专利名称：基于磁共振图像人体腹部脂肪体积的半自动量化方法
技术领域：
本发明属于磁共振成像技术领域，具体的是一种基于磁共振图像人体腹部脂肪体积的半自动量化方法。
背景技术：
准确定量人体腹部脂肪在医学临床上有着重要的意义。首先，当今急剧上升的肥胖症发病率严重危害着人体健康，腹部脂肪体积定量为过度肥胖症状诊断提供了一个非常重要的依据；此外，腹部外科手术现已十分普及，准确的腹部脂肪体积定量可以给外科医生提供脂肪厚度和皮下组织深度等信息，有助于外科手术更加 精准的实施。磁共振成像具有无损伤、软组织对比度高、图像分辨率高等特点，目前已经广泛应用于临床医学诊断。利用磁共振单激发快速自旋回波序列对人体腹部进行T2加权成像，其中的脂肪组织信号很高，与其它组织形成强烈的对比，另外该图像信噪比高运动伪影少，为观测人体腹部脂肪组织，定量腹部脂肪体积提供了有效的成像技术手段。传统的对人体腹部脂肪体积定量的方法由临床放射科医师在磁共振图像中找到需要定量脂肪的腹部位置。具体做法是先确定需要做脂肪定量的图像层面，然后手动描绘每一层图像中的脂肪组织，最后累加计算每一层所描绘的脂肪区域的体积，从而达到对腹部脂肪体积定量。上述现有的手工描绘的方法虽然可以达到对人体腹部脂肪体积定量的目的，但是该方法存在许多不足之处。该方法第一个缺点是耗时长，效率低且劳动强度大，这是因为在对每个个体腹部脂肪体积定量的过程中需要描绘数十层的图像，并累加计算各层的描绘结果。该方法的第二个缺点是无法精确定义所需做脂肪体积定量的腹部的范围，例如临床上通常参考肚脐，以在冠状位上下左右设定距离所得到的椭圆状的作为大致的定量范围。此夕卜，手动描绘还存在主观偏差大，可重复性差等缺点。
发明内容
针对上述现有技术人体腹部脂肪体积定量方法中存在的耗时长、工作量大、精确性受限制、可重复性差等不足之处，本发明提出一种基于磁共振图像人体腹部脂肪体积的半自动量化方法。本发明方法借助可显示磁共振图像的图形界面软件工具，显示人体腹部磁共振T2加权图像，准确高效选取腹部脂肪的定量位置及范围，再使用图像分割算法对所选范围内的腹部脂肪进行分割及其体积计算的半自动化定量。本发明中采用的图像分割算法是基于阈值分割的算法，判定阈值利用了传统的像素信号柱状图统计的方法。本发明中创新提出了逐行扫描分割以及判定分割终止的具体分割方式。本发明提出一种基于磁共振图像软件对人体腹部脂肪体积半自动化定量的方法，包括以下步骤
I)对人体腹部磁共振图像中肚脐位置进行标记，获取肚脐位置标记点的坐标；2)设定脂肪定量区域的距离范围并建立椭圆方程，确定冠状位上的脂肪定量区域；
3)对每一层磁共振图像的像素信号进行灰度值统计，建立柱状图，设定分割脂肪的阈
值；
4)根据所述阈值通过逐行扫描对腹部脂肪进行分割；
5)将每一层图像的分割的脂肪体积累加，实现脂肪体积定量。其中，所述步骤3)中将所述柱状图中背景像素峰和脂肪像素峰之间距离背景像素峰的0. 7位置处的强度值作为分割脂肪的阈值。
所述步骤4)中对分割范围内的每一层图像以从左至右逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的像素时分割开始，对右边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向右进行分割，否则结束该行分割；然后对分割范围内的图像以从右至左逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的像素时分割开始，对左边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向左进行分割，否则结束该行分割。该方法首先利用图形界面软件工具手动标记腹部磁共振图像中肚脐位置，并自动读取该标记点的成像坐标；手动设定距离范围并通过建立椭圆方程计算出冠状位上的椭圆形定量区域范围；然后通过对每一层图像的像素信号灰度值做统计并建立柱状图，设定分割脂肪的阈值；再通过逐行扫描地方式实现对腹部脂肪自动化分割；最终将每层的分割的体积累加，实现脂肪体积定量。本发明的优点是本发明同传统的由临床放射科医师人工手动描绘的方式定量脂肪体积的方法相比，大部分工作都由计算机自动完成，只需要少量手动操作过程，很大程度地降低了劳动强度，大大提高了工作效率。传统医师手动描绘方法对一份数据做脂肪体积定量需要20分钟以上时间，而本方法对一份数据做脂肪体积定量可在半分钟之内完成；此夕卜，与传统方法相比，本方法做脂肪体积定量更精确，主观性偏差小，可重复性好。
