專利名稱：基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動(dòng)量化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動(dòng)量化方法。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)確定量人體腹部脂肪在醫(yī)學(xué)臨床上有著重要的意義。首先，當(dāng)今急劇上升的肥胖癥發(fā)病率嚴(yán)重危害著人體健康，腹部脂肪體積定量為過度肥胖癥狀診斷提供了一個(gè)非常重要的依據(jù)；此外，腹部外科手術(shù)現(xiàn)已十分普及，準(zhǔn)確的腹部脂肪體積定量可以給外科醫(yī)生提供脂肪厚度和皮下組織深度等信息，有助于外科手術(shù)更加 精準(zhǔn)的實(shí)施。磁共振成像具有無損傷、軟組織對比度高、圖像分辨率高等特點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷。利用磁共振單激發(fā)快速自旋回波序列對人體腹部進(jìn)行T2加權(quán)成像，其中的脂肪組織信號(hào)很高，與其它組織形成強(qiáng)烈的對比，另外該圖像信噪比高運(yùn)動(dòng)偽影少，為觀測人體腹部脂肪組織，定量腹部脂肪體積提供了有效的成像技術(shù)手段。傳統(tǒng)的對人體腹部脂肪體積定量的方法由臨床放射科醫(yī)師在磁共振圖像中找到需要定量脂肪的腹部位置。具體做法是先確定需要做脂肪定量的圖像層面，然后手動(dòng)描繪每一層圖像中的脂肪組織，最后累加計(jì)算每一層所描繪的脂肪區(qū)域的體積，從而達(dá)到對腹部脂肪體積定量。上述現(xiàn)有的手工描繪的方法雖然可以達(dá)到對人體腹部脂肪體積定量的目的，但是該方法存在許多不足之處。該方法第一個(gè)缺點(diǎn)是耗時(shí)長，效率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大，這是因?yàn)樵趯γ總€(gè)個(gè)體腹部脂肪體積定量的過程中需要描繪數(shù)十層的圖像，并累加計(jì)算各層的描繪結(jié)果。該方法的第二個(gè)缺點(diǎn)是無法精確定義所需做脂肪體積定量的腹部的范圍，例如臨床上通常參考肚臍，以在冠狀位上下左右設(shè)定距離所得到的橢圓狀的作為大致的定量范圍。此夕卜，手動(dòng)描繪還存在主觀偏差大，可重復(fù)性差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)人體腹部脂肪體積定量方法中存在的耗時(shí)長、工作量大、精確性受限制、可重復(fù)性差等不足之處，本發(fā)明提出一種基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動(dòng)量化方法。本發(fā)明方法借助可顯示磁共振圖像的圖形界面軟件工具，顯示人體腹部磁共振T2加權(quán)圖像，準(zhǔn)確高效選取腹部脂肪的定量位置及范圍，再使用圖像分割算法對所選范圍內(nèi)的腹部脂肪進(jìn)行分割及其體積計(jì)算的半自動(dòng)化定量。本發(fā)明中采用的圖像分割算法是基于閾值分割的算法，判定閾值利用了傳統(tǒng)的像素信號(hào)柱狀圖統(tǒng)計(jì)的方法。本發(fā)明中創(chuàng)新提出了逐行掃描分割以及判定分割終止的具體分割方式。本發(fā)明提出一種基于磁共振圖像軟件對人體腹部脂肪體積半自動(dòng)化定量的方法，包括以下步驟
I)對人體腹部磁共振圖像中肚臍位置進(jìn)行標(biāo)記，獲取肚臍位置標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)；2)設(shè)定脂肪定量區(qū)域的距離范圍并建立橢圓方程，確定冠狀位上的脂肪定量區(qū)域；
3)對每一層磁共振圖像的像素信號(hào)進(jìn)行灰度值統(tǒng)計(jì)，建立柱狀圖，設(shè)定分割脂肪的閾
值；
4)根據(jù)所述閾值通過逐行掃描對腹部脂肪進(jìn)行分割；
5)將每一層圖像的分割的脂肪體積累加，實(shí)現(xiàn)脂肪體積定量。其中，所述步驟3)中將所述柱狀圖中背景像素峰和脂肪像素峰之間距離背景像素峰的0. 7位置處的強(qiáng)度值作為分割脂肪的閾值。
所述步驟4)中對分割范圍內(nèi)的每一層圖像以從左至右逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的像素時(shí)分割開始，對右邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向右進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割；然后對分割范圍內(nèi)的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的像素時(shí)分割開始，對左邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向左進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割。該方法首先利用圖形界面軟件工具手動(dòng)標(biāo)記腹部磁共振圖像中肚臍位置，并自動(dòng)讀取該標(biāo)記點(diǎn)的成像坐標(biāo)；手動(dòng)設(shè)定距離范圍并通過建立橢圓方程計(jì)算出冠狀位上的橢圓形定量區(qū)域范圍；然后通過對每一層圖像的像素信號(hào)灰度值做統(tǒng)計(jì)并建立柱狀圖，設(shè)定分割脂肪的閾值；再通過逐行掃描地方式實(shí)現(xiàn)對腹部脂肪自動(dòng)化分割；最終將每層的分割的體積累加，實(shí)現(xiàn)脂肪體積定量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明同傳統(tǒng)的由臨床放射科醫(yī)師人工手動(dòng)描繪的方式定量脂肪體積的方法相比，大部分工作都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，只需要少量手動(dòng)操作過程，很大程度地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了工作效率。傳統(tǒng)醫(yī)師手動(dòng)描繪方法對一份數(shù)據(jù)做脂肪體積定量需要20分鐘以上時(shí)間，而本方法對一份數(shù)據(jù)做脂肪體積定量可在半分鐘之內(nèi)完成；此夕卜，與傳統(tǒng)方法相比，本方法做脂肪體積定量更精確，主觀性偏差小，可重復(fù)性好。


