一种脑区影像配准的方法与系统与流程

1.本发明属于医学图像处理技术领域，尤其涉及一种脑区影像配准的方法与系统。


背景技术：

2.在做医学图像分析时，经常要将同一患者几幅图像放在一起分析，从而得到该患者的多方面的综合信息，提高医学诊断和治疗的水平。对几幅不同的图像作定量分析，首先要解决这几幅图像的严格对齐问题，这就是图像的配准。医学图像配准是指对于一幅医学图像寻求一种或一系列空间变换，使它与另一幅医学图像上的对应点达到空间上的一致。这种一致是指人体上的同一解剖点在两张匹配图像上有相同的空间位置。配准的结果应使两幅图像上所有的解剖点，或至少是所有具有诊断意义的点及手术感兴趣的点都达到匹配。
3.在检查过程中，由于病人的移动以及呼吸运动产生的不同时间点的图像中在核查中会产生误对齐，从而得到错误的异常区域，导致病情的误诊。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种脑区影像配准的方法，包括以下步骤：
5.步骤s101、获取患者的同一模态下的多个三维脑区图像，所述多个三维脑区图像包括注入造影剂之前和注入造影剂之后的多个不同时间点的序列图像；
6.步骤s103、以注入造影剂的时间点为界线，在该时间点之前选取任意一张三维脑区图像，标记为第一脑区图像o，和在该时间点之后任意选取一张三维脑区图像，标记为第二脑区图像i；
7.步骤s105、以所述第一脑区图像o作为基准图像，所述第二脑区图像i作为待配准图像，对所述待配准图像进行强度配准，得到第三脑区图像m；
8.步骤s107、对所述第三脑区图像m进行几何形变配准，得到配准后的脑区图像。
9.优选的，在使用造影剂之前需对患者进行碘过敏试验。
10.优选的，所述步骤s105中采用如下步骤进行强度配准：
11.使用模型i(p)＝f(o(p)) ∈对所述第二脑区图像i进行强度匹配，p为像素点，使得所述第二脑区图像i具有与第一脑区图像o相同的强度特征，f为待求的强度转换函数，∈是随时间变换的噪声。
12.优选的，采用最小二乘法得到所述强度转换函数f的最优解。
13.优选的，所述步骤s105还包括：
14.基于所述强度转换函数f的最优解，对所述第二脑区图像i进行强度配准，得到第三脑区图像m。
15.优选的，所述步骤s107几何形变配准算法的公式为：
[0016][0017]
其中，v表示形变，m和o为所述第三脑区图像m和第一脑区图像o中相应点的强度，
▽
表示相应点的梯度。
[0018]
优选的，所述步骤s107采用高斯核的正则化策略优化算法。
[0019]
另一方面，本发明提供一种脑区影像配准的系统，包括图像获取模块、图像选择模块、强度配准模块以及几何形变配准模块；
[0020]
所述图像获取模块用于获取患者的同一模态下的多个三维脑区图像，包括注入造影剂之前和注入造影剂之后的多个不同时间点的序列图像；
[0021]
所述图像选择模块用于选取基准图像与待配准图像，在注入造影剂之前这个时间点的三维脑区图像中任意选取一张作为基准图像，标记为第一脑区图像o，在注入造影剂之后这个时间点的三维脑区图像中任意选取一张作为待配准图像，标记为第二脑区图像i；
[0022]
所述强度配准模块基于第一脑区图像o对第二脑区图像i进行强度配准，得到第三脑区图像m；
[0023]
所述几何形变配准模块用于对所述第三脑区图像m进行几何形变配准，得到配准后的脑区图像。
[0024]
本发明的有益效果是：
[0025]
本发明提供一种脑区影像配准方法及系统，能够有效避免在检查过程中不同时间点的图像产生误对齐的情况，提高医学诊断的水平。并且，本发明提供的脑区影像配准方法及系统对不同时间点的图像先进行强度配准，再进行几何形变配准，使得脑区影像配准的准确率更高。
附图说明
[0026]
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
[0027]
图1是示出根据本发明实施例的一种脑区影像配准的方法流程图；
[0028]
图2是示出根据本发明实施例的一种脑区影像配准的系统的示意图。
具体实施方式
[0029]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
[0030]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种
情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0031]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0032]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0033]
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
[0034]
