[發(fā)明專(zhuān)利]集成分割功能的肺CT圖像配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110408013.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113327274A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭健;段陸文;曹玉柱;袁剛;李銘;楊曉冬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/30
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/30;G06T7/10;G06T7/13
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 祁云珊

1.一種集成分割功能的肺CT圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對(duì)采集的病人的肺部4D-CT數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，形成若干組圖像對(duì)，構(gòu)建為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

其中，每組圖像對(duì)均包括一幅參考圖像F和一幅浮動(dòng)圖像M，每一幅參考圖像和浮動(dòng)圖像均進(jìn)行肺實(shí)質(zhì)手動(dòng)分割形成有參考圖像的標(biāo)準(zhǔn)的肺實(shí)質(zhì)邊界S_F以及浮動(dòng)圖像的標(biāo)準(zhǔn)的肺實(shí)質(zhì)邊界S_M；

S2、建立肺分割-配準(zhǔn)集成網(wǎng)絡(luò)，所述肺分割-配準(zhǔn)集成網(wǎng)絡(luò)包括特征編碼模塊、肺分割模塊和肺配準(zhǔn)模塊；

其中，參考圖像F和浮動(dòng)圖像M輸入所述特征編碼模塊后，輸出參考圖像F的特征映射C_F和浮動(dòng)圖像M的特征映射C_M；肺分割模塊根據(jù)所述特征編碼模塊的輸出得到參考圖像F的預(yù)測(cè)的肺實(shí)質(zhì)邊界以及浮動(dòng)圖像M的預(yù)測(cè)的肺實(shí)質(zhì)邊界所述肺配準(zhǔn)模塊輸出根據(jù)所述特征編碼模塊的輸出得到參考圖像F與浮動(dòng)圖像M之間的形變場(chǎng)φ，并得到與參考圖像F完成配準(zhǔn)后的浮動(dòng)圖像M(φ)；

S3、構(gòu)建肺分割模塊；

S4、構(gòu)建肺配準(zhǔn)模塊；

S5、建立用于肺配準(zhǔn)的自適應(yīng)正則約束項(xiàng)

以所述肺分割模塊輸出的參考圖像F的預(yù)測(cè)的肺實(shí)質(zhì)邊界為輔助先驗(yàn)知識(shí)，利用體素點(diǎn)到肺表面的空間位置權(quán)重，將L₂約束和L₁約束進(jìn)行加權(quán)結(jié)合構(gòu)建一個(gè)綜合的自適應(yīng)正則約束項(xiàng)

S6、訓(xùn)練所述肺分割-配準(zhǔn)集成網(wǎng)絡(luò)，其中采用聯(lián)合優(yōu)化損失函數(shù)L_total為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，L_total為：

其中，L_S為所述肺分割模塊的訓(xùn)練目標(biāo)函數(shù)，L_G為所述肺配準(zhǔn)模塊的訓(xùn)練目標(biāo)函數(shù)，λ和β為調(diào)節(jié)系數(shù)，-NCC(F,M(φ))為配準(zhǔn)后的浮動(dòng)圖像M(φ)和對(duì)應(yīng)的參考圖像F的歸一化互相關(guān)值；

S7、將待配準(zhǔn)的肺部4D-CT圖像輸入到經(jīng)步驟S6訓(xùn)練后得到的肺分割-配準(zhǔn)集成網(wǎng)絡(luò)中，自動(dòng)輸出配準(zhǔn)結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成分割功能的肺CT圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述步驟S1中，每例肺部4D-CT數(shù)據(jù)均包括整個(gè)呼吸周期的至少兩個(gè)階段的3D-CT數(shù)據(jù)，所述步驟S1中進(jìn)行預(yù)處理的方法具體包括：

S1-1、將整個(gè)呼吸周期的至少兩個(gè)階段中任意兩個(gè)階段的兩幅圖像形成一個(gè)圖像對(duì)，選擇圖像對(duì)中的一幅作為參考圖像，另一幅作為浮動(dòng)圖像；進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)增，增大訓(xùn)練數(shù)據(jù)集量；

S1-2、采用水平集分割算法對(duì)所有的參考圖像和浮動(dòng)圖像進(jìn)行肺實(shí)質(zhì)粗略分割；

S1-3、根據(jù)步驟S1-2的結(jié)果，由醫(yī)生或?qū)＜覍?duì)每一幅參考圖像和浮動(dòng)圖像均進(jìn)行手動(dòng)分割，得到參考圖像的標(biāo)準(zhǔn)的肺實(shí)質(zhì)邊界S_F以及浮動(dòng)圖像的標(biāo)準(zhǔn)的肺實(shí)質(zhì)邊界S_M。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成分割功能的肺CT圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述特征編碼模塊為向下采樣卷積，所述肺分割模塊和肺配準(zhǔn)模塊均為上采樣卷積，所述肺分割模塊和肺配準(zhǔn)模塊共用所述特征編碼模塊；

所述特征編碼模塊由三個(gè)下采樣池化操作模塊形成四個(gè)分辨率級(jí)別，每個(gè)分辨率級(jí)別包含一個(gè)最大池化層和兩個(gè)卷積層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成分割功能的肺CT圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述肺分割模塊的結(jié)構(gòu)與所述特征編碼模塊形成對(duì)稱(chēng)，所述肺分割模塊由三個(gè)上采樣操作模塊形成四個(gè)分辨率級(jí)別，每個(gè)分辨率級(jí)別包含一個(gè)反卷積層和兩個(gè)卷積層，所述肺分割模塊的最后一層是一個(gè)1通道的以Sigmoid為激活函數(shù)的卷積層，用于輸出肺實(shí)質(zhì)邊界的預(yù)測(cè)概率圖。