一种大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置的制造方法
【专利摘要】一种大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置，方法包括：取病人植入颅内电极之前进行MRI扫描得到的MRI图像和该病人植入颅内电极之后进行CT扫描得到的植入后CT图像(S01)；将MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下(S02)；从配准后的CT图像中提取电极图像信息(S03)；从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息(S04)；将电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示(S05)；调节三维可视化显示的效果和角度，并将调节后的结果转换成需要的格式输出保存(S06)。实施本发明的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置，具有以下有益效果：能获取电极的位置信息。
【专利说明】
一种大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及信息融合领域，特别涉及一种大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置。
【背景技术】
[0002]外科手术是治疗某些颅脑疾病的重要手段。手术治疗的关键是病灶定位，也就是找出异常兴奋的神经元群。当前，颅内电极被认定是定位病灶的金标准，颅内电极可直接记录大脑皮质和内部脑组织的脑电活动，可探测到Icm范围内的皮质异常放电，具有图形清晰、灵敏度高等优点。对于那些无创检查不能明确病灶的病例，颅内电极脑电监测是一种安全可靠的定位方法。
[0003]在颅内植入电极后，可以通过CT扫描来获取电极在大脑中的位置分布信息。但是CT扫描对大脑内部皮层组织并不敏感，通过CT扫描不能够获取有关大脑内部皮层方面的信息，这不利于获取电极的位置信息。MRI扫描是获取大脑内部皮层组织信息的最好方法，但是由于植入电极通常为金属电极，在植入后不能够进行MRI扫描。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不利于获取电极的位置信息的缺陷，提供一种能获取电极的位置信息的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及
目.ο
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，包括如下步骤:
[0006]A)取病人植入颅内电极之前进行MRI扫描得到的MRI图像和该病人植入颅内电极之后进行CT扫描得到的植入后CT图像；
[0007]B)将所述MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下；
[0008]C)从配准后的CT图像中提取电极图像信息；
[0009]D)从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息；
[0010]E)将所述电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示；
[0011]F)调节三维可视化显示的效果和角度，并将调节后的结果转换成需要的格式输出保存。
[0012]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，所述步骤B)进一步包括:
[0013]BI)将所述MRI图像和植入后CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入后CT图像的物理中心移动到同一个点；
[0014]B2)使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入后CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度；
[0015]B3)使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数；
[0016]B4)判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，返回步骤B3);所述第二相似度大于所述第一相似度。
[0017]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，所述步骤C)进一步包括:
[0018]Cl)设定配准后的CT图像的灰度阈值范围，所述设定的灰度阈值范围将电极图像包括在内；
[0019]C2)将图像灰度落在设定的灰度阈值范围内的图像提取出来作为电极图像信息。
[0020]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，在所述步骤A)之前还包括:
[0021 ] A0)取病人植入颅内电极之前进行CT扫描得到的植入前CT图像；
[0022 ] 在所述步骤A)和步骤B)之间还包括:
[0023 ] BO)将所述MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下。
[0024]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，所述步骤B0)进一步包括:
[0025]BOI)将所述MRI图像和植入前CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入前CT图像的物理中心移动到同一个点；
[0026]BO 2)使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入前CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度；
[0027]B03)使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数；
[0028]B04)判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入前CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，返回步骤B03);所述第二相似度大于所述第一相似度。
