[发明专利]一种乳腺动态增强磁共振图像序列的配准方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学医学影像配准方法，具体来说涉及一种乳腺动态增强磁共振图像序列的配准方法。

背景技术

乳腺动态增强磁共振图像序列（Dynamic Contrast-Enhanced Magnetic Resonance Image, DCE-MRI）的配准方法一般将增强前后的MRI图像视为不同模态的图像，然后使用互信息作为相似性度量对增强前后的图像进行配准。

Rueckert以归一化互信息作为相似性度量（Rueckert D, Sonoda LI, Hayes C, Hill DLG, Leach MO, Hawkes DJ. Nonrigid registration using free-form deformations：Application to breast MR Images. IEEE Transactions on Medical Imaging, 1999. 18(8): p. 712-721），以3D刚性配准为粗配准结果，然后采用基于B样条的自由形变模型描述乳腺的形变场，并加入形变场的平滑性约束，采用梯度下降的方法进行优化和求解，其研究结果表明非刚性配准能消除运动伪影。Rohfing将形变场平滑性约束替换为不可压缩约束（Rohlfing T, Maurer RC, Jr, Bluemke DA, Jacobs MA, Volume-preserving nonrigid registration of MR breast images using free-form deformation with an incompressibility constraint. IEEE Transactions on medical imaging, 2003. 22(6): p. 730-741）。实验结果表明该方法可使配准乳腺体积的变化量保持在1%以内。Zheng提出了另一种方法（Zheng YJ, Yu Jy, Kambhamettu C, Englander S, Schnall MD, Shen DG, De-enhancing the dynamic contrast-enhanced breast MRI for robust registration. Med Image Comput Comput Assist Interv, 2007. 10(1): p. 933-941.），用恢复的增强对增强后的MRI图像进行“去增强”处理，使得增强前后的图像转化为同一模态，然后使用平方差和作为图像间相似性度量对增强前后的图像对进行配准。

最大化互信息，在对比度变化的区域上，会产生错位的形变场，使增强病灶体积发生扩大或缩小。为了避免这种情况出现，可对形变场添加不可压缩的约束。但这种约束没有考虑乳腺时间序列图像的增强时空变化、不同组织和病灶之间的差别。Zheng的方法虽然考虑了增强的空间平滑性，但不能保证时间上的连续性。

因此，针对现有技术不足，提供一种乳腺动态增强磁共振图像序列的配准方法以克服现有技术不足甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种乳腺动态增强磁共振图像序列的配准方法，该方法具有配准度高、配准方法简单、计算量少的特点。

本发明的上述目的通过如下技术方案实现。

一种乳腺动态增强磁共振图像序列的配准方法，包括下列步骤，

（1）读取DCE-MRI图像序列同一层所有时间帧的图像数据；

（2）对增强前后的图像进行粗配准，求出形变场的初始估计；

（3）由当前估计的形变场对DCE-MRI图像序列进行运动补偿，计算出每个时间点的增强场；

（4）对步骤（3）中得到的所有时间点的增强场采用K-均值聚类将时间序列增强场范围离散划分为有限种类，然后利用马尔科夫随机场对时间序列增强场进行建模，使用Fast-PD算法优化离散马尔科夫随机场能量求解时间序列增强场；

（5）利用步骤（4）计算的时间序列增强场对DCE-MRI图像序列进行“去增强”处理，使得增强前后的DCE-MRI图像序列的时间序列可视为同一模态图像；

（6）图像序列已“去增强”处理后，对乳腺的形变场采用基于B样条的自由形变模型描述，自由形变模型控制点的位移场使用离散马尔科夫随机场建模，离散马尔科夫随机场的能量函数采用Fast-PD算法快速优化，求解出形变场；