CN111345886A - 磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像；通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，并拟合出球形定位标记物对应的球心作为定位标记点；计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵；根据定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。本发明实施例的技术方案在治疗过程中实现自动精确定位，保证治疗安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及图像处理领域，尤其涉及一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)通过将体外低能量超声波聚焦于体内靶区，在肿瘤内产生瞬态高温(60℃以上)、空化、机械作用等生物学效应，杀死靶区内的肿瘤细胞。磁共振图像引导聚焦超声治疗是一种结合磁共振与高强度聚焦超声设备的综合治疗系统，通过磁共振成像精确的定位治疗目标区域，能够为超声治疗提供实时精确的引导定位，使高强度聚焦超声更好的用于治疗。因此磁共振图像引导聚焦超声治疗具有很好的应用前景。而磁共振图像引导聚焦超声治疗中的一个主要问题就是如何对磁共振图像与超声换能器探头三维坐标系转换。
现有技术中磁共振图像与超声换能器探头三维坐标系转换的方法主要是通过超声换能器探头的定位标记物上的定位标记点来确定磁共振图像与超声换能器探头三维坐标系的转换关系。但是，现有技术中定位标记点需要人工选取，定位标记点在磁共振图像坐标系的坐标测量误差随之较大，无法自动获取定位标记点，同时无法更准确的获取磁共振图像与超声换能器探头三维坐标系之间的转换关系，无法保证磁共振图像引导聚焦超声治疗的安全性和可靠性。
发明内容
本发明实施例提供了一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法、装置、设备及存储介质，以实现治疗过程中自动精确定位，保证治疗安全性和可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法，该方法包括：
采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息；
通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值,拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点；
根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵；
根据所述球形定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
第二方面，本发明实施例还提供了磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置，该装置包括：
图像信息获取模块，用于采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息；
定位标记点确定模块，用于通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值,拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点；
转换关系矩阵确定模块，用于根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵；
超声探头定位模块，用于根据所述定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
第三方面，本发明实施例还提供了一种设备，该设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例中任一所述的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明实施例中任一所述的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法。
本发明实施例的技术方案通过磁共振成像系统获取至少一个球形定位标记物的多层参考图像获得球形定位标记物的图像信息。然后，通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点，能够自动、更加精确地获得定位标记点在磁共振坐标系中的坐标。进而，根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，获得磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系。进而，根据所述定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位，使得超声探头在用于治疗时能够自动精确定位，保证治疗安全性和可靠性。上述技术方案解决了在磁共振图像引导聚焦超声治疗中，由于人工选取定位标记点易产生定位误差而导致无法准确实现磁共振图像与超声换能器探头三维坐标系之间的转换，从而无法保证磁共振图像引导聚焦超声治疗的安全性和可靠性的问题，能够更自动化、更准确地对超声探头进行定位，保证治疗的安全性和可靠性。
附图说明
图1a是本发明实施例一中提供的一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法的流程图；
图1b为本发明实施例一中提供的超声探头的结构示意图；
图1c为本发明实施例一中提供的球形定位标记物在磁共振成像系统中拍摄的多层图像；
图1d为本发明实施例一中提供的超声坐标系的结构示意图；
图2是本发明实施例二中提供的一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法的流程图；
图3是本发明实施例三中提供的一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置的结构示意图；
图4是本发明实施例四中的提供的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1a为本发明实施例一提供的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法的流程图，本实施例可适用于转换磁共振图像与超声换能器坐标系的情况，尤其适用于磁共振图像引导聚焦超声治疗设备的磁共振图像与超声换能器坐标系转换。该方法可以由磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置来执行，该装置可以由硬件和/或软件来实现，该装置可集成于设备(例如磁共振图像引导聚焦超声治疗设备)中来执行，如图1a所示，具体包括如下步骤：
步骤101、采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息。
图1b为超声探头的结构示意图，可选是，定位球形标记物固定于超声探头支架边缘且与所述超声探头表面垂直，所有定位球形标记物的球心分布于超声探头支架边缘的同一平面上,并且所有定位球形标记物的球心位于同一个圆上，定位球形标记物外部可以是玻璃，内部填充造影剂，有利于成像。
