一種多模態成像系統的圖像配準裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多模態成像系統的圖像配準裝置。本實用新型的圖像配準裝置包括：定位基座、封閉腔體、試管及密封蓋；其中，封閉腔體固定在定位基座的一個側壁上；試管為一端開口的細管，其中注有顯影劑，放置在封閉腔體內，且試管的軸線平行于檢查軸；密封蓋將封閉腔體密封，在進行FMT配準時內部充滿介質；定位基座采用不透明的材料；封閉腔體和試管采用透明的材料。本實用新型基于剛體配準，參數相對簡單，配準精度高，并且可靈活、準確的實現四模態成像裝置中任意雙、三及四模態組合的配準，尤其提高了FMT與其他模態圖像配準的精度。
【專利說明】一種多模態成像系統的圖像配準裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及生物醫學成像領域，尤其涉及一種用于多模態成像系統圖像配準的配準裝置。
【背景技術】
[0002]醫學成像技術為實現在活體狀態下無創、高靈敏度、高分辨率探測生命的本質發揮了重要作用。然而由于生物體本身的復雜性，任何單一成像模態都無法完全剖析生物過程。因此，多模態醫學成像技術一經提出便得到了迅速的發展。它結合了多個成像模態各自的優勢，并能相互提供先驗信息，可以更全面、更準確、更可靠地提供成像結果。例如計算機層析成像CT可以準確地提供生物體的解剖信息。正電子發射計算機斷層成像PET、單光子發射計算機斷層成像SPECT和熒光分子層析成像FMT可提供分子代謝等功能信息。同時，模態的融合如利用CT的先驗結構信息還可提高FMT的重建精度。
[0003]在多模態成像系統中，各個成像裝置具有各自的坐標系統，由于各個成像裝置采用的坐標系統不同，導致同一個檢查部位在成像視野FOV中的位置不同，這樣就無法將多模態圖像融合。因此需要先將不同模式的圖像進行匹配，使得在不同的成像模式下對同一個部位形成的圖像處于視野范圍內相同的位置，這個過程就稱為“配準”。由于多種成像模態各自的生成原理不同，各模態間的共同信息很少。因此多種模態的成像結果的配準，成為多模態成像成功應用的關鍵步驟。目前，PET/CT或SPECT/CT等多模態成像系統已經商用，相應的配準方法和配準模型也得到研究和發展。2012年北京大學任秋實領導的研究小組首次實現CT/PET/SPECT/FMT四模態成像系統，然而目前尚未有合適的裝置和方法適合四模態的配準。此外，FMT作為一種新興的成像裝置，業內尚未提出一種精確的FMT與其他模態配準的裝置和方法。
實用新型內容
[0004]為了實現多模態成像系統(CT/PET/SPECT/FMT)的圖像配準，本實用新型提供了一種適合四模態成像系統的圖像配準裝置。
[0005]本實用新型的目的在于提供一種多模態成像系統的圖像配準裝置。
[0006]本實用新型的多模態成像系統的圖像配準裝置包括:定位基座、封閉腔體、試管及密封蓋；其中，封閉腔體固定在定位基座的一個側壁上；試管為一端開口的細管，其中注有顯影劑，放置在封閉腔體內，且試管的軸線平行于檢查軸；密封蓋將封閉腔體密封，在使用顯影劑對FMT進行圖像配準時內部充滿介質；定位基座采用不透明的材料；封閉腔體和試管采用透明的材料。
[0007]定位基座用來固定和支撐封閉腔體，并且在CT圖像配準和FMT圖像配準時，對定位基座進行成像，通過定位基座的二維圖像比對實現圖像配準。因此，定位基座采用不透光的材料，并且定位基座的形狀對于檢查軸為非中心對稱。
[0008]對于功能成像PET、SPECT和FMT，需要注入顯影劑才能實現成像。試管中注入顯影劑，對顯影劑的位置成像，從而用來實現與顯影劑相對應的功能成像的圖像配準。為了提高配準的精確度，采用多個試管，從而可以通過多個不同成像位置的比對，實現配準。密封蓋上設置有與試管相匹配的通孔，試管通過通孔固定在封閉腔體的內部。通孔的直徑與試管的外徑相同，并且通孔的個數與試管的個數相同。試管的直徑不小于1_。
[0009]在進行FMT配準時，封閉腔體內部充滿介質，介質的散射和吸收系數與被測體相同，以模擬FMT的光學環境。
[0010]本實用新型的多模態成像系統的圖像配準方法，包括雙模態、三模態和四模態的圖像配準。
[0011]本實用新型的雙模態圖像配準方法包括以下四種情況:
