肺部 ct 的三維配準(zhǔn)方法
【專利摘要】一種肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其包括以下步驟：載入第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)；以互信息為配準(zhǔn)測度，對第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)進(jìn)行三維剛性配準(zhǔn)，使二者中的肺部區(qū)域整體對齊，記錄X軸、Y軸和Z軸三個方向的位移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，作為第一配準(zhǔn)參數(shù)；在剛性配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行非剛性配準(zhǔn)，記錄非剛性配準(zhǔn)的最優(yōu)位移場，作為第二配準(zhǔn)參數(shù)；用第一配準(zhǔn)參數(shù)和第二配準(zhǔn)參數(shù)對第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)中的結(jié)節(jié)進(jìn)行匹配，建立對應(yīng)關(guān)系。本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)精確配準(zhǔn)，并利用配準(zhǔn)結(jié)果將同一位置的結(jié)節(jié)病灶在不同CT數(shù)據(jù)中的成像位置進(jìn)行自動對應(yīng)，從而能夠方便醫(yī)生對結(jié)節(jié)病情發(fā)展進(jìn)行對比。
【專利說明】肺部CT的三維配準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機(jī)視覺及圖像處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種肺部CT的三維配準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)WH02008年的全球腫瘤流行病統(tǒng)計數(shù)據(jù)(GL0B0CAN2008)，僅2008年全球腫瘤病例為1270萬，死亡760萬例[I]，其中，中國所有的腫瘤新病例為280萬，是美國新發(fā)腫瘤病例的2倍(美國為140萬)；同年中國腫瘤死亡病例為196萬，而美國的死亡病例為57萬，二者的差距為3.4倍。惡性腫瘤占我國居民死亡原因的20%以上。據(jù)WHO國際腫瘤研究理事會負(fù)責(zé)人Bernard Stewart報道,到2020年全球腫瘤發(fā)病率還將上升50%。
[0003]提高腫瘤病人的五年存活率的關(guān)鍵在于如何盡早的發(fā)現(xiàn)并確診腫瘤病情，并進(jìn)行治療。隨著CT技術(shù)的發(fā)展，高分辨率CT因為其良好的成像質(zhì)量，成為腫瘤篩查的重要工具，被越來越廣泛地在臨床上采用，但是隨之而來的問題是醫(yī)生閱片工作量的增加，尤其是在對比閱片時在大量CT數(shù)據(jù)中手動進(jìn)行相同解剖位置圖像匹配。
[0004]因此利用計算機(jī)輔助診斷工具幫助醫(yī)生高效準(zhǔn)確地對腫瘤病情進(jìn)行診斷有著巨大的現(xiàn)實意義。目前相關(guān)的計算機(jī)輔助診斷工具的研究都集中如何從一套CT數(shù)據(jù)中進(jìn)行肺結(jié)節(jié)的識別和分割，以及根據(jù)特征對結(jié)節(jié)的良惡性進(jìn)行判斷。在腫瘤的診斷和治療中，對比同一位置病灶特征的變化有著重要的臨床意義，而在如何提高醫(yī)生在進(jìn)行病情對比時的閱片效率方面的研究很少。
[0005]在一些PACS (Picture Archiving and Communication Systems)系統(tǒng)中，雖然提供了自動定位相近斷層圖像的功能，但是這種功能精確度不高，并且只是進(jìn)行了斷層與斷層之間的匹配，如果一個斷層中出現(xiàn)多個結(jié)節(jié)，這種方法并不能提供有效的對應(yīng)結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，該三維配準(zhǔn)方法能夠?qū)⑼晃恢玫慕Y(jié)節(jié)在不同CT數(shù)據(jù)中的成像位置進(jìn)行自動對應(yīng)。
[0007]本發(fā)明中提出的配準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用的對象是高分辨率肺部CT圖像，其技術(shù)思路為:首先進(jìn)行剛性配準(zhǔn)，通過互信息將CT體數(shù)據(jù)中的肺部區(qū)域進(jìn)行整體對齊；然后在剛性配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上利用提取的匹配特征點對結(jié)合局部單點互信息(SMI)最大化的方式進(jìn)行非剛性配準(zhǔn)，得到最終的精確配準(zhǔn)結(jié)果；然后利用配準(zhǔn)結(jié)果提供的空間變換信息，進(jìn)行相同結(jié)節(jié)成像位置的對應(yīng)，從而方便結(jié)節(jié)的特征變化進(jìn)行對比。
[0008]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:
[0009]一種肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，包括以下步驟:
