一种用于多模态探测器系统的自动配准方法与流程

1.本技术属于医学设备自动控制技术领域，具体涉及一种用于多模态探测器系统的自动配准方法。


背景技术：

2.多模态探测系统通常将两种或多种不同探测器探测到的同一目标对象的图像进行耦合，以实现对目标对象的综合分析。例如pet/ct(positron emission tomography/computed tomography，正电子发射断层显像/计算机断层扫描)、pet/mr(positron emission tomography/magnetic resonance，正电子发射断层显像/磁共振成像)或spect/ct(singlephoton emission computed tomography/computed tomography，单光子发射计算机断层显像/计算机断层扫描)。不失一般性，下面以pet/ct为例对多模态探测内容进行说明。
3.pet是一种高端核医学影像诊断设备。在实际操作中利用放射性核素(如
18
f、
11
c等)对代谢物质进行标记并将核素注入人体，然后通过pet探测系统对患者进行功能代谢显像，反映生命代谢活动的情况。pet扫描通常会配套ct扫描以得到患者的解剖结构成像，两种图像最终进行同机融合，兼容功能成像和解剖成像的优点，达到早期发现病灶和以提示诊断疾病的目的，在恶性肿瘤规范化放射治疗过程中对肿瘤的准确分期，精确勾画靶区，优化放射治疗计划，评估放疗疗效等方面具有十分重要的价值。
4.为了便于pet图像和ct图像进行耦合分析，需要对pet探测器坐标系和ct探测器坐标系进行位置配准，保证两个探测器的图像可以准确对齐。pet/ct双探测器系统是将两者沿着轴向集成，被检测物体可以沿着轴向移动，依次通过ct和pet探测器进行成像。虽然，两个探测器系统在安装集成时会通过机械调节进行校准以保证两个坐标系的一致性，但是，机械调节的精度只能到毫米量级。残余的误差仍然会导致pet图像和ct图像不准确融合，影响诊断，同时还会在pet重建图像中产生衰减伪影。
5.现有技术提供一种申请号为cn201611239157.5，一种多模态探测系统图像融合的方法和装置，其利用液体源进行多模态配准操作，具有操作简单，降低成本，减少辐射等优势。然而，在上述配准过程中，需要操作人员在整个成像空间中依次手动勾划每一个pet点源和ct点源的成像区域并计算其重心坐标，作为pet系统和ct系统的定位基准，这在实际操作中比较耗时费事，而且最终的点源重心坐标值取决于操作人员的区域勾划操作，会影响配准结果的鲁棒性。
6.因此，为了得到准确的pet-ct融合图像以及为pet图像重建提供精确的衰减校正，如何对pet系统和ct系统坐标系做进一步高精度的自动化配准成为当前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本技术提供一种用于多模态探测器系统的自动配准方法。
9.(二)技术方案
10.为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
11.第一方面，本技术提供一种用于多模态探测器系统的自动配准方法，该方法包括：
12.s01、根据预先建立的至少六个点源的配准模体和已完成机械配准的多模态探测器系统，采用多模态探测器系统的中每一探测器对配准模体进行扫描，分别获得所述点源的第一图像和第二图像，所述第一图像为第一模态坐标系中的图像，第二图像为第二模态坐标系中的图像；
13.s02、根据配准模体内所有点源所属凹槽的间距，采用点源自动定位方式在第一图像中确定每一个点源的第一模态的位置坐标，在第二图像中确定每一点源的第二模态的位置坐标；
14.s03、根据每一点源对应所述第一模态的位置坐标、第二模态的位置坐标，采用非线性参数约束优化方式，获取第一模态坐标系和第二模态坐标系的转换矩阵中参数变量的数值，得到用于第一图像和第二图像融合使用的转换矩阵；
15.所述转换矩阵为基于多模态探测器系统中各探测器的坐标系的转换关系预先建立的包括平移参数变量、旋转参数变量的约束条件的矩阵。
16.可选地，所述多模态探测器系统包括：第一模态探测器和第二模态探测器；
