一种基于磁共振图像补偿的超宽带乳腺肿瘤成像方法技术

本发明专利技术涉及一种基于磁共振图像补偿的超宽带乳腺肿瘤成像方法，包括：基于乳房的MRI切片图集构建腺体的三维离散乳房模型；对腺体结构进行建模，将乳房内腺体组织的结构近似为椭圆锥形状；使用空间坐标变换，将椭圆锥“扶正”至一个副坐标系中；在椭圆锥的平面投影区域创建一个等腰三角形区域，并将这区域有限元化，确定能最好的描述腺体粗糙表面的变化趋势的椭圆锥面；进行微波传播时间误差估计，进行精确成像。本发明专利技术能够高准确度地进行超宽带乳腺肿瘤成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涉及一种乳腺肿瘤成像方法。
技术介绍
超宽带(UWB)检测技术在无损检测领域发展迅速。UWB检测应用十分广泛，该技术在探地雷达、材料探伤、穿墙雷达、乳腺肿瘤检测等诸多领域应用前景广阔，具有检测设备成本低、设备尺寸小、对人体无辐射伤害等诸多优点。该技术使用超宽带微波入射待检测物体，再依靠雷达反射原理定位靶目标或者对靶目标进行成像。在超宽带微波对人体乳腺肿瘤的探查应用中，乳房的复杂结构导致超快带微波传播时的速度不均一且难以估计，导致成像准确度下降。提升成像准确度的一个重要方法是进行乳腺组织成份测量。通过估算乳房内腺体组织和脂肪组织的体积，来正确预估成像所需的雷达反射波到达时间，进行准确成像。磁共振(MRI)图像能在灰度上准确反映人体乳房内组织复杂分布情况。由于乳房内腺体组织和脂肪组织交织成网状结构，两者界面十分粗糙，腺体组织体积难以被准确估计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高准确度超宽带乳腺肿瘤成像方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于磁共振图像补偿的超宽带乳腺肿瘤成像方法，包括下列步骤：(1)基于乳房的MRI切片图集构建腺体的三维离散乳房模型，通过对MRI切片图的灰度值区间进行阈值定义，将乳房内部划分为各种不同的组织，将离散模型中的腺体部分提取出来；(2)对腺体结构进行建模，使构建的模型同原腺体结构近似，将乳房内腺体组织的结构近似为椭圆锥形状，首先选取椭圆锥结构的顶点，然后再选取椭圆锥结构的底面中心位置，取得椭圆锥的中心对称轴；(3)使用空间坐标变换，将椭圆锥“扶正”至一个副坐标系中，使其底面同一坐标平面平行；(4)在椭圆锥的平面投影区域创建一个等腰三角形区域，并将这区域有限元化，每个网格记为pi，其中，等腰三角形的底边长度的一半是椭圆锥的长轴a，椭圆锥的高度h和长轴a保持不变，调节短轴b的尺寸，使椭圆锥面在三角形面的上下两个方向上上升或下降，当短轴b取某一长度时，首先计算pi点的上圆锥面同最高腺体像素点的差值的绝对值，再计算pi点的下圆锥面同最低腺体像素点的差值的绝对值，将这两个绝对值纳入一个样本，待所有pi点均完成同样的样本个体计算工作之后，计算样本方差，取样本方差最小时的b值为最合适短轴尺寸，此时的椭圆锥面能最好的描述腺体粗糙表面的变化趋势；(5)进行微波传播时间误差估计，进行精确成像，方法如下：默认超宽带天线布置位置为前半个乳房皮肤表面，取直角边的中点到底边的垂线距离为腺体补偿半径，再根据电磁波在乳腺脂肪组织和腺体组织的传播速度差，计算补偿时间，进行精确成像。本方法通过MRI图像对乳房内复杂分布的腺体组织建模，重构了一个光滑的腺体结构，并通过调节腺体的表面细节使重构的形状能近似描述粗糙腺体表面的整体变化趋势，构造的新腺体结构用于近似估计腺体的体积。通过重构的腺体形状计算时间传播误差，在成像算法中进行时延补偿，最终精确定位乳腺肿瘤的位置。通过时延补偿，可以有效降低成像时造成的成像位置偏差，尤其是对腺体组织分布较密的乳房，成像精确度提高具有重要意义，可以为微创手术直接定位肿瘤。现假设一患者体内的肿瘤位置为x＝15mm,y＝25mm,z＝60mm，如图9(a),(b)所示分别为患者不使用延迟修正算法的成像图和使用延迟修正算法的成像图。可以看出，肿瘤图像位置偏差由原来-4mm的改变为+0.5mm,较大程度上修正了超快带微波检测乳腺肿瘤的成像误差。图10是对25例患者不使用本算法前及使用本算法后的成像定位对比，可见成像偏差整体明显减小，体现了方法的实用性。附图说明图1乳腺MRI切片图图2MRI导出的乳房结构图图3三维腺体表面结构图4空间坐标变换图5空间坐标变换后的腺体组织图6腺体表面粗糙度样本计算图7超宽带检测乳腺肿瘤模型及天线配置图8补偿半径计算方法图9(a)不适用补偿算法的成像图(b)使用补偿算法的成像图图1025例患者成像偏差修正效果具体实施方法下面结合附图和实施例对本专利技术进行说明。