Укажите многомодальные 3-D медицинские изображения

В этом примере показано, как можно автоматически выровнять два объемных изображения с помощью основанной на интенсивности регистрации.

Этот пример использует imregister, imregtform и imwarp автоматически выровнять два объемных набора данных: изображение CT и T1 взвесили изображение MR, собранное от того же пациента в разное время. В отличие от некоторых других методов, imregister и imregtform не находите функции или используйте контрольные точки. Основанная на интенсивности регистрация является часто подходящей для медицинского и удаленно обнаруженного формирования изображений.

3-D наборы данных CT и MRI, используемые в этом примере, были обеспечены доктором Майклом Фитцпатриком как часть Набора данных Ретроспективной регистрационной оценки изображений (RIRE).

Шаг 1: загрузите изображения

Этот пример использует два 3-D изображения головы того же пациента. В регистрационных проблемах мы полагаем, что одно изображение фиксированное изображение и другое изображение, чтобы быть движущимся изображением. Цель регистрации состоит в том, чтобы выровнять движущееся изображение с фиксированным изображением. В этом примере фиксированное изображение является взвешенным изображением MRI T1. Движущееся изображение, которое мы хотим указать, является изображением CT. Данные хранятся в формате файла, используемом Проектом Ретроспективной регистрационной оценки изображений (RIRE). Используйте multibandread считать двоичные файлы, которые содержат данные изображения. Используйте helperReadHeaderRIRE функция, чтобы получить метаданные, сопоставленные с каждым изображением. Можно использовать следующую ссылку, чтобы найти больше информации о формате файла RIRE: формат данных RIRE

fixedHeader  = helperReadHeaderRIRE('rirePatient007MRT1.header');
movingHeader = helperReadHeaderRIRE('rirePatient007CT.header');

fixedVolume  = multibandread('rirePatient007MRT1.bin',...
                            [fixedHeader.Rows, fixedHeader.Columns, fixedHeader.Slices],...
                            'int16=>single', 0, 'bsq', 'ieee-be' );
                        
movingVolume = multibandread('rirePatient007CT.bin',...
                            [movingHeader.Rows, movingHeader.Columns, movingHeader.Slices],...
                            'int16=>single', 0, 'bsq', 'ieee-be' );

helperVolumeRegistration функция является функцией помощника, которая обеспечивается, чтобы помочь судить качество 3-D регистрационных результатов. Можно в интерактивном режиме вращать представление, и обе оси останутся в синхронизации.

helperVolumeRegistration(fixedVolume,movingVolume);

Figure contains 2 axes and other objects of type uipanel. Axes 1 contains 3 objects of type surface. Axes 2 contains 3 objects of type surface.

Можно также использовать imshowpair смотреть на одну плоскости от фиксированных и движущихся объемов, чтобы получить смысл полного выравнивания объемов. В перекрывающемся изображении от imshowpair, серые области соответствуют областям, которые имеют подобную интенсивность, в то время как пурпурные и зеленые зоны показывают места, где одно изображение более ярко, чем другой. Используйте imshowpair наблюдать неверную регистрацию объемов изображений вдоль осевого среза, взятого через центр каждого объема.

centerFixed = size(fixedVolume)/2;
centerMoving = size(movingVolume)/2;
figure
imshowpair(movingVolume(:,:,centerMoving(3)), fixedVolume(:,:,centerFixed(3)));
title('Unregistered Axial Slice')

Figure contains an axes. The axes with title Unregistered Axial Slice contains an object of type image.

Шаг 2: Настройте Первичную регистрацию

imregconfig функция дает возможность выбирать правильный оптимизатор и метрическую настройку, чтобы использовать с imregister. Эти два изображения от двух различной модальности, MRI и CT, таким образом, 'многомодальная' опция является соответствующей.

[optimizer,metric] = imregconfig('multimodal');

Алгоритм используется imregister будет сходиться к лучшим результатам более быстро, когда пространственная информация ссылки о разрешении и/или местоположении входного формирования изображений будет указана. В этом случае разрешение наборов данных CT и MRI задано в метаданных изображения. Используйте эти метаданные, чтобы создать imref3d пространственные объекты привязки, которые мы передадим как входные параметры для регистрации.

Rfixed  = imref3d(size(fixedVolume),fixedHeader.PixelSize(2),fixedHeader.PixelSize(1),fixedHeader.SliceThickness);
Rmoving = imref3d(size(movingVolume),movingHeader.PixelSize(2),movingHeader.PixelSize(1),movingHeader.SliceThickness);

Свойства пространственных объектов привязки задают, где связанные объемы изображений находятся в системе мировой координаты и какова пиксельная степень в каждой размерности. Свойство XWorldLimits Rmoving задает положение движущегося объема в X размерностях. Свойство PixelExtentInWorld задает размер каждого пикселя в мировых единицах измерения в X размерностях (вдоль столбцов). Движущийся объем расширяет от 0,3269 до 334,97 в мире, X систем координат и каждый пиксель имеют степень 0.6536 мм. Модули находятся в миллиметрах, потому что информация о заголовке, используемая, чтобы создать пространственную ссылку, была в миллиметрах. Свойство ImageExtentInWorldX определяет полный объем в мировых единицах измерения объема движущегося изображения в мировых единицах измерения.