[0012]a)功能成像PET或SPECT與結構成像CT的圖像配準，包括以下步驟:
[0013]I)將對應功能成像PET或SPECT的顯影劑注入試管中，將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定，并將封閉腔體密封；
[0014]2)由CT和相應的功能成像雙模態組合對顯影劑進行成像；
[0015]3)對雙模態共同探測到的顯影劑的圖像提取特征信息，進行匹配和圖像融合，實現雙模態圖像配準。
[0016]b)功能成像PET與SPECT的圖像配準，包括以下步驟:
[0017]I)將PET和SPECT顯影劑混合后注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定，并將封閉腔體密封；
[0018]2)用PET和SPECT雙模態組合對顯影劑分別成像；
[0019]3) PET和SPECT雙模態的顯影劑在同一位置，對雙模態各自得到的顯影劑的圖像提取特征信息，進行匹配和圖像融合，實現雙模態圖像配準。
[0020]c )功能成像PET或SPECT與FMT的圖像配準:
[0021]I)將FMT與PET或SPECT的顯影劑混合后注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，將介質充滿封閉腔體并由密封蓋封好以模擬FMT的光學環境，同時通過密封蓋固定試管；
[0022]2)用FMT與PET或SPECT雙模態組合對顯影劑分別成像；
[0023]3) FMT與PET或SPECT雙模態的顯影劑在同一位置，對雙模態各自得到的顯影劑的圖像提取特征信息，進行匹配和圖像融合，實現雙模態圖像配準。
[0024]d) FMT與CT的圖像配準，包括以下兩種方法:
[0025]第一種方法，包括以下步驟:
[0026]I)將FMT的顯影劑注入試管中，并將試管插入封閉腔體中，將介質充滿封閉腔體并由密封蓋封好以模擬FMT的光學環境，同時通過密封蓋固定試管；
[0027]2 )由CT和FMT雙模態組合對顯影劑進行成像；
[0028]3)對雙模態共同探測到的顯影劑的圖像提取特征信息，進行匹配和圖像融合，實現雙模態圖像配準。
[0029]第二種方法，由于FMT重建圖像的精度較低，直接利用FMT的重建結果進行匹配，可能會加大配準誤差；為提高FMT與CT的圖像配準精度，可選擇采用關于檢查軸非中心對稱的定位基座進行配準，包括以下步驟:
[0030]I)由FMT模態從多個角度對定位基座進行拍照，獲得二維白光圖；[0031]2)由CT模態對定位基座進行成像，得到投影圖；
[0032]3)利用FMT的二維白光圖與CT的投影圖提取輪廓等特征信息，進行匹配和圖像融
八I=I，
[0033]實現雙模態圖像配準。
[0034]本實用新型的三模態圖像配準方法包括以下三種情況:
[0035]a) PET、SPECT和FMT三模態的圖像配準，包括以下步驟:
[0036]I)將PET、SPECT和FMT的顯影劑混合后注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，將介質充滿封閉腔體并由密封蓋封好以模擬FMT的光學環境，同時通過密封蓋固定試管；2)用PET、SPECT和FMT三模態組合對顯影劑分別成像；
[0037]3) PET、SPECT和FMT三模態的顯影劑在同一位置，對三模態各自得到的顯影劑的圖像提取特征信息，進行匹配和圖像融合，實現三模態圖像配準。
[0038]b) PET、SPECT和CT三模態的圖像配準，包括以下步驟:
[0039]I)將PET和SPECT顯影劑注入到試管中，注入的位置可以相同也可以不同，并將試
管
[0040]插入封閉腔體中，通過密封蓋固定試管并將封閉腔體密封；
[0041]2)由PET、SPECT和CT三模態組合對顯影劑進行成像；
[0042]3)對PET、SPECT和CT三模態探測到的顯影劑的圖像，分別提取特征信息，以CT為基準分別進行匹配和圖像融合后，從而得到三模態圖像配準。
[0043]特別的對于CT\PET\SPECT三模態成像系統中，如果SPECT裝置不能屏蔽PET顯影劑的放射性，則為了避免PET顯影劑的放射性影響SPECT成像，需要注意SPECT的顯影劑和PET的顯影劑注入試管和成像的順序，具體采用以下步驟:
[0044]I)先將SPECT的顯影劑注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定試
[0045]管并將封閉腔體密封，然后由SPECT模態對顯影劑成像；
[0046]2)再將PET的顯影劑注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定試管并將封閉腔體密封，然后由PET模態對顯影劑成像；或者，
[0047]I)先將PET的顯影劑注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定試管并將封閉腔體密封，然后由相PET模態對顯影劑成像；
[0048]2)等PET顯影劑衰減到不影響SPECT成像后，再將SPECT的顯影劑注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定試管并將封閉腔體密封，然后由SPECT模態對顯影劑成像；
[0049]3)由CT模態對SPECT和PET的顯影劑進行成像；
[0050]4)對PET、SPECT和CT三模態探測到的顯影劑的圖像，分別提取特征信息，以CT為
[0051]基準分別進行匹配和圖像融合后，從而得到三模態圖像配準。c)FMT、CT和PET或SPECT三模態的圖像配準，包括以下兩種方法:
[0052]第一種方法，包括以下步驟:
[0053]I)將FMT和PET或SPECT的顯影劑注入到試管內，可注入到相同位置或不同位置，并將試管插入封閉腔體中，將介質充滿封閉腔體并由密封蓋封好以模擬FMT的光學環境，同時通過密封蓋固定試管；[0054]2)利用FMT、CT和PET或SPECT三模態組合對顯影劑進行成像；
[0055]3)對FMT、CT和PET或SPECT三模態探測到的顯影劑的圖像，分別提取特征信息，
[0056]以CT為基準分別進行匹配和圖像融合后，從而得到三模態圖像配準。
[0057]第二種方法，包括以下步驟:
[0058]I)將對應功能成像PET或SPECT的顯影劑注入試管的底部，將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定，并將封閉腔體密封；
[0059]2 )利用CT和PET或SPECT雙模態對顯影劑進行成像；
[0060]3)對雙模態共同探測到的顯影劑的圖像提取特征信息，進行匹配和圖像融合，得到CT和PET或SPECT的圖像配準；
[0061]4)由FMT裝置從多個角度對定位基座進行拍照，獲得二維白光圖；
[0062]5)由CT裝置對定位基座進行成像，得到投影圖；
[0063]6)對FMT的二維白光圖與CT的投影圖提取特征信息，進行匹配和圖像融合，將FMT與CT配準，以CT為基準從而得到三模態圖像配準。
[0064]本實用新型的四模態圖像配準方法包括以下兩種方法:
[0065]第一種方法，包括以下步驟:
[0066]I)將FMT、PET和SPECT的顯影劑注入到試管內，可注入到相同位置或不同位置，并將試管插入封閉腔體中；
[0067]2)將介質充滿封閉腔體并由密封蓋封好以模擬FMT的光學環境，同時通過密封蓋固定試管；
[0068]3)利用FMT、CT、PET和SPECT對顯影劑進行成像；
[0069]4)對CT、FMT、PET和SPECT四模態探測到的顯影劑的圖像提取特征信息，以CT為基準分別進行匹配和圖像融合后從而得到四模態圖像配準。
[0070]第二種方法，包括以下步驟:
[0071]I)由FMT裝置從多個角度對定位基座進行拍照，獲得二維白光圖；
[0072]2)由CT裝置對定位基座進行成像，得到投影圖；
[0073]3)對FMT的二維白光圖與CT的投影圖提取輪廓等特征信息，進行匹配和圖像融合，得到將FMT與CT的圖像配準；
[0074]4)將PET和SPECT顯影劑注入到試管中，注入的位置可以相同也可以不同，并將試管插入封閉腔體中，通過密封蓋固定試管并將封閉腔體密封；
[0075]5)由PET、SPECT和CT對顯影劑進行成像；
[0076]6)對PET、SPECT和CT三模態探測到的顯影劑的圖像提取特征信息，以CT為基準分別進行匹配和圖像融合后從而得到三模態圖像配準；