17.所述第一模态探测器和第二模态探测器分别为pet探测器、ct探测器、spect探测器、mr探测器中的一种，且第一模态探测器和第二模态探测器不相同。
18.可选地，所述预先建立的至少六个点源的配准模体包括：
19.三个平行分布且结构相同的第一横板、第二横板、第三横板，所述第一横板、第二横板、第三横板通过第一竖板和第二竖板固定，所述第一横板、第二横板和第三横板上均放置有预设数目的点源凹槽，且任意四个点源凹槽不再相同平面内，且任意两个点源的直线距离大于预设长度；
20.所述第一横板、第二横板、第三横板、第一竖板和第二竖板均采用非金属材质，且每一个点源凹槽中以注射方式填充有混合液；
21.所述混合液包括：第一模态探测器对应的第一模态的示踪剂，第二模态探测器对应的第二模态的示踪剂；
22.已完成机械配准的多模态探测器系统的条件为：第一模态坐标系和第二模态坐标系的原点间距小于等于指定预设值(例如指定2mm)，且轴间角度小于等于指定预设角度(例如指定0.1
°
)。
23.可选地，若第一模态探测器为ct探测器，第二模态探测器为pet探测器，第一模态坐标系为ct坐标系，第二模态坐标系为pet坐标系，则已完成机械配准的多模态探测器系统中，pet坐标系和ct坐标系中的y轴正方向为垂直向下，pet坐标系和ct坐标系中z轴正方向为进床方向，pet坐标系和ct坐标系中x轴正方向满足右手定则；
24.所述转换矩阵m为：
[0025][0026]
或者，
[0027]
公式(1)为ct坐标系到pet坐标系的转换关系；
[0028]
公式(2)为pet坐标转换到ct坐标系的转换关系；
[0029]
其中，三维坐标(x,y,z)的上标表示坐标系所属的模态，即上标pet表示坐标值(x,y,z)是pet坐标系，上标ct表示坐标值(x,y,z)是ct坐标系；
[0030]
(sx,sy,sz)表示为ct坐标系原点在pet坐标系下的三维坐标，代表了坐标系原点在三个方向的平移偏差，(φ,θ,ψ)表示为在pet坐标系下ct坐标系中三维坐标轴绕pet坐标系中对应坐标轴的旋转角度，代表了三个方向的旋转偏差；
[0031]
转换矩阵m刻度了ct坐标系和pet坐标系的相对位置关系；
[0032]
如果两个坐标系重合，即则转换矩阵m为单位矩阵i4；
[0033]
所述转换矩阵m为可逆矩阵。
[0034]
可选地，在配准模体中的点源数目为六个时，配准模体内六个点源凹槽的间距为d
i,j
：
[0035]
表示点源序号公式(4)
[0036]
所述s02包括：
[0037]
s021、在ct坐标系对应的ct图像中，六个点源的y方向的坐标范围为：下标为点源序号，
[0038]
其中，a、b、c、d、e、f为基于配准模体的具体模态坐标系的信息预先确定的数值；例如a和f可均为120，b和e可均为80，c和d可均为20等，本实施例不对其限定，根据实际的模态坐标系的原点确定；
[0039]
s022、在ct图像中以第一横板、第二横板、第三横板各自所在范围内ct值为最大
值，选择直径dl
ct
的且覆盖点源的voi区域，获得所有点源的voi区域；
[0040]
针对每一个voi区域，获取ct坐标系中每一个点源的位置坐标(x
ct
,y
ct
,z
ct
)：
[0041][0042]
s023、基于pet坐标系和ct坐标系的关联，以ct坐标系中点源的位置坐标(x
ct
,y
ct
,z
ct
)为中心，以dl
pet
为半径，选择覆盖点源的球形voi区域；
[0043]
针对每一个球形voi区域，获取pet坐标系中每一个点源的位置坐标
[0044]
可选地，转换矩阵中平移参数变量(sx,sy,sz)和旋转变量参数(φ,θ,ψ)的变化范围阈值为：dl
sx
，dl
sy
，dl
sz
，dl
φ
，dl
θ
，dl
ψ
，则参数优化公式为：
[0045][0046]
and
[0047]
|sx|≤dl
sx
,|sy|≤dl
sy
,|sz|≤dl
sz
,|θ|≤dl
θ
,|ψ|≤dl
ψ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0048]
公式(7)中的上三角表示变量的估计值，上标t表示矩阵转置；
[0049]