[0029]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，所述配准后的CT图像包括配准后的植入前CT图像和配准后的植入后CT图像，所述步骤C)进一步包括:
[0030]Cl')将所述配准后的植入后CT图像减去所述配准后的植入前CT图像剩下灰度差值不为O的部位即为电极图像信息。
[0031]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，所述步骤D)进一步包括:
[0032]Dl)从经过配准后的MRI图像中任意选取一个种子点；
[0033]D2)在以所述种子点为中心、半径为第一设定值的区域中选取其像素值落在设定区间内的点，并将其纳入到所述种子点所在的区域；
[0034]D3)将所述半径进行扩大，并判断扩大后的区域中是否还存在其像素值落在所述设定区间内的点，如是，将其纳入到所述种子点所在的区域，执行步骤D4);否则，将所述种子点所在的区域作为大脑皮层组织图像信息；
[0035]D4)返回步骤 D3)。
[0036]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，所述步骤E)进一步包括:
[0037]El)将所述电极图像信息的数据类型与所述大脑皮层组织图像信息的数据类型转换成相同的数据类型；
[0038]E2)通过设定的色彩映射表，分别将电极图像和大脑皮层组织图像中每个像素不同的灰度值映射成不同的颜色和透明度，分别调节其颜色和透明度；
[0039]E3)通过面绘制或体绘制将融合后的图像显示出来。
[0040]在本发明所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法中，所述第一尺度的大小为八个像素，所述第二尺度的大小为一个像素，所述MRI图像、植入前CT图像和植入后CT图像均为DICOM格式的图像文件，所述需要的格式为DICOM文件、图片文件或视频文件。
[0041]本发明还涉及一种实现上述大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法的装置，包括:
[0042]配准单元:用于将MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下；
[0043]电极信息提取单元:用于从配准后的CT图像中提取电极图像信息；
[0044]大脑皮层信息提取单元:用于从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息；
[0045]信息融合单元:用于将所述电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示；
[0046]显示效果调节单元:用于调节三维可视化显示的效果和角度，并将调节后的结果转换成需要的格式输出保存。
[0047]在本发明所述的装置中，所述配准单元进一步包括:
[0048]坐标转换模块:用于将所述MRI图像和植入后CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入后CT图像的物理中心移动到同一个点；
[0049]植入后旋转平移比对模块:用于使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入后CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度；
[0050]植入后旋转平移模块:用于使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数；
[0051]植入后相似度判断模块:用于判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，继续进行第二尺度的调节;所述第二相似度大于所述第一相似度。
[0052]在本发明所述的装置中，所述电极信息提取单元进一步包括:
[0053]灰度阈值设定模块:用于设定配准后的CT图像的灰度阈值范围，所述设定的灰度阈值范围将电极图像包括在内；
[0054]电极图像提取模块:用于将图像灰度落在设定的灰度阈值范围内的图像提取出来作为电极图像信息。
[0055]在本发明所述的装置中，所述装置还包括:
[0056]植入前配准单元:用于将所述MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下。
[0057]在本发明所述的装置中，所述植入前配准单元进一步包括:
[0058]植入前坐标转换模块:用于将所述MRI图像和植入前CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入前CT图像的物理中心移动到同一个点；
[0059]植入前旋转平移比对模块:用于使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入前CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度；
[0060]植入前旋转平移模块:用于使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数；
[0061]植入前相似度判断模块:用于判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入前CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，返回继续进行第二尺度调节;所述第二相似度大于所述第一相似度。
[0062]在本发明所述的装置中，所述配准后的CT图像包括配准后的植入前CT图像和配准后的植入后CT图像，所述电极信息提取单元进一步包括:
[0063]CT图像相减模块:将所述配准后的植入后CT图像减去所述配准后的植入前CT图像剩下灰度差值不为O的部位即为电极图像信息。
[0064]在本发明所述的装置中，所述大脑皮层信息提取单元进一步包括:
[0065]种子点选取模块:用于从经过配准后的MRI图像中任意选取一个种子点；
[0066]设定区间内种子点选取模块:用于在以所述种子点为中心、半径为第一设定值的区域中选取其像素值落在设定区间内的点，并将其纳入到所述种子点所在的区域；
