PET-CT圖像感興趣區(qū)勾畫(huà)及三維重建

1、pet-ct圖像感興趣區(qū)勾畫(huà)及三維重建 摘要 目的： petct是pet機(jī)與ct機(jī)完美的結(jié)合，其中pet圖像代表細(xì)胞攝取葡萄糖的能力，一般腫瘤細(xì)胞攝取葡萄糖的能力比普通細(xì)胞強(qiáng)，pet圖像分辨率差。所以pet圖像是功能顯像。ct圖像是結(jié)構(gòu)顯像，能準(zhǔn)確顯示病灶的大小，結(jié)構(gòu)等信息，而且分辨率高，所以可以為pet圖像進(jìn)行定位、衰減校正等功能。研究pet-ct圖像對(duì)臨床有十分重大的意義。 pet應(yīng)用fdg進(jìn)行腫瘤診斷最為人們所認(rèn)識(shí)，腫瘤對(duì)葡萄糖的利用與其惡性程度成正比，fdg pet顯像可準(zhǔn)確地用于腫瘤術(shù)前的分期和鑒別診斷，它可鑒別ct,mri不能區(qū)分的腫瘤復(fù)發(fā)、放療引起的壞死，根據(jù)腫瘤攝取fdg的程度

2、可判斷腫瘤的預(yù)后。對(duì)核醫(yī)學(xué)dicom圖像進(jìn)行感興趣區(qū)勾畫(huà)，結(jié)合ct等解剖結(jié)構(gòu)顯像，提高功能顯像在腫瘤診斷方面的準(zhǔn)確率。 方法：利用matlab軟件平臺(tái)的圖形工具箱對(duì)核醫(yī)學(xué)腫瘤顯像的dicom影像進(jìn)行手動(dòng)勾畫(huà)感興趣區(qū)，可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊，獲得感興趣的邊緣范圍，進(jìn)一步從這些邊緣，勾畫(huà)完整的感興趣區(qū)，并且可以分別從pet和ct圖像對(duì)應(yīng)感興趣進(jìn)行勾畫(huà)。并且再次基礎(chǔ)上，進(jìn)一步編程可完成對(duì)感興趣區(qū)的3d重建。 結(jié)果：本軟件初步完成了dicom圖像進(jìn)行讀取、圖像處理、手動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)、自動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)及三維重建。通過(guò)對(duì)核醫(yī)學(xué)影像和其他解剖影像的圖像配準(zhǔn)和融和，可以準(zhǔn)確確定病灶在核醫(yī)學(xué)影像上的對(duì)應(yīng)位置。通過(guò)手動(dòng)

3、感興趣區(qū)勾畫(huà)準(zhǔn)確確定病灶在pet-ct的對(duì)應(yīng)位置；通過(guò)自動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)對(duì)病灶有準(zhǔn)確的邊界勾畫(huà)，減少了手動(dòng)誤差；通過(guò)三維重建使病灶更形象的展現(xiàn)。結(jié)論 matlab軟件將在醫(yī)學(xué)圖像處理中有更廣泛的應(yīng)用，有利于影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展。目的 用matlab軟件對(duì)pet-ct dicom圖像進(jìn)行感興趣區(qū)勾畫(huà)及三維重建。 方法 用matlab軟件對(duì)pet-ct圖像進(jìn)行讀取、圖像處理、感興趣區(qū)勾畫(huà)及三維重建。 結(jié)果 通過(guò)手動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)準(zhǔn)確確定病灶在pet-ct的對(duì)應(yīng)位置；通過(guò)自動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)對(duì)病灶有準(zhǔn)確的邊界勾畫(huà)，減少了手動(dòng)誤差；通過(guò)三維重建使病灶更形象的展現(xiàn)。 結(jié)論 matlab軟件將在pet-ct圖像處理中有

4、更廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 dicom圖像，感興趣區(qū)勾畫(huà)，三維重建，材料和方法1. 儀器和顯像劑：pet/ct為ge discovery ls pet/ct儀。18f-fdg放化純95%。2. 患者準(zhǔn)備：患者空腹6 h，檢查前血糖7.0mmol/l。按5.55mbq/kg體重注射18f-fdg后靜息約60 min。3. 顯像方法：體部ct電壓140 kv；電流 140 ma；螺距1.5:1；層厚5 mm；ct重建采用標(biāo)準(zhǔn)重建法。體部pet采集為2d模式，采集時(shí)間為4 min/每床位；pet重建采用有序子集最大期望值迭代法（osem）。腦部ct電壓140 kv；電流 160 ma；螺距0.875:1；