转换矩阵参数值初始值为0，采用预设算法(如可以是sqp算法，还可以是别的算法，本发明不对此限定)和公式(1)、(2)、(5)、(6)和(7)迭代，获得作为转换矩阵的参数变量数值的全局最优解。
[0050]
可选地，所述s022包括：
[0051]
针对第一个横板，获取第一图像中对应第一横板范围内的ct值的最大值，以获取的ct值的最大值为中心选择一个直径为dl
ct
的voi区域作为选定的第一个点源的voi区域，将第一个voi区域内的所有ct值清零，并获取第一横板范围内剩余区域中ct值的最大值，并以该最大值为中心选择一个直径为dl
ct
的另一个voi区域作为选定的第二个点源的voi区域；
[0052]
重复上述第一横板选择两个点源的voi区域的方式，获取第二横板的两个点源的voi区域和第三横板的两个点源的voi区域；
[0053]
针对每一个点源的voi区域，获取每一个点源的第一类位置坐标
[0054][0055]
根据已知点源间距，对第一类位置坐标进行微调，坐标微调值(δx
ct
,δy
ct
,δz
ct
)；
[0056][0057]
and
[0058][0059]dij
为点源i和点源j的间距距离，δ表示变量的估计值；由上所述，dl
ct
为ct点源区域直径，用来表示ct坐标微调变化范围；
[0060]
坐标微调初始值为0，在加入坐标约束下得到最终的ct点源成像坐标值(x
ct
,y
ct
,z
ct
)；
[0061][0062]
可选地，所述s023包括：
[0063]
基于pet坐标系和ct坐标系的关联，以ct坐标系中点源的位置坐标(x
ct
,y
ct
,z
ct
)为中心，以dl
pet
为半径，选择覆盖点源的球形voi区域；
[0064]
针对每一个球形voi区域，获取pet坐标系中每一个点源的第一类位置坐标
[0065][0066]
根据已知点源间距，对第一类位置坐标进行微调，坐标微调值(δx
pet
,δy
pet
,δz
pet
)；
[0067][0068][0069]
and
[0070]
其中，
[0071]dij
为点源i和点源j的间距距离，δ表示变量的估计值；dl
pet
为pet点源区域直径，用来表示pet坐标微调变化范围；
[0072]
坐标微调初始值为0，在加入坐标约束下得到最终的pet点源成像的位置坐标值(x
pet
,y
pet
,z
pet
)；
[0073][0074]
第二方面，本发明实施例还提供一种多模态探测图像融合的方法，包括：
[0075]
通过多模态探测器系统探测目标对象，得到第一模态坐标系的第一图像和第二模态坐标系的第二图像；
[0076]
基于上述第一方面任一所述的用于多模态探测器系统的自动配准方法获取的转换矩阵，获取将第一图像转换到第二模态坐标系中的第一转换图像，并将第一转换图像和
第二图像融合，得到多模态探测图像。
[0077]
第三方面，本发明实施例还提供一种多模态探测器系统，包括：主机、多模态探测器，所述主机和每一个多模态探测器电连接，其特征在于，
[0078]
所述主机执行上述第一方面任一所述的用于多模态探测器系统的自动配准方法获取转换矩阵执行对多模态探测器系统探测的第一图像和第二图像进行融合处理。
[0079]
(三)有益效果
[0080]
本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0081]
相比于传统的手动选取点源进行配准的方法，本发明的方法，节省了繁琐的手动选点操作，点源坐标可以自动计算得到；点源定位操作不依赖于实际操作人员，提高了算法的鲁棒性；相对于原来的重心法，自动配准算法可以提升点源位置的计算精度，有利于多模态系统更准确的配准。
[0082]
以pet/ct扫描系统为例，当配准模体经过pet和ct成像后，进行点源自动定位和配准参数自动计算，不依赖于人员操作，有助于简化配准流程，减少操作时间，提升配准结果的精度和鲁棒性。
[0083]
本发明的自动配准的方法节省了繁琐的手动选点操作，点源坐标可以自动计算得到；点源定位操作不依赖于实际操作人员，相对于原来的重心法，自动配准算法可以提升点源位置的计算精度，有利于多模态系统更准确的配准。
附图说明
[0084]