[0067]设定区间内像素值判断模块:用于将所述半径进行扩大，并判断扩大后的区域中是否还存在其像素值落在所述设定区间内的点，如是，将其纳入到所述种子点所在的区域；否则，将所述种子点所在的区域作为大脑皮层组织图像信息；
[0068]像素值判断模块:用于继续进行设定区间内像素值的判断。
[0069]在本发明所述的装置中，所述信息融合单元进一步包括:
[0070]数据类型转换模块:用于将所述电极图像信息的数据类型与所述大脑皮层组织图像信息的数据类型转换成相同的数据类型；
[0071]灰度值映射模块:用于通过设定的色彩映射表，分别将电极图像和大脑皮层组织图像中每个像素不同的灰度值映射成不同的颜色和透明度，分别调节其颜色和透明度；
[0072]图像显示模块:用于通过面绘制或体绘制将融合后的图像显示出来。
[0073]在本发明所述的装置中，所述第一尺度的大小为八个像素，所述第二尺度的大小为一个像素，所述MRI图像、植入前CT图像和植入后CT图像均为DICOM格式的图像文件，所述需要的格式为DICOM文件、图片文件或视频文件。
[0074]实施本发明的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置，具有以下有益效果:由于取病人植入颅内电极之前进行MRI扫描得到的MRI图像和该病人植入颅内电极之后进行CT扫描得到的植入后CT图像，接着将CT图像与MRI图像进行配准，然后将提取处理的电极信息融合显示在MRI图像上，这样既能看到大脑组织信息，又同时看到电极的位置信息，所以其能获取电极的位置信息。
【附图说明】
[0075]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0076]图1为本发明大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置一个实施例中的流程图；
[0077]图2为所述实施例中将MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下的具体流程图；
[0078]图3为所述实施例中从配准后的CT图像中提取电极图像信息的一种情况下的具体流程图；
[0079]图4为所述实施例中将MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下的具体流程图；
[0080]图5为所述实施例中从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息的具体流程图；
[0081]图6为所述实施例中将电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示的具体流程图；
[0082]图7为所述实施例中装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0083]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0084]在本发明大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法及装置的实施例中，其大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法的流程图如图1所示。图1中，该大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法包括如下步骤:
[0085]步骤SOl取病人植入颅内电极之前进行MRI扫描得到的MRI图像和该病人植入颅内电极之后进行CT扫描得到的植入后CT图像:本步骤中，取病人植入颅内电极之前进行MRI扫描得到的MRI图像和该病人植入颅内电极之后进行CT扫描得到的植入后CT图像。上述MRI图像和植入后CT图像均为DICOM格式的图像文件。
[0086]步骤S02将MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下:本步骤中，通过调用三维空间数据配准算法，将MRI图像和植入后CT图像配准，配准后的MRI图像和植入后CT图像的数据在同一个坐标空间下，便于数据融合。值得一提的是，本实施例中，设置了一个软件系统，该软件系统为大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统。首先将MRI图像和植入后CT图像复制到大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统所在的主机上，通过本大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统的软件导入MRI图像和植入后CT图像的数据，然后通过调用三维空间数据配准算法，将MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下。关于具体如何配准，后续会进行详细描述。
[0087]步骤S03从配准后的CT图像中提取电极图像信息:本步骤中，从配准后的CT图像中提取电极图像信息，具体是利用电极提取算法从配准后的CT图像中提取电极图像信息。
[0088]步骤S04从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息:MRI图像的数据中不仅包括了大脑皮层组织信息，还包括了头骨、颈部等其他部位信息，而这部分信息对于医生观察电极位置会有不利影响。本步骤中，从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息，具体是利用图像分割算法从配准后的MRI图像中将大脑皮层组织的信息提取出来，将其他无用信息去除掉。
[0089]步骤S05将电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示:本步骤中，将电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示。
[0090]步骤S06调节三维可视化显示的效果和角度，并调节后的结果转换成需要的格式输出保存:本步骤中，可以在本大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统中直观的看到大脑皮层组织和电极位置的相关信息，还可以通过鼠标拖动从不同方向观察大脑，可以调节三维可视化显示的效果和角度，并调节后的结果转换成需要的格式输出保存。值得一提的是，上述需要的格式为DICOM文件、图片文件或视频文件，可以将不同格式的结果用于各种不同用途。由于将提取处理的电极信息融合显示在MRI图像上，这样既能看到大脑组织信息，又同时看到电极的位置信息，所以其能获取电极的位置信息。
