CN104665857B - 多模态成像系统配准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多模态成像系统配准方法，所述多模态成像系统包括第一成像系统与第二成像系统，包括：提供用于第一成像系统的造影剂以及用于第二成像系统的示踪剂；将所述造影剂和所述示踪剂进行混合，形成点源；对所述点源进行多模态成像系统扫描获得第一图像与第二图像；根据所述点源在所述第一图像中的位置信息以及所述点源在所述第二图像中的位置信息，进行第一成像系统和第二成像系统配准。本发明能提高系统配准的精度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种多模态成像系统配准方法。
背景技术
正电子发射计算机断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）是一种利用向生物体内部注入正电子放射性同位素标记的化合物，而在体外测量它们的空间分布和时间特性的三维成像无损检测技术，具有灵敏度高、准确性好、定位准确的特点。
电子计算机X射线断层扫描技术（electronic computer X-ray tomographytechnique，CT）是一种X线束对人体的某一部分进行扫描的成像技术。当X线摄像人体组织时，部分射线被组织吸收、部分射线穿过人体被检测器官吸收、产生信号。
除了PET、CT之外，现代医疗器械领域还包括其他多种成像技术，例如：磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、单光子发射计算机断层成像(Single-PhotonEmission Computed Tomography，SPECT)等。多种成像技术提供了多种模态的医学图像。将多种模态的医学图像进行融合可以获得更丰富的诊断信息。
以PET/CT为例，PET可以提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息，而CT提供病灶的精确解剖定位，一次显像可获得全身各方位的断层图像,具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点。
对于多模态成像而言，图像配准是非常重要的步骤之一。不同模态图像的配准是指对一副图像进行一定的几何变换而映射到另一幅图像中，使得两幅图像中的相关点达到空间上的一致，以便于更准确地实现不同模态图像信息的匹配。
目前的PET国际标准(NEMA,IEC)是单独PET的标准而不是PET/CT(多模态态成像系统)的标准,不包含PET/CT配准的问题。中国的核医学国家及行业标准吸取了一些经验，提出使用NEMA Image Quality Phantom的成像来测量PET/CT的对准。该方法使用PET-CT扫描系统依次对装有放射性溶液的小球进行CT扫描、PET扫描获得含装有放射性溶液的小球图像信息的CT图像与PET图像，进而通过装有放射性溶液的小球图像信息在CT图像中的相对位置与在PET图像中的相对位置来进行PET-CT系统配准。然而在该方法中确定装有放射性溶液的小球在CT图像中的相对位置是通过操作人员鼠标点击来确定装有放射性溶液的小球的中心的，进而获得装有放射性溶液的小球在CT图像与PET图像中的相对位置，并根据该相对位置来进行PET-CT系统配准，因使用的装有放射性溶液的小球的直径比较大，且通过操作人员点击确定装有放射性溶液的小球中心会存在较大的误差，所述误差会进一步带入到对配准精度的测量上，从而导致测量值误差太大而失去意义。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种多模态成像系统配准方法，以提高系统配准精度。
为了解决所述技术问题，本发明提供一种多模态成像系统配准方法，所述多模态成像系统包括第一成像系统与第二成像系统，包括：提供用于第一成像系统的造影剂以及用于第二成像系统的示踪剂；将所述造影剂和所述示踪剂进行混合，形成点源；对所述点源进行多模态成像系统扫描获得第一图像与第二图像；根据所述点源在所述第一图像中的位置信息以及所述点源在所述第二图像中的位置信息，进行第一成像系统和第二成像系统配准。
可选地，所述第一成像系统为CT成像系统，所述第一成像系统的造影剂为CT成像系统用造影剂，所述第一图像为CT图像；所述第二成像系统为PET成像系统或SPECT成像系统，所述第二成像系统的示踪剂为PET或SPECT成像系统用示踪剂，所述第二图像为PET图像或SPECT图像。
可选地，所述第一图像是通过对点源进行第一成像系统扫描获得的，所述第二图像是通过对点源进行第二成像系统扫描获得的。
