感兴趣的区域边界上标记N(N 2 3) 个标记点，得到标记点集合Pi(x，y)l < i < n，对二维坐标(x，y)建立参数三次样条方程:fx (i) =Pix，fy(i) =Piy，通过三次样条曲线计算公式计算各个区间段内（X，y)关于三次样条曲 线方程的系数，在任意区间（i，i+l)上关于参数t的坐标计算公式为：
[0039 ] Qx (t) = Pi*x+ai* (t-Pix) +bi* (t-Pix) 2+Ci* (t-Pix)3;
[0040 ] Qy (t) = Pi*y+di* (t_Piy) +ei* (t_Piy) 2+fi* (t_Piy)3;
[0041]由此可得到拟合曲线上任意点的二维坐标，沿着拟合的曲线，需要计算采样点的 坐标，基于三次样条曲线离散长度积分公式为：
[0042] ?η" Τ^?
其中：STEP是步长，