[0091 ]对于本实施例而言，上述步骤S02还可进一步细化，其细化后的流程图如图2所示。图2中，上述步骤S02进一步包括:
[0092]步骤S21将MRI图像和植入后CT图像转换到同一坐标系下，并将MRI图像的物理中心和植入后CT图像的物理中心移动到同一个点:配准是为了使MRI图像和植入后CT图像对应的位置的像素达到空间上的一致，由于MRI图像和植入后CT图像来自不同的设备，分别率也各不相同，本实施例中采用了多分辨的配准策略。本步骤中，将MRI图像和植入后CT图像转换到同一坐标系下，并将MRI图像的物理中心和植入后CT图像的物理中心移动到同一个点，这样两个图像就会基本重合，这样做会减少移动的次数和旋转的次数。
[0093]步骤S22使用第一尺度分别对MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到MRI图像的轮廓与植入后CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度:本步骤中，使用第一尺度(粗糙的尺度)分别对MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到MRI图像的轮廓与植入后CT图像的轮廓基本重合，也就是MRI图像的轮廓与植入后CT图像的轮廓满足设定的第一相似度。例如:设定第一相似度为90%，当然，在本实施例的一些情况下，第一相似度也可以为其他值。本第一实施例中，第一尺度的大小为八个像素，当然，在本第一实施例的一些情况下，第一尺度的大小还可以调整为其他值，具体调整到多少，可根据具体情况来定。
[0094]步骤S23使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移:本步骤中，使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移，具体的，也就是使用第二尺度(精确的尺度)，并用上一层的结果对其参数进行初始化，迭代上述旋转和平移的过程，直到达到最精确的尺度。值得一提的是，第一尺度所包含的像素个数大于第二尺度所包含的像素个数;第二尺度的大小为一个像素，当然，在本第一实施例的一些情况下，也可以根据具体情况调节第二尺度的大小。
[0095]步骤S24判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度:本步骤中，判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，具体的，使用互信息相似性对比算法判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如果判断的结果为是，则执行步骤S25;否则，返回步骤S23。值得一提的是，本第一实施例中，第二相似度大于第一相似度。例如:第二相似度可以设定为99.8%，当然，在本实施例的一些情况下，第二相似度也可以设定为其他值。
[0096]步骤S25结束配准过程:如果上述步骤S24的判断结果为是，则执行本步骤，本步骤中，结束MRI图像的和植入后CT图像的配准过程。这种由粗到细，在大尺度上看整体，在小尺度上看细节的方法能够极大程度地提高配准成功率。
[0097]对于本第一实施例而言，上述步骤S03还可进一步细化，其细化后的流程图如图3所示。图3中，上述步骤S03进一步包括:
[0098]步骤S31设定配准后的CT图像的灰度阈值范围，设定的灰度阈值范围将电极图像包括在内:阈值分割算法适用于电极图像的灰度明显区别于软组织和骨肉的灰度的情况。本步骤中，设定配准后的CT图像的灰度阈值范围，设定的灰度阈值范围将电极图像包括在内，值得一提的是，经过配准后的CT图像(这里指的是经过配准后的植入后CT图像)中显示有设定的灰度阈值范围。
[0099]步骤S32将图像灰度落在设定的灰度阈值范围内的图像提取出来作为电极图像信息:本步骤中，将图像灰度落在设定的灰度阈值范围内的图像提取出来作为电极图像信息。具体的，可根据具体情况，在设定的灰度阈值范围附近将该设定的灰度阈值范围调整到合适的范围，也就是调整到所需要的灰度范围，并将其图像灰度落在所需要的灰度范围内的图像提取出来作为电极图像信息，值得一提的是，通过设置合适的灰度范围，将大部分电极图像包含在内，便可将大部分非电极图像去除，留下电极，这样就可以得到电极图像信息。
[0100]值得一提的是，为了更好的提取电极位置信息，该大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法还需包括一些步骤，如图1所示，在上述步骤SOl之前还包括:
[0101]步骤SOO取病人植入颅内电极之前进行CT扫描得到的植入前CT图像:本步骤中，取病人植入颅内电极之前进行CT扫描得到的植入前CT图像，然后将该植入前CT图像导入到上述大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统。该植入前CT图像为DICOM格式的图像文件。
[0102]在上述步骤SOl和步骤S02之间还包括:
[0103]步骤S20将MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下:本步骤中，将MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下。关于如何配准，后续会进行详细描述。
[0104]对于本实施例而言，上述步骤S20还可进一步细化，其细化后的流程图如图4所示。图4中，上述步骤S20进一步包括:
[0105]步骤S201将MRI图像和植入前CT图像转换到同一坐标系下，并将MRI图像的物理中心与植入前CT图像的物理中心移动到同一个点:本步骤中，配准是为了使MRI图像和植入前CT图像对应的位置的像素达到空间上的一致，由于MRI图像和植入前CT图像来自不同的设备，分别率也各不相同，本实施例中采用了多分辨的配准策略。本步骤中，将MRI图像和植入前CT图像转换到同一坐标系下，并将MRI图像的物理中心和植入前CT图像的物理中心移动到同一个点，这样两个图像就会基本重合，这样做会减少移动的次数和旋转的次数。