可选地，对所述点源进行多模态成像系统扫描获得第一图像与第二图像的步骤包括：对所述点源进行多模态成像系统扫描获得含点源信息的融合图像，调整融合图像中CT权重获得所述第一图像和第二图像。
可选地，所述第一图像是通过将融合图像中的CT权重调至100获得的，所述第二图像是通过将融合图像中的CT权重调整至0获得的。
可选地，所述CT成像系统用造影剂为碘佛醇、泛影酸盐、异泛影酸盐、碘海醇、碘异肽醇、碘普罗胺或碘维索；所述PET成像系统用示踪剂为氟18标记、碳11标记、氮13标记或氧15标记；所述SPECT成像系统用示踪剂为锝99m单光子示踪剂。
可选地，形成点源的步骤包括：提供容器；在所述容器中加入示踪剂和造影剂进行混合，存储有混合后示踪剂和造影剂的容器形成所述点源。
可选地，所述点源的横截面尺寸在0.1～10cm的范围内。
可选地，所述点源的数量为单个或多个。
可选地，根据所述点源在所述第一图像中的位置信息以及所述点源在所述第二图像中的位置信息，进行第一成像系统和第二成像系统配准的步骤包括：采用自动化算法获得所述点源在所述第一图像中的位置信息以及所述点源在所述第二图像中的位置信息。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
通过将所述示踪剂和所述造影剂进行混合，形成点源，再根据点源形成的图像进行配准，由于点源可以形成容易分辨的点成像，因此寻找图像中点成像的中心较为容易且误差较小，从而可以提高系统配准精度。
附图说明
图1是本发明多模态成像系统配准方法一实施方式的流程示意图；
图2是图1中步骤S2一实施例的示意图；
图3是按照本发明方法对点源进行PET-CT扫描后获得的PET-CT融合图像。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如背景技术所述，现有技术的图像配准方法中，由于所采用的特征小球比较大，难以找到特征小球的中心点，造成配准精度较低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种多模态成像系统配准方法，所述多模态成像系统可以是PET-CT成像系统（包括PET成像系统和CT成像系统）或SPECT-CT成像系统（包括SPECT成像系统和CT成像系统）。
参考图1，示出了本发明多模态成像系统配准方法一实施方式的流程示意图。所述多模态成像系统包括第一成像系统与第二成像系统，所述多模态成像系统配准方法大致包括以下步骤：
步骤S1，提供用于第一成像系统的造影剂以及用于第二成像系统的示踪剂；
步骤S2，将所述造影剂和所述示踪剂进行混合，形成点源；
步骤S3，对所述点源进行多模态成像系统扫描获得第一图像与第二图像；
步骤S4，根据所述点源在所述第一图像中的位置信息以及所述点源在所述第二图像中的位置信息，进行第一成像系统和第二成像系统配准。
本实施方式中，通过将所述造影剂和所述示踪剂进行混合，形成点源，再根据点源形成的图像进行配准，由于点源可以形成容易分辨的点成像（即形成点状图案），因此寻找图像中点成像的中心较为容易且误差较小，从而可以提高系统配准精度。
具体地，所述造影剂和所述示踪剂的体积比可以是1:4或其他比例关系，本发明对造影剂和示踪剂的体积比比例不作限制。
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案做详细说明。需要说明的是，本实施例以PET-CT为例进行说明，不应以此限制本发明。所述第一成像系统为CT成像系统，第二成像系统为PET成像系统，所述第一图像为CT图像，第二图像为PET图像。
执行步骤S1，提供CT成像系统用造影剂（即CT造影剂）以及PET成像系统用示踪剂（即PET示踪剂）。此处所述CT造影剂和PET示踪剂均为液体状材料，液体状材料受容器形状影响，可以较为方便地形成点源。
具体地，所述CT造影剂可以采用碘佛醇、泛影酸盐、异泛影酸盐、碘海醇、碘异肽醇、碘普罗胺或碘维索等CT造影剂。
所述PET示踪剂可以采用氟18标记、碳11标记、氮13标记或氧15标记等的示踪剂。
执行步骤S2，将所述CT造影剂和PET示踪剂进行混合，形成点源。
需要说明的是，本发明的点源用于在成像时在图像上形成点状图案，也就是说，本发明对点源本身的形状不作限制，只要所述点源在成像时形成的图案为点状图案即可。
此外，点源形成的点状图案的尺寸远小于人体成像的尺寸，从图像上看可以看作点状图案即可以达到提高精度的作用，因此，本发明对点源本身的具体尺寸也不作限制。
具体地，如图2所示，示意出了步骤S2一实施例的示意图。本实施例形成点源的步骤包括：
步骤S21，提供容器，用于容纳所述CT造影剂和所述PET示踪剂，以构成点源。
