利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2020115476463
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于深度学习网络的2D/3D脊椎CT层级配准方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、获取X射线图像作为训练及配准过程的术中2D参考图像,获取医学CT序列作为训练过程的术前3D图像;

(2)、构建训练图像集;

(2.1)、将术前3D图像输入至刚体变换模型,通过随机变换六维的刚体变换参数T=(tx,ty,tz,rx,ry,rz),生成一组三维的图像序列,然后再输入至X射线成像计算模型进行投影,从而生成DRR图像序列;其中,tx表示在X轴上的平移参数,ty表示在Y轴上的平移参数,tz表示在Z轴上的平移参数,rx表示沿X轴的旋转参数,ry表示沿Y轴的旋转参数,rz表示沿Z轴的旋转参数;

(2.2)、对DRR图像序列进行两两组合,一张作为参考图像,另一张作为浮动图像,两张图像构成一个训练样本,从而组成训练图像集;

(3)、搭建深度学习网络模型并训练;

搭建8层CNN模型作为深度学习网络模型,然后将训练图像集中的参考图像与浮动图像依次输入,用于模型训练,当模型收敛时能够准确输出浮动图像对应的形变参数;

(4)、利用深度学习网络模型进行粗配准;

按照步骤(2.1)所述方法,利用术前待配准3D图像生成一幅DRR图像,并作为浮动图像,再将浮动图像与术中2D参考图像一起输入至训练完成的深度学习网络模型,从而输出术前待配准3D图像的粗配准变换参数;

(5)、通过Adam参数优化算法进行单块椎骨的精配准;

(5.1)、利用Grow Cut区域生长算法对术前待配准3D图像进行椎骨分割,使分割的每幅子图中仅包含一块椎骨,从而得到多幅单块椎骨图;

(5.2)、将粗配准变换参数作为每幅单块椎骨图的初始配准参数,然后将单块椎骨经初始配准参数的刚体变换后,再通过X射线成像计算模型进行投影,生成单块椎骨图的DRR图像,作为浮动图像;

(5.3)、计算单块椎骨的浮动图像与术中2D参考图像之间的Dice Loss值;

其中,|X|表示浮动图像的像素矩阵X中所有元素之和,|Y|表示参考图像的像素矩阵Y中所有元素之和,|X∩Y|表示像素矩阵X与像素矩阵Y对应元素点乘后再求所有元素之和;

(5.4)、判断步骤(5.3)中计算得到的Dice Loss值是否小于预设阈值,如果小于,则迭代停止,完成单块椎骨图的精配准;否则,设置Adam参数优化算法的目标函数为Dice Loss,参数向量设置为当前精配准参数,然后重复步骤(5.2)~(5.4),通过Adam参数优化算法搜寻Dice Loss值最小时的最优精配准参数,从而完成该单块椎骨图的精配准;

(5.5)、判断所有单块椎骨图是否都完成了精配准,如果未完成,则重复步骤(5.2)~(5.4),直到完成所有单块椎骨图的精配准;否则,进入步骤(5.6);

(5.6)、将所有的单块椎骨图根据对应优化后的精配准参数进行空间变换,再按照分割前的位置进行组合,从而实现脊椎CT层级配准。

2.根据权利要求1所述的基于深度学习网络的2D/3D脊椎CT层级配准方法,其特征在于,所述深度学习网络模型的具体结构为:第一层输入层,输入浮动图像和参考图像;

第二层是第一卷积层,卷积核大小为5*5*20,不填充,步长为1,该层输出矩阵大小为

152*296*20;

第三层是第一池化层,采用最大值池化,池化窗口尺寸为2*2,步长为2,该层输出矩阵为76*148*20;

第四层是第二卷积层,卷积核尺寸为5*5*20,不填充,步长为1,该层输出矩阵大小为

72*144*20;

第五层是第二池化层,采用最大值池化,池化窗口尺寸为2*2,步长为2,该层输出矩阵为36*72*20;

第六层是全连接层,有250个ReLU激活函数单元,输出结点个数为250个;

第七层为第二个全链接层,有6个ReLU激活函数单元,输出结点个数为6个;

第八层为输出层,输出6个参数,即(tx,ty,tz,rx,ry,rz)。