[0106]步骤S202使用第一尺度分别对MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到MRI图像的轮廓与植入前CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度:本步骤中，使用第一尺度(粗糙的尺度)分别对MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到MRI图像的轮廓与植入前CT图像的轮廓基本重合，也就是MRI图像的轮廓与植入前CT图像的轮廓满足设定的第一相似度。本第一实施例中，第一尺度的大小为八个像素，当然，在本第一实施例的一些情况下，第一尺度的大小还可以调整为其他值，具体调整到多少，可根据具体情况来定。
[0107]步骤S203使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移:本步骤中，使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移，具体的，也就是使用第二尺度(精确的尺度)，并用上一层的结果对其参数进行初始化，迭代上述旋转和平移的过程，直到达到最精确的尺度。值得一提的是，第一尺度所包含的像素个数大于第二尺度所包含的像素个数;第二尺度的大小为一个像素，当然，在本第一实施例的一些情况下，也可以根据具体情况调节第二尺度的大小。
[0108]步骤S204判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入前CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度:本步骤中，判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入前CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，具体的，使用互信息相似性对比算法判断经过第二尺度调节后的第一 CT图像和MRI图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如果判断的结果为是，则执行步骤S205;否则，返回步骤S203。值得一提的是，本实施例中，第二相似度大于第一相似度。
[0109]步骤S205结束配准过程:如果上述步骤S204的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，结束对MRI图像和植入前CT图像的配准过程。也就是配准后，植入前CT图像、植入后CT图像和MRI图像在同一个坐标系下，这样便于数据融合。这种由粗到细，在大尺度上看整体，在小尺度上看细节的方法能够极大程度地提高配准成功率。
[0110]值得一提的是，在植入电极之前进行CT扫描和植入电极之后进行CT扫描的情况下，这时，配准后的CT图像包括配准后的植入前CT图像和配准后的植入后CT图像，在提取电极图像信息时，上述步骤S03所使用的提取步骤如下:
[0111]将配准后的植入后CT图像减去配准后的植入前CT图像剩下灰度差值不为O的部位即为电极图像信息:本实施例使用相减分割算法提取电极图像信息，该相减分割算法的思想是将两幅图像相减，图像中同一位置像素相同的点相减后灰度值为0，剩下灰度不为O的即为两幅图像的差异。相减分割算法的基础是配准，理论上植入前CT图像和植入后CT图像分别配准到同一坐标系下，这样两幅图像的差别只在有无电极，因此通过两幅图像的相减即可将电极提取出来。本步骤中，将配准后的植入后CT图像减去配准后的植入前CT图像剩下灰度差值不为O的部位即为电极图像信息。大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统会通过配准后的植入前CT图像和配准后的植入后CT图像的对比算法和阈值分割算法共同作用，提取出植入电极的位置信息，这样就可以更好的提取电极位置信息。
[0112]对于本实施例而言，上述步骤S04还可进一步细化，其细化后的流程图如图5所示。图5中，上述步骤S04进一步包括:
[0113]步骤S41从经过配准后的MRI图像中任意选取一个种子点:本实施例中，使用图像分割算法提取大脑皮层组织图像信息，该图像分割算法基于区域增长算法，其思想是将具有相似性的像素集合在一起构成区域。本步骤中，从经过配准后的MRI图像中任意选取一个种子点，具体先对需要分割的区域任意找一个种子点作为生长的起点。
[0114]步骤S42在以种子点为中心、半径为第一设定值的区域中选取其像素值落在设定区间内的点，并将其纳入到种子点所在的区域:本步骤中，在以种子点为中心、半径为第一设定值的区域中选取其像素值落在设定区间内的点，并将其纳入到种子点所在的区域，也就是将种子点像素周围领域中与种子点像素具有相同或者相似性质的像素(根据某种事先确定的生长或者相似准则来判断)合并到种子点像素所在区域中。本第一实施例中，上述第一设定值是软件事先设定的。
[0115]步骤S43将半径进行扩大，并判断扩大后的区域中是否还存在其像素值落在设定区间内的点:本步骤中，将半径进行扩大，并判断扩大后的区域中是否还存在其像素值落在设定区间内的点，也就是将上述纳种子点像素所在区域的新像素当作新的种子像素继续进行上面的过程，并判断是否还存在像素值落在设定区间内的点，如果判断的结果为是，则执行步骤S44;否则，执行步骤S45。
[0116]步骤S44将其纳入到种子点所在的区域:如果上述步骤S43的判断结果为是，则执行本步骤。本步骤中，将其纳入到种子点所在的区域。执行完本步骤，返回步骤S43。
[0117]步骤S45将种子点所在的区域作为大脑皮层组织图像信息:如果上述步骤S43的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，将种子点所在的区域作为大脑皮层组织图像信息。也就是，当再没有满足条件的像素被包含进来时，这样一个区域就长成了。也就是说，当前图像分割算法所用的生长准则是在半径为一定值的领域中的点像素值在某一区间内，则将这些点纳入到种子像素所在区域，当没有符合这个准则的点被纳入时，图像分割算法终止。这样就将电极图像信息和大脑皮层组织图像信息提取了出来。
[0118]对于本实施例而言，上述步骤S05还可进一步细化，其细化后的流程图如图6所示。图6中，上述步骤S05进一步包括:
[0119]步骤S51将电极图像信息的数据类型与大脑皮层组织图像信息的数据类型转换成相同的数据类型:本步骤中，将电极图像信息的数据类型与大脑皮层组织图像信息的数据类型转换成相同的数据类型，本第一实施例中，该相同的数据类型为Byte型，也就是将电极图像信息与大脑皮层组织图像信息都转换成八位数据。
