CN203763057U - 一种多模态成像系统的图像配准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模态成像系统的图像配准装置。本实用新型的图像配准装置包括：定位基座、封闭腔体、试管及密封盖；其中，封闭腔体固定在定位基座的一个侧壁上；试管为一端开口的细管，其中注有显影剂，放置在封闭腔体内，且试管的轴线平行于检查轴；密封盖将封闭腔体密封，在进行FMT配准时内部充满介质；定位基座采用不透明的材料；封闭腔体和试管采用透明的材料。本实用新型基于刚体配准，参数相对简单，配准精度高，并且可灵活、准确的实现四模态成像装置中任意双、三及四模态组合的配准，尤其提高了FMT与其他模态图像配准的精度。

Description

一种多模态成像系统的图像配准装置

技术领域

本实用新型涉及生物医学成像领域，尤其涉及一种用于多模态成像系统图像配准的配准装置。 

背景技术

医学成像技术为实现在活体状态下无创、高灵敏度、高分辨率探测生命的本质发挥了重要作用。然而由于生物体本身的复杂性，任何单一成像模态都无法完全剖析生物过程。因此，多模态医学成像技术一经提出便得到了迅速的发展。它结合了多个成像模态各自的优势，并能相互提供先验信息，可以更全面、更准确、更可靠地提供成像结果。例如计算机层析成像CT可以准确地提供生物体的解剖信息。正电子发射计算机断层成像PET、单光子发射计算机断层成像SPECT和荧光分子层析成像FMT可提供分子代谢等功能信息。同时，模态的融合如利用CT的先验结构信息还可提高FMT的重建精度。 

在多模态成像系统中，各个成像装置具有各自的坐标系统，由于各个成像装置采用的坐标系统不同，导致同一个检查部位在成像视野FOV中的位置不同，这样就无法将多模态图像融合。因此需要先将不同模式的图像进行匹配，使得在不同的成像模式下对同一个部位形成的图像处于视野范围内相同的位置，这个过程就称为“配准”。由于多种成像模态各自的生成原理不同，各模态间的共同信息很少。因此多种模态的成像结果的配准，成为多模态成像成功应用的关键步骤。目前，PET/CT或SPECT/CT等多模态成像系统已经商用，相应的配准方法和配准模型也得到研究和发展。2012年北京大学任秋实领导的研究小组首次实现CT/PET/SPECT/FMT四模态成像系统，然而目前尚未有合适的装置和方法适合四模态的配准。此外，FMT作为一种新兴的成像装置，业内尚未提出一种精确的FMT与其他模态配准的装置和方法。 

实用新型内容

为了实现多模态成像系统（CT/PET/SPECT/FMT）的图像配准，本实用新型提供了一种适合四模态成像系统的图像配准装置。 

本实用新型的目的在于提供一种多模态成像系统的图像配准装置。 

本实用新型的多模态成像系统的图像配准装置包括：定位基座、封闭腔体、试管及密封 盖；其中，封闭腔体固定在定位基座的一个侧壁上；试管为一端开口的细管，其中注有显影剂，放置在封闭腔体内，且试管的轴线平行于检查轴；密封盖将封闭腔体密封，在使用显影剂对FMT进行图像配准时内部充满介质；定位基座采用不透明的材料；封闭腔体和试管采用透明的材料。 

定位基座用来固定和支撑封闭腔体，并且在CT图像配准和FMT图像配准时，对定位基座进行成像，通过定位基座的二维图像比对实现图像配准。因此，定位基座采用不透光的材料，并且定位基座的形状对于检查轴为非中心对称。 

对于功能成像PET、SPECT和FMT，需要注入显影剂才能实现成像。试管中注入显影剂，对显影剂的位置成像，从而用来实现与显影剂相对应的功能成像的图像配准。为了提高配准的精确度，采用多个试管，从而可以通过多个不同成像位置的比对，实现配准。密封盖上设置有与试管相匹配的通孔，试管通过通孔固定在封闭腔体的内部。通孔的直径与试管的外径相同，并且通孔的个数与试管的个数相同。试管的直径不小于1mm。 