5、層厚5 mm；ct重建采用標(biāo)準(zhǔn)重建法。體部pet采集為3d模式，采集時(shí)間為8 min/每床位；pet重建采用濾波反投影法（reprojection）。在醫(yī)學(xué)教學(xué)、科研以及臨床工作中，我們要處理許多醫(yī)學(xué)圖像。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，大量的醫(yī)學(xué)信息逐漸由文件、膠片的形式轉(zhuǎn)換為電子文檔和圖片的形式。這給我們的醫(yī)學(xué)相關(guān)工作帶來(lái)了許多方便，例如病例的分類(lèi)整理和檢索、原始資料的管理、遠(yuǎn)程會(huì)診等等。在這些應(yīng)用中，我們需要的圖像必須是精確的，然而因?yàn)榉N種原因，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)圖像被損壞的情況，這時(shí)我們就需要對(duì)損壞的圖像進(jìn)行處理，恢復(fù)其原貌。matlab在這一方面就大有用武之地。下圖1就顯示petct圖像的處理過(guò)程。%

6、文件路徑的讀入。dir=pwd(); %將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為字符格式。a=dicomread(dirct1); %處理圖像讀入。imshow(a,-300 400); %顯示dicomct圖像。figure,imshow(-c,-30000 0); %顯示dicompet圖像。infoct = dicominfo(dirct1) ; %dicom文件頭的讀去。1. pet圖像(a 為原圖像，b 為翻轉(zhuǎn)后有噪聲圖像，c 為去噪聲圖像) a b c2.ct圖像（a 為縱隔窗，b 為肺窗，c 為骨窗） a b c3. 邊緣識(shí)別在醫(yī)學(xué)臨床實(shí)踐中，我們經(jīng)常需要觀察細(xì)胞、組織或器官的形態(tài)，來(lái)判斷它們是處于正常

7、狀態(tài)還是處于病態(tài)中。這些操作一般都是人工通過(guò)某些觀察儀器來(lái)完成的，其精度顯然是有限的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐步完善，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助診斷是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要的趨勢(shì)。利用matlab提供的一些工具，我們可以方便地對(duì)一些圖像進(jìn)行形態(tài)方面的處理，對(duì)我們實(shí)際的診斷工作有一定的意義。apet圖像自動(dòng)邊緣識(shí)別bct圖像自動(dòng)邊緣識(shí)別4.dicom圖像手動(dòng)局部感興趣區(qū)勾畫(huà)%鼠標(biāo)點(diǎn)擊后，讀取坐標(biāo)點(diǎn)并劃圓點(diǎn)。while but = 1 xi,yi,but = ginput(1); plot(xi,yi,r.) n = n+1; xy(:,n) = xi;yi;endxys = spline(t,xy,ts);

8、%算出兩點(diǎn)之間的擬合曲線(xiàn)。%畫(huà)出擬合曲線(xiàn)。利用樣條工具對(duì)已知曲面z=f(x,y)或給定的一組離散值f(xi,yi)進(jìn)行曲面擬合,并利用matlab予以實(shí)現(xiàn),討論了基樣條函數(shù)插值法和多結(jié)點(diǎn)基樣條函數(shù)插值法,并給出了樣條磨光曲面的實(shí)現(xiàn)程序。plot(xys(1,:),xys(2,:),r); %找出鼠標(biāo)開(kāi)始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)的坐標(biāo)。r1=xys(1,1);r2=xys(1,n1);l1=xys(2,1);l2=xys(2,n1);line(r2;r1,l2;l1,linewidth,1,color,.8 .255 .8); %連接開(kāi)始點(diǎn)與結(jié)束點(diǎn)，封閉曲線(xiàn)。5. dicom圖像自動(dòng)局部感興趣區(qū)勾畫(huà) bw =

9、 roicolor(c,100,40000); bwoutline = bwperim(bw); 6. 圖像三維重建醫(yī)用圖像的三維重建技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和計(jì)算機(jī)圖像處理等學(xué)科，是計(jì)算機(jī)科學(xué)可視化的重要組成部分，也是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的一門(mén)重要技術(shù)。通過(guò)二維序列斷層圖像重建出具有直觀立體效果的圖像，展現(xiàn)被檢測(cè)物體的三維結(jié)構(gòu)與形態(tài)，使技術(shù)人員可以多方位地觀察物體的結(jié)構(gòu)，積極地參與計(jì)算機(jī)的操作，對(duì)物體的空間結(jié)構(gòu)或者存在的缺陷，可以進(jìn)行比較準(zhǔn)確的定位分析，從而提高檢測(cè)的方便性和準(zhǔn)確率?；谶B續(xù)斷層ct圖像的三維重建是指從一系列平行斷面圖像數(shù)據(jù)中恢復(fù)被重建對(duì)象原有的三維形貌，可以分為兩種方法：