[0120]步骤S52通过设定的色彩映射表，分别将电极图像和大脑皮层组织图像中每个像素不同的灰度值映射成不同的颜色和透明度，分别调节其颜色和透明度:本步骤中，通过设定的色彩映射表，分别将电极图像和大脑皮层组织图像中每个像素不同的灰度值映射成不同的颜色和透明度，分别调节其颜色和透明度。值得一提的是，在融合的过程中，分别给脑组织和电极对应不同的颜色，最后再将他们显示在同一坐标系下，这样可以分别调节他们的颜色和透明度，给使用带来了很大的方便性。
[0121]步骤S53通过面绘制或体绘制将融合后的图像显示出来:本步骤中，通过面绘制或体绘制将融合后的图像显示出来。
[0122]本实施例还涉及一种实现上述大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法的装置，其结构示意图如图7所示。图7中，该装置包括配准单元2、电极信息提取单元3、大脑皮层信息提取单元4、信息融合单元5和显示效果调节单元6;其中，配准单元2用于将MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下；电极信息提取单元3用于从配准后的CT图像中提取电极图像信息;大脑皮层信息提取单元4用于从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息;信息融合单元5用于将电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示；显示效果调节单元6用于调节三维可视化显示的效果和角度，并将调节后的结果转换成需要的格式输出保存。值得一提的是，上述MRI图像和植入后CT图像均为DICOM格式的图像文件。上述需要的格式为DICOM文件、图片文件或视频文件，可以将不同格式的结果用于各种不同用途。由于将提取处理的电极信息融合显示在MRI图像上，这样既能看到大脑组织信息，又同时看到电极的位置信息，所以其能获取电极的位置信息。
[0123]本实施例中，配准单元2进一步包括坐标转换模块21、植入后旋转平移比对模块
22、植入后旋转平移模块23和植入后相似度判断模块24;其中，坐标转换模块21用于将MRI图像和植入后CT图像转换到同一坐标系下，并将MRI图像的物理中心与植入后CT图像的物理中心移动到同一个点；植入后旋转平移比对模块22用于使用第一尺度分别对MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到MRI图像的轮廓与植入后CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度;植入后旋转平移模块23用于使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;上述第一尺度所包含的像素个数大于第二尺度所包含的像素个数;植入后相似度判断模块24用于判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，继续进行第二尺度的调节;上述第二相似度大于第一相似度。这样就完成了 MRI图像和植入后CT图像的配准。值得一提的是，本实施例中，上述第一尺度的大小为八个像素，第二尺度的大小为一个像素，当然，在本实施例的一些情况下，第一尺度和第二尺度的大小可根据具体情况进行相应调节。
[0124]本实施例中，当只进行电极植入前MRI扫描和电极植入后CT扫描的情况下，上述电极信息提取单元3进一步包括灰度阈值设定模块31和电极图像提取模块32;其中，灰度阈值设定模块31用于设定配准后的CT图像的灰度阈值范围，上述设定的灰度阈值范围将电极图像包括在内；电极图像提取模块32用于将图像灰度落在设定的灰度阈值范围内的图像提取出来作为电极图像信息。这样就完成了电极信息的提取。
[0125]为了更好的提取电极位置信息，还需要取病人植入颅内电极前进行CT扫描得到的植入前CT图像，进行一次CT扫描，这时，该装置还包括植入前配准单元20，植入前配准单元20用于将MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下。该植入前CT图像为DICOM格式的图像文件。
[0126]本实施例中，植入前配准单元20进一步包括植入前坐标转换模块201、植入前旋转平移比对模块202、植入前旋转平移模块203和植入前相似度判断模块204;其中，植入前坐标转换模块201用于将MRI图像和植入前CT图像转换到同一坐标系下，并将MRI图像的物理中心与植入前CT图像的物理中心移动到同一个点；植入前旋转平移比对模块202用于使用第一尺度分别对MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到MRI图像的轮廓与植入前CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度;植入前旋转平移模块203用于使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;上述第一尺度所包含的像素个数大于第二尺度所包含的像素个数;植入前相似度判断模块204用于判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入前CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，返回继续进行第二尺度调节;上述第二相似度大于第一相似度。这样就完成了MRI图像与植入前CT图像的配准。
[0127]本实施例中，上述配准后的CT图像包括配准后的植入前CT图像和配准后的植入后CT图像，则这种情况下，电极信息提取单元3进一步包括CT图像相减模块31 SCT图像相减模块31'用于将配准后的植入后CT图像减去配准后的植入前CT图像剩下灰度差值不为O的部位即为电极图像信息。这样就完成了电极信息的提取。值得一提的是，在实际应用中，可根据具体情况，将电极信息提取单元3设置成包括灰度阈值设定模块31和电极图像提取模块32，也可以将电极信息提取单元3设置成包括CT图像相减模块31'。