[0010]載入第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)；
[0011]以互信息為配準(zhǔn)測度，對第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)進(jìn)行三維剛性配準(zhǔn)，使二者中的肺部區(qū)域整體對齊，記錄X軸、Y軸和Z軸三個方向的位移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，作為第一配準(zhǔn)參數(shù)；
[0012]在剛性配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行非剛性配準(zhǔn)，記錄非剛性配準(zhǔn)的最優(yōu)位移場，作為第二配準(zhǔn)參數(shù)；
[0013]用第一配準(zhǔn)參數(shù)和第二配準(zhǔn)參數(shù)對第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)中的結(jié)節(jié)進(jìn)行匹配，建立對應(yīng)關(guān)系。
[0014]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，所述非剛性配準(zhǔn)包括特征點提取、特征點匹配和位移場搜索。
[0015]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地,采用三維的Fdrstner;算子提取特征點，特征點匹配中被匹配為特征點對的兩個特征點r、f滿足以下兩個條件:一、參考圖像中的特征點r在浮動圖像中最鄰近的點是特征點f，且特征點f在參考圖像中的最鄰近的點也是特征點r ;二、最鄰近特征點與次臨近特征點間的距離比小于預(yù)設(shè)的第一閾值。
[0016]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，采用BBF算法確定最鄰近的特征點。
[0017]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，所述非剛性配準(zhǔn)用互信息結(jié)合特征點限制作為相似性測度。
[0018]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，所述位移場搜索包括以下步驟:計算位移場變化量；將位移場變化量與位移場相加，更新位移場；利用特征點對位移場進(jìn)行限制，包括計算特征點X處的位移場Un+1 (X)，計算該位移場Un+1 (X)與V(X)的差值，該差值小于預(yù)設(shè)的第二閾值時，使位移場Un+1 (x)) V (X)，否則Un+1 (x)保持不變，V (x)為構(gòu)成特征點對的兩個特征點之間的位移，該特征點對包括特征點X ;計算浮動圖像插值結(jié)果，計算該插值結(jié)果與參考圖像之間的互信息，當(dāng)互信息停止增大或迭代次數(shù)達(dá)到限定次數(shù)時，將當(dāng)前位移場作為最優(yōu)位移場，否則重復(fù)上述步驟。
[0019]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，更新位移場前還包括平滑位移場變化量的步驟，在利用特征點對位移場進(jìn)行限制后還包括對位移場進(jìn)行加權(quán)高斯平滑的步驟，所述加權(quán)高斯平滑在特征點處采用第一權(quán)值，在其它位置采用第二權(quán)值。
[0020]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，采用對稱搜索的方式計算位移場變化量。
[0021]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，該三維配準(zhǔn)方法還包括在進(jìn)行配準(zhǔn)前將第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)每個體素代表的物理尺寸降采樣到相同尺度上。
[0022]在上述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法中，優(yōu)選地，采用浮動圖像與參考圖像之間的聯(lián)合灰度分布直方圖計算互信息，其中采用PV插值的方式來計算聯(lián)合灰度分布直方圖。
[0023]本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)精確配準(zhǔn)，并利用配準(zhǔn)結(jié)果將同一位置的結(jié)節(jié)病灶在不同CT數(shù)據(jù)中的成像位置進(jìn)行自動對應(yīng)，能夠方便醫(yī)生對結(jié)節(jié)病情發(fā)展進(jìn)行對比，從而能夠大大提聞醫(yī)生的診斷效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為一些實施例肺部CT的三維配準(zhǔn)方法的流程圖；
[0025]圖2為采用P&rstnei算子提取特征點匹配后的結(jié)果；
[0026]圖3為浮動圖像配準(zhǔn)后的插值圖像與參考圖像相減圖。【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。這些更詳細(xì)的描述旨在幫助理解本發(fā)明，而不應(yīng)被用于限制本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，可以不需要一些或者所有這些特定細(xì)節(jié)即可實施本發(fā)明。而在其它情況下，為了避免將發(fā)明創(chuàng)造淡化，未詳細(xì)描述眾所周知的操作過程。
