專利名稱：基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動量化方法
技術領域：
本發明屬于磁共振成像技術領域，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量化方法。
背景技術：
準確定量人體腹部脂肪在醫學臨床上有著重要的意義。首先，當今急劇上升的肥胖癥發病率嚴重危害著人體健康，腹部脂肪體積定量為過度肥胖癥狀診斷提供了一個非常重要的依據；此外，腹部外科手術現已十分普及，準確的腹部脂肪體積定量可以給外科醫生提供脂肪厚度和皮下組織深度等信息，有助于外科手術更加 精準的實施。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，目前已經廣泛應用于臨床醫學診斷。利用磁共振單激發快速自旋回波序列對人體腹部進行T2加權成像，其中的脂肪組織信號很高，與其它組織形成強烈的對比，另外該圖像信噪比高運動偽影少，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手段。傳統的對人體腹部脂肪體積定量的方法由臨床放射科醫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，然后手動描繪每一層圖像中的脂肪組織，最后累加計算每一層所描繪的脂肪區域的體積，從而達到對腹部脂肪體積定量。上述現有的手工描繪的方法雖然可以達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。該方法第一個缺點是耗時長，效率低且勞動強度大，這是因為在對每個個體腹部脂肪體積定量的過程中需要描繪數十層的圖像，并累加計算各層的描繪結果。該方法的第二個缺點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，手動描繪還存在主觀偏差大，可重復性差等缺點。

發明內容
針對上述現有技術人體腹部脂肪體積定量方法中存在的耗時長、工作量大、精確性受限制、可重復性差等不足之處，本發明提出一種基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動量化方法。本發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加權圖像，準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的腹部脂肪進行分割及其體積計算的半自動化定量。本發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的像素信號柱狀圖統計的方法。本發明中創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行標記，獲取肚臍位置標記點的坐標；2)設定脂肪定量區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域；
3)對每一層磁共振圖像的像素信號進行灰度值統計，建立柱狀圖，設定分割脂肪的閾
值；
4)根據所述閾值通過逐行掃描對腹部脂肪進行分割；
5)將每一層圖像的分割的脂肪體積累加，實現脂肪體積定量。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位置處的強度值作為分割脂肪的閾值。
所述步驟4)中對分割范圍內的每一層圖像以從左至右逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個高于閾值的像素時分割開始，對右邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向右進行分割，否則結束該行分割；然后對分割范圍內的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個高于閾值的像素時分割開始，對左邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向左進行分割，否則結束該行分割。該方法首先利用圖形界面軟件工具手動標記腹部磁共振圖像中肚臍位置，并自動讀取該標記點的成像坐標；手動設定距離范圍并通過建立橢圓方程計算出冠狀位上的橢圓形定量區域范圍；然后通過對每一層圖像的像素信號灰度值做統計并建立柱狀圖，設定分割脂肪的閾值；再通過逐行掃描地方式實現對腹部脂肪自動化分割；最終將每層的分割的體積累加，實現脂肪體積定量。本發明的優點是本發明同傳統的由臨床放射科醫師人工手動描繪的方式定量脂肪體積的方法相比，大部分工作都由計算機自動完成，只需要少量手動操作過程，很大程度地降低了勞動強度，大大提高了工作效率。傳統醫師手動描繪方法對一份數據做脂肪體積定量需要20分鐘以上時間，而本方法對一份數據做脂肪體積定量可在半分鐘之內完成；此夕卜，與傳統方法相比，本方法做脂肪體積定量更精確，主觀性偏差小，可重復性好。


圖I是腹部磁共振圖像中肚臍處做標記的示意圖。圖2是人體腹部冠狀面上的橢圓形定量范圍區域的示意圖。圖3是利用像素灰度統計的柱狀圖設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。
具體實施例方式結合以下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明。實施本發明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發明沒有特別限制內容。基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動量化方法的具體實施步驟包括如下
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選取并標記為參考點，利用計算機程序讀取該標記點的成像坐標，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中的標記點，給定前、后、左、右、上、下的6個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算出冠狀位上的橢圓形定量區域。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計并建立灰度值統計柱狀圖，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位置處的強度值作為分割脂肪的閾值。4)對分割范圍內的每一層圖像以從左至右逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個高于閾值的像素時分割開始，對右邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向右進行分割，否則結束該行分割；然后采用同樣方法，對分割范圍內的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個高于閾值的 像素時分割開始，對左邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向左進行分割，否則結束該行分割。