CN108133512B - 基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法 - Google Patents

基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法，包括如下步骤：S1胎儿磁共振数据采集，S2数据转换，S3三维后处理，S4胎儿体表结构三维成像，应用光线投射法完成体绘制显示，从而计算出屏幕上的该像素点处的颜色值。本发明利用真实稳态自由进动梯度回波序列及现有的磁共振成像硬件设施进行胎儿感兴趣区组织结构三维数据采集，通过数据处理，生成包含胎儿组织学特征的新数据，利用三维后处理软件对此新数据进行表面重建，获得胎儿体表结构的三维图像。

Description

基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法
技术领域
本发明涉及医学影像学技术领域，尤其涉及一种基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法。
背景技术
目前胎儿体表结构的三维成像只能依靠三维或四维超声成像来获取，图1为目前三维超声获得的胎儿面部图像；技术手段单一，超声成像条件受到胎儿体位、结构遮挡和羊水多少等诸多因素的影响，有时不能获得满意的胎儿体表三维图像。另外，超声检查的阳性发现也缺少其它影像检查的印证与支持。
磁共振扫描安全、无辐射，具有更高的组织分辨率，目前已广泛应用于胎儿产前疾病诊断，但由于其成像信号特点，使得其三维后处理过程中难以对胎儿体表结构进行表面遮蔽成像及最大强度投影的方法，因而难以通过常规方法获取基于磁共振检查的胎儿体表结构三维图像。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法，包括如下步骤：
S1胎儿磁共振数据采集，真实稳态自由进动梯度回波序列，增加扫描技术和扫描方位；孕妇取仰卧位、脚先进或头先进，采用腹部柔线圈覆盖中、下腹，采用单次激发快速自旋回波T2加权像序列进行胎儿头部横断位、矢状位、冠状位3个常规磁共振成像，用于观察胎儿面部结构及三维扫描定位；采用真实稳态自由进动梯度回波序列进行胎儿颌面部冠状位扫描，利用冠状位真实稳态自由进动梯度回波序列图像数据进行后处理和重建；
S2数据转换，依次读取MRI扫描序列中每一幅DICOM图像，获取每一个像素灰度值g,统计获得最大的灰度值gmax，设转换后的图像像素灰度为g'，则g'＝gmax-g,用g'组成的像素矩阵与原有DICOM文件的“头信息”组合，重新生成新的DICOM文件序列；
S3三维后处理，采用数据转换后的新图像序列作为可视化的数据来源，将其堆叠成三维体数据；
S4胎儿体表结构三维成像，应用光线投射法完成体绘制显示，从屏幕上的每一像素点处发，根据设定的视点方向和位置，发出一条光线，这条光线穿过体数据空间，在光线与体空间的交点之间进行等距采样，对每个采样点通过由距离某一采样点最近的8个体素的颜色值及不透明度做三线性插值计算求出该采样点的不透明度值及颜色值；在求出该条射线上所有采样点的颜色值及不透明度值以后，再计算在给定的光学模型中的光强，并与前面的采样点结果合成，从而计算出屏幕上的该像素点处的颜色值。
优选的，S1中MRI扫描序列的序列参数：TR/TE：556.60ms-612.00ms/1.80ms-1.93ms，FOV：310×380，Metrix：174×304，Flipangle：79，Bandwidth：484HZ/Px,层厚4mm，间隔-50％～-80％：扫描时间：12s-18s。本发明利用真实稳态自由进动梯度回波序列及现有的磁共振成像硬件设施进行胎儿感兴趣区组织结构三维数据采集，通过数据处理，生成包含胎儿组织学特征的新数据，利用三维后处理软件对此新数据进行表面重建，获得胎儿体表结构的三维图像。
本发明提供一种除超声以外的新的胎儿体表三维成像方法；是现有超声三维成像的必要补充和磁共振成像数据处理的创新；对于胎儿产前诊断(如面部畸形、唇腭裂等)有重要意义。目前我们已经应用此方法成功获取了胎儿面部三维图像，图像质量优良，可以满足胎儿颜面畸形的诊断，且图像直观、显示清晰，应用前景广阔。
附图说明
图1为目前三维超声获得的胎儿面部图像；
图2为常规磁共振图像；
图3为磁共振常规三维后处理得到的图像；
图4是本发明方法得到的孕26周正常胎儿颌面部图像；
图5是本发明方法得到的孕22周单侧唇腭裂胎儿的颌面部图像，箭头示胎儿唇裂位置及大小；
图6是本发明采用光线投射法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
参照图2-5，本发明提出的一种基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法，包括如下步骤：
S1胎儿磁共振数据采集，胎儿磁共振数据采集可以使用现有的各种类型磁共振扫描仪进行，技术员经过简单的培训即可掌握扫描的技术要领。
MRI扫描与数据采集要求：