本实施例中，所述容器为输液管100，采用输液管100作为容器的原因是：一方面输液管100的横截面尺寸较小，另一方面可以通过注射器将CT造影剂和PET示踪剂注射到输液管100中实现混合，较为便利。
如图2示意的输液管100沿A-A’剖线的剖视图，所述输液管100横截面的尺寸d的范围在1～2cm的范围内。也就是说，所述输液管100横截面的尺寸相对较小，在容纳了CT造影剂和PET示踪剂之后，可以在CT成像系统扫描时在CT图像中形成点状图案，也可以在PET成像系统扫描时形成一个点状图案。
需要说明的是，由于CT成像系统和PET成像系统形成的是平面图像，因此所述输液管100只要有一个横截面的尺寸较小以便于在扫描时形成一点状图案即可。例如，本实施例中输液管100虽然具有一定的长度，但是由于横截面较小，仍能够在CT成像系统和PET成像系统形成的图像中形成点状图案。
需要说明的是，如果容器的横截面尺寸过大难以形成尺寸较小的点状图案，不利于确定中心位置，从而难以达到提高精度的目的；如果容器的横截面尺寸过小则难以实现成像。因此，可选的，所述容器横截面的尺寸在0.1～10cm的范围内，例如：所述容器横截面的尺寸为0.1cm、1cm、2cm、5cm或10cm。
步骤S22，在所述容器中加入示踪剂和造影剂进行混合，存储有混合后示踪剂和造影剂的容器形成所述点源。
具体地，可以通过注射器分别将CT造影剂和PET示踪剂注入到输液管100中，以实现CT造影剂和PET示踪剂的混合。
在扫描之前，将存储有CT造影剂和PET示踪剂的输液管100放置到PET-CT成像系统中，且使输液管100的横截面位于PET-CT成像系统的成像平面中，以实现对输液管100横截面的成像。
请继续参考图2，本实施例中，设置一支撑物200，将所述输液管100放置在支撑物200的支撑表面上，并使所述输液管100的横截面朝向PET-CT系统的扫描平面。
执行步骤S3，通过PET-CT成像系统对所述输液管100的横截面进行PET-CT扫描获得含点源信息的PET-CT融合图像300(请参图3所示)，调整PET-CT融合图像的CT权重分别获得CT图像与PET图像。
由于输液管100的横截面较小，所述输液管100在所述PET-CT融合图像中形成尺寸较小的点状图案301。
具体地，第一图像、第二图像可通过调整融合图像300(请参图3所示)中CT权重获得的。当将融合图像中的CT权重调至100即可获得第一图像（即CT图像），将融合图像中的CT权重调至0，即可获得第二图像（即PET图像）。
在其他实施例中，在执行步骤S3时，所述第一图像还可以是通过对点源进行第一成像系统扫描直接获得的，相应地，所述第二图像可以是通过对点源进行第二成像系统扫描直接获得的。
也就是说，步骤S3的第一图像和第二图像分别扫描直接获得，或者，可以对多模态成像系统得到的融合图像进行权重调整而获得。本发明对第一图像和第二图像的获得方式不作限制。
执行步骤S4，根据所述点源在所述CT图像中的位置信息以及所述点源在所述PET图像中的位置信息，进行CT成像系统和PET成像系统配准。
具体地，进行CT成像系统和PET成像系统配准的步骤包括：
计算第一点状图案在CT图像中的第一坐标位置；计算第二点状图案在PET图像中的第二坐标位置；
根据第一坐标位置与第二坐标位置的相对关系，对所述CT成像系统和PET成像系统进行调节。具体地，通过调节CT成像系统和PET成像系统可以改变CT图像的坐标系和PET图像的坐标系，使调节后的第一坐标位置和第二坐标位置相同。
本实施例中，由于第一点状图案和第二点状图案的尺寸较小，因此比较容易确定第一点状图案和第二点状图案的中心位置，不太容易出现误差，进而可以提高系统配准的精度。
此外，可以采用自动化算法（例如：根据图像的灰度梯度进行边缘检测判断出点状图案，再根据点状图案与图像边沿的间距获得点状图案的坐标）获得所述第一点状图案在所述CT图像中的第一坐标位置，以及第二点状图案在所述PET图像中的第二坐标位置。采用自动化算法可以进一步减小人工选择中心位置所带来的误差，进一步提高系统配准的精度。
需要说明的是，在上述实施例中，所述点源的数量为单个，但是本发明对此不作限制，在其他实施例中，所述点源的数量还可以是多个，通过多个点源进行系统配准，可以获得多个点源的平均位置信息，进而可以进一步减小基于单个点源进行系统配准所带来的误差，进而可以进一步提高系统配准的精度。
还需要说明的是，上述实施例是以PET-CT为例进行说明的，但是本发明对此不作限制，在其他实施例中，还可以是例如SPECT-CT的其他多模态成像。所述第一成像系统为CT成像系统，所述第一成像系统的造影剂为CT成像系统用造影剂，所述第一图像为CT图像；所述第二成像系统为SPECT成像系统，所述第二成像系统的示踪剂为SPECT成像系统用示踪剂，所述SPECT成像系统用示踪剂可以采用锝99m单光子示踪剂等，所述第二图像为SPECT图像。