图1为本发明一实施例提供的用于多模态探测器系统的自动配准方法的流程图；
[0085]
图2和图3为本发明实施例中使用的配准模体的示意图；
[0086]
图4为多模态探测器系统的部分结构示意图；
[0087]
图5为点源的序号的示意图。
具体实施方式
[0088]
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
[0089]
实施例一
[0090]
如图1所示，本实施例提供一种用于多模态探测器系统的自动配准方法的流程图，本实施例方法的执行主体可以是任一探测器所连接的处理图像的主机或单独处理图像的电子设备，本实施例的方法包括下述步骤：
[0091]
s01、根据预先建立的至少六个点源的配准模体和已完成机械配准的多模态探测器系统，采用多模态探测器系统的中每一探测器对配准模体进行扫描，分别获得所述点源的第一图像和第二图像，所述第一图像为第一模态坐标系中的图像，第二图像为第二模态坐标系中的图像；
[0092]
s02、根据配准模体内所有点源所属凹槽的间距，采用点源自动定位方式在第一图像中确定每一个点源的第一模态的位置坐标，在第二图像中确定每一点源的第二模态的位
置坐标；
[0093]
s03、根据每一点源对应所述第一模态的位置坐标、第二模态的位置坐标，采用非线性参数约束优化方式，获取第一模态坐标系和第二模态坐标系的转换矩阵中参数变量的数值，得到用于第一图像和第二图像融合使用的转换矩阵；
[0094]
所述转换矩阵为基于多模态探测器系统中各探测器的坐标系的转换关系预先建立的包括平移参数变量、旋转参数变量的约束条件的矩阵。
[0095]
举例来说，在本实施例中，多模态探测器系统包括：第一模态探测器和第二模态探测器；
[0096]
所述第一模态探测器和第二模态探测器分别为pet探测器、ct探测器、spect探测器、mr探测器中的一种，且第一模态探测器和第二模态探测器不相同。
[0097]
参照图2至图5所示，所述预先建立的至少六个点源的配准模体包括：
[0098]
三个平行分布且结构相同的第一横板、第二横板、第三横板，所述第一横板、第二横板、第三横板通过第一竖板和第二竖板固定，所述第一横板、第二横板和第三横板上均放置有预设数目的点源凹槽，且任意四个点源凹槽不再相同平面内，且任意两个点源的直线距离大于预设长度；
[0099]
所述第一横板、第二横板、第三横板、第一竖板和第二竖板均采用非金属材质，且每一个点源凹槽中以注射方式填充有混合液；
[0100]
所述混合液包括：第一模态探测器对应的第一模态的示踪剂，第二模态探测器对应的第二模态的示踪剂；
[0101]
已完成机械配准的多模态探测器系统的条件为：第一模态坐标系和第二模态坐标系的原点间距小于等于指定预设值如可以是2mm，且轴间角度小于等于指定预设角度如可以为0.1
°
。
[0102]
若第一模态探测器为ct探测器，第二模态探测器为pet探测器，第一模态坐标系为ct坐标系，第二模态坐标系为pet坐标系，则已完成机械配准的多模态探测器系统中，pet坐标系和ct坐标系中的y轴正方向为垂直向下，pet坐标系和ct坐标系中z轴正方向为进床方向，pet坐标系和ct坐标系中x轴正方向满足右手定则；如图4所示。
[0103]
本实施例中，预先建立的转换矩阵m为：
[0104][0105]
[0106]
或者，
[0107]
公式(1)为ct坐标系到pet坐标系的转换关系；
[0108]
公式(2)为pet坐标转换到ct坐标系的转换关系；
[0109]
其中，三维坐标(x,y,z)的上标表示坐标系所属的模态，即上标pet表示坐标值(x,y,z)是pet坐标系，上标ct表示坐标值(x,y,z)是ct坐标系；
[0110]
(sx,sy,sz)表示为ct坐标系原点在pet坐标系下的三维坐标，代表了坐标系原点在三个方向的平移偏差，(φ,θ,ψ)表示为在pet坐标系下ct坐标系中三维坐标轴绕pet坐标系中对应坐标轴的旋转角度，代表了三个方向的旋转偏差；
[0111]
转换矩阵m刻度了ct坐标系和pet坐标系的相对位置关系；
[0112]
如果两个坐标系重合，即则转换矩阵m为单位矩阵i4；
[0113]
本实施例的转换矩阵m为可逆矩阵，如公式(1)和公式(2)。