Rmoving.XWorldLimits
ans = 1×2

    0.3268  334.9674

Rmoving.PixelExtentInWorldX
ans = 0.6536
Rmoving.ImageExtentInWorldX
ans = 334.6406

Неточное совмещение между этими двумя объемами включает перевод, масштабирование и вращение. Используйте преобразование подобия, чтобы указать изображения.

Запустите при помощи imregister получить зарегистрированный объем выходного изображения, который можно просмотреть и наблюдать непосредственно, чтобы получить доступ к качеству регистрационных результатов.

Задайте установку не по умолчанию для свойства InitialRadius оптимизатора достигнуть лучшей сходимости в регистрационных результатах.

optimizer.InitialRadius = 0.004;
movingRegisteredVolume = imregister(movingVolume,Rmoving, fixedVolume,Rfixed, 'rigid', optimizer, metric);

Используйте imshowpair снова и повторение процесс исследования выравнивания осевого среза, взятого через центр зарегистрированных объемов, чтобы получить смысл того, насколько успешный регистрация.

figure
imshowpair(movingRegisteredVolume(:,:,centerFixed(3)), fixedVolume(:,:,centerFixed(3)));
title('Axial Slice of Registered Volume')

Figure contains an axes. The axes with title Axial Slice of Registered Volume contains an object of type image.

От осевого среза выше, похоже, что регистрация была успешна. Используйте helperVolumeRegistration снова просмотреть зарегистрированный объем, чтобы продолжить судить успех регистрации.

helperVolumeRegistration(fixedVolume,movingRegisteredVolume);

Figure contains 2 axes and other objects of type uipanel. Axes 1 contains 3 objects of type surface. Axes 2 contains 3 objects of type surface.

Шаг 3: получите 3-D геометрическое преобразование, которое выравнивает перемещение с фиксированным.

imregtform функция может использоваться, когда вы интересуетесь оценкой геометрического преобразования, которая используется imregister сформировать зарегистрированное выходное изображение. imregtform использует тот же алгоритм в качестве imregister и берет те же входные параметры в качестве imregister. Начиная с визуального осмотра получившегося объема от imregister обозначенный, что регистрация была успешна, можно вызвать imregtform с теми же входными параметрами, чтобы сопоставить геометрическое преобразование этим регистрационным результатом.

geomtform = imregtform(movingVolume,Rmoving, fixedVolume,Rfixed, 'rigid', optimizer, metric)
geomtform = 
  affine3d with properties:

                 T: [4x4 double]
    Dimensionality: 3

Результат imregtform объект геометрического преобразования. Этот объект включает свойство, T, который задает 3-D матрицу аффинного преобразования.

geomtform.T
ans = 4×4

    0.9704   -0.0143   -0.2410         0
    0.0228    0.9992    0.0324         0
    0.2404   -0.0369    0.9700         0
  -15.8648  -17.5692   29.1830    1.0000

transformPointsForward функция может использоваться, чтобы определить, где точка [u, v, w] в движущемся изображении сопоставляет в результате регистрации. Поскольку входные параметры, на которые пространственно ссылаются, были заданы к imregtform, геометрическое преобразование сопоставляет точки в системе мировой координаты от перемещения до фиксированного. transformPointsForward функция используется ниже, чтобы определить преобразованное местоположение центра движущегося изображения в системе мировой координаты.

centerXWorld = mean(Rmoving.XWorldLimits);
centerYWorld = mean(Rmoving.YWorldLimits);
centerZWorld = mean(Rmoving.ZWorldLimits);
[xWorld,yWorld,zWorld] = transformPointsForward(geomtform,centerXWorld,centerYWorld,centerZWorld);

Можно использовать worldToSubscript функция, чтобы определить элемент фиксированного объема, который выравнивается с центром движущегося объема.

[r,c,p] = worldToSubscript(Rfixed,xWorld,yWorld,zWorld)
r = 116
c = 132
p = 13

Шаг 4: примените оценку геометрического преобразования к объему движущегося изображения.

imwarp функция может использоваться, чтобы применить оценку геометрического преобразования от imregtform до 3-D объема. Аргумент значения имени 'OutputView' используется, чтобы задать пространственный аргумент ссылки, который определяет мировые пределы, и разрешение выхода передискретизировало изображение. Можно привести к тем же результатам, данным imregister при помощи пространственного объекта привязки, сопоставленного с фиксированным изображением. Это создает выходной объем, в котором мировые пределы и разрешение фиксированного и движущегося изображения являются тем же самым. Если мировые пределы и разрешение обоих объемов являются тем же самым, существует пиксель к пиксельному соответствию между каждой выборкой перемещения и зафиксированными объемами.

movingRegisteredVolume = imwarp(movingVolume,Rmoving,geomtform,'bicubic','OutputView',Rfixed);

Используйте imshowpair снова просмотреть осевой срез через центр зарегистрированного объема, произведенного imwarp.

figure 
imshowpair(movingRegisteredVolume(:,:,centerFixed(3)), fixedVolume(:,:,centerFixed(3)));
title('Axial Slice of Registered Volume')

Figure contains an axes. The axes with title Axial Slice of Registered Volume contains an object of type image.

Смотрите также

| | | |

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте