医学序列图像定位线绘制基本方法介绍

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1. 定位线的概念和意义

　　随着医学成像技术的不断发展，计算机断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)已经越来越多地应用在了相关疾病的诊断中。医生通过分析病人器官的CT/MR序列的二维切片图像，可以大致观察到患者病灶的大小及形状。但是由于一个序列的二维切片影像较多，且同一个患者的不同序列影像可以反映不同视角的病灶信息。如常用的轴、矢和冠状位就反映了人体的从头到脚、从左到右和从前到后的视角观察到的影像。医生在获取到患者的多个序列影像时，如何能够直观清楚地判断这些序列之间的空间位置关系，以便更准确地获取病灶的空间位置。这便是定位线存在的意义和价值。

　　CT和MRI在确定序列的定位关系时稍有不同。但是它们基本上都需要用到DICOM中与图像空间位置相关的Tag值。具体需要的Tag如下：

Tag(Group,Element)	Tag名称	Tag意义	Tag值示例
(0018, 5100)	Patient Position
(0008, 0008)	Image Type
(0020, 0032)	Image Position Patient
(0028, 0010)	Rows
(0020, 0037)	Image Orientation Patient
(0028, 0030)	Pixel Spacing
(0028, 0011)	Columns
(0x20, 0x52)	Frame of ReferenceUID

CT定位图：

　　CT图像由Dicom文件数据中数据元素的Image Type属性来判断该切片是否是定位图片，若是LOCALIZER则表示该图像为定位图像；若是AXIAL则表示为切片图像。

MR定位图：

　　MR图像的定位线是个断层，有多幅定位图，成像方式也较复杂，因此无法通过ImageType属性来判断。而Frame of Reference UID属性基本上都指向了一副不存在的图像，也无法根据它的值进行有效判断。实际上，MR定位图像是一个相对、相互的概念，只要两张图像间存在交线，那么MR中任何一张图像都可能成为另一张图像的定位图。

２.定位线的计算方法

　　当两个序列的定位关系确定后，即已经确定哪一个是定位序列，哪一个是切片序列后，便可以分别根据这两个序列图像所含有的空间位置信息进行定位线的计算了。

　　定位线指的是切片序列图像在定位图像上的位置，也即切片图像与定位图像的交线。因此计算定位线的实质，就是计算两个平面的交线，这样便将医学问题转化到了数学中的计算两个平面交线的线性代数的问题了。

计算步骤：

（1） 根据定位图中相关的tag值确定定位图的平面方程

　　设定位图所在平面为Plane1。

　　Plane1根据Tag为Image Position Patient和Image Orientation Patient两个属性，可以确定Plane1平面上的一个点（Image Position Patient的值代表该平面左上角顶点的坐标），和该平面的法向量（Image Orientation Patient的值代表该平面的第一行和第一列的方向向量，由这两个向量叉乘即可计算出垂直于该平面的法向量）。

（2）根据切片图中相关的tag值确定与定位图的位置关系

　　设切片图所在平面为Plane2。

　　根据Image Position Patient，获得Plane2的左上角的顶点坐标。根据Image Orientation Patient，Rows, Columns, Pixel Spacing可以计算出四个顶点的位置坐标。

　　根据Plane2的四个顶点的位置坐标，可以分别计算出这四个顶点到Plane1上左上角的顶点的四个向量。然后根据这四个向量之间的点积，可以判断出这四个向量所在的直线是否与Plane1所在的平面相交。

　　当判断出相交关系并确定定位图和序列图有交点后，便可以根据数学中求解一条直线与一个平面的交点的方法进行计算了。

３. 定位线绘制结果显示：

　　如上图所示，这是一个患者的两个CT序列。左边的序列是参考序列，右边的序列是定位序列。左边的序列中在头部的基本白线，就表示右边序列的每一张切片在左边参考序列的定位线。绿色的那根线表示当前浏览的这张图片在参考图上的位置。这样，医生可以很直观地看出浏览的每一张图片的实际位置，更好地辅助其诊断。



如上图所示，这是另一个患者的定位线绘制。左边的四根线表示右边的四张图像在参考图上的位置。绿色的那根线表示当前选中的那片图像的位置。非常直观和清晰地表现出了它们的相对位置关系。

4. 参考链接及文献：

http://znzk.scuec.edu.cn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20140119&flag=1&journal_id=znmzdxxbzr&year_id=2014

《一种基于Web的CT,MR图像序列定位线绘制的方法》