[0028]如圖1所示，本肺部CT的三維配準(zhǔn)方法包括以下步驟:
[0029]步驟S1、載入第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)。第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)是同一被測者在不同時間或不同檢測條件下的肺部CT體數(shù)據(jù)。
[0030]步驟S2、以互信息為配準(zhǔn)測度，對第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)進(jìn)行三維剛性配準(zhǔn)，使二者中的肺部區(qū)域整體對齊，記錄X軸、Y軸和Z軸三個方向的位移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，作為第一配準(zhǔn)參數(shù)。
[0031]三維剛性配準(zhǔn)采用互信息作為相似性測度，因此不要對肺實質(zhì)進(jìn)行預(yù)分割處理?；バ畔⒌亩x式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，該三維配準(zhǔn)方法包括以下步驟: 載入第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)； 以互信息為配準(zhǔn)測度，對第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)進(jìn)行三維剛性配準(zhǔn)，使二者中的肺部區(qū)域整體對齊，記錄X軸、Y軸和Z軸三個方向的位移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，作為第一配準(zhǔn)參數(shù)； 在剛性配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行非剛性配準(zhǔn)，記錄非剛性配準(zhǔn)的最優(yōu)位移場，作為第二配準(zhǔn)參數(shù)； 用第一配準(zhǔn)參數(shù)和第二配準(zhǔn)參數(shù)對第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)中的結(jié)節(jié)進(jìn)行匹配，建立對應(yīng)關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述非剛性配準(zhǔn)包括特征點提取、特征點匹配和位移場搜索。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于,采用三維的Far伽w算子提取特征點，特征點匹配中被匹配為特征點對的兩個特征點r、f滿足以下兩個條件:一、參考圖像中的特征點r在浮動圖像中最鄰近的點是特征點f，且特征點f在參考圖像中的最鄰近的點也是特征點r ;二、最鄰近特征點與次臨近特征點間的距離比小于預(yù)設(shè)的第一閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，采用BBF算法確定最鄰近的特征點。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述非剛性配準(zhǔn)用互信息結(jié)合特征點限制作為相似性測度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述位移場搜索包括以下步驟: 計算位移場變化量； 將位移場變化量與位移場相加，更新位移場； 利用特征點對位移場進(jìn)行限制，包括計算特征點X處的位移場Un+1 (x)，計算該位移場Un+1(x)與V(X)的差值，該差值小于預(yù)設(shè)的第二閾值時，使位移場Un+1 (X) =V(X)否則Un+1(x)保持不變，V(X)為構(gòu)成特征點對的兩個特征點之間的位移,該特征點對包括特征點X ； 計算浮動圖像插值結(jié)果，計算該插值結(jié)果與參考圖像之間的互信息，當(dāng)互信息停止增大或迭代次數(shù)達(dá)到限定次數(shù)時，將當(dāng)前位移場作為最優(yōu)位移場，否則重復(fù)上述步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，更新位移場前還包括平滑位移場變化量的步驟，在利用特征點對位移場進(jìn)行限制后還包括對位移場進(jìn)行加權(quán)高斯平滑的步驟，所述加權(quán)高斯平滑在特征點處采用第一權(quán)值，在其它位置采用第二權(quán)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，采用對稱搜索的方式計算位移場變化量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，該三維配準(zhǔn)方法還包括在進(jìn)行配準(zhǔn)前將第一肺部CT體數(shù)據(jù)和第二肺部CT體數(shù)據(jù)每個體素代表的物理尺寸降采樣到相同尺度上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肺部CT的三維配準(zhǔn)方法，其特征在于，采用浮動圖像與參考圖像之間的聯(lián)合灰度分布直方圖計算互信息，其中采用PV插值的方式來計算聯(lián)合灰度分布直方 圖。
【文檔編號】G06T7/00GK104021547SQ201410209850
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月17日
【發(fā)明者】袁克虹, 于川匯 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院