在进行FMT配准时，封闭腔体内部充满介质，介质的散射和吸收系数与被测体相同，以模拟FMT的光学环境。 

本实用新型的多模态成像系统的图像配准方法，包括双模态、三模态和四模态的图像配准。 

本实用新型的双模态图像配准方法包括以下四种情况： 

a）功能成像PET或SPECT与结构成像CT的图像配准，包括以下步骤： 

1）将对应功能成像PET或SPECT的显影剂注入试管中，将试管插入封闭腔体中，通过密封盖固定，并将封闭腔体密封； 

2）由CT和相应的功能成像双模态组合对显影剂进行成像； 

3）对双模态共同探测到的显影剂的图像提取特征信息，进行匹配和图像融合，实现双模态图像配准。 

b）功能成像PET与SPECT的图像配准，包括以下步骤： 

1）将PET和SPECT显影剂混合后注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，通过密封盖固定，并将封闭腔体密封； 

2）用PET和SPECT双模态组合对显影剂分别成像； 

3）PET和SPECT双模态的显影剂在同一位置，对双模态各自得到的显影剂的图像提取特征信息，进行匹配和图像融合，实现双模态图像配准。 

c）功能成像PET或SPECT与FMT的图像配准： 

1）将FMT与PET或SPECT的显影剂混合后注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，将介质充满封闭腔体并由密封盖封好以模拟FMT的光学环境，同时通过密封盖固定试管； 

2）用FMT与PET或SPECT双模态组合对显影剂分别成像； 

3）FMT与PET或SPECT双模态的显影剂在同一位置，对双模态各自得到的显影剂的图像提取特征信息，进行匹配和图像融合，实现双模态图像配准。 

d）FMT与CT的图像配准，包括以下两种方法： 

第一种方法，包括以下步骤： 

1）将FMT的显影剂注入试管中，并将试管插入封闭腔体中，将介质充满封闭腔体并由密封盖封好以模拟FMT的光学环境，同时通过密封盖固定试管； 

2）由CT和FMT双模态组合对显影剂进行成像； 

3）对双模态共同探测到的显影剂的图像提取特征信息，进行匹配和图像融合，实现双模态图像配准。 

第二种方法，由于FMT重建图像的精度较低，直接利用FMT的重建结果进行匹配，可能会加大配准误差；为提高FMT与CT的图像配准精度，可选择采用关于检查轴非中心对称的定位基座进行配准，包括以下步骤： 

1）由FMT模态从多个角度对定位基座进行拍照，获得二维白光图； 

2）由CT模态对定位基座进行成像，得到投影图； 

3）利用FMT的二维白光图与CT的投影图提取轮廓等特征信息，进行匹配和图像融合， 

实现双模态图像配准。 

本实用新型的三模态图像配准方法包括以下三种情况： 

a）PET、SPECT和FMT三模态的图像配准，包括以下步骤： 

1）将PET、SPECT和FMT的显影剂混合后注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，将介质充满封闭腔体并由密封盖封好以模拟FMT的光学环境，同时通过密封盖固定试管；2）用PET、SPECT和FMT三模态组合对显影剂分别成像； 

3）PET、SPECT和FMT三模态的显影剂在同一位置，对三模态各自得到的显影剂的图像提取特征信息，进行匹配和图像融合，实现三模态图像配准。 

b）PET、SPECT和CT三模态的图像配准，包括以下步骤： 

1）将PET和SPECT显影剂注入到试管中，注入的位置可以相同也可以不同，并将试管 

插入封闭腔体中，通过密封盖固定试管并将封闭腔体密封； 

2）由PET、SPECT和CT三模态组合对显影剂进行成像； 

3）对PET、SPECT和CT三模态探测到的显影剂的图像，分别提取特征信息，以CT为基准分别进行匹配和图像融合后，从而得到三模态图像配准。 

特别的对于CT\PET\SPECT三模态成像系统中，如果SPECT装置不能屏蔽PET显影剂的放射性，则为了避免PET显影剂的放射性影响SPECT成像，需要注意SPECT的显影剂和PET的显影剂注入试管和成像的顺序，具体采用以下步骤： 

