[發(fā)明專利]一種腦小血管結(jié)構(gòu)特征的提取方法

在審

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• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113408647A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張紫豪;李智信;薛蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生物物理研究所
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06T5/30
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李娜

本發(fā)明公開了一種腦小血管結(jié)構(gòu)特征的提取方法，包括：獲取原始腦血管圖像并進行預(yù)處理，得到腦小血管區(qū)域圖像；對腦小血管區(qū)域圖像進行特征提取，得到腦小血管圖像特征；基于腦小血管圖像特征，對腦小血管進行追蹤，獲得腦小血管追蹤結(jié)果；對腦小血管追蹤結(jié)果進行篩選，獲得正常腦小血管追蹤結(jié)果；基于正常腦小血管追蹤結(jié)果，重建血管模型，輸出腦小血管的結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明提出了一種基于深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)和多重濾波的腦小血管結(jié)構(gòu)特征提取方法，實現(xiàn)了血管模型的高度自動化的三維重建，其中利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和隨機森林方法實現(xiàn)了腦小血管結(jié)構(gòu)的自動提取，尤其對小血管的多級細小分支重建有很好的效果，能夠定量腦小血管的多種結(jié)構(gòu)特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物圖像的計算機分析技術(shù)，特別是涉及一種腦小血管結(jié)構(gòu)特征的提取方法。

背景技術(shù)

腦小血管病(CSVD)是由大腦內(nèi)直徑在40μm～400μm間的小動脈、穿支動脈、毛細血管及小靜脈等小血管病變所導(dǎo)致的一系列癥狀的綜合征。近年來，由于腦小血管病與多種腦疾病發(fā)生或病理變化之間可能存在相互作用，人們對腦小血管病理學(xué)的興趣與日俱增。有數(shù)據(jù)顯示，腦小血管病占全球卒中病因的20％，也就是說全球平均每5例卒中患者，就有1例是腦小血管病。研究表明，腦小血管病在老年人中最為多發(fā)，與30％的缺血性腦卒中、25％的顱內(nèi)多發(fā)性硬化相關(guān)，且與阿爾茲海默癥、常染色體顯性遺傳病合并皮質(zhì)下梗死和白質(zhì)腦病(CADASIL)等疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。7T環(huán)境下血液流動時間序列磁共振血管成像(TOF-MRA)已被證明是一種有臨床診斷價值的無創(chuàng)性腦小血管成像技術(shù)，尤其是對于豆紋動脈(LSA)這樣的腦小血管。然而，由于磁共振成像(MRI)圖像的分辨率和偽影，腦小血管區(qū)域存在著信噪比低，個體差異大，對比度差等問題，精確提取腦小血管的血管結(jié)構(gòu)仍然是一個挑戰(zhàn)。目前臨床上對于腦小血管的判斷僅能依靠目視，缺乏完整重建且定量評估的工具。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種腦小血管結(jié)構(gòu)特征的提取方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，能夠精確提取腦小血管的結(jié)構(gòu)特征，為無創(chuàng)評估腦小血管血流狀態(tài)提供依據(jù)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：腦小血管結(jié)構(gòu)特征的提取方法，包括：

獲取腦血管圖像，并對獲取的圖像進行預(yù)處理，得到腦小血管區(qū)域圖像；

對所述腦小血管區(qū)域圖像進行特征提取，得到腦小血管圖像特征；

基于所述腦小血管圖像特征，對腦小血管進行追蹤，獲得腦小血管追蹤結(jié)果；所述腦小血管包含主干腦小血管和分支腦小血管；

對所述腦小血管追蹤結(jié)果進行篩選，獲得正常腦小血管追蹤結(jié)果；

基于所述正常腦小血管追蹤結(jié)果，重建血管模型，輸出腦小血管的結(jié)構(gòu)特征。

優(yōu)選地，對獲取的所述腦血管圖像進行預(yù)處理的過程為：

對獲取的所述腦血管圖像進行顱骨剝離，獲得剝離后圖像；

對所述剝離后圖像進行非均勻性校正，獲得校正后圖像；

對所述校正后圖像進行0-255標準化處理，獲得處理后圖像；

對所述處理后圖像進行區(qū)域選定，選定的區(qū)域包括大腦中動脈MCA起始處到分叉處區(qū)域和從MCA發(fā)出的所有腦小血管起始到終末區(qū)域；

對所述選定的區(qū)域進行閾值法分割，得到腦小血管區(qū)域圖像。

優(yōu)選地，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN模型對所述腦小血管區(qū)域圖像進行特征提取，得到腦小血管圖像特征。

優(yōu)選地，對所述腦小血管進行追蹤的過程為：

基于所述腦小血管圖像特征，對所述腦小血管區(qū)域圖像采用雙線性插值方式進行放大，獲得放大圖像；

采用均值濾波對所述放大圖像進行平滑，獲得平滑后的放大圖像；