一種融合二維磁共振波譜和三維磁共振導(dǎo)航影像的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)影像后處理領(lǐng)域，涉及一種融合二維磁共振波譜與三維磁共振導(dǎo)航影像的方法；該方法采用磁共振原始數(shù)據(jù)的頭文件中定義的空間信息字段和非剛體面配準(zhǔn)算法，進行空間信息和影像配準(zhǔn)，生成融合波譜影像的磁共振三維導(dǎo)航信息。本發(fā)明所述的方法，解決了二維磁共振波譜影像與三位磁共振導(dǎo)航影像不能融合的問題，為導(dǎo)航增加代謝信息，操作簡便，耗時短（平均20分鐘），穩(wěn)定可靠，不需要額外引入硬件設(shè)施，便于臨床實踐應(yīng)用。
【專利說明】-種融合二維磁共振波譜和H維磁共振導(dǎo)航影像的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)影像后處理領(lǐng)域，涉及一種二維磁共振波譜與H維磁共振導(dǎo)航影 像融合的方法；該方法適用于腦部結(jié)構(gòu)影像和代謝影像的后處理。
【背景技術(shù)】
[0002] 神經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)的出現(xiàn)是神經(jīng)外科發(fā)展史上的里程碑，其使得神經(jīng)外科手術(shù)從單純 依賴術(shù)者主觀經(jīng)驗進入到客觀影像指引的時代，極大提高了手術(shù)安全性。神經(jīng)導(dǎo)航最常采 用的指導(dǎo)圖像是磁共振影像，H維的磁共振影像可全方位顯示腦部解剖結(jié)構(gòu)；但遺憾的是， 目前的H維磁共振導(dǎo)航影像還沒有納入磁共振波譜影像。所述磁共振波譜是用于影像診斷 的成熟技術(shù)，可提供腦組織或病變的代謝信息，在鑒別腫瘤性質(zhì)、惡性程度、侵潤范圍等方 面具有重大價值，若能將磁共振波譜影像融合入導(dǎo)航指引手術(shù)，將進一步提高手術(shù)安全性。
[0003] 所述二維磁共振波譜影像與H維磁共振導(dǎo)航影像無法融合的主要原因為二者格 式不同，波譜影像為.rda格式，導(dǎo)航序列所用圖象格式為DICOM格式，目前尚無將二者融合 的軟件。而臨床應(yīng)用過程中，只能憑主觀記憶在H維導(dǎo)航影像中還原波譜信息，方法粗趟， 誤差較大，可信度差。
[0004] 因此，如何通過影像后處理方法將二維磁共振波譜與H維磁共振導(dǎo)航影像精確融 合，是目前臨床亟待解決的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，提供一種二維磁共振波譜與H維磁 共振導(dǎo)航影像融合的方法；該方法采用空間信息配準(zhǔn)和非剛體面配準(zhǔn)融合影像，解決了二 維磁共振波譜影像與H位磁共振導(dǎo)航影像不能融合的問題，為導(dǎo)航增加代謝信息，操作簡 便，耗時短，便于臨床使用。
[0006] 本發(fā)明的二維磁共振波譜與H維磁共振導(dǎo)航影像融合的方法，其特征在于，采用 磁共振原始數(shù)據(jù)的頭文件中定義的空間信息字段和非剛體面配準(zhǔn)算法，進行空間信息和影 像配準(zhǔn)，生成融合波譜影像的磁共振H維導(dǎo)航信息，具體步驟為：
[0007] (1)獲得二維磁共振原始數(shù)據(jù)，通過磁共振設(shè)備自帶的商業(yè)軟件進行初步后處理， W化o/NAA為感興趣值，生成二維磁共振波譜影像；
[0008] (2)獲得H維磁共振導(dǎo)航DICOM數(shù)據(jù)，W二維磁共振波譜影像為參照，W腦內(nèi)病變 區(qū)為中也，定義感興趣區(qū)；
[0009] (3)將上述數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作站，進行波譜影像與導(dǎo)航影像的空間信息配準(zhǔn)；二 維磁共振波譜原始數(shù)據(jù)的頭文件中定義空間信息的字段主要為：Slice化ickness (層 厚），PositionVector (位置矢量），RowVector (行矢量），ColumnVector (列矢 量），PixelSpacingRow (像素行間隔），PixelSpacingCol (像素列間隔）；H維磁共振 導(dǎo)航影像的DICOM圖像頭文件中定義空間信息的字段主要為：Slice化ickness(層 厚），Image化StionPatient (患者圖像位置），ImageOrientationPatient (患者圖像定 位），PixelSpacing (像素間隔）；該兩組數(shù)據(jù)么間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為(如圖2所示）：
[0010] SliceTliickness (DICOM) =SliceTliickness (rda)
[0011] ImagePostionPatient G3IC0M)=PositionVector (rda)
[0012] ImageOrientationPatient OlCOM) = [RowVector, ColumnVector] (rda)
[0013] PixelSpacing G3IC0M) = [PixelSpacingRow, PixelSpacingCol];
[0014] (4)進一步非即體法影像配準(zhǔn)，具體算法為：
[0015] 蘭維導(dǎo)航影像作為參照影像R(i，j，k)(i，j，k為體束指數(shù)），其特征點設(shè)為 r二的)二維波譜影像作為漂浮影像F(i，j，k)(i，j，k為體束指數(shù)），其特征點設(shè)為 S = ，變形場U (X ID);由于點集T和S的一致性需要確定，因此設(shè)計的能量函數(shù)為，