其中，球形定位标记物的设置是为了获得不同坐标系之间的关系，通过在球形定位标记物设置定位标记点，获得定位标记点在不同坐标系的坐标，进而获得不同坐标系之间的关系。
通过磁共振成像系统拍摄超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息。磁共振多层图像可以同时显示所成像物体的不同的解剖层面。图1c中展示了球形定位标记物在磁共振成像系统中拍摄的多层图像,其中，每幅图像表示不同层的图像。
可选地，所述球形定位标记物固定于超声探头支架边缘且与所述超声探头表面垂直。
其中，球形定位标记物的数量为至少一个。可选地，所述球形定位标记物的数量为12个。这样设置的好处在于，可以一次性采集足够的参考数据，减少反复采集的时间，提升运算效率。
步骤102、通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点。
圆定位算法可以包括霍夫变换等算法。
其中，圆定位算法可以得到各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心坐标及边缘点坐标。圆心坐标可以用来确定不同层的参考图像中的球形定位标记物的图像是不是属于同一个球形定位标记物。例如，有多张不同层的参考图像，记录下各层参考图像的各对应的圆心坐标，如果得到的不同层图像的圆心坐标满足一定阈值(近似相等)，则可以确定该不同层图像中的球形定位标记物是同一个球形定位标记物。举例而言，两幅图像中的得到的两个圆心坐标近似相等，这两个圆心坐标对应的圆就属于同一个球形定位标记物。由圆心坐标确定各层参考图像中同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点坐标，并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出各所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点。
可选地，所述图像信息包括图像空间位置信息、图像方向信息和图像像素空间信息，所述根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值，包括：
基于如下公式根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值：
其中，i表示参考图像列坐标，j表示参考图像行坐标；(Px,Py,Pz)表示参考图像的像素点(i，j)在磁共振坐标系中的三维坐标值；(Sx,Sy,Sz)表示参考图像左上角第一个像素点(0,0)在磁共振坐标系中的三维坐标值；(Xx,Xy,Xz)表示参考图像第一行相对于磁共振坐标系的余弦值；(Yx,Yy,Yz)表示参考图像第一列相对于磁共振坐标系的余弦值；Δ_i表示相邻列像素点间距；Δ_j表示相邻行像素点间距。
通过以上公式给定磁共振图像上的像素点(i，j)，结合图像信息，即可获得像素点(i，j)在磁共振坐标系中的三维坐标值(Px,Py,Pz)。
需要说明的是，通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点的坐标是圆心及边缘点在参考图像中的坐标，即得到的是以下公式中的(i,j),再通过以下公式得到圆心及边缘点对应的在所述磁共振坐标系中的三维坐标值(Px,Py,Pz)。
然后根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点。
步骤103、根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵。
其中，超声坐标系可以是平行于超声探头支架边缘构成的圆的中心作为坐标原点，超声探头支架边缘构成的平面作为x-y平面，垂直于x-y平面且经过超声坐标系坐标原点的轴作为z轴，x-y平面中两条互相垂直的轴作为x轴、y轴。如图1d所示，所有球形定位标记物的球心可以分布在同一个圆上。
可选地，所述根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，包括：
基于如下公式计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵：
其中，T为磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，(xi,yi,zi)表示所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，(xi',yi',zi')表示所述定位标记点在所述超声坐标系中的三维坐标值。
求出的矩阵
通过设置至少12个球形定位标记物的球心作为定位标记点，可以一次性求解出T，简化求解T的运算步骤。
步骤104、根据所述球形定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
通过转换关系矩阵将球形定位标记物的三维坐标值(球心的三维坐标值)从磁共振坐标系转换到超声坐标系，根据超声坐标系中焦点与所述球形定位标记物的定位关系(该定位关系由实验测出)，计算出超声焦点(例如通过空间的三点定位法计算)，再通过转换关系矩阵得到焦点在磁共振坐标系的三维坐标值，从而可以确定超声探头的焦点位于病人的哪个部位，通过移动或调整超声探头将焦点定位于需要进行加热治疗的部位。
本发明实施例的技术方案通过磁共振成像系统获取至少一个球形定位标记物的多层参考图像获得球形定位标记物的图像信息。然后，通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点，能够自动、更加精确地获得定位标记点在磁共振坐标系中的坐标。进而，根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，获得磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系。进而，根据所述定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位，使得超声探头在用于治疗时能够自动精确定位，保证治疗安全性和可靠性。上述技术方案解决了在磁共振图像引导聚焦超声治疗中，由于人工选取定位标记点易产生定位误差而导致无法准确实现磁共振图像与超声换能器探头三维坐标系之间的转换，从而无法保证磁共振图像引导聚焦超声治疗的安全性和可靠性的问题，能够更自动化、更准确地对超声探头进行定位，保证治疗的安全性和可靠性。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上，可选是通过霍夫hough变换算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物上对应的多层圆的圆心及边缘点。
在此基础上，进一步地，所述根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值,拟合出所述球形定位标记物的球心，包括：根据球体方程以及最小二乘法得到第一方程组；将所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值代入所述第一方程组并对第一方程组进行求解，拟合出所述球形定位标记物的球心。
如图2所示，具体包括如下步骤：
步骤201、采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息。