圖I是腹部磁共振圖像中肚臍處做標(biāo)記的示意圖。圖2是人體腹部冠狀面上的橢圓形定量范圍區(qū)域的示意圖。圖3是利用像素灰度統(tǒng)計(jì)的柱狀圖設(shè)定分割脂肪的閾值的示意圖。圖4是最終完成脂肪分割的某一層橫斷位圖像的示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施本發(fā)明的過程、條件、實(shí)驗(yàn)方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識(shí)和公知常識(shí)，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容?；诖殴舱駡D像人體腹部脂肪體積的半自動(dòng)量化方法的具體實(shí)施步驟包括如下
I)利用圖形界面軟件工具在腹部磁共振圖像中的肚臍位置手動(dòng)選取并標(biāo)記為參考點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)程序讀取該標(biāo)記點(diǎn)的成像坐標(biāo)，即相對于成像中心位置的左(右)，前(后)，上(下)的距離。2)相對于步驟I中的標(biāo)記點(diǎn)，給定前、后、左、右、上、下的6個(gè)方向上的距離值以確定脂肪定量范圍，并通過橢圓方程公式計(jì)算出冠狀位上的橢圓形定量區(qū)域。3)對需要脂肪體積定量每一層圖像的所有像素做灰度值統(tǒng)計(jì)并建立灰度值統(tǒng)計(jì)柱狀圖，檢測出柱狀圖中背景像素峰和脂肪像素峰，以兩峰之間距離背景像素峰的0. 7位置處的強(qiáng)度值作為分割脂肪的閾值。4)對分割范圍內(nèi)的每一層圖像以從左至右逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的像素時(shí)分割開始，對右邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向右進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割；然后采用同樣方法，對分割范圍內(nèi)的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的 像素時(shí)分割開始，對左邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向左進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割。5)計(jì)算每一層脂肪的分割體積并累加計(jì)算，得到最終的脂肪體積定量值。以下分步介紹利用本發(fā)明基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動(dòng)量化方法在人體腹部T2加權(quán)磁共振圖像中進(jìn)行脂肪體積定量的具體過程。本實(shí)施例采集的磁共振圖像數(shù)據(jù)為人體腹部T2加權(quán)圖像(如圖I、圖2、圖4所示)，通過GE I. 5T磁共振成像系統(tǒng)進(jìn)行采集，所選用的成像序列為單激發(fā)快速自旋回波序列，掃描參數(shù)為圖像分辨率(Matrix size) : 512X 512，視野(FOV) :480 mmX480 mm，重復(fù)時(shí)間(TR) : 916 ms,回波時(shí)間(TE): 93ms,層厚8 mm,層數(shù)44。(I)對腹部肚臍位置手動(dòng)標(biāo)記為參考點(diǎn)
利用圖形界面軟件工具在人體腹部T2加權(quán)磁共振圖像中手動(dòng)選取肚臍位置為參考點(diǎn)，如圖I是腹部磁共振圖像中肚臍處做標(biāo)記的圖例。本實(shí)施例中采用的圖像界面軟件為Osirix 4. O。然后獲取該標(biāo)記點(diǎn)的成像坐標(biāo)，即該標(biāo)記點(diǎn)相對于成像中心位置的左(或右)，前(或后)，上(或下)的距離。其中，成像中心位置是指磁共振成像系統(tǒng)中磁體和梯度線圈等中心點(diǎn)。本實(shí)施例中，肚臍標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)為左(L) : I. 6mm,前(A) :84. 9mm,上(S) :54. 2mm。如圖I中的肚臍標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)為左1.6mm,前84. 9mm,上54.2 mm。(2)設(shè)定腹部脂肪體積的定量范圍
相對于步驟(I)所標(biāo)記的點(diǎn)，通過設(shè)定前、后、左、右、上、下的6個(gè)方向上的距離值以設(shè)定脂肪定量范圍。本實(shí)施例中通過設(shè)定距離值為前3 cm，后5 cm，左28 cm，右28 cm，上3cm，下10 cm確定分割范圍，并通過橢圓方程公式計(jì)算出冠狀位上的橢圓形定量區(qū)域。如圖2是通過計(jì)算得到的人體腹部冠狀面的橢圓形定量范圍區(qū)域的圖例。(3)設(shè)定分割脂肪的閾值