[0114]
在一种可能的实现方式中，在配准模体中的点源数目为六个时，配准模体内六个点源凹槽的间距为d
i,j
：
[0115]
表示点源序号公式(4)
[0116]
在实际应用中，前述图1所示的步骤s02可包括下述的子步骤s021至子步骤s023：
[0117]
s021、在ct坐标系对应的ct图像中，六个点源的y方向的坐标范围可为：下标为点源序号，
[0118]
本实施例的a、b、c、d、e、f为基于配准模体的具体模态坐标系的信息预先确定的数值，具体地上述参数可为下述参数，本实施例不对其限定。
[0119][0120]
s022、在ct图像中以第一横板、第二横板、第三横板各自所在范围内ct值为最大值，选择直径dl
ct
的且覆盖点源的voi区域，获得所有点源的voi区域；
[0121]
针对每一个voi区域，获取ct坐标系中每一个点源的位置坐标(x
ct
,y
ct
,z
ct
)：
[0122][0123]
s023、基于pet坐标系和ct坐标系的关联，以ct坐标系中点源的位置坐标(x
ct
,y
ct
,z
ct
)为中心，以dl
pet
为半径，选择覆盖点源的球形voi区域；
[0124]
针对每一个球形voi区域，获取pet坐标系中每一个点源的位置坐标
[0125]
此时，转换矩阵中平移参数变量(sx,sy,sz)和旋转变量参数(φ,θ,ψ)的变化范围阈值为：dl
sx
，dl
sy
，dl
sz
，dl
φ
，dl
θ
，dl
ψ
，则参数优化公式为：
[0126][0127]
and
[0128]
|sx|≤dl
sx
,|sy|≤dl
sy
,|sz|≤dl
sz
,|θ|≤dl
θ
,|ψ|≤dl
ψ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0129]
公式(7)中的上三角表示变量的估计值，上标t表示矩阵转置；
[0130]
转换矩阵参数值初始值为0，采用预设算法如sqp算法和公式(1)、(2)、(5)、(6)和(7)迭代，获得作为转换矩阵的参数变量数值的全局最优解。
[0131]
特别说明的是，上述实施例的具体实现过程是以ct和pet两个模态进行举例说明的，但是本实施例并不限定仅仅是ct和pet两个模态，其他模态也是可以的，其上标进行更换即可，转换矩阵是一致的。
[0132]
上述实施例的方法，节省了繁琐的手动选点操作，点源坐标可以自动计算得到；点源定位操作不依赖于实际操作人员，提高了算法的鲁棒性；相对于原来的重心法，自动配准算法可以提升点源位置的计算精度，有利于多模态系统更准确的配准。
[0133]
实施例二
[0134]
本实施例针对多模态探测器系统自动配准的方法进行详细说明。以pet/ct扫描系统为例，当配准模体经过pet和ct成像后，进行点源自动定位和配准参数自动计算。以下给出的步骤中带有预先人工操作的步骤，在实际应用中，人工操作的均属于提前初始化准备的过程，而在配准过程中，人工并不参与任何操作，其均为自动配准的过程，此方法具体步骤如下：
[0135]
第一步：该步骤主要是对配准模体的结构进行说明，如图2和图3所示，该坐标配准模体包括第一横板、第二横板、第三横板以及用于固定第一横板、第二横板、第三横板的第
一竖板和第二竖板。
[0136]
通常，在第一横板、第二横板和第三横板上放置一定数目的点源凹槽，用做点源以进行配准中的成像。点源凹槽位置要求任意四个点源不在相同平面内，并且点源彼此距离要尽量大以尽量充满成像视野。
[0137]
以坐标配准模体包括六个点源为例进行说明，如图2所示，每个横板上各放置两个点源凹槽，即第一横板上设置点源1和点源2，第二横板上设置点源3和点源4，第三横板上设置点源5和点源6。图3示出了该坐标配准模体的俯视图，该坐标配准模体中每个点源在垂直于地面方向的投影分布如图3所示。配准模体的第一横板、第二横板、第三横板以及第一竖板和第二竖板材料选择非金属塑料材质，一方面保证模体不会影响高密度点源的ct成像和位置评估(如重心位置评估)，另一方面非金属材料具有低衰减的特性，对pet成像产生的衰减干扰少，进而可以得到精确的ct点源图像和pet点源图像。
[0138]