[0077]7)利用步驟3)和6)得到的參數，以CT為基準，可實現四模態的匹配和圖像融合。特別的對于CT\PET\SPECT\FMT四模態成像系統中，如果SPECT裝置不能屏蔽PET顯影劑的放射性，則為了避免PET顯影劑的放射性影響SPECT成像，需要注意SPECT的顯影劑和PET的顯影劑注入試管和成像的順序，具體采用以下步驟:
[0078]I)先將SPECT\PET\FMT中的一種顯影劑注入到試管中，并將試管插入封閉腔體中，通
[0079]過密封蓋固定試管并將封閉腔體密封，然后由相應的模態對顯影劑成像；[0080]2)再按照I)的方法依次完成其他兩種模態對各自顯影劑的成像，若PET成像在SPECT成像之前，則等PET顯影劑衰減到不影響SPECT成像后，再將SPECT的顯影劑注入到試管中，然后進行SPECT成像；
[0081 ] 3 )由CT模態對SPECT、PET和FMT的顯影劑進行成像；
[0082]4)對FMT、PET、SPECT和CT四模態探測到的顯影劑的圖像，分別提取特征信息，以CT為基準分別進行匹配和圖像融合后，從而得到四模態圖像配準。
[0083]此外，采用任意的雙模態或三模態的圖像配準方法，將四模態中的兩種或三種相互間圖像配準后，在進行余下模態的圖像配準，從而實現四模態圖像配準。
[0084]本實用新型的優點:
[0085]本實用新型基于剛體配準，參數相對簡單，配準精度高，并且可靈活、準確的實現四模態成像裝置中任意雙、三及四模態組合的圖像配準，尤其提高了 FMT與其他模態圖像配準的精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0086]圖1是多模態成像系統的結構示意圖；
[0087]圖2是本實用新型的多模態成像系統的圖像配準裝置的一個實施例的結構示意圖；
[0088]圖3(a、b)是本實用新型的多模態成像系統的圖像配準裝置的一個實施例的密封蓋的示意圖。
【具體實施方式】
[0089]下面結合附圖，通過實例對本實用新型做進一步說明。
[0090]如圖1所示，四模態成像系統包括:熒光層析成像FMT裝置01、正電子發射斷層成像PET裝置02、計算機斷層成像CT裝置03、單光子發射斷層成像SPECT裝置04、旋轉裝置
05、檢測床裝置06以及數據采集裝置和計算機；各個成像裝置經數據線由數據采集裝置采樣保存至計算機；各個成像裝置共用一個檢查床裝置和同一檢查軸；其中:CT裝置和SPECT裝置安裝在一個旋轉裝置05上，構成CT/SPECT裝置，FMT裝置安裝在另一個旋轉機架裝置上；檢測床裝置06安裝在底座07的一端，FMT裝置01、PET裝置02、CT裝置03及SPECT裝置04依次分別安裝在底座07的另一端，并且各個裝置位于同一軸線上，檢測床裝置06包括升降機構063、平移機構062和檢查床061，升降機構063在底座07上，平移機構安062裝在升降機構063上，檢查床061安裝在平移機構062上，如圖1所示。
[0091]如圖2所示，本實施例的多模態成像系統的圖像配準裝置包括:定位基座1、封閉腔體2、試管3及密封蓋4 ;其中，封閉腔體2固定在定位基座I的一個側壁上；試管3為一端開口的細管，其中注有顯影劑，放置在封閉腔體2內，且試管3的軸線平行于檢查軸；密封蓋4將封閉腔體2密封，在進行FMT配準時內部充滿介質。
[0092]在本實施例中定位基座I為關于檢查軸為非對稱的長方體，采用不透明的尼龍；封閉腔體2為圓柱形的透明有機玻璃，通過粘接或者螺紋的方式固定在定位基座I的側壁上；試管3采用玻璃細管，3個試管通過密封蓋4上相匹配的通孔固定在封閉腔體2內；密封蓋4上設置3個通孔41，通孔的直徑等于試管的外徑；進行FMT圖像配準時，封閉腔體2內充滿脂肪乳并由密封蓋封好以模擬FMT的光學環境。
[0093]采用3個試管的密封蓋的示意圖如圖3所示，3個通孔42的位置排列可以為圖3Ca)中的位于一條直線上，也可以如圖3 (b)中的關于中心對稱。
[0094]下面以四模態圖像配準的兩種方法為例，具體說明本實用新型的多模態圖像的圖像配準方法。
[0095]第一種圖像配準方法，包括以下步驟:
