[發(fā)明專利]基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211276609.2
• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115349847B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張瑜;王志超;逄奇凡;李建奇;張軍陽
• 申請（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055;G06T7/00;G06T5/00;G06T7/11;G06N3/0499;G06N3/08
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11435
• 代理人: 戴莉

1.一種基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)，其特征在于：包括如下模塊：

背景參考Z譜仿真模塊：通過化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移的數(shù)值仿真方法對乳腺生理環(huán)境及病理環(huán)境背景參考Z譜進(jìn)行仿真；

預(yù)測模型訓(xùn)練模塊：根據(jù)背景參考Z譜仿真模塊的仿真結(jié)果，采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行訓(xùn)練，得到乳腺區(qū)域背景參考Z譜的預(yù)測模型；

圖像采集模塊：使用化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移磁共振序列采集磁共振成像系統(tǒng)中的乳腺影像數(shù)據(jù)；

水峰偏移預(yù)矯正模塊：通過乳腺影像的磁共振數(shù)據(jù)形成原始Z譜，通過其形態(tài)數(shù)值計(jì)算對原始Z譜所受到水峰偏移影響進(jìn)行矯正，得到預(yù)矯正Z譜，其具體操作如下：

步驟1、根據(jù)圖像采集模塊采集到的每個(gè)射頻頻率偏移位置的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，通過參考掃描的圖像進(jìn)行歸一化，再進(jìn)行插值后繪制成原始的Z譜；

步驟2、對Z譜中值最低的M個(gè)點(diǎn)取出進(jìn)行分析，對非最低的M-1個(gè)點(diǎn)的歸一化水信號與最低點(diǎn)處歸一化水信號計(jì)算得到差值，其中M為大于等于3的奇數(shù)；

步驟3、對位于Z譜左側(cè)點(diǎn)的差值與右側(cè)點(diǎn)的差值分別求得均值，通過兩個(gè)均值的比值乘以兩側(cè)點(diǎn)在Z譜中的頻率差可以得到初步的主磁場偏移量，并進(jìn)行初步的原始Z譜矯正，得到預(yù)矯正Z譜；

圖像重建模塊：用于將采集的乳腺影像數(shù)據(jù)逐像素的通過訓(xùn)練好的預(yù)測模型進(jìn)行背景參考Z譜預(yù)測，得到乳腺區(qū)域每個(gè)像素的酰胺質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移率，進(jìn)行重建得到分離式定量化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像，具體操作如下：

步驟1、逐像素的將預(yù)矯正Z譜中頻率偏移避開乳腺化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移效應(yīng)與脂質(zhì)質(zhì)子的核奧氏增強(qiáng)效應(yīng)交換點(diǎn)位置的歸一化水信號數(shù)據(jù)輸入到預(yù)測模型訓(xùn)練模塊所建立的預(yù)測模型中進(jìn)行預(yù)測，得到背景參考Z譜與自由水的水峰偏移量，隨后用自由水的水峰偏移量來矯正預(yù)處理的Z譜與背景參考Z譜，得到矯正后的原始Z譜與背景參考Z譜；

步驟2、將矯正后的背景參考Z譜與矯正后的通過磁共振成像采集得到的Z譜在酰胺質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移效應(yīng)的交換點(diǎn)相減后得到酰胺質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移成像對比度；逐像素的Z譜相減提取成像信號即得到乳腺區(qū)域的酰胺質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移成像；

鑒別模塊：通過對腫瘤成像中腫瘤病灶區(qū)域進(jìn)行半自動分割，并自動標(biāo)記腫周水腫及腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域，對其實(shí)質(zhì)區(qū)域中分離式化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像對比度信息提取并進(jìn)行乳腺腫瘤良惡性鑒別。

2.如權(quán)利要求1所述的基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)，其特征在于：所述背景參考Z譜的構(gòu)建方法具體為：每個(gè)體素不同的飽和頻率下剩余歸一化水信號的強(qiáng)度形成Z譜，從每個(gè)Z譜中去除化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像效應(yīng)及核奧氏增強(qiáng)效應(yīng)影響，形成背景參考Z譜。

3.如權(quán)利要求1所述的基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)，其特征在于：所述背景參考Z譜仿真模塊的具體操作如下：對影響乳腺區(qū)域正常組織及病理組織的背景參考Z譜的參數(shù)在所有生理及病理范圍中進(jìn)行組合遍歷，同時(shí)給定Z譜隨著水峰在體部磁共振主磁場變化范圍內(nèi)隨機(jī)偏移從而模擬主磁場偏移，通過雙池布洛赫方程仿真得到涵蓋生理環(huán)境中存在的所有情況的背景參考Z譜集。

4.如權(quán)利要求1所述的基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)，其特征在于：所述預(yù)測模型訓(xùn)練模塊具體操作如下：對于每個(gè)模擬的背景參考Z譜，將頻率偏移避開乳腺化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移效應(yīng)與脂質(zhì)質(zhì)子的核奧氏增強(qiáng)效應(yīng)交換點(diǎn)位置的歸一化水信號作為模型訓(xùn)練輸入，將整個(gè)背景參考Z譜以及自由水池化學(xué)位移偏移量作為模型的訓(xùn)練輸出；采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行訓(xùn)練，得到由S型隱藏神經(jīng)元以及線型輸出神經(jīng)元組成的多層前饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，即為乳腺區(qū)域背景參考Z譜的預(yù)測模型。

5.如權(quán)利要求1所述的基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像采集模塊的具體操作如下：使用化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移磁共振序列在磁共振成像系統(tǒng)中使用不同頻率的飽和射頻照射采集模圖信息,額外采集一個(gè)沒有飽和射頻照射的條件下的參考圖像。

6.如權(quán)利要求1所述的基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)，其特征在于：所述Z譜相減提取成像信號采用如下公式：

；

其中，APT表示酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移效應(yīng)，為射頻脈沖偏照頻率，為矯正后的背景參考Z譜，為參考掃描信號，為實(shí)驗(yàn)采集信號，為矯正后的原始Z譜。

7.如權(quán)利要求1所述的基于分離式定量APT成像的乳腺腫瘤辨別系統(tǒng)，其特征在于：所述鑒別模塊的具體操作如下：

步驟1、通過常規(guī)腫瘤檢查中T1結(jié)構(gòu)成像對病灶區(qū)進(jìn)行半自動分割，分別對腫瘤的腫周水腫區(qū)域與腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域勾畫；

步驟2、將腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)域掩膜應(yīng)用在圖像重建模塊所獲得的酰胺質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移成像中，隨后計(jì)算該區(qū)域中所有體素平均的酰胺質(zhì)子飽和轉(zhuǎn)移成像對比度，并以此作為乳腺腫瘤良惡性鑒別標(biāo)準(zhǔn)；所得成像對比度的高低對應(yīng)腫瘤惡性懷疑度高低。