小动物MPI-CT联合成像的双峰配准装置及其自动配准方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于生物医学成像领域，具体涉及了一种小动物MPI

【技术实现步骤摘要】
小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置及其自动配准方法


[0001]本专利技术属于生物医学成像领域，具体涉及了一种小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置及其自动配准方法。

技术介绍

[0002]磁粒子成像(Magnetic particle imaging,MPI)基于磁纳米粒子(Magnetic nanoparticles,MNPs)在磁场自由区域周围产生的非线性磁化响应，利用线圈检测技术获得粒子感应信号的高次谐波成分，从而重建出粒子的浓度分布图像。MPI在成像过程中仅使用MNPs产生的对比度，而不产生背景信号，是一种新兴的功能性成像技术。然而，由于缺少解剖学结构背景，如何进行精准定位是MPI小动物活体成像的重要挑战。
[0003]现有的临床成像方式，如X射线计算机断层扫描(X
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ray Compute tomography,X
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CT)利用X射线穿透生物组织后的衰减系数进行成像，可以为MPI图像提供相应的解剖学信息，从而提高生物体中MNPs定位的精度，便于观察生理活动的变化情况。结合两种或两种以上的成像技术形成的双模或双模态成像，不仅保留了单一模态的灵敏度和高分辨率，还能实现多种成像方式的优势互补。
[0004]实现多模式成像的关键是将不同时间或不同来源的图像放在一个坐标系中进行配准。在配准过程中可以借助体外放置的一些标记物作为参考点，并使之出现在不同模式的图像中，然后利用这些标记物作为自动配准时的参考位置。目前研究中用于小动物MPI
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CT联合成像的配准标记，均是按照实验者的经验，将带有一定含量MNPs的标记物放置于成像部位的附近，难以实现完全的三维配准。
[0005]因此，本领域还需要一种在MPI和CT模式中可以同时显影的双峰基准标记物，从冠状面、矢状面、横断面均可确定两个成像模式所对应的位置，从而构成一套适用于小动物MPI
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CT联合成像的三维配准装置及系统。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的上述问题，即现有小动物MPI
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CT联合成像的配准标记按照实验者经验放置，难以实现完全的三维配准的问题，本专利技术提供了一种小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置，所述双峰配准装置包括标记物材料、三个双峰配准标记以及支撑架；
[0007]所述标记物材料包括MPI示踪剂和CT造影剂，分别用于MPI成像和CT成像的配准标记；
[0008]任一所述双峰配准标记包括玻璃毛细管、柔性PVC管，所述玻璃毛细管中填充MPI示踪剂，所述玻璃毛细管的外层包围一层柔性PVC管，所述玻璃毛细管外壁与所述柔性PVC管内壁之间填充CT造影剂；
[0009]所述支撑架用于固定所述三个双峰配准标记，所述支撑架设置于成像部位的正上方。
[0010]在一些优选的实施例中，所述MPI示踪剂和所述CT造影剂，相互之间不影响成像效
果。
[0011]在一些优选的实施例中，所述双峰配准标记还包括堵头；
[0012]所述堵头用于保持所述玻璃毛细管与所述柔性PVC管的密封性。
[0013]在一些优选的实施例中，所述三个双峰配准标记之间相互倾斜，并相交于所述支撑架的顶点。
[0014]本专利技术的另一方面，提出了一种小动物MPI
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CT联合成像的自动配准方法，所述自动配准方法包括：
[0015]步骤S10，通过上述的小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置，分别进行待成像物的MPI投影成像和X
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CT投影成像；
[0016]步骤S20，基于所述双峰配准标记在成像区域内的位置，分别在MPI投影成像的MPI图像和X
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CT投影成像的CT图像中划分配准区域；
[0017]步骤S30，通过kmeans聚类法，将所述MPI图像的像素分类成2个像素簇，并将2个像素簇的簇心作为配准点；通过分水岭分割法，分割所述CT图像的配准标记的边界，将边界以内的中心点作为配准点；
[0018]步骤S40，获取MPI图像的配准点坐标和CT图像的配准点坐标，基于坐标之间的映射关系，进行MPI投影成像的MPI图像和X
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CT投影成像的CT图像的配准点的缩放、平移的刚性配准，完成MPI
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CT联合成像的自动配准。
[0019]在一些优选的实施例中，步骤S30中通过kmeans聚类法，将所述MPI图像的像素分类成2个像素簇，其方法为：
[0020]步骤S311，在MPI图像的配准区域随机选取两个像素点作为聚类的像素簇簇心；
[0021]步骤S312，计算像素簇簇心之外的其他所有像素与像素簇簇心的欧式距离；