對需要脂肪體積定量每一層圖像的所有像素做灰度值統(tǒng)計(jì)并建立灰度值統(tǒng)計(jì)柱狀圖，檢測出柱狀圖中背景像素峰和脂肪像素峰，以兩峰之間距離背景像素峰的0. 7位置處的強(qiáng)度值作為分割脂肪的閾值。在柱狀圖中，背景信號(hào)低，接近于零位置；在12加權(quán)圖像數(shù)據(jù)中，脂肪信號(hào)以高信號(hào)表現(xiàn)。本發(fā)明根據(jù)大量臨床數(shù)據(jù)圖像中組織對比度信息，總結(jié)得到以0，7位置處的強(qiáng)度值作為合適的分割脂肪的閾值。如圖3是利用像素灰度統(tǒng)計(jì)的柱狀圖設(shè)定分割脂肪的閾值的圖例。本實(shí)施例中分割脂肪的閾值為809。(4)對每一層圖像中脂肪進(jìn)行分割并定量
對感興趣區(qū)域內(nèi)的每一層圖像以從左至右逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的像素時(shí)分割開始，對右邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向右進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割；然后采用同樣方法，對分割范圍內(nèi)的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的像素時(shí)分割開始，對左邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向左進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割。其中，感興趣區(qū)域由臨床醫(yī)生根據(jù)實(shí)際情況界定。本實(shí)施例中，根據(jù)放射科醫(yī)生要求在相對于參考點(diǎn)的向上范圍固定為3cm，向下位置固定為10cm，其余4個(gè)方向由醫(yī)生根據(jù)病人體格胖瘦做適當(dāng)?shù)刈杂烧{(diào)試，參考圖2，圖4和圖5。本發(fā)明中，分割脂肪是指將圖像中的屬于脂肪的部分提取出來。如圖4是最終完成脂肪分割的某一層橫斷位圖像實(shí)例。
(5)計(jì)算得到脂肪體積總量
將所有層面分割得到的脂肪量相加，即可得到脂肪體積總量，
本實(shí)施例脂肪體積定量的結(jié)果為2045. I毫升。本發(fā)明方法借助磁共振圖像軟件顯示圖像，在圖像中選取所需定量的腹部脂肪的位置及范圍，再利用圖像分割算法對所選范圍內(nèi)的腹部脂肪進(jìn)行分割并計(jì)算體積，實(shí)現(xiàn)對腹部脂肪體積的半自動(dòng)化定量。與傳統(tǒng)手動(dòng)定量脂肪體積的方法相比，大大降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了定量的時(shí)間效率和精確性。本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動(dòng)量化方法，其特征在于，包括以下步驟 1)對人體腹部磁共振圖像中肚臍位置進(jìn)行標(biāo)記，獲取肚臍位置標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)； 2)設(shè)定脂肪定量區(qū)域的距離范圍并建立橢圓方程，確定冠狀位上的脂肪定量區(qū)域； 3)對每一層磁共振圖像的像素信號(hào)進(jìn)行灰度值統(tǒng)計(jì)，建立柱狀圖，設(shè)定分割脂肪的閾值； 4)根據(jù)所述閾值通過逐行掃描對腹部脂肪進(jìn)行分割； 5)將每一層圖像的分割的脂肪體積累加，實(shí)現(xiàn)脂肪體積定量。
2.如權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，所述步驟3)中將所述柱狀圖中背景像素峰和脂肪像素峰之間距離背景像素峰的O. 7位置處的強(qiáng)度值作為分割脂肪的閾值。
3.如權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，所述步驟4)中對分割范圍內(nèi)的每一層圖像以從左至右逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的像素時(shí)分割開始，對右邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向右進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割；然后對分割范圍內(nèi)的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個(gè)高于閾值的像素時(shí)分割開始，對左邊相鄰像素進(jìn)行閾值判斷，如果高于閾值則繼續(xù)向左進(jìn)行分割，否則結(jié)束該行分割。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動(dòng)量化方法，包括步驟對人體腹部磁共振圖像中肚臍位置進(jìn)行標(biāo)記，獲取肚臍位置標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)；設(shè)定脂肪定量區(qū)域的距離范圍并建立橢圓方程，確定冠狀位上的脂肪定量區(qū)域；對每一層磁共振圖像的像素信號(hào)進(jìn)行灰度值統(tǒng)計(jì)，建立柱狀圖，設(shè)定分割脂肪的閾值；根據(jù)所述閾值通過逐行掃描對腹部脂肪進(jìn)行分割，將每一層圖像的分割的脂肪體積累加，實(shí)現(xiàn)脂肪體積定量。本發(fā)明方法降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了工作效率，并且對脂肪體積定量更精確，主觀性偏差小，可重復(fù)性好。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102764125SQ20121025277
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者李建奇, 王麗嘉, 王乙, 裴孟超 申請人:華東師范大學(xué)