(1)图1所示为乳房MRI切片图。首先基于乳房的MRI切片图集构建腺体的离散模型，将MRI图片等间距堆叠后，对切片与切片之间的空隙进行插值，构造一个完整的三维离散乳房模型，通过对MRI切片图的灰度值区间进行阈值定义，将乳房内部划分为各种不同的组织，各组织如图2所示。直接将离散模型中的腺体部分提取出来，如图3所示。(2)对腺体结构进行建模，使构建的模型同原腺体结构近似，通过对比大量的乳腺MRI影像图，将乳房内腺体组织的结构近似为椭圆锥形状，该近似形状能较好的描述绝大多数女性乳房内的腺体结构。首先选取椭圆锥结构的顶点，然后再选取椭圆锥结构的底面中心大致位置，这样就取得了椭圆锥的中心对称轴。选取的对称轴如图4所示。(3)由于人体乳房内腺体生长的不确定性，椭圆锥的空间位置及朝向随机。故由图4及图5所示，使用空间坐标变换，将椭圆锥“扶正”至一个副坐标系中，使其底面同一坐标平面平行。(4)在椭圆锥的平面投影区域创建一个等腰三角形区域，如图5及图6所示。并将这区域有限元化，每个网格记为pi，其中三角形的底边长度的一半是椭圆锥的长轴a，椭圆锥的高度h和a保持不变，调节短轴b的尺寸，使椭圆锥面在三角形面的上下两个方向上上升或下降。当b取某一长度时，首先计算pi点的上圆锥面同最高腺体像素点的差值的绝对值，再计算pi点的下圆锥面同最低腺体像素点的差值的绝对值，将这两个绝对值纳入一个样本，待所有pi点均完成同样的样本个体计算工作，计算样本方差，取样本方差最小时的b值为最合适短轴尺寸，此时的椭圆锥面能最好的描述腺体粗糙表面的变化趋势。(5)进行微波传播时间误差估计。如图7所示，默认超宽带天线布置位置为前半个乳房皮肤表面。如图8所示，取直角边的中点到底边的垂线距离为腺体补偿半径。再根据电磁波在乳腺脂肪组织和腺体组织的传播速度差，计算补偿时间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁共振图像补偿的超宽带乳腺肿瘤成像方法，包括下列步骤：(1)基于乳房的MRI切片图集构建腺体的三维离散乳房模型，通过对MRI切片图的灰度值区间进行阈值定义，将乳房内部划分为各种不同的组织，将离散模型中的腺体部分提取出来；(2)对腺体结构进行建模，使构建的模型同原腺体结构近似，将乳房内腺体组织的结构近似为椭圆锥形状，首先选取椭圆锥结构的顶点，然后再选取椭圆锥结构的底面中心位置，取得椭圆锥的中心对称轴；(3)使用空间坐标变换，将椭圆锥“扶正”至一个副坐标系中，使其底面同一坐标平面平行；(4)在椭圆锥的平面投影区域创建一个等腰三角形区域，并将这区域有限元化，每个网格记为pi，其中，等腰三角形的底边长度的一半是椭圆锥的长轴a，椭圆锥的高度h和长轴a保持不变，调节短轴b的尺寸，使椭圆锥面在三角形面的上下两个方向上上升或下降，当短轴b取某一长度时，首先计算pi点的上圆锥面同最高腺体像素点的差值的绝对值，再计算pi点的下圆锥面同最低腺体像素点的差值的绝对值，将这两个绝对值纳入一个样本，待所有pi点均完成同样的样本个体计算工作之后，计算样本方差，取样本方差最小时的b值为最合适短轴尺寸，此时的椭圆锥面能最好的描述腺体粗糙表面的变化趋势；(5)进行微波传播时间误差估计，进行精确成像，方法如下：默认超宽带天线布置位置为前半个乳房皮肤表面，取直角边的中点到底边的垂线距离为腺体补偿半径，再根据电磁波在乳腺脂肪组织和腺体组织的传播速度差，计算补偿时间，进行精确成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于磁共振图像补偿的超宽带乳腺肿瘤成像方法，包括下列步骤：
(1)基于乳房的MRI切片图集构建腺体的三维离散乳房模型，通过对MRI切片图的灰度
值区间进行阈值定义，将乳房内部划分为各种不同的组织，将离散模型中的腺体部分提取
出来；
(2)对腺体结构进行建模，使构建的模型同原腺体结构近似，将乳房内腺体组织的结构
近似为椭圆锥形状，首先选取椭圆锥结构的顶点，然后再选取椭圆锥结构的底面中心位置，
取得椭圆锥的中心对称轴；
(3)使用空间坐标变换，将椭圆锥“扶正”至一个副坐标系中，使其底面同一坐标平面平
行；
(4)在椭圆锥的平面投影区域创建一个等腰三角形区域，并将这区域有限元化，每个网
格记为pi，其中，等腰三角形的底边长度的一半是椭圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖夏，王梁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12