1）先将SPECT的显影剂注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，通过密封盖固定试 

管并将封闭腔体密封，然后由SPECT模态对显影剂成像； 

2）再将PET的显影剂注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，通过密封盖固定试管并将封闭腔体密封，然后由PET模态对显影剂成像；或者， 

1）先将PET的显影剂注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，通过密封盖固定试管并将封闭腔体密封，然后由相PET模态对显影剂成像； 

2）等PET显影剂衰减到不影响SPECT成像后，再将SPECT的显影剂注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，通过密封盖固定试管并将封闭腔体密封，然后由SPECT模态对显影剂成像； 

3）由CT模态对SPECT和PET的显影剂进行成像； 

4）对PET、SPECT和CT三模态探测到的显影剂的图像，分别提取特征信息，以CT为 

基准分别进行匹配和图像融合后，从而得到三模态图像配准。c）FMT、CT和PET或SPECT三模态的图像配准，包括以下两种方法： 

第一种方法，包括以下步骤： 

1）将FMT和PET或SPECT的显影剂注入到试管内，可注入到相同位置或不同位置，并将试管插入封闭腔体中，将介质充满封闭腔体并由密封盖封好以模拟FMT的光学环境，同时通过密封盖固定试管； 

2）利用FMT、CT和PET或SPECT三模态组合对显影剂进行成像； 

3）对FMT、CT和PET或SPECT三模态探测到的显影剂的图像，分别提取特征信息， 

以CT为基准分别进行匹配和图像融合后，从而得到三模态图像配准。 

第二种方法，包括以下步骤： 

1）将对应功能成像PET或SPECT的显影剂注入试管的底部，将试管插入封闭腔体中， 通过密封盖固定，并将封闭腔体密封； 

2）利用CT和PET或SPECT双模态对显影剂进行成像； 

3）对双模态共同探测到的显影剂的图像提取特征信息，进行匹配和图像融合，得到CT和PET或SPECT的图像配准； 

4）由FMT装置从多个角度对定位基座进行拍照，获得二维白光图； 

5）由CT装置对定位基座进行成像，得到投影图； 

6）对FMT的二维白光图与CT的投影图提取特征信息，进行匹配和图像融合，将FMT与CT配准，以CT为基准从而得到三模态图像配准。 

本实用新型的四模态图像配准方法包括以下两种方法： 

第一种方法，包括以下步骤： 

1）将FMT、PET和SPECT的显影剂注入到试管内，可注入到相同位置或不同位置，并将试管插入封闭腔体中； 

2）将介质充满封闭腔体并由密封盖封好以模拟FMT的光学环境，同时通过密封盖固定试管； 

3）利用FMT、CT、PET和SPECT对显影剂进行成像； 

4）对CT、FMT、PET和SPECT四模态探测到的显影剂的图像提取特征信息，以CT为基准分别进行匹配和图像融合后从而得到四模态图像配准。 

第二种方法，包括以下步骤： 

1）由FMT装置从多个角度对定位基座进行拍照，获得二维白光图； 

2）由CT装置对定位基座进行成像，得到投影图； 

3）对FMT的二维白光图与CT的投影图提取轮廓等特征信息，进行匹配和图像融合，得到将FMT与CT的图像配准； 

4）将PET和SPECT显影剂注入到试管中，注入的位置可以相同也可以不同，并将试管插入封闭腔体中，通过密封盖固定试管并将封闭腔体密封； 

5）由PET、SPECT和CT对显影剂进行成像； 

6）对PET、SPECT和CT三模态探测到的显影剂的图像提取特征信息，以CT为基准分别进行匹配和图像融合后从而得到三模态图像配准； 

7）利用步骤3）和6）得到的参数，以CT为基准，可实现四模态的匹配和图像融合。特别的对于CT\PET\SPECT\FMT四模态成像系统中，如果SPECT装置不能屏蔽PET显 影剂的放射性，则为了避免PET显影剂的放射性影响SPECT成像，需要注意SPECT的显影剂和PET的显影剂注入试管和成像的顺序，具体采用以下步骤： 