图I是腹部磁共振图像中肚脐处做标记的示意图。图2是人体腹部冠状面上的椭圆形定量范围区域的示意图。图3是利用像素灰度统计的柱状图设定分割脂肪的阈值的示意图。图4是最终完成脂肪分割的某一层横断位图像的示意图。
具体实施例方式结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。基于磁共振图像人体腹部脂肪体积的半自动量化方法的具体实施步骤包括如下
I)利用图形界面软件工具在腹部磁共振图像中的肚脐位置手动选取并标记为参考点，利用计算机程序读取该标记点的成像坐标，即相对于成像中心位置的左(右)，前(后)，上(下)的距离。2)相对于步骤I中的标记点，给定前、后、左、右、上、下的6个方向上的距离值以确定脂肪定量范围，并通过椭圆方程公式计算出冠状位上的椭圆形定量区域。3)对需要脂肪体积定量每一层图像的所有像素做灰度值统计并建立灰度值统计柱状图，检测出柱状图中背景像素峰和脂肪像素峰，以两峰之间距离背景像素峰的0. 7位置处的强度值作为分割脂肪的阈值。4)对分割范围内的每一层图像以从左至右逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的像素时分割开始，对右边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向右进行分割，否则结束该行分割；然后采用同样方法，对分割范围内的图像以从右至左逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的 像素时分割开始，对左边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向左进行分割，否则结束该行分割。5)计算每一层脂肪的分割体积并累加计算，得到最终的脂肪体积定量值。以下分步介绍利用本发明基于磁共振图像人体腹部脂肪体积的半自动量化方法在人体腹部T2加权磁共振图像中进行脂肪体积定量的具体过程。本实施例采集的磁共振图像数据为人体腹部T2加权图像(如图I、图2、图4所示)，通过GE I. 5T磁共振成像系统进行采集，所选用的成像序列为单激发快速自旋回波序列，扫描参数为图像分辨率(Matrix size) : 512X 512，视野(FOV) :480 mmX480 mm，重复时间(TR) : 916 ms,回波时间(TE): 93ms,层厚8 mm,层数44。(I)对腹部肚脐位置手动标记为参考点
利用图形界面软件工具在人体腹部T2加权磁共振图像中手动选取肚脐位置为参考点，如图I是腹部磁共振图像中肚脐处做标记的图例。本实施例中采用的图像界面软件为Osirix 4. O。然后获取该标记点的成像坐标，即该标记点相对于成像中心位置的左(或右)，前(或后)，上(或下)的距离。其中，成像中心位置是指磁共振成像系统中磁体和梯度线圈等中心点。本实施例中，肚脐标记点的坐标为左(L) : I. 6mm,前(A) :84. 9mm,上(S) :54. 2mm。如图I中的肚脐标记点的坐标为左1.6mm,前84. 9mm,上54.2 mm。(2)设定腹部脂肪体积的定量范围
相对于步骤(I)所标记的点，通过设定前、后、左、右、上、下的6个方向上的距离值以设定脂肪定量范围。本实施例中通过设定距离值为前3 cm，后5 cm，左28 cm，右28 cm，上3cm，下10 cm确定分割范围，并通过椭圆方程公式计算出冠状位上的椭圆形定量区域。如图2是通过计算得到的人体腹部冠状面的椭圆形定量范围区域的图例。(3)设定分割脂肪的阈值