MRI扫描序列：真实稳态自由进动梯度回波序列，目前主流磁共振生产厂家的各机型均配置有该扫描序列，增加扫描技术和扫描方位；磁共振扫描技术(以颌面部成像为例)：孕妇取仰卧位、脚先进或头先进，采用腹部柔线圈覆盖中、下腹(根据感兴趣区位置调整)，采用单次激发快速自旋回波T2加权像序列进行胎儿头部横断位、矢状位、冠状位3个常规磁共振成像，用于观察胎儿面部结构及三维扫描定位，采用真实稳态自由进动梯度回波T2加权像序列进行胎儿颌面部冠状位扫描。
序列参数：TR/TE：556.60ms-612.00ms/1.80ms-1.93ms，FOV：310×380，Metrix：174×304，Flipangle：79，Bandwidth：484HZ/Px,层厚4mm，间隔-50％～-80％：扫描时间：12s-18s。利用冠状位真实稳态自由进动梯度回波T2加权像序列图像数据进行后处理和重建。
S2数据转换：依次读取MRI扫描序列中每一幅DICOM图像，获取每一个像素灰度值g,统计获得最大的灰度值gmax，设转换后的图像像素灰度为g'，则g'＝gmax-g。用g'组成的像素矩阵与原有DICOM文件的“头信息”组合，重新生成新的DICOM文件序列。
S3三维后处理，采用数据转换后的新图像序列作为可视化的数据来源，将其堆叠成三维体数据。
S4胎儿体表结构三维成像，应用光线投射法完成体绘制(volumeRendering,VR)显示。原理如图6所示，从屏幕上的每一像素点处发，根据设定的视点方向和位置，发出一条光线，这条光线穿过体数据空间，在光线与体空间的交点之间进行等距采样，对每个采样点通过由距离某一采样点最近的8个体素的颜色值及不透明度做三线性插值计算求出该采样点的不透明度值及颜色值。在求出该条射线上所有采样点的颜色值及不透明度值以后，再计算在给定的光学模型中的光强，并与前面的采样点结果合成，从而计算出屏幕上的该像素点处的颜色值。
根据光线组合方式，组合分为从后到前和从前到后两种组合方式。设光线穿过体素前的光强和不透明值为cin,αin；穿出体素为cout,αout,采样点为s1,s2......sn。
光线从后到前的组合为
cout＝c(si)*α(si)+cin(1-αin)
其中C(s0)＝Cbackground,α(s0)＝1。
光线由前到后的组合为
Figure BDA0001515502260000051
αout＝αin+α(si)(1-αin)
其中，在光线从前到后累加的过程中，当发现αout＞1时，停止累加，避免无意义的计算。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1胎儿磁共振数据采集，真实稳态自由进动梯度回波序列，增加扫描技术和扫描方位；孕妇取仰卧位、脚先进或头先进，采用腹部柔线圈覆盖中、下腹，采用单次激发快速自旋回波T2加权像序列进行胎儿头部横断位、矢状位、冠状位3个正交方位常规磁共振成像，用于观察胎儿面部结构及三维扫描定位；采用真实稳态自由进动梯度回波序列进行胎儿颌面部冠状位扫描，利用冠状位真实稳态自由进动梯度回波序列图像数据进行后处理和重建；
S2数据转换，依次读取MRI扫描序列中每一幅DICOM图像，获取每一个像素灰度值g,统计获得最大的灰度值gmax，设转换后的图像像素灰度为g'，则g'＝gmax-g,用g'组成的像素矩阵与原有DICOM文件的“头信息”组合，重新生成新的DICOM文件序列；
S3三维后处理，采用数据转换后的新图像序列作为可视化的数据来源，将其堆叠成三维体数据；
S4胎儿体表结构三维成像，应用光线投射法完成体绘制显示，从屏幕上的每一像素点处发，根据设定的视点方向和位置，发出一条光线，这条光线穿过体数据空间，在光线与体空间的交点之间进行等距采样，对每个采样点通过由距离某一采样点最近的8个体素的颜色值及不透明度做三线性插值计算求出该采样点的不透明度值及颜色值；在求出该条射线上所有采样点的颜色值及不透明度值以后，再计算在给定的光学模型中的光强，并与前面的采样点结果合成，从而计算出屏幕上的该像素点处的颜色值；
根据光线组合方式，组合分为从后到前和从前到后两种组合方式，设光线穿过体素前的光强和不透明值为cin,αin；穿出体素为cout,αout,采样点为s1,s2......sn；
光线从后到前的组合为
cout＝c(si)*α(si)+cin(1-αin)
其中c(s0)＝cbackground,α(s0)＝1；
光线由前到后的组合为
Figure FDA0003015708120000021
αout＝αin+α(si)(1-αin)
其中，在光线从前到后累加的过程中，当发现αout＞1时，停止累加。
2.根据权利要求1所述的基于磁共振扫描的胎儿体表结构可视化三维成像方法，其特征在于，S1中MRI扫描序列的序列参数：TR/TE：556.60ms-612.00ms/1.80ms-1.93ms，FOV：310×380，Metrix：174×304，Flipangle：79，Bandwidth：484HZ/Px,层厚4mm，间隔-50％～-80％：扫描时间：12s-18s。
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