第二步：在进行点源自动配准操作之前先需要对pet探测器和ct探测器进行机械调节配准，将pet坐标系和ct坐标系调节一致，即pet探测器所属的坐标系的原点和ct探测器所属的坐标系的原点重合，pet探测器的坐标系的x、y、z轴分别与ct探测器的坐标系的x、y、z轴平行，这样扫描后得到的pet图像和ct图像才可以保证准确的融合在一起。
[0139]
当然实际机械调节总会存在误差，无法保证两个系统坐标系完全重合，坐标系机械配准要求达到一定精度即可。在本实施例中，pet和ct坐标系的原点间距不大于2mm，坐标系轴间角度不大于0.1
°
。
[0140]
第三步：依次往点源凹槽注射x射线显影剂和pet示踪剂的混合液，保证充满且不溢出。混合液在空间中具有特定位置分布，可以看做高密度(远高于配准模体密度)放射性点源以供pet和ct成像。实际操作时，x射线显影剂可以采用医用碘油，示踪剂可以为18f-fdg(氟代脱氧葡萄糖)溶液。
[0141]
本实施例不限定上述的显影剂和示踪剂，还可以选择别的混合液，本实施例仅为举例说明。
[0142]
第四步：对配准模体分别进行pet和ct扫描，分别得到点源的ct图像和pet图像，基于ct图像和pet图像，获取点源的具体位置坐标(如获取点源的具体重心坐标)。以下步骤中需要对两个坐标系偏差进行准确评估，保证ct图像和pet图像中的六个点源分别重合。
[0143]
第五步：图4示出了pet坐标系和ct坐标系的具体定义。pet坐标系和ct坐标系的y轴正方向为垂直向下，pet坐标系和ct坐标系的z轴正方向为进床方向，pet坐标系和ct坐标系的x轴正方向满足右手定则。采用预先构造的转换矩阵m，用来刻度pet和ct坐标系的转换关系。
[0144]
转换矩阵m表示如下：
[0145][0146]
公式(1)中三维坐标(x,y,z)的上标表示坐标系，即上标pet表示坐标值(x,y,z)是pet坐标系，上标ct表示坐标值(x,y,z)是ct坐标系。转换矩阵m定义中(sx,sy,sz)表示为ct坐标系原点在pet坐标系下的三维坐标，代表了坐标系原点在三个方向的平移偏差，表示为在pet坐标系下ct三维坐标轴绕pet对应坐标轴的旋转角度，代表了三个方向的旋转偏差。
[0147]
由此可见，转换矩阵m刻度了ct坐标系和pet坐标系的相对位置关系。利用配准模体和配准算法，得到两个坐标系间的平移参数(sx,sy,sz)和旋转参数即可以构造的具体转换矩阵m，以实现将ct坐标系的图像转换到pet坐标系中，完成图像融合。
[0148]
如果两个坐标系重合，即则转换矩阵m为单位矩阵i4。
[0149]
因为转换矩阵m为可逆矩阵，所以pet坐标转换到ct坐标系的转换关系为：
[0150][0151]
第六步：本实施例中，多模态探测系统中的ct探测器和pet探测器对配准模体成像时，每个存放混合液的凹槽作为一个点源，ct探测器分别探测每个点源在ct坐标系中的坐标，以及pet探测器分别探测每个点源在pet坐标系中的坐标，然后根据每个点源在ct坐标系中的坐标以及在pet坐标系中的坐标，确定ct探测器坐标系和pet坐标系之间的转换关系m。
[0152]
由此可见点源坐标的准确评估是坐标系配准的关键，为了避免手动操作对点源定位的影响，本实施例提出了一种对点源自动定位的算法。点源自动定位算法需要考虑以下情况：配准模体是通过金属模支架挂在床头的，这会对高密度点源的ct位置选择带来干扰；
针管注入溶液有时会溢出凹槽，造成位置定位不准确如重心定位不准确；放射性溶液活度有时很弱，这会导致pet点源成像噪声非常大，影响重心定位准确性；pet探测器和ct探测器分辨率等因素对试验数据产生的影响；点源pet重建图像和重建参数相关，比如迭代次数等，这也会影响点源的分布和重心计算。
[0153]
鉴于配准模体内六个点源凹槽的间距是已知设计值，六个点源凹槽的间距表示为：
[0154][0155]
第七步：在ct图像中，选择ct值范围在(-200,200)，在ct图像中去掉金属模支架，然后对ct图像进行三平行平面拟合，因为第一横板、第二横板和第三横板平面尺寸和彼此间距已知，可以在ct图像中排除第一竖板和第二竖板，得到三个横板的位置，也就得到了六个点源的y方向的坐标范围。如果配准模体放在成像视野中心，如图5所示，则该公式中下标表示点源标号，横板间距为100mm，100 -20mm得到上述公式，该处的20mm为计算冗余。如果配准模体不在中心，依然可以根据横板位置拟合结果计算出ct点源的y方向坐标范围。