1）先将SPECT\PET\FMT中的一种显影剂注入到试管中，并将试管插入封闭腔体中，通 

过密封盖固定试管并将封闭腔体密封，然后由相应的模态对显影剂成像； 

2）再按照1）的方法依次完成其他两种模态对各自显影剂的成像，若PET成像在SPECT成像之前，则等PET显影剂衰减到不影响SPECT成像后，再将SPECT的显影剂注入到试管中，然后进行SPECT成像； 

3）由CT模态对SPECT、PET和FMT的显影剂进行成像； 

4）对FMT、PET、SPECT和CT四模态探测到的显影剂的图像，分别提取特征信息，以CT为基准分别进行匹配和图像融合后，从而得到四模态图像配准。 

此外，采用任意的双模态或三模态的图像配准方法，将四模态中的两种或三种相互间图像配准后，在进行余下模态的图像配准，从而实现四模态图像配准。 

本实用新型的优点： 

本实用新型基于刚体配准，参数相对简单，配准精度高，并且可灵活、准确的实现四模态成像装置中任意双、三及四模态组合的图像配准，尤其提高了FMT与其他模态图像配准的精度。 

附图说明

图1是多模态成像系统的结构示意图； 

图2是本实用新型的多模态成像系统的图像配准装置的一个实施例的结构示意图； 

图3（a、b）是本实用新型的多模态成像系统的图像配准装置的一个实施例的密封盖的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图，通过实例对本实用新型做进一步说明。 

如图1所示，四模态成像系统包括：荧光层析成像FMT装置01、正电子发射断层成像PET装置02、计算机断层成像CT装置03、单光子发射断层成像SPECT装置04、旋转装置05、检测床装置06以及数据采集装置和计算机；各个成像装置经数据线由数据采集装置采样保存至计算机；各个成像装置共用一个检查床装置和同一检查轴；其中：CT装置和SPECT装置安装在一个旋转装置05上，构成CT/SPECT装置，FMT装置安装在另一个旋转机架装置上；检测床装置06安装在底座07的一端，FMT装置01、PET装置02、CT装置03及 SPECT装置04依次分别安装在底座07的另一端，并且各个装置位于同一轴线上，检测床装置06包括升降机构063、平移机构062和检查床061，升降机构063在底座07上，平移机构安062装在升降机构063上，检查床061安装在平移机构062上，如图1所示。 

如图2所示，本实施例的多模态成像系统的图像配准装置包括：定位基座1、封闭腔体2、试管3及密封盖4；其中，封闭腔体2固定在定位基座1的一个侧壁上；试管3为一端开口的细管，其中注有显影剂，放置在封闭腔体2内，且试管3的轴线平行于检查轴；密封盖4将封闭腔体2密封，在进行FMT配准时内部充满介质。 

在本实施例中定位基座1为关于检查轴为非对称的长方体，采用不透明的尼龙；封闭腔体2为圆柱形的透明有机玻璃，通过粘接或者螺纹的方式固定在定位基座1的侧壁上；试管3采用玻璃细管，3个试管通过密封盖4上相匹配的通孔固定在封闭腔体2内；密封盖4上设置3个通孔41，通孔的直径等于试管的外径；进行FMT图像配准时，封闭腔体2内充满脂肪乳并由密封盖封好以模拟FMT的光学环境。 