步骤202、通过霍夫hough变换算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物上对应的多层圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值。
霍夫变换可以检测直线，也可以检测圆，是一种经典的图形检测算法。
需要说明的是，步骤202中通过霍夫hough变换算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点的坐标是圆心及边缘点在参考图像中的坐标，即得到的是以下公式中的(i,j),再通过以下公式得到圆心及边缘点对应的在所述磁共振坐标系中的三维坐标值(Px,Py,Pz)。
步骤203、根据球体方程以及最小二乘法得到第一方程组；将所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值代入所述第一方程组并对第一方程组进行求解，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点。
其中，将所述球心作为定位标记点。
首先对球体方程进行展开并整理。
(x+a)2+(y+b)2+(z+c)2＝R2 (1)
其中a,b,c表示待拟合的球心坐标，R表示待拟合的球半径。
展开并整理，得：
x2+y2+z2+2ax+2by+2cz+(a2+b2+c2-R2)＝0 (2)
令a2+b2+c2-R2＝d (3)
代入公式(2)后，得：
x2+y2+z2+2ax+2by+2cz+d＝0 (4)
以球形定位标记物的球面上的所有点(边缘点)坐标(xi,yi,zi)代入公式(4)，方程式可能不等于零，且设为ki：
xi 2+yi 2+zi 2+2axi+2byi+2czi+d＝ki (5)
式中，ki为步骤202中得到的各球形定位标记物对应的边缘点(即实际采样点)与需拟合的最小二乘球球面上相应点的函数偏差值，其中i＝1,2,3,……,n为各球形定位标记物的球面上的点实际测量点数。
根据最小值的求解方法，当公式(6)为最小值时，拟合的最小二乘球逼近实际球，令：
由，
得以下方程组：
公式(8)中的方程组作为第一方程组。
将步骤202得到的各定位标记物上对应的圆边缘坐标点(xi,yi,zi)代入公式(8)的线性方程组，可得a,b,c,d。由此求得拟合最小二乘球的球心O(-a,-b,-c)，将拟合出的球心作为定位标记点，并且得到的球心坐标即是定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值。
需要说明的是，各定位标记物上对应的圆边缘坐标点(xi,yi,zi)是通过步骤202得到的(Px,Py,Pz)。
步骤204、根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵。
步骤205、根据所述球形定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
本实施例的技术方案通过霍夫hough变换算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物上对应的多层圆的圆心及边缘点。进而，根据球体方程以及最小二乘法得到第一方程组；将所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值代入所述第一方程组并对第一方程组进行求解，拟合出所述球形定位标记物的球心，自动确定出球形定位标记物上的定位标记点。
实施例三
图3是本发明实施例三中提供的一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置的结构示意图。本发明实施例所提供的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法装置可执行本发明任意实施例所提供的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法，该装置的具体结构如下图像信息获取模块31、定位标记点确定模块32、转换关系矩阵确定模块33和超声探头定位模块34。
其中，图像信息获取模块31，用于采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息；
定位标记点确定模块32，用于通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点。
转换关系矩阵确定模块33，用于根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵；
超声探头定位模块34，用于根据所述球形定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
本发明实施例的技术方案通过磁共振成像系统获取至少一个球形定位标记物的多层参考图像获得球形定位标记物的图像信息。然后，通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点，能够自动、更加精确地获得定位标记点在磁共振坐标系中的坐标。进而，根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，获得磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系。进而，根据所述定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位，使得超声探头在用于治疗时能够自动精确定位，保证治疗安全性和可靠性。上述技术方案解决了在磁共振图像引导聚焦超声治疗中，由于人工选取定位标记点易产生定位误差而导致无法准确实现磁共振图像与超声换能器探头三维坐标系之间的转换，从而无法保证磁共振图像引导聚焦超声治疗的安全性和可靠性的问题，能够更自动化、更准确地对超声探头进行定位，保证治疗的安全性和可靠性。
在上述技术方案的基础上，定位标记点确定模块32，具体可用于：通过霍夫hough变换算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物上对应的多层圆的圆心及边缘点。
在上述技术方案的基础上，定位标记点确定模块32，具体可用于：所述图像信息包括图像空间位置信息、图像方向信息和图像像素空间信息，所述根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值，包括：
基于如下公式根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值：
其中，i表示参考图像列坐标，j表示参考图像行坐标；(Px,Py,Pz)表示参考图像的像素点(i，j)在磁共振坐标系中的三维坐标值；(Sx,Sy,Sz)表示参考图像左上角第一个像素点(0,0)在磁共振坐标系中的三维坐标值；(Xx,Xy,Xz)表示参考图像第一行相对于磁共振坐标系的余弦值；(Yx,Yy,Yz)表示参考图像第一列相对于磁共振坐标系的余弦值；Δ_i表示相邻列像素点间距；Δ_j表示相邻行像素点间距。
在上述技术方案的基础上，定位标记点确定模块32，具体可用于：根据球体方程以及最小二乘法得到第一方程组；
将所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值代入所述第一方程组并对第一方程组进行求解，拟合出所述球形定位标记物的球心。
在上述技术方案的基础上，转换关系矩阵确定模块33，具体可用于：基于如下公式计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵：
