[發(fā)明專利]基于磁共振成像的體內(nèi)軟組織力學(xué)特性測試方法及裝置

在審

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• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN108459286A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮原;黃瓏
• 申請（專利權(quán)）人: 馮原
• 主分類號: G01R33/20
• 分類號: G01R33/20;A61B5/00
• 代理公司: 福州市眾韜專利代理事務(wù)所(普通合伙) 35220
• 代理人: 陳智雄;黃秀婷

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁共振成像的體內(nèi)軟組織力學(xué)特性測試方法及裝置。本發(fā)明的基于磁共振成像的體內(nèi)軟組織力學(xué)特性測試方法包括以下步驟：通過磁共振標(biāo)記成像方法測量軟組織的位移分布與應(yīng)變分布；采集軟組織的磁共振結(jié)構(gòu)影像信息進(jìn)行幾何重建，并建立有限元計(jì)算模型；基于所述有限元計(jì)算模型，采用逆向算法進(jìn)行迭代計(jì)算優(yōu)化，得到軟組織的物理力學(xué)特性參數(shù)分布。本發(fā)明的方法利用磁共振標(biāo)記成像方法對軟組織物理力學(xué)特性進(jìn)行體內(nèi)測量，無創(chuàng)無痛，可操作性強(qiáng)，成本低，可廣泛應(yīng)用于對人體軟組織的物理特性量化和分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁共振成像的體內(nèi)軟組織力學(xué)特性測試方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究與臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛，主要應(yīng)用在放射治療規(guī)劃、介入治療、手術(shù)導(dǎo)航等方面。目前臨床上基于醫(yī)學(xué)影像的病理診斷主要基于影像的圖像特征和幾何關(guān)系，其中基于MR圖像的診斷廣泛應(yīng)用于腦組織與腹腔器官的軟組織。但是目前的影像學(xué)方法只能對空間幾何位置信息，以及像素所表示的成分信息進(jìn)行判斷，無法對軟組織的物理力學(xué)特性進(jìn)行測試與判斷。

目前對軟組織的物理力學(xué)特性的判斷主要有兩種方式，一種是通過體外測試方法，對病理組織進(jìn)行體外力學(xué)特性測試；一種是體內(nèi)測試方法，包括醫(yī)生的手動觸診方法以及應(yīng)用磁共振彈性成像或超聲彈性成像方法其他方法。其中，體外測試方法需要對病理進(jìn)行取樣，無法實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)測試；手動觸診方法依靠經(jīng)驗(yàn)無法進(jìn)行準(zhǔn)確和一致的判斷，個(gè)體差異較大；磁共振彈性成像方法需要采用專用驅(qū)動儀器進(jìn)行測量，對硬件設(shè)備要求較高；超聲彈性成像的分辨率和成像質(zhì)量不佳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于克服以上缺點(diǎn)，提供一種無創(chuàng)無痛，可操作性強(qiáng)，成本低，可廣泛應(yīng)用于對人體軟組織的物理特性量化和分析的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于磁共振成像的體內(nèi)軟組織力學(xué)特性測試方法，包括以下步驟：

通過磁共振標(biāo)記成像方法測量軟組織的位移分布與應(yīng)變分布；

采集軟組織的磁共振結(jié)構(gòu)影像信息進(jìn)行幾何重建，并建立有限元計(jì)算模型；

基于所述有限元計(jì)算模型，采用逆向算法進(jìn)行迭代計(jì)算優(yōu)化，得到軟組織的物理力學(xué)特性參數(shù)分布。

進(jìn)一步地，所述“通過磁共振標(biāo)記成像方法測量軟組織的位移分布與應(yīng)變分布”，具體為：

按照一定頻率采集一組磁共振標(biāo)記圖像數(shù)據(jù)；

對采集的標(biāo)記圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉變換，選取第一主頻峰值做帶通濾波；將經(jīng)過帶通濾波的主頻峰值進(jìn)行二維傅里葉逆變換，得到復(fù)變量二維信息；選取復(fù)變量的相位圖得到標(biāo)記線的位置；

選取標(biāo)記線的交叉點(diǎn)作為追蹤點(diǎn)，選取第一幀標(biāo)記圖像為參考圖像，計(jì)算其余各幀追蹤點(diǎn)相對于第一幀標(biāo)記圖像的位移，通過空間插值算法得到軟組織的位移分布；

基于軟組織的位移分布計(jì)算變形梯度矩陣，再計(jì)算追蹤點(diǎn)的拉格朗日應(yīng)變，對拉格朗日應(yīng)變進(jìn)行空間插值得到軟組織的應(yīng)變分布。

進(jìn)一步地，所述變形梯度矩陣的計(jì)算公式為：其中,是參考圖像中的位置向量微元，是形變圖像中的位置向量微元，m為磁共振標(biāo)記圖像數(shù)據(jù)總幀數(shù),n為圖像幀編號，i為跟蹤點(diǎn)編號。

進(jìn)一步地，所述追蹤點(diǎn)的拉格朗日應(yīng)變的計(jì)算公式為：其中為單位矩陣，為變形梯度矩陣。

進(jìn)一步地，所述“基于所述有限元計(jì)算模型，采用逆向算法進(jìn)行迭代計(jì)算優(yōu)化，得到軟組織的物理力學(xué)特性參數(shù)分布”，具體為：

根據(jù)有限元模型計(jì)算出測量應(yīng)變分布狀態(tài)下的位移分布；

在計(jì)算出的位移分布與測量位移分布之間建立目標(biāo)函數(shù)，對所述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，得到有限元模型的物理力學(xué)特性參數(shù)分布。