[0156]
第八步：由于ct点源是由高密度显影剂制备而成，因此点源ct值相对于横板和空气要大得多，这样可以在每一横板平面中依次自动勾划每个点源的成像范围。
[0157]
首先，寻找横板范围内ct值的最大值，然后以此为中心确定一个球形感兴趣区域(volume of interest，voi)，直径设置为dl
ct
，要求足够大以覆盖点源凹槽，比如直径1cm，这样可以勾划出对应点源区域。
[0158]
然后将此区域的ct值置零，再继续寻找横板范围内剩余区域中ct最大值，以此为中心勾划另一个球形区域，以覆盖下一个点源凹槽区域。
[0159]
重复此操作一直到横板范围内所有点源都被勾划出来。对于图2的配准模体，每个横板区域勾划两个ct点源，在三个横板平面中一共勾画出六个ct点源，并以ct值为权重计算出其位置坐标如第一类重心坐标，本实施例中以重心坐标进行举例说明，下述的位置坐标均为重心坐标；
[0160][0161]
点源标号根据第一类重心坐标判断，保证和图2中的点源标号相同。第一类重心坐标(x,y,z)上方的“·”符号表示其结果为重心坐标，可以作为下一步精细迭代调整的初始化参数。
[0162]
为了减少重心法计算ct点源坐标的误差，本实施例中利用已知点源间距，对第一类重心坐标进行微调，坐标微调值为(δx
ct
,δy
ct
,δz
ct
)：
[0163][0164]
坐标微调值满足下述条件：
[0165][0166]
and
[0167][0168]dij
为点源i和点源j的设计距离，如上公式(4)；公式(5)中的上三角表示变量的估计值；dl
ct
为ct点源区域直径，用来表示ct坐标微调变化范围。由公式(5)可知微调参数(δx
ct
,δy
ct
,δz
ct
)的计算是一个非线性约束优化问题，可以使用sqp(sequential quadratic programming)算法进行优化(本实施例不限定sqp算法，还可使用其他算法)。对坐标微调范围进行约束以保证优化结果不会发散。因为ct点源实际坐标与重心法得到的坐标差距不大，所以微调迭代误差很小，坐标微调初始值为0，在加入坐标约束下可以保证迭代最终收敛到全局最优解。
[0169]
最终得到精度更高的ct点源成像坐标值(x
ct
,y
ct
,z
ct
)：
[0170][0171]
第九步：由于自动配准过程是在机械配准之后进行，默认pet和ct坐标系的差别不大，因此以每个ct点源坐标为中心，勾划球形voi，直径设置为dl
pet
，保证能够完整包含pet点源图像，比如直径2cm，因此得到六个pet点源范围，并以pet值为权重计算出其第一类重
心坐标
[0172]
pet点源标号和ct点源标号相符，保证和图2中的点源位置相同。第一类重心坐标(x,y,z)上方的“·”符号表示其结果为重心坐标，可以作为下一步精细迭代调整的初始化参数。
[0173]
同时，为了减少重心法计算pet点源坐标的误差，利用已知点源间距，对第一类重心坐标进行微调，坐标微调值(δx
pet
,δy
pet
,δz
pet
)：
[0174][0175]
(δx
pet
,δy
pet
,δz
pet
)的约束条件如下：
[0176][0177]
and
[0178][0179]dij
为点源i和点源j的间距距离，如上公式(4)；公式(6)中的上三角表示变量的估计值；由上所述，dl
pet
为pet点源区域直径，可以用来表示pet坐标微调变化范围。
[0180]
由公式(6)可知微调参数(δx
pet
,δy
pet
,δz
pet
)的计算是一个非线性约束优化问题，本实施例中采用sqp算法进行优化求解。对坐标微调范围进行约束以保证优化结果不会发散。
[0181]
因为pet点源实际坐标与重心法得到的坐标差距不大，所以微调迭代误差很小，坐标微调值初始值为0，在加入坐标约束下可以保证迭代最终收敛到全局最优解。最终得到精度更高的pet点源成像坐标值：