[0096]I)將SPECT顯影劑"mTc、PET顯影劑18F和FMT顯影劑ICG注入試管3中，由于不同的試管在成像視野FOV中處于不同的位置，每個位置都有其典型意義，因此將3個試管都注入顯影劑，將試管插入封閉腔體中；
[0097]2)配制脂肪乳充滿封閉腔體，并由密封蓋封好以模擬FMT的光學環境，同時通過密封蓋固定試管；
[0098]3)利用對應的PET、SPECT、FMT和CT裝置對顯影劑進行成像，由于功能成像模態所用的顯影劑的密度與所設計的圖像匹配裝置的密度有差別，CT可對顯影劑與試管3區分并提取特征信息，而其他三模態只對各自的顯影劑顯像；
[0099]4)PET、SPECT和FMT三模態探測到的顯影劑的圖像，分別與CT模式探測到的顯影劑的圖像提取特征信息，特征信息包括輪廓或角點等信息，進行匹配與圖像融合，實現四模態圖像配準。
[0100]在不同的模態下探測到的圖像，利用輪廓或角點等特征信息得到旋轉平移參數，并以此作為配準參數用來校正多模態探測到的圖像。
[0101]第二種方法，包括以下步驟:
[0102]I)由FMT裝置對定位基座I進行360度拍照，每隔5度一張獲得共72張二維白光圖；
[0103]2)由CT裝置對定位基座I進行成像，得到三維CT圖；
[0104]3)對定位基座I的三維CT圖進行多角度投影得到二維投影圖，利用二維投影圖與白光
[0105]圖進行配比和圖像融合，得到相應的圖像配準參數從而實現FMT與CT的圖像配準；
[0106]4)將SPECT顯影劑99mTc和PET顯影劑18F注入試管3中，由于不同的細玻璃管在成
[0107]像視野中處于不同的位置，每個位置都有其典型意義，故將3個試管都注入顯影劑；
[0108]5)由PET和SPECT對各自的顯影劑進行成像，同時，由于功能成像模態所用的顯影劑
[0109]密度與所設計裝置密度有差別，用CT可對兩種顯影劑進行成像、區分與提取特征信息；
[0110]6)PET和SPECT模態探測到的顯影劑的圖像，分別與CT模態探測到的顯影劑的圖
像
[0111]進行提取特征信息，進行匹配和圖像融合后實現PET、SPECT和CT的圖像配準；
[0112]7)利用步驟3)和6)得到的參數，以CT為基準，進行匹配和圖像融合，可實現四模[0113]態圖像配準。
[0114]最后需要注意的是，公布實施方式的目的在于幫助進一步理解本實用新型，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本實用新型及所附的權利要求的精神和范圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本實用新型不應局限于實施例所公開的內容，本實用新型要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種多模態成像系統的圖像配準裝置，其特征在于，所述圖像配準裝置包括:定位基座(I)、封閉腔體(2)、試管(3)及密封蓋(4);其中，所述封閉腔體(2)固定在定位基座(I)的一個側壁上；所述試管(3)為一端開口的細管，其中注有顯影劑，放置在封閉腔體(2)內，且試管(3)的軸線平行于檢查軸；所述密封蓋(4)將封閉腔體(2)密封，在使用顯影劑對FMT進行圖像配準時內部充滿介質；所述定位基座(I)采用不透明的材料；所述封閉腔體(2)和試管(3)采用透明的材料。
2.如權利要求1所述的圖像配準裝置，其特征在于，所述定位基座(I)的形狀對于檢查軸為非中心對稱。
3.如權利要求1所述的圖像配準裝置，其特征在于，所述密封蓋(4)上設置有與試管(3)相匹配的通孔(41)，所述試管(3)通過通孔(41)固定在封閉腔體(2)的內部。
4.如權利要求3所述的圖像配準裝置，其特征在于，所述通孔(41)的直徑與試管的外徑相同，并且通孔的個數與試管的個數相同。
5.如權利要求1所述的圖像配準裝置，其特征在于，所述介質的散射和吸收系數與被測體相同。
6.如權利要求1所述的圖像配準裝置，其特征在于，所述試管(3)的直徑不小于1_。
【文檔編號】G06T7/00GK203763057SQ201420121221
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】任秋實, 李長輝, 王國鶴, 江曉蕓 申請人:北京大學