对需要脂肪体积定量每一层图像的所有像素做灰度值统计并建立灰度值统计柱状图，检测出柱状图中背景像素峰和脂肪像素峰，以两峰之间距离背景像素峰的0. 7位置处的强度值作为分割脂肪的阈值。在柱状图中，背景信号低，接近于零位置；在12加权图像数据中，脂肪信号以高信号表现。本发明根据大量临床数据图像中组织对比度信息，总结得到以0，7位置处的强度值作为合适的分割脂肪的阈值。如图3是利用像素灰度统计的柱状图设定分割脂肪的阈值的图例。本实施例中分割脂肪的阈值为809。(4)对每一层图像中脂肪进行分割并定量
对感兴趣区域内的每一层图像以从左至右逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的像素时分割开始，对右边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向右进行分割，否则结束该行分割；然后采用同样方法，对分割范围内的图像以从右至左逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的像素时分割开始，对左边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向左进行分割，否则结束该行分割。其中，感兴趣区域由临床医生根据实际情况界定。本实施例中，根据放射科医生要求在相对于参考点的向上范围固定为3cm，向下位置固定为10cm，其余4个方向由医生根据病人体格胖瘦做适当地自由调试，参考图2，图4和图5。本发明中，分割脂肪是指将图像中的属于脂肪的部分提取出来。如图4是最终完成脂肪分割的某一层横断位图像实例。
(5)计算得到脂肪体积总量
将所有层面分割得到的脂肪量相加，即可得到脂肪体积总量，
本实施例脂肪体积定量的结果为2045. I毫升。本发明方法借助磁共振图像软件显示图像，在图像中选取所需定量的腹部脂肪的位置及范围，再利用图像分割算法对所选范围内的腹部脂肪进行分割并计算体积，实现对腹部脂肪体积的半自动化定量。与传统手动定量脂肪体积的方法相比，大大降低了人工劳动强度，提高了定量的时间效率和精确性。本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
权利要求
1.一种基于磁共振图像人体腹部脂肪体积的半自动量化方法，其特征在于，包括以下步骤 1)对人体腹部磁共振图像中肚脐位置进行标记，获取肚脐位置标记点的坐标； 2)设定脂肪定量区域的距离范围并建立椭圆方程，确定冠状位上的脂肪定量区域； 3)对每一层磁共振图像的像素信号进行灰度值统计，建立柱状图，设定分割脂肪的阈值； 4)根据所述阈值通过逐行扫描对腹部脂肪进行分割； 5)将每一层图像的分割的脂肪体积累加，实现脂肪体积定量。
2.如权利要求I所述方法，其特征在于，所述步骤3)中将所述柱状图中背景像素峰和脂肪像素峰之间距离背景像素峰的O. 7位置处的强度值作为分割脂肪的阈值。
3.如权利要求I所述方法，其特征在于，所述步骤4)中对分割范围内的每一层图像以从左至右逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的像素时分割开始，对右边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向右进行分割，否则结束该行分割；然后对分割范围内的图像以从右至左逐行扫描的方式分割脂肪，从检测到第一个高于阈值的像素时分割开始，对左边相邻像素进行阈值判断，如果高于阈值则继续向左进行分割，否则结束该行分割。
全文摘要
本发明公开了一种基于磁共振图像人体腹部脂肪体积的半自动量化方法，包括步骤对人体腹部磁共振图像中肚脐位置进行标记，获取肚脐位置标记点的坐标；设定脂肪定量区域的距离范围并建立椭圆方程，确定冠状位上的脂肪定量区域；对每一层磁共振图像的像素信号进行灰度值统计，建立柱状图，设定分割脂肪的阈值；根据所述阈值通过逐行扫描对腹部脂肪进行分割，将每一层图像的分割的脂肪体积累加，实现脂肪体积定量。本发明方法降低了劳动强度，大大提高了工作效率，并且对脂肪体积定量更精确，主观性偏差小，可重复性好。
文档编号A61B5/055GK102764125SQ20121025277
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者李建奇, 王丽嘉, 王乙, 裴孟超 申请人:华东师范大学