[0016] J (R, F, S, T ID) = IntensityMatching 巧,F Oj (P ID)))
[0017] + A X 化intMatching 訂，U (S ID)
[0018] 為測定上述函數(shù)的相似度，采用互相關(guān)（化oss-Correlation)作為度量標(biāo)準(zhǔn)， X,,,,, (R (/\ JJ)-R )(F(U{ I D)) - 7^)
[0019] , I。 -I。
[0020] ；
[0021] (5)通過設(shè)定阿爾法值，調(diào)節(jié)兩個圖像的像素權(quán)重，若阿爾法為1，完全顯示導(dǎo)航圖 像；若為0. 5,各顯示50% ;若為0,只顯示波譜；可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)；
[0022] (6)若為多層面二維波譜圖，重復(fù)上述步驟；
[0023] (7)將配準(zhǔn)融合的影像最終生成DICOM文件，導(dǎo)入導(dǎo)航設(shè)備，應(yīng)用于臨床。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，其優(yōu)點為；解決了二維磁共振波譜影像與H位磁共振 導(dǎo)航影像不能融合的問題，操作簡便，耗時短(平均20分鐘)，穩(wěn)定可靠，不需要額外引入硬 件設(shè)施，便于臨床應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[00巧]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0026] 圖1為本發(fā)明所述方法的整體步驟流程圖。
[0027] 圖2為二維磁共振波譜圖與H位磁共振導(dǎo)航影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖，其中，
[0028] ( 1)表示列像素間隔，（2)表示行像素間隔。
[0029] 圖3顯示了二維磁共振波譜選擇感興趣區(qū)及定義空間信息。
[0030] 圖4顯示了配準(zhǔn)后將二維磁共振波譜感興趣位置與H維磁共振導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合，并 實現(xiàn)H維顯示，其中，高亮正方形為波譜感興趣祀點。
【具體實施方式】 [00引]實施例1
[0032] 本二維磁共振波譜與H維磁共振導(dǎo)航影像融合的方法，具體步驟為：
[0033] (1)獲取磁共振波譜及磁共振導(dǎo)航圖像原始數(shù)據(jù)，初步處理生成二維及H維圖 像；
[0034] (2)分別在二維磁共振波譜影像及H維磁共振導(dǎo)航影像上設(shè)定感興趣區(qū)；
[0035] (3)進行波譜影像與導(dǎo)航影像的空間信息配準(zhǔn)；
[0036] (4)進行非剛體方法進行二維磁共振波譜影像與H維磁共振導(dǎo)航影像配準(zhǔn)融合， 生成融合的DICOM文件，導(dǎo)出到導(dǎo)航設(shè)備用于臨床；
[0037] (5)可根據(jù)需要隨時調(diào)整二種圖像權(quán)重，達到最優(yōu)顯示效果。
[00測 實施例2
[0039] 本發(fā)明采用磁共振原始數(shù)據(jù)的頭文件中定義的空間信息字段和非剛體面配準(zhǔn)算 法，進行空間信息和影像配準(zhǔn)，生成融合波譜影像的磁共振H維導(dǎo)航信息，具體步驟為：
[0040] (1)獲得二維磁共振原始數(shù)據(jù)，通過磁共振設(shè)備自帶的商業(yè)軟件進行初步后處理， W化o/NAA為感興趣值，生成二維磁共振波譜影像；
[0041] (2)獲得H維磁共振導(dǎo)航DICOM數(shù)據(jù)，W二維磁共振波譜影像為參照，W腦內(nèi)病變 區(qū)為中也，定義感興趣區(qū)；
[0042] (3)將上述數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作站，進行波譜影像與導(dǎo)航影像的空間信息配準(zhǔn)；二 維磁共振波譜原始數(shù)據(jù)的頭文件中定義空間信息的字段主要為：Slice化ickness (層 厚），PositionVector (位置矢量），RowVector (行矢量），ColumnVector (列矢 量），PixelSpacingRow (像素行間隔），PixelSpacingCol (像素列間隔）；S維磁共振 導(dǎo)航影像的DICOM圖像頭文件中定義空間信息的字段主要為：S1 ice化ickness(層 厚），ImagePostionPatient (患者圖像位置），ImageOrientationPatient (患者圖像定 位），PixelSpacing (像素間隔）；該兩組數(shù)據(jù)么間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為(如圖2所示）：
[0043] SliceTliickness (DICOM) =SliceTliickness (rda)
[0044] ImagePostionPatient G3IC0M)=PositionVector(rda)
[0045] ImageOrientationPatient OlCOM) = [RowVector, ColumnVector] (rda)
[0046] PixelSpacing G3IC0M) = [PixelSpacingRow, PixelSpacingCol];
[0047] (4)進一步非即體法影像配準(zhǔn)，具體算法為：