[0128]本实施例中，大脑皮层信息提取单元4进一步包括种子点选取模块41、设定区间内种子点选取模块42、设定区间内像素值判断模块43和像素值判断模块44;其中，种子点选取模块41用于从经过配准后的MRI图像中任意选取一个种子点；设定区间内种子点选取模块42用于在以种子点为中心、半径为第一设定值的区域中选取其像素值落在设定区间内的点，并将其纳入到种子点所在的区域;设定区间内像素值判断模块43用于将半径进行扩大，并判断扩大后的区域中是否还存在其像素值落在设定区间内的点，如是，将其纳入到种子点所在的区域;否则，将种子点所在的区域作为大脑皮层组织图像信息;像素值判断模块44用于继续进行设定区间内像素值的判断。这样就完成了大脑皮层信息的提取。
[0129]本实施例中，信息融合单元5进一步包括数据类型转换模块51、灰度值映射模块52和图像显示模块53;其中，数据类型转换模块51用于将所述电极图像信息的数据类型与所述大脑皮层组织图像信息的数据类型转换成相同的数据类型;灰度值映射模块52用于通过设定的色彩映射表，分别将电极图像和大脑皮层组织图像中每个像素不同的灰度值映射成不同的颜色和透明度，分别调节其颜色和透明度；图像显示模块53用于通过面绘制或体绘制将融合后的图像显示出来。这样，既可以看到大脑皮层组织的信息，又能看到电极的位置信息，为用户提供帮助。
[0130]总之，本实施例中，取植入前CT图像、植入后CT图像和MRI图像的数据并导入大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统，大脑皮层电极与磁共振图像融合显示系统会自动进行处理，并以三维可视化的方式直观方便的展示结果，通过将植入电极的信息与大脑皮层组织信息完美结合，给提供了丰富的辅助信息，在不增加负担的情况下能够获得更满意的结果。
[0131]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，包括如下步骤: A)取病人植入颅内电极之前进行MRI扫描得到的MRI图像和该病人植入颅内电极之后进行CT扫描得到的植入后CT图像； B)将所述MRI图像和植入后CT图像配准在同一个坐标空间下； C)从配准后的CT图像中提取电极图像信息； D)从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息； E)将所述电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示； F)调节三维可视化显示的效果和角度，并将调节后的结果转换成需要的格式输出保存。2.根据权利要求1所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，所述步骤B)进一步包括: BI)将所述MRI图像和植入后CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入后CT图像的物理中心移动到同一个点； B2)使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入后CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度； B3)使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数； B4)判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，返回步骤B3);所述第二相似度大于所述第一相似度。3.根据权利要求2所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，所述步骤C)进一步包括: Cl)设定配准后的CT图像的灰度阈值范围，所述设定的灰度阈值范围将电极图像包括在内； C2)将图像灰度落在设定的灰度阈值范围内的图像提取出来作为电极图像信息。4.根据权利要求2所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，在所述步骤A)之前还包括: AO)取病人植入颅内电极之前进行CT扫描得到的植入前CT图像； 在所述步骤A)和步骤B)之间还包括: BO)将所述MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下。5.根据权利要求4所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，所述步骤BO)进一步包括: BOI)将所述MRI图像和植入前CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入前CT图像的物理中心移动到同一个点； B02)使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入前CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度； B03)使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数； B04)判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入前CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，返回步骤B03);所述第二相似度大于所述第一相似度。6.根据权利要求5所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，所述配准后的CT图像包括配准后的植入前CT图像和配准后的植入后CT图像，所述步骤C)进一步包括: Cl ’)将所述配准后的植入后CT图像减去所述配准后的植入前CT图像剩下灰度差值不为O的部位即为电极图像信息。7.根据权利要求1至6任意一项所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，所述步骤D)进一步包括: Dl)从经过配准后的MRI图像中任意选取一个种子点； D2)在以所述种子点为中心、半径为第一设定值的区域中选取其像素值落在设定区间内的点，并将其纳入到所述种子点所在的区域； D3)将所述半径进行扩大，并判断扩大后的区域中是否还存在其像素值落在所述设定区间内的点，如是，将其纳入到所述种子点所在的区域，执行步骤D4);否则，将所述种子点所在的区域作为大脑皮层组织图像信息； 04)返回步骤03)。8.