[0022]步骤S313，将每个像素归属到距离最小的簇心，作为初始的像素簇，以2个像素簇中所有像素值的平均值作为新的簇心；
[0023]步骤S314，重复通过步骤S312
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步骤S313进行簇心的位置调整，直至簇心的位置不发生变化，并将2个簇心作为配准点。
[0024]在一些优选的实施例中，所述欧式距离，其获取方法为：
[0025]其中，p代表欧式距离，(x1，y1)为像素簇簇心的坐标，(x2，y2)为其他所有像素中任一像素的坐标。
[0026]在一些优选的实施例中，步骤S30中通过分水岭分割法，分割所述CT图像的配准标记的边界，其方法为：
[0027]步骤S321，以CT图像的任一双峰配准标记作为种子点；
[0028]步骤S322，在所述CT图像上以所述种子点为中心进行邻域扫描；
[0029]步骤S323，若邻域像素值比种子点小，则将邻域像素作为边界点；否则，将邻域像素作为新的种子点，原来的种子点作为边界点；
[0030]步骤S324，将遍历邻域后获得的一组边界点分别作为新的种子点，并重复通过步骤S322
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步骤S323进行整个CT图像区域的遍历，获得包含标记边界的掩模图，将边界以内的中心点作为配准点。
[0031]在一些优选的实施例中，步骤S40中进行MPI投影成像的MPI图像和X
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CT投影成像
的CT图像的配准点的缩放、平移的刚性配准，其方法为：P(x)＝Ax+b
[0032]其中，x＝(x，y，z)为刚性配准前像素的空间位置，P(x)为刚性配准后像素的空间位置，A为缩放变换的矩阵，b为平移向量。
[0033]在一些优选的实施例中，所述MPI
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CT联合成像的自动配准之后，还设置有双模态图像融合的步骤，其方法为：S
f
(x，y，z)＝αS
MPI
(x，y，z)+S
CT
(x，y，z)
[0034]其中，S
f
(x，y，z)为MPI
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置，其特征在于，所述双峰配准装置包括标记物材料、三个双峰配准标记以及支撑架；所述标记物材料包括MPI示踪剂和CT造影剂，分别用于MPI成像和CT成像的配准标记；任一所述双峰配准标记包括玻璃毛细管、柔性PVC管，所述玻璃毛细管中填充MPI示踪剂，所述玻璃毛细管的外层包围一层柔性PVC管，所述玻璃毛细管外壁与所述柔性PVC管内壁之间填充CT造影剂；所述支撑架用于固定所述三个双峰配准标记，所述支撑架设置于成像部位的正上方。2.根据权利要求1所述的小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置，其特征在于，所述MPI示踪剂和所述CT造影剂，相互之间不影响成像效果。3.根据权利要求1所述的小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置，其特征在于，所述双峰配准标记还包括堵头；所述堵头用于保持所述玻璃毛细管与所述柔性PVC管的密封性。4.根据权利要求1所述的小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置，其特征在于，所述三个双峰配准标记之间相互倾斜，并相交于所述支撑架的顶点。5.一种小动物MPI
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CT联合成像的自动配准方法，其特征在于，所述自动配准方法包括：步骤S10，通过权利要求1
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4任一项所述的小动物MPI
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CT联合成像的双峰配准装置，分别进行待成像物的MPI投影成像和X
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CT投影成像；步骤S20，基于所述双峰配准标记在成像区域内的位置，分别在MPI投影成像的MPI图像和X
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CT投影成像的CT图像中划分配准区域；步骤S30，通过kmeans聚类法，将所述MPI图像的像素分类成2个像素簇，并将2个像素簇的簇心作为配准点；通过分水岭分割法，分割所述CT图像的配准标记的边界，将边界以内的中心点作为配准点；步骤S40，获取MPI图像的配准点坐标和CT图像的配准点坐标，基于坐标之间的映射关系，进行MPI投影成像的MPI图像和X
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CT投影成像的CT图像的配准点的缩放、平移的刚性配准，完成MPI
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CT联合成像的自动配准。6.根据权利要求5所述的小动物MPI
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CT联合成像的自动配准方法，其特征在于，步骤S30中通过kmeans聚类法，将所述MPI图像的像素分类成2个像素簇，其方法为：步骤S311，在MPI图像的配准区域随机选取两个像素点作为聚类的像素簇簇心；步骤S312，计算像素簇簇心之外的其他所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：田捷，熊菲，安羽，蒋景英，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：