[0048] 蘭維導(dǎo)航影像作為參照影像R(i，j，k)(i，j，k為體束指數(shù)），其特征點設(shè)為 r = 二維波譜影像作為漂浮影像F(i，j，k)(i，j，k為體束指數(shù)），其特征點設(shè)為 S =扣店，變形場U (X ID);由于點集T和S的一致性需要確定，因此設(shè)計的能量函數(shù)為，
[0049] J 化 F, S, T ID)二 IntensityMatching (R, F Oj 巧 ID)))
[0050] +A XPointMatching(T, U(S ID)
[0051] 為測定上述函數(shù)的相似度，采用互相關(guān)（化oss-Correlation)作為度量標(biāo)準(zhǔn)， 乙,,,(W(/.，./，片）-廬X /--儀'（戶I " W - ^)
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[0054] (5)通過設(shè)定阿爾法值，調(diào)節(jié)兩個圖像的像素權(quán)重，若阿爾法為1，完全顯示導(dǎo)航圖 像；若為0. 5,各顯示50% ;若為0,只顯示波譜；可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)；
[00巧](6)若為多層面二維波譜圖，重復(fù)上述步驟；
[0056] (7)將配準(zhǔn)融合的影像最終生成DICOM文件，導(dǎo)入導(dǎo)航設(shè)備，應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1. 一種融合二維磁共振波譜與三維磁共振導(dǎo)航影像的方法，其特征在于，采用磁共振 原始數(shù)據(jù)的頭文件中定義的空間信息字段和非剛體面配準(zhǔn)算法，進行空間信息和影像配 準(zhǔn)，生成融合波譜影像的磁共振三維導(dǎo)航信息，其包括步驟： (1) 獲得二維磁共振原始數(shù)據(jù)，通過磁共振設(shè)備的商業(yè)軟件進行初步后處理，以Cho/ NAA為感興趣值，生成二維磁共振波譜影像； (2) 獲得三維磁共振導(dǎo)航DICOM數(shù)據(jù)，以二維磁共振波譜影像為參照，以腦內(nèi)病變區(qū)為 中心，定義感興趣區(qū)； (3) 將上述數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作站，進行波譜影像與導(dǎo)航影像的空間信息配準(zhǔn)；所述二維磁共 振波譜原始數(shù)據(jù)的頭文件中定義空間信息的字段主要為：SliceThickness, PositionVecto r，RowVector，ColumnVector，PixelSpacingRow, PixelSpacingCol ;所述三維磁共振導(dǎo)航影 像的DICOM圖像頭文件中定義空間信息的字段主要為：SliceThickness, ImagePostionPat ient, ImageOrientationPatientjPixelSpacing ； (4) 進一步非剛體法影像配準(zhǔn)； (5) 通過設(shè)定阿爾法值，調(diào)節(jié)所述兩個圖像的像素權(quán)重，若阿爾法為1，完全顯示導(dǎo)航圖 像；若為0? 5,各顯示50% ;若為0,只顯示波譜；根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)； (6) 若為多層面二維波譜圖，重復(fù)上述步驟； (7) 將配準(zhǔn)融合的影像最終生成DICOM文件，導(dǎo)入導(dǎo)航設(shè)備。 2?按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（3)中，所述二維磁共振波譜原始 數(shù)據(jù)與三維磁共振導(dǎo)航影像的DICOM圖像頭文件數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： SliceThickness(DICOM)=SliceThickness(rda) ImagePostionPatient(DICOM)=PositionVector(rda) ImageOrientationPatient(DICOM) = [RowVector, ColumnVector](rda) PixelSpacing(DICOM) = [PixelSpacingRow, PixelSpacingCol]〇
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（4)中通過下述方法進行非剛體法 影像配準(zhǔn)： 所述三維導(dǎo)航影像作為參照影像R(i，j，k)，（i，j，k)為體束指數(shù)，設(shè)f =為其特 征點，所述二維波譜影像作為漂浮影像F(i，j，k)，（i，j，k)為體束指數(shù)，設(shè)f =化}^為其特 征點，變形場U U ID);根據(jù)點集T和S的一致性，確定能量函數(shù)為， J (R, F, S, TID) = IntensityMatching (R, F (U (P | D))) + 入 XPointMatchingCT, U(S|D) 米用互相關(guān)（Cross-Correlation)作為度量標(biāo)準(zhǔn)，測定上述函數(shù)的相似度
【文檔編號】A61B5/055GK104224175SQ201310454669
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】姚成軍, 吳勁松, 湯偉軍, 劉翌勛, 莊冬曉, 邱天明, 毛穎, 周良輔 申請人:復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院