專利名稱：磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于解決人腦磁共振彌散張量成像腦白質纖維束顯示的問題并能夠應用于人腦疾病的臨床診療等領域的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置。
背景技術：
磁共振彌散張量成像的多序列圖像由于采集時間不同,容易產生序列圖像空間位置不一致的情況，因而導致每個體素的張量產生誤差，最終使得腦白質纖維束追蹤難以達到滿意的效果。即使在實際掃描過程中使用了頭部固定裝置，也不能完全消除頭動，因而多序列圖像的空間位置校正非常重要。在腦神經(jīng)纖維束的追蹤過程之中，腦組織邊界模板非常重要。腦組織邊界模板的獲取可縮短張量場計算時間，并且可確定腦組織追蹤的邊界，確保追蹤的可靠性。纖維束追蹤過程是一個迭代過程，迭代中步長的選擇尤其重要，介于腦白質神經(jīng)纖維束的復雜走形，采用可變步長來描述其路徑則具更有優(yōu)勢，能夠準確表示出復雜纖維束。然而現(xiàn)有的磁共振彌散張量纖維束追