[0182]
第十步：在得到点源在ct坐标系中的坐标值(x
ct
,y
ct
,z
ct
)和点源在pet坐标系中的坐标值(x
pet
,y
pet
,z
pet
)后，则可对转换矩阵参数值(公式(1))进行拟合，得到pet坐标系和ct坐标系的相互位置关系。
[0183]
由于自动配准操作是在机械调整之后进行的，两个坐标系位置相差不大，因此可以对参数变量加合适限制以避免优化结果发散。转换矩阵中平移参数变量(sx,sy,sz)和旋转变量参数的变化范围阈值分别定义为：dl
sx
，dl
sy
，dl
sz
，dl
θ
，dl
ψ
，比如dl
sx
＝2mm，dl
sy
＝2mm，dl
sz
＝2mm，dl
θ
＝0.1
°
，dl
ψ
＝0.1
°
。
[0184]
则参数优化公式为：
[0185][0186]
and
[0187]
|sx|≤dl
sx
,|sy|≤dl
sy
,|sz|≤dl
sz
,|θ|≤dl
θ
,|ψ|≤dl
ψ
ꢀꢀꢀ
(7)
[0188]
公式(7)中的上三角表示变量的估计值，上标t表示矩阵转置。由于公式(7)可知转换矩阵参数的评估是一个非线性约束优化问题，本实施例中采用sqp算法优化求解。对转换参数变化范围加以约束以保证优化结果不会发散，因为配准前进行过机械调整，pet坐标系和ct坐标系非常接近，因此参数迭代误差很小，转换矩阵参数值初始值为0，在加入约束下可以保证迭代最终收敛到全局最优解。
[0189]
得到的优化转换参数最终应用到ct图像中，将ct图像转换到pet坐标系下，既保证了融合图像的对齐，又保证ct衰减与pet图像相匹配，可以有效去除衰减伪影。
[0190]
上述实施例的自动配准方法是在多个探测器更换或移动后实现的，并不经常操作，跟随着探测器位置的变化才需要自动配准的实现，获得转换矩阵之后可以在每一次多模态图像融合的时候使用。
[0191]
实施例三
[0192]
本发明实施例还提供一种多模态探测图像融合的方法，本实施例的方法可包括：
[0193]
通过多模态探测器系统探测目标对象，得到第一模态坐标系的第一图像和第二模态坐标系的第二图像；
[0194]
基于上述实施例一或实施例二任一所述的用于多模态探测器系统的自动配准方法获取的转换矩阵，获取将第一图像转换到第二模态坐标系中的第一转换图像，并将第一转换图像和第二图像融合，得到多模态探测图像。
[0195]
另外，本发明实施例还提供一种多模态探测器系统，包括：主机、多模态探测器，所述主机和每一个多模态探测器电连接，其特征在于，
[0196]
所述主机执行上述实施例一或实施例二任一所述的用于多模态探测器系统的自动配准方法获取转换矩阵执行对多模态探测器系统探测的第一图像和第二图像进行融合处理。
[0197]
本实施例的主机可包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上实施例中任意一项所述的用于多模态探测器系统的自动配准方法或多模态探测图像融合的方法的步骤。
[0198]
可以理解，本实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。本文描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
[0199]
在本发明实施例中，处理器通过调用存储器存储的程序或指令，具体的，可以是应用程序中存储的程序或指令，处理器用于执行第一方面所提供的方法步骤。
[0200]
上述本发明实施例揭示的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
[0201]
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0202]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0203]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0204]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。