相应地，形成点源的步骤包括，将所述CT成像用造影剂和所述SPECT成像系统用示踪剂，形成点源。
形成第一图像和第二图像的步骤中，所述第一图像和第二图像可以分别扫描获得，或者，可以对SPECT-CT的多模态成像系统得到的融合图像进行权重调整而获得。例如：当将融合图像中的CT权重调至100即可获得作为第一图像的CT图像，将融合图像中的CT权重调至0，即作为第二图像的SPECT图像。进行系统配准的步骤与PET-CT的实施例类似，本领域技术人员可以根据上述实施例对本发明技术方案做相应的修改、变形和替换。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种多模态成像系统配准方法，所述多模态成像系统包括第一成像系统与第二成像系统，其特征在于，包括：
提供用于第一成像系统的造影剂以及用于第二成像系统的示踪剂；
将所述造影剂和所述示踪剂进行混合，形成点源；
对所述点源进行多模态成像系统扫描获得第一图像与第二图像；
根据所述点源在所述第一图像中的位置信息以及所述点源在所述第二图像中的位置信息，进行第一成像系统和第二成像系统配准；
所述配准的步骤包括：计算所述点源在所述第一图像中的第一坐标位置；计算所述点源在所述第二图像中的第二坐标位置；根据第一坐标位置与第二坐标位置的相对关系，对所述第一图像和第二图像进行调节，使调节后的第一坐标位置和第二坐标位置相同；
计算所述点源在所述第一图像中的第一坐标位置，或者计算所述点源在所述第二图像中的第二坐标位置的方法包括：根据图像的灰度梯度进行边缘检测判断出点源，再根据点源与图像边沿的间距获得点源的坐标。
2.如权利要求1所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，
所述第一成像系统为CT成像系统，所述第一成像系统的造影剂为CT成像系统用造影剂，所述第一图像为CT图像；
所述第二成像系统为PET成像系统或SPECT成像系统，所述第二成像系统的示踪剂为PET或SPECT成像系统用示踪剂，所述第二图像为PET图像或SPECT图像。
3.如权利要求2所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，所述第一图像是通过对点源进行第一成像系统扫描获得的，所述第二图像是通过对点源进行第二成像系统扫描获得的。
4.如权利要求2所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，对所述点源进行多模态成像系统扫描获得第一图像与第二图像的步骤包括：对所述点源进行多模态成像系统扫描获得含点源信息的融合图像，调整融合图像中CT权重获得所述第一图像和第二图像。
5.如权利要求4所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，所述第一图像是通过将融合图像中的CT权重调至100获得的，所述第二图像是通过将融合图像中的CT权重调整至0获得的。
6.如权利要求3或4所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，所述CT成像系统用造影剂为碘佛醇、泛影酸盐、异泛影酸盐、碘海醇、碘异肽醇、碘普罗胺或碘维索；所述PET成像系统用示踪剂为氟18标记、碳11标记、氮13标记或氧15标记；所述SPECT成像系统用示踪剂为锝99m单光子示踪剂。
7.如权利要求1所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，形成点源的步骤包括：
提供容器；
在所述容器中加入示踪剂和造影剂进行混合，存储有混合后示踪剂和造影剂的容器形成所述点源。
8.如权利要求1所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，所述点源的横截面尺寸在0.1～10cm的范围内。
9.如权利要求1所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，所述点源的数量为单个或多个。
10.如权利要求1所述的多模态成像系统配准方法，其特征在于，根据所述点源在所述第一图像中的位置信息以及所述点源在所述第二图像中的位置信息，进行第一成像系统和第二成像系统配准的步骤包括：
采用自动化算法获得所述点源在所述第一图像中的第一坐标位置以及所述点源在所述第二图像中的第二坐标位置。
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