[发明专利]一种适于超声-CT/MRI/PET等融合成像的非侵入性标准配准装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种便于超声与CT图像、核磁共振图像或PET图像等进行图像融合开发及临床应用的非侵入性标准配准装置。

背景技术

一、图像融合技术简介

医学图像融合技术是当今国内外研究的一个热点问题。医学成像包括X射线、超声、计算机断层成像(CT)、磁共振(MRI)单光子发射断层成像(SPECT)、正电子发射断层成像(PET)、红外线、数字减影(DSA)、荧光造影等。各种模态的医学图像从不同角度反映人体信息，单独从某一种图像中无法得到全面的诊断信息。多种图像如果只依靠医生的空间构想和推测去综合判定他们所要的信息，其准确性就会受到主观影响，更可能有些信息被忽视。

从上世纪80年代开始，医学图像融合开始逐渐引起临床医学界的关注。医学图像融合是将2个或2个以上医学成像设备获得的同一病灶区域的图像进行匹配和迭合，从而获得互补信息，增加信息量，使临床诊断和治疗更加准确和完善。医学图像融合的目的是结合各种图像的优势，减少不确定性，使医生对病变部位看得更直接，更清晰，从而有利于作出准确的判断。即出现部分之和大于整体的效果。

医学图像融合的基本思想在上世纪80年代提出，并产生了逐像素加权求平均等一些简单算法，但效果并不理想。到了90年代，医学图像融合开始成为当代医学图像领域的前沿课题,并取得了很大进展，对未来的医学影像发展产生深远影响，如Laplacian、Gaussian金字塔法、多分辨率滤波法、小波变换法等，带来了医学图像融合技术飞速发展。

二、图像融合的关键步骤-配准

医学图像融合是一个连续渐进过程，不同的融合方法有不同的操作和处理，但其基本流程和主要步骤大致相同（见图4）

其中，图像配准的精确度高低直接影响图像融合的质量。由于图像源成像模式不同，成像方位、时间、空间分辨率、空间覆盖域均有差别。故必须首先进行配准。医学图像配准是以误差最小化为原则，将不同图像归一化的过程。对待配准的某幅图像采用一种或几种空间变换，使其与另一幅待配准图像上的对应点达到空间上的高度一致。这种一致是指人体同一解剖点在2幅匹配图像上有相同的空间位置，配准的结果应达到2幅图像上所有解剖点，至少是有诊断意义，或兴趣区的各点都要达到匹配。图像分辨率越高，细节越丰富，实现点对点意义上的对应难度就越大。

配准处理一般分成图像变换和图像定位2步。第一步：图像变换。其目的是确保多源图像像素或体素表达的实际空间域相同，保证多源图像对同一脏器在空间描画上的一致性。包括平移、旋转、定标、反射等处理。常用的基本变换有刚性变换、仿射变换、投影变换、非线性变换等。一般由计算机自动完成，并可进行部分人工修正以提高准确性。第二步：图像定位。其方法大致有2大类，即基于外部定位法和基于内部特征的体位标记法：基于图像外部特征的融合：外部特征是指为进行图像融合处理，专门特制的、附加于患者身体的各种人造标记。这种体外标记在各种融合方式的图像中均应清晰可见，并能准确检测到。简单易行，也易于计算机处理，适用于各种模式的图像匹配。缺点是外在标记安置要求高，脏器和体表标记间易产生位移误差。按体表标记安置方式又可分成2种：（1）侵入性外部基准：指固定于患者体内的基准标记物，如立体定位框架、嵌入颅骨的螺丝钉等标记。侵入性标记固定性好，准确性高，但对患者有一定创伤：（2）非侵入性外部基准。指固定在患者皮肤表面的基准标记，如头罩、面膜、牙套、背带、框架或框架等，是无创安置。

三、超声图像融合配准的技术困境

临床上进行图像融合成像的实际操作中，CT与核磁图像之间，或CT与ECT之间的图像融合所依赖的配准处理手段主要依赖于前述的外部定位法和内部特征定位法。但CT、MRI、PET、SPECT等之间的图像配准定位的处理基础相对单纯，这是因为这些图像均是标准的垂直于水平面的躯体某一水平的整体性横断面。在这种标准化的整体性横断面前提下进行的图像配准，实际是使两种成像技术之间具备了统一的断面标准起点。因此在这种标准的横断面条件下无论是对体内某一标准解剖部位的定位配准还是前述体表标记法均只需要单一的计算机图像分析技术就可达到准确的图像配准要求，并且对体外标记的形态无确切严格的要求。实际上，在CT，MRI，ECT，PET，SPECT等标准断面成像技术之间应用到的体表标记物起到目的只是标准定位点，不需要进行面的定位。

但是，超声图像融合技术与前述CT、核磁或PET等彼此之间的图像融合技术截然不同，存在更高的技术要求，其区别点在于：

1）超声图像不是标准的横断面图，其图像随操作者手中探头方向的任意变换而呈万向性；