5)計算每一層脂肪的分割體積并累加計算，得到最終的脂肪體積定量值。以下分步介紹利用本發明基于磁共振圖像人體腹部脂肪體積的半自動量化方法在人體腹部T2加權磁共振圖像中進行脂肪體積定量的具體過程。本實施例采集的磁共振圖像數據為人體腹部T2加權圖像(如圖I、圖2、圖4所示)，通過GE I. 5T磁共振成像系統進行采集，所選用的成像序列為單激發快速自旋回波序列，掃描參數為圖像分辨率(Matrix size) : 512X 512，視野(FOV) :480 mmX480 mm，重復時間(TR) : 916 ms,回波時間(TE): 93ms,層厚8 mm,層數44。(I)對腹部肚臍位置手動標記為參考點
利用圖形界面軟件工具在人體腹部T2加權磁共振圖像中手動選取肚臍位置為參考點，如圖I是腹部磁共振圖像中肚臍處做標記的圖例。本實施例中采用的圖像界面軟件為Osirix 4. O。然后獲取該標記點的成像坐標，即該標記點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中磁體和梯度線圈等中心點。本實施例中，肚臍標記點的坐標為左(L) : I. 6mm,前(A) :84. 9mm,上(S) :54. 2mm。如圖I中的肚臍標記點的坐標為左1.6mm,前84. 9mm,上54.2 mm。(2)設定腹部脂肪體積的定量范圍
相對于步驟(I)所標記的點，通過設定前、后、左、右、上、下的6個方向上的距離值以設定脂肪定量范圍。本實施例中通過設定距離值為前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算出冠狀位上的橢圓形定量區域。如圖2是通過計算得到的人體腹部冠狀面的橢圓形定量范圍區域的圖例。(3)設定分割脂肪的閾值
對需要脂肪體積定量每一層圖像的所有像素做灰度值統計并建立灰度值統計柱狀圖，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位置處的強度值作為分割脂肪的閾值。在柱狀圖中，背景信號低，接近于零位置；在12加權圖像數據中，脂肪信號以高信號表現。本發明根據大量臨床數據圖像中組織對比度信息，總結得到以0，7位置處的強度值作為合適的分割脂肪的閾值。如圖3是利用像素灰度統計的柱狀圖設定分割脂肪的閾值的圖例。本實施例中分割脂肪的閾值為809。(4)對每一層圖像中脂肪進行分割并定量
對感興趣區域內的每一層圖像以從左至右逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個高于閾值的像素時分割開始，對右邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向右進行分割，否則結束該行分割；然后采用同樣方法，對分割范圍內的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個高于閾值的像素時分割開始，對左邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向左進行分割，否則結束該行分割。其中，感興趣區域由臨床醫生根據實際情況界定。本實施例中，根據放射科醫生要求在相對于參考點的向上范圍固定為3cm，向下位置固定為10cm，其余4個方向由醫生根據病人體格胖瘦做適當地自由調試，參考圖2，圖4和圖5。本發明中，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例。
(5)計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，
本實施例脂肪體積定量的結果為2045. I毫升。本發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的腹部脂肪進行分割并計算體積，實現對腹部脂肪體積的半自動化定量。與傳統手動定量脂肪體積的方法相比，大大降低了人工勞動強度，提高了定量的時間效率和精確性。本發明的保護內容不局限于以上實施例。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本發明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。
權利要求
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行標記，獲取肚臍位置標記點的坐標； 2)設定脂肪定量區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域； 3)對每一層磁共振圖像的像素信號進行灰度值統計，建立柱狀圖，設定分割脂肪的閾值； 4)根據所述閾值通過逐行掃描對腹部脂肪進行分割； 5)將每一層圖像的分割的脂肪體積累加，實現脂肪體積定量。
2.如權利要求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位置處的強度值作為分割脂肪的閾值。
3.如權利要求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，從檢測到第一個高于閾值的像素時分割開始，對右邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向右進行分割，否則結束該行分割；然后對分割范圍內的圖像以從右至左逐行掃描的方式分割脂肪，從檢測到第一個高于閾值的像素時分割開始，對左邊相鄰像素進行閾值判斷，如果高于閾值則繼續向左進行分割，否則結束該行分割。
全文摘要
本發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量化方法，包括步驟對人體腹部磁共振圖像中肚臍位置進行標記，獲取肚臍位置標記點的坐標；設定脂肪定量區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域；對每一層磁共振圖像的像素信號進行灰度值統計，建立柱狀圖，設定分割脂肪的閾值；根據所述閾值通過逐行掃描對腹部脂肪進行分割，將每一層圖像的分割的脂肪體積累加，實現脂肪體積定量。本發明方法降低了勞動強度，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，可重復性好。
文檔編號A61B5/055GK102764125SQ20121025277
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者李建奇, 王麗嘉, 王乙, 裴孟超 申請人:華東師范大學