[發明專利]一種神經元骨架分叉點的校正方法及神經元形態重建方法

有效

• 申請號: 201910094482.4
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109948793B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 李詩瑋;黃青;周航;全廷偉;曾紹群
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06N3/08
• 分類號: G06N3/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種神經元骨架分叉點的校正方法及神經元形態重建方法，包括：對于每一個分叉點p_o，獲得與其直接相連的組合骨架和分立骨架；對組合骨架進行平滑處理以得到平滑骨架，并通過卷積生成仿真圖像；將平滑骨架上距離分叉點p_o最近的骨架點作為優化分叉點，并作為分立骨架的新頭節點，調整優化分叉點的位置，使其位于平滑骨架上，且分立骨架主方向與其原主方向具有最高的一致性；將平滑骨架上由優化分叉點分成的骨架S₁₁和骨架S₁₂分別與分立骨架組合得到第一組合骨架和第二組合骨架；利用第一組合骨架和骨架S₁₂以及第二組合骨架和骨架S₁₁得到另外兩個優化分叉點；對三個優化分叉點的位置進行加權平均。本發明能夠準確定位神經元骨架分叉點的位置。

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，更具體地，涉及一種神經元骨架分叉點的校正方法及神經元形態重建方法。

背景技術

神經元形態重建是指將腦成像數據中的神經元抽象為彼此有連接關系的系列骨架點形式。這些骨架點(分叉點、中間節點和末端點)構成的神經元形態具有樹形結構，這一結構表明神經元中纖維依據一定次序沿主纖維向次級纖維生長。這種分級式的生長形式通過神經纖維的分叉實現，因此，準確定位神經元骨架中分叉點的位置，對研究神經元中纖維分布結構、神經元形態發育過程至關重要。

現有的自動重建方法可以根據原始圖像重建神經元骨架，但是現有的重建方法在檢測分叉點時，或將分叉點視為普通的纖維中間節點處理，或將分叉點結構擬合為簡單的管狀模型，均未考慮相連的多根纖維對分叉點的綜合影響，而在真實圖像中，分叉點附近的纖維結構十分復雜，可能存在纖維扭曲，信號強度、半徑尺寸突變等多類問題，因此現有的自動重建方法并不能準確定位分叉點的位置，從而所重建的神經元骨架中分叉點附近的分叉結構與真實圖像的分叉結構存在較大偏差，最終會導致纖維量化結果出現偏差，重建結果并不能直接應用于神經科學定量分析。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種神經元骨架分叉點的校正方法及神經元形態重建方法，其目的在于，準確定位神經元骨架分叉點的位置。

為實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種神經元骨架分叉點的校正方法，包括：

(1)對于待處理神經元骨架中的每一個分叉點p_o，獲得其附近與其直接相連的一段組合骨架和一段分立骨架；

分立骨架以分叉點p_o為頭節點，組合骨架由另外兩段以分叉點p_o為端點的骨架組合而成；

(2)對組合骨架進行平滑處理以得到平滑骨架，并利用三維高斯模板與平滑骨架進行卷積，生成包含平滑骨架及其鄰域體素點的仿真圖像；

在仿真圖像中，信號強度在平滑骨架的各骨架點處達到最大，并且平滑骨架的各骨架點處的信號強度已均一化；

(3)獲得平滑骨架上距離分叉點p_o最近的骨架點p_birfx，將其作為優化分叉點；

(4)獲得分立骨架的主方向dv₁，將優化分叉點作為分立骨架的新頭節點，并通過迭代優化調整優化分叉點的位置，使得優化分叉點位于平滑骨架上，且修改頭節點后分立骨架的主方向與主方向dv₁具有最高的一致性；

(5)將平滑骨架上由優化分叉點劃分而成的骨架S₁₁和骨架S₁₂分別與分立骨架組合，從而得到第一組合骨架和第二組合骨架；