其中，T为磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，(xi,yi,zi)表示所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，(xi',yi',zi')表示所述定位标记点在所述超声坐标系中的三维坐标值。
其中，所述定位球形标记物固定于超声探头支架边缘且与所述超声探头表面垂直。
示例性地，所述球形定位标记物的数量为12个。
本发明实施例所提供的磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置可执行本发明任意实施例所提供的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种设备的结构示意图，如图4所示，该设备包括处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43；设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器40为例；设备中的处理器40、存储器41、输入装置42和输出装置43可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法对应的程序指令/模块(例如，磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置中的图像信息获取模块31、定位标记点确定模块32、转换关系矩阵确定模块33和超声探头定位模块34)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法。
存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置42可用于接收球形定位标记物的多层参考图像。输出装置43可包括显示屏等显示设备。
实施例五
本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法，该方法包括：
采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息；
通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点；
根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵；
根据所述球形定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法，其特征在于，包括：
采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息；
通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点；
根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵；
根据所述球形定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物上对应的圆的圆心及边缘点，包括：
通过霍夫hough变换算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物上对应的多层圆的圆心及边缘点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像信息包括图像空间位置信息、图像方向信息和图像像素空间信息，所述根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值，包括：
基于如下公式根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值：
其中，i表示参考图像列坐标，j表示参考图像行坐标；(Px,Py,Pz)表示参考图像的像素点(i，j)在磁共振坐标系中的三维坐标值；(Sx,Sy,Sz)表示参考图像左上角第一个像素点(0,0)在磁共振坐标系中的三维坐标值；(Xx,Xy,Xz)表示参考图像第一行相对于磁共振坐标系的余弦值；(Yx,Yy,Yz)表示参考图像第一列相对于磁共振坐标系的余弦值；Δ_i表示相邻列像素点间距；Δ_j表示相邻行像素点间距。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值,拟合出所述球形定位标记物的球心，包括：
根据球体方程以及最小二乘法得到第一方程组；
将所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值代入所述第一方程组并对第一方程组进行求解，拟合出所述球形定位标记物的球心。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，包括：
基于如下公式计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵：
其中，T为磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵，(xi,yi,zi)表示所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值，(xi',yi',zi')表示所述定位标记点在所述超声坐标系中的三维坐标值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位球形标记物固定于超声探头支架边缘且与所述超声探头表面垂直。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球形定位标记物的数量为12个。
8.一种磁共振图像与超声换能器坐标系转换装置，其特征在于，包括：
图像信息获取模块，用于采用磁共振成像系统获取超声探头上固定的至少一个球形定位标记物的多层参考图像，并获取多层参考图像的图像信息；
定位标记点确定模块，用于通过圆定位算法分别确定出各层参考图像中各所述球形定位标记物对应的圆的圆心及边缘点，基于各所述圆心确定出同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点，根据所述图像信息计算所述同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在磁共振成像系统的磁共振坐标系中的三维坐标值；并根据同一球形定位标记物对应的各个圆的边缘点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值,拟合出所述球形定位标记物的球心，将所述球心作为定位标记点；
转换关系矩阵确定模块，用于根据所述定位标记点在所述磁共振坐标系中的三维坐标值和定位标记点在与超声探头对应的超声坐标系中的三维坐标值，计算磁共振坐标系与超声坐标系之间的转换关系矩阵；
超声探头定位模块，用于根据所述定位标记物在超声坐标系中的三维坐标值以及所述转换关系矩阵对超声探头的焦点进行三维坐标定位。
9.一种设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的磁共振图像与超声换能器坐标系转换方法。
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