[發明專利]利用擴散磁共振圖像估計大腦白質纖維方向的方法

無效

• 申請號: 201310373807.5
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103413315A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 蔣田仔;張娜;左年明
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;A61B5/055
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及醫學圖像處理領域，特別涉及利用擴散磁共振圖像估計大腦單個體素中白質纖維方向的方法。

背景技術

高角度分辨率擴散成像技術(HARDI)是利用擴散磁共振圖像估計大腦白質纖維方向的一類技術。方向概率密度函數變換是HARDI中比較典型的一種方法，它具有高準確性，高抗噪性的優點，但角度分辨率較低。方向概率密度函數變換所估計的方向概率密度函數(OPDF)包含徑向部分和角度部分兩個部分，但徑向部分包含較大誤差。

擴散磁共振成像(dMRI)技術是一種可以活體、無創探測大腦白質結構的磁共振技術。dMRI通過測量水分子的擴散信息，提供大腦白質纖維方向的信息。

對大腦白質纖維方向的估計是做大腦白質纖維跟蹤的前提。

最普遍使用的一種dMRI技術是由Basser(P.J.Basser，J.Mattiello，D.LeBihan：Estimation?of?the?effective?self-diffusion?tensor?from?the?NMR?spin?echo.J?Magn?Reson?B，1994.103(3)：p.247-54.P.Basser，D.Jones：Diffusion-tensor?MRI：theory,eXperimental?design?and?data?analysis-a?technical?review.NMR?Biomed.，2002.15(7-8)：p.456-467.)等人提出的擴散張量成像(DTI)技術。DTI需要的擴散磁共振信號較少，理論上6個擴散加權信號和1個不加梯度方向的信號就足夠。但是DTI受Gaussian(高斯)假設的影響，在每個體素只能給出一個方向的信息，不能解決纖維交叉、分叉等情況。而大腦白質中大約至少1/3的體素含有多根纖維(T.E.J.Behrens，H.JohansenBerg，S.Jbabdi，M.F.S.Rushworth，M.W.Woolrich：Probabilistic?diffusion?tractography?with?multiple?fibre?orientations：What?can?we?gain？?Neuroimage，2007.34(1)：p.144-55.)，為解決纖維交叉等問題，其它dMRI技術被提出來，比如高角度分辨率擴散成像技術(HARDI)等一類方法。

方向概率密度變換(OPDT)模型是由Tristan-Vega等人(Tristan-Vega?et.al.，″Estimation?of?fiber?orientation?probability?density?function?in?high?angular?resolution?diffusion?imaging″，Neuroimage47(2009)，pgs.638-650.)提出的一種較重要的HARDI技術，它利用Funk-Radon變換(FRT)，估計水分子擴散的方向概率密度函數(OPDF)。OPDT模型具有高準確性、高抗噪性的優點，但是角度分辨率較低。其中角度分辨率為分辨纖維交叉的能力。將OPDT模型得到的OPDF分為徑向部分fr和角度部分fb。關于OPDT模型及OPDF的定義可參閱文獻：Tristan-Vegaet.al.，″Estimation?of?fiber?orientation?probability?density?function?in?high?angular?resolution?diffusion?imaging″，Neuroimage47(2009)，pgs.638-650.

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是克服現有的利用OPDT模型估計大腦白質纖維方向的方法角度分辨率低的缺點。

(二)技術方案

本發明提出一種利用擴散磁共振圖像估計大腦白質纖維方向的方法，其特征在于包括如下步驟：S1、讀取多幅大腦擴散磁共振圖像；S2、利用OPDT模型對所述多幅大腦磁共振圖像計算OPDF的徑向部分和角度部分；S3、根據所述OPDT模型的OPDF建立iOPDT模型，該iOPDT模型的徑向部分為所述OPDT模型的徑向部分在球面上的積分的平均值，該iOPDT模型的角度部分為所述OPDT模型的角度部分；S4、將讀取的多幅擴散磁共振圖像的擴散衰減信號代入iOPDT模型，得到OPDF在球面上任一方向的值。

根據本發明的一種實施方式，所述步驟S1還包括在讀取所述大腦的擴散磁共振圖像之前對要讀取的擴散磁共振圖像進行預處理的步驟。