如图1所示，本发明公开了一种脑区影像配准的方法，包括以下步骤：
[0035]
步骤s101、获取患者的同一模态下的多个三维脑区图像，多个三维脑区图像包括注入造影剂之前和注入造影剂之后的多个不同时间点的序列图像；
[0036]
步骤s103、以注入造影剂的时间点为界线，在该时间点之前选取任意一张三维脑区图像，标记为第一脑区图像o，和在该时间点之后任意选取一张三维脑区图像，标记为第二脑区图像i；
[0037]
步骤s105、以第一脑区图像o作为基准图像，第二脑区图像i作为待配准图像，对待配准图像进行强度配准，得到第三脑区图像m；
[0038]
步骤s107、对第三脑区图像m进行几何形变配准，得到配准后的脑区图像。
[0039]
在某一实施例中，在使用造影剂之前需对患者进行碘过敏试验，目前临床使用的造影剂多为含碘制剂，碘过敏试验的意义在于预防或者减少含碘造影剂引起的过敏反应。
[0040]
在某一实施例中，步骤s105中采用如下步骤进行强度配准：
[0041]
假定某一像素点p，使用如下模型对第二脑区图像i进行强度匹配i(p)＝f(o(p)) ∈，使得第二脑区图像i具有与第一脑区图像o相同的强度特征，f为待求的强度转换函数，∈是随时间变换的噪声。
[0042]
在某一实施例中，采用最小二乘法得到强度转换函数f的最优解。
[0043]
在某一实施例中，i(p)用如下多项式来表示：
[0044]
i(p)＝a0 a1×
o(p) a2×
o(p)2
…
ad×
o(p)d，其中a＝(a0 a1 a2
…
ad)为多项式系数，d为多项式的最高项次数，应用最小二乘法求多项式系数a的估计值b，则m(p)可以表示为：
[0045]
m(p)＝b0 b1×
o(p) b2×
o(p)2
…
bd×
o(p)d，
[0046]
分别对m与o中的各组织进行分割并求取n个采样点，则
[0047][0048]
则可以计算得到估计值b，其中r(p)＝i(p)-m(p)为残余误差。
[0049]
在某一实施例中，步骤s105还包括：
[0050]
基于强度转换函数f的最优解确定的多项式系数对第二脑区图像i进行强度配准，得到第三脑区图像m。
[0051]
在某一实施例中，步骤s107几何形变配准算法的公式为：
[0052][0053]
其中，v表示形变，m和o为图像m和o中相应点的强度，表示相应点的梯度，既使用静止图像的梯度，也使用运动图像的梯度来定义形变力，通过使用静止图像和运动图像两方面的力，算法可以收敛的更快。
[0054]
在某一实施例中，步骤s107采用高斯核的正则化策略优化算法，可以降低目标函数复杂度和不稳定程度，从而避免过拟合的危险。
[0055]
在某一实施例中，医生可以根据配准后的脑区图像中的脑血管等结构的几何形变判断病情
[0056]
如图2所示，本发明还提出了一种脑区影像配准的系统，包括图像获取模块、图像选择模块、强度配准模块以及几何形变配准模块；
[0057]
图像获取模块用于获取患者的同一模态下的多个三维脑区图像，包括注入造影剂之前和注入造影剂之后的多个不同时间点的序列图像；
[0058]
图像选择模块用于选取基准图像与待配准图像，在注入造影剂之前这个时间点的三维脑区图像中任意选取一张作为基准图像，标记为第一脑区图像o，在注入造影剂之后这个时间点的三维脑区图像中任意选取一张作为待配准图像，标记为第二脑区图像i；
[0059]
强度配准模块基于第一脑区图像o对第二脑区图像i进行强度配准，得到第三脑区图像m；
[0060]
几何形变配准模块用于对所述第三脑区图像m进行几何形变配准，得到配准后的脑区图像。
[0061]
本发明公开的实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行如上实施例所述的方法步骤。
[0062]
需要说明的是，本发明公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、rf(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
[0063]
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
[0064]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(an)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0065]
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0066]
描述于本发明公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
[0067]
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。