10、面繪制和直接體繪制1，其中面繪制又包括基于輪廓的表面重建、基于等值面的間接體三維重建2等。本論文是在matlabe2,3 境下用基于等值面的間接體三維重建方法對(duì)pet-ct圖像進(jìn)行了三維重建。本實(shí)驗(yàn)用matlab程序開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)了petct圖像的等值面三維重建，即將二維pet-ct圖像進(jìn)行灰度調(diào)整、平滑濾波、銳化濾波等增強(qiáng)處理和圖像分割，形成三維體數(shù)據(jù)，應(yīng)用等值面繪制方法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建；同時(shí)，編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)重建三維圖像的任意位置的剖切顯示和透明顯示。1)形成三維數(shù)組將35幅512512像素的平行切片ct圖像構(gòu)造出三維體數(shù)據(jù)集t，其中t是51251235的三維數(shù)據(jù)集。和將35幅128128像

11、素的平行切片pet圖像構(gòu)造出三維體數(shù)據(jù)集p，其中p是12812835的三維數(shù)據(jù)集。2)數(shù)據(jù)預(yù)處理由上面步驟構(gòu)造出的矩陣數(shù)據(jù)量大。占用內(nèi)存多，給處理帶來(lái)一定困難。根據(jù)實(shí)際情況，在不影響結(jié)果的情況下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以減少所處理的數(shù)據(jù)量。d= rducevolume(d，ea b c)；d=smooth3(d， filter)。3)體數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)透明表面的繪制利用isosurface函數(shù)計(jì)算體數(shù)據(jù)集在顯示平面累計(jì)投影。fv=isosurface(d，isovalue)；其中d在上面已經(jīng)得到，isovalue為繪制的等值面的取值，根據(jù)實(shí)際情況自定。4)構(gòu)造三維重建碎片使用patch函數(shù)來(lái)對(duì)圖像子區(qū)域

12、進(jìn)行分類(lèi)，可以定義結(jié)果圖像的顏色、光線(xiàn)等信息。5)設(shè)置圖像的顏色、陰影及顯示效果利用view、daspect、colormap、camlight、lighting等函數(shù)設(shè)置顯示圖像的效果。其中view函數(shù)定義觀察視角，daspect定義27軸、軸和軸的顯示比例，colormap定義圖像的顏色集，camlight定義照相機(jī)光線(xiàn)的位置，lighting定義顯示圖像的光線(xiàn)陰影。6剖切和透明顯示為了觀察物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的上下位置關(guān)系，通常需要對(duì)物體在特定位置進(jìn)行剖切，在matlab中可以通過(guò)重建局部三維圖像實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。以pet-ct的三維重建圖像為例，剖切圖有清晰地顯示了物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，以及上下空間位

13、置關(guān)系，這也說(shuō)明三維重建是非常有意義的。matlab中還提供了一種函數(shù)alpha(para)，para為透明度參數(shù)，其值范圍在0和1之間，可以對(duì)物體進(jìn)行透明顯示，其作用是不用剖切物體，而通過(guò)透視技術(shù)觀察物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)para為05時(shí)，其結(jié)果圖像為。通過(guò)物體的透明顯示，可以同時(shí)觀察物體的內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)，有助于對(duì)物體空間結(jié)構(gòu)的理解。結(jié)果與討論通過(guò)手動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)準(zhǔn)確確定病灶在pet-ct的對(duì)應(yīng)位置；通過(guò)自動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)對(duì)病灶有準(zhǔn)確的邊界勾畫(huà)，減少了手動(dòng)誤差；通過(guò)三維重建使病灶更形象的展現(xiàn)。matlab軟件將在醫(yī)學(xué)圖像處理中有更廣泛的應(yīng)用。因時(shí)間倉(cāng)促，還有許多工作沒(méi)有完成，今后將進(jìn)一步完善此程序。將增加可以測(cè)量ct值、suv值、計(jì)數(shù)值、病灶面積值、病灶體積值等一系列參數(shù)，更好為臨床服務(wù)。在手動(dòng)感興趣區(qū)勾畫(huà)方面，現(xiàn)在是不規(guī)則感興趣區(qū)勾畫(huà)，將增加規(guī)則感興趣區(qū)勾畫(huà)如正方形、矩形、圓形、橢圓等規(guī)則勾畫(huà)及畫(huà)出profile曲線(xiàn)。在三維重建方面將增加域值的隨意調(diào)整，三維圖像將隨意多角度切割，還將對(duì)pet-ct圖像融合及配準(zhǔn)?？傊?，以后將結(jié)合臨床進(jìn)一步改進(jìn)程序