[發(fā)明專利]三維大腦磁共振圖像大腦皮層表面最大主方向場彌散方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010197300.5
• 申請日: 2010-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN101866485A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭雷;李剛;聶晶鑫;趙天云;韓軍偉;胡新韜
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T17/40;A61B5/055
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維大腦磁共振圖像大腦皮層表面最大主方向場彌散方法，利用alpha-expansion圖割(graph?cuts)方法的三維大腦磁共振圖像的大腦皮層表面上最大主方向場彌散方法，屬于醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

從三維大腦磁共振圖像重構(gòu)出來的大腦皮層表面是嵌入在三維空間的、極其卷曲和褶皺的二維流型。基于大腦皮層表面的分析非常適合于刻畫和分析大腦皮層的本質(zhì)結(jié)構(gòu)，例如曲率、測地距離、皮層厚度等。大腦皮層表面上的方向場包含重要的信息，例如，最大主方向場和最小主方向場分別指示主曲率達(dá)到最大和最小的方向。但是，可靠計(jì)算大腦皮層表面上的主方向場并不容易，例如，在平坦的皮層表面區(qū)域所計(jì)算的主方向場通常噪聲較大和不可靠，因?yàn)樵谄教箙^(qū)域曲率在各個(gè)方向上的變化不大，微小的噪聲就可能嚴(yán)重影響所計(jì)算的主方向場。因此，為了利用主方向場對(duì)大腦皮層表面進(jìn)行分析，必須實(shí)施主方向場彌散，其目的是平滑主方向場中的噪聲，同時(shí)保持主方向場中主要的幾何結(jié)構(gòu)和不連續(xù)性。彌散后的主方向場可以用于基于流場跟蹤的腦溝或腦回盆地分割和方向?qū)虻钠玉薨櫺螒B(tài)分析等。

目前已有的大腦皮層表面上的最大主方向場彌散方法將該問題看做一個(gè)能量最小化問題，該能量函數(shù)包含一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)和一個(gè)平滑項(xiàng)。數(shù)據(jù)項(xiàng)用于使彌散后的最大主方向場與原始計(jì)算的最大主方向場盡可能相似，平滑項(xiàng)用于使彌散后的最大主方向場平滑地變化。該能量函數(shù)通過變分方法或梯度下降方式求解。已有的大腦皮層表面上的最大主方向場彌散方法具有以下的主要缺陷：其一、不同皮層表面區(qū)域的權(quán)重設(shè)為相同，導(dǎo)致彌散的最大主方向場在腦溝底部和腦回頂部過于平滑。其二、目前的能量最小化方法容易陷入到低劣的局部最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有方法的不足之處，本發(fā)明提出一種三維大腦磁共振圖像大腦皮層表面最大主方向場彌散方法，適用于人類三維大腦磁共振圖像重構(gòu)出的、由三角形表示的大腦皮層表面上最大主方向場彌散。

技術(shù)方案

本發(fā)明的基本思想是：將大腦皮層表面上的最大主方向場彌散問題公式化為一個(gè)能量最小化問題，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為一個(gè)離散標(biāo)記問題，即給大腦皮層表面上的每一個(gè)頂點(diǎn)賦予一個(gè)標(biāo)記來表示彌散的最大主方向，該離散標(biāo)記問題可以利用alpha-expansion圖割方法有效的求解，因?yàn)閳D割方法可以保證得到某些類型的能量函數(shù)的強(qiáng)局部最優(yōu)。

一種三維大腦磁共振圖像的大腦皮層表面上最大主方向場彌散方法，其特征在于步驟如下：

步驟1對(duì)三維大腦磁共振圖像進(jìn)行預(yù)處理和大腦皮層表面重建：利用變形模型方法去除腦殼，利用配準(zhǔn)方法去除非大腦組織，利用高斯混合模型和馬爾科夫隨機(jī)場方法對(duì)圖像進(jìn)行組織分割，得到白質(zhì)、灰質(zhì)和腦脊髓液三種組織類型表示的圖像，利用基于圖的方法對(duì)白質(zhì)圖像進(jìn)行拓?fù)湫Ｕ肕arching?Cubes方法重建由三角形表示的大腦皮層表面；

步驟2計(jì)算大腦皮層表面上頂點(diǎn)的主曲率、主方向以及主曲率的導(dǎo)數(shù)：利用有限差分方法計(jì)算大腦皮層表面上頂點(diǎn)的主曲率、主方向以及主曲率的導(dǎo)數(shù)，當(dāng)每個(gè)頂點(diǎn)的最大主曲率在最大主方向的導(dǎo)數(shù)為正值時(shí)，將該頂點(diǎn)的最大主方向改為相反方向；

步驟3對(duì)最大主方向場進(jìn)行彌散：利用alpha-expansion圖割方法最小化能量函數(shù)