根据权利要求7所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，所述步骤E)进一步包括: El)将所述电极图像信息的数据类型与所述大脑皮层组织图像信息的数据类型转换成相同的数据类型； E2)通过设定的色彩映射表，分别将电极图像和大脑皮层组织图像中每个像素不同的灰度值映射成不同的颜色和透明度，分别调节其颜色和透明度； E3)通过面绘制或体绘制将融合后的图像显示出来。9.根据权利要求8所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法，其特征在于，所述第一尺度的大小为八个像素，所述第二尺度的大小为一个像素，所述MRI图像、植入前CT图像和植入后CT图像均为DICOM格式的图像文件，所述需要的格式为DICOM文件、图片文件或视频文件。10.—种实现如权利要求1所述的大脑皮层电极与磁共振图像融合显示的方法的装置，其特征在于，包括: 配准单元:用于将MRI图像和CT图像配准在同一个坐标空间下； 电极信息提取单元:用于从配准后的CT图像中提取电极图像信息； 大脑皮层信息提取单元:用于从配准后的MRI图像中提取大脑皮层组织图像信息；信息融合单元:用于将所述电极图像信息和大脑皮层组织图像信息进行空间融合，并将空间融合后的信息通过三维可视化方法进行显示； 显示效果调节单元:用于调节三维可视化显示的效果和角度，并将调节后的结果转换成需要的格式输出保存。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述配准单元进一步包括: 坐标转换模块:用于将所述MRI图像和植入后CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入后CT图像的物理中心移动到同一个点； 植入后旋转平移比对模块:用于使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入后CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度； 植入后旋转平移模块:用于使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入后CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数； 植入后相似度判断模块:用于判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入后CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，继续进行第二尺度的调节;所述第二相似度大于所述第一相似度。12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电极信息提取单元进一步包括: 灰度阈值设定模块:用于设定配准后的CT图像的灰度阈值范围，所述设定的灰度阈值范围将电极图像包括在内； 电极图像提取模块:用于将图像灰度落在设定的灰度阈值范围内的图像提取出来作为电极图像信息。13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 植入前配准单元:用于将所述MRI图像和植入前CT图像配准在同一个坐标空间下。14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述植入前配准单元进一步包括: 植入前坐标转换模块:用于将所述MRI图像和植入前CT图像转换到同一坐标系下，并将所述MRI图像的物理中心与植入前CT图像的物理中心移动到同一个点； 植入前旋转平移比对模块:用于使用第一尺度分别对所述MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素进行旋转、平移和比对，直到所述MRI图像的轮廓与所述植入前CT图像的轮廓的相似度达到第一相似度； 植入前旋转平移模块:用于使用第二尺度将经过第一尺度调节后的MRI图像中的部分图像像素和植入前CT图像中的部分图像像素再次进行旋转和平移;所述第一尺度所包含的像素个数大于所述第二尺度所包含的像素个数； 植入前相似度判断模块:用于判断经过第二尺度调节后的MRI图像和植入前CT图像对应位置像素的相似度是否达到第二相似度，如是，结束配准过程;否则，返回继续进行第二尺度调节;所述第二相似度大于所述第一相似度。15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述配准后的CT图像包括配准后的植入前CT图像和配准后的植入后CT图像，所述电极信息提取单元进一步包括: CT图像相减模块:将所述配准后的植入后CT图像减去所述配准后的植入前CT图像剩下灰度差值不为O的部位即为电极图像信息。16.根据权利要求10至15任意一项所述的装置，其特征在于，所述大脑皮层信息提取单元进一步包括: 种子点选取模块:用于从经过配准后的MRI图像中任意选取一个种子点； 设定区间内种子点选取模块:用于在以所述种子点为中心、半径为第一设定值的区域中选取其像素值落在设定区间内的点，并将其纳入到所述种子点所在的区域； 设定区间内像素值判断模块:用于将所述半径进行扩大，并判断扩大后的区域中是否还存在其像素值落在所述设定区间内的点，如是，将其纳入到所述种子点所在的区域；否贝IJ，将所述种子点所在的区域作为大脑皮层组织图像信息； 像素值判断模块:用于继续进行设定区间内像素值的判断。17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述信息融合单元进一步包括: 数据类型转换模块:用于将所述电极图像信息的数据类型与所述大脑皮层组织图像信息的数据类型转换成相同的数据类型； 灰度值映射模块:用于通过设定的色彩映射表，分别将电极图像和大脑皮层组织图像中每个像素不同的灰度值映射成不同的颜色和透明度，分别调节其颜色和透明度； 图像显示模块:用于通过面绘制或体绘制将融合后的图像显示出来。18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一尺度的大小为八个像素，所述第二尺度的大小为一个像素，所述MRI图像、植入前CT图像和植入后CT图像均为DICOM格式的图像文件，所述需要的格式为DICOM文件、图片文件或视频文件。
【文档编号】G06T7/00GK105849777SQ201580003336
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年6月26日
【发明人】汤洁, 李卓, 任乐枫, 胡楠, 谢菲
【申请人】深圳市美德医疗电子技术有限公司