采用3个试管的密封盖的示意图如图3所示，3个通孔42的位置排列可以为图3（a）中的位于一条直线上，也可以如图3（b）中的关于中心对称。 

下面以四模态图像配准的两种方法为例，具体说明本实用新型的多模态图像的图像配准方法。 

第一种图像配准方法，包括以下步骤： 

1）将SPECT显影剂⁹⁹mTc、PET显影剂¹⁸F和FMT显影剂ICG注入试管3中，由于不同的试管在成像视野FOV中处于不同的位置，每个位置都有其典型意义，因此将3个试管都注入显影剂，将试管插入封闭腔体中； 

2）配制脂肪乳充满封闭腔体，并由密封盖封好以模拟FMT的光学环境，同时通过密封盖固定试管； 

3）利用对应的PET、SPECT、FMT和CT装置对显影剂进行成像，由于功能成像模态所用的显影剂的密度与所设计的图像匹配装置的密度有差别，CT可对显影剂与试管3区分并提取特征信息，而其他三模态只对各自的显影剂显像； 

4）PET、SPECT和FMT三模态探测到的显影剂的图像，分别与CT模式探测到的显影剂的图像提取特征信息，特征信息包括轮廓或角点等信息，进行匹配与图像融合，实现四模态图像配准。 

在不同的模态下探测到的图像，利用轮廓或角点等特征信息得到旋转平移参数，并以此 作为配准参数用来校正多模态探测到的图像。 

第二种方法，包括以下步骤： 

1）由FMT装置对定位基座1进行360度拍照，每隔5度一张获得共72张二维白光图； 

2）由CT装置对定位基座1进行成像，得到三维CT图； 

3）对定位基座1的三维CT图进行多角度投影得到二维投影图，利用二维投影图与白光 

图进行配比和图像融合，得到相应的图像配准参数从而实现FMT与CT的图像配准； 

4）将SPECT显影剂^99mTc和PET显影剂¹⁸F注入试管3中，由于不同的细玻璃管在成 

像视野中处于不同的位置，每个位置都有其典型意义，故将3个试管都注入显影剂； 

5）由PET和SPECT对各自的显影剂进行成像，同时，由于功能成像模态所用的显影剂 

密度与所设计装置密度有差别，用CT可对两种显影剂进行成像、区分与提取特征信息； 

6）PET和SPECT模态探测到的显影剂的图像，分别与CT模态探测到的显影剂的图像 

进行提取特征信息，进行匹配和图像融合后实现PET、SPECT和CT的图像配准； 

7）利用步骤3）和6）得到的参数，以CT为基准，进行匹配和图像融合，可实现四模 

态图像配准。 

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。 

Claims (6)

1.一种多模态成像系统的图像配准装置，其特征在于，所述图像配准装置包括：定位基座（1）、封闭腔体（2）、试管（3）及密封盖（4）；其中，所述封闭腔体（2）固定在定位基座（1）的一个侧壁上；所述试管（3）为一端开口的细管，其中注有显影剂，放置在封闭腔体（2）内，且试管（3）的轴线平行于检查轴；所述密封盖（4）将封闭腔体（2）密封，在使用显影剂对FMT进行图像配准时内部充满介质；所述定位基座（1）采用不透明的材料；所述封闭腔体（2）和试管（3）采用透明的材料。

2.如权利要求1所述的图像配准装置，其特征在于，所述定位基座（1）的形状对于检查轴为非中心对称。

3.如权利要求1所述的图像配准装置，其特征在于，所述密封盖（4）上设置有与试管（3）相匹配的通孔（41），所述试管（3）通过通孔（41）固定在封闭腔体（2）的内部。

4.如权利要求3所述的图像配准装置，其特征在于，所述通孔（41）的直径与试管的外径相同，并且通孔的个数与试管的个数相同。

5.如权利要求1所述的图像配准装置，其特征在于，所述介质的散射和吸收系数与被测体相同。

6.如权利要求1所述的图像配准装置，其特征在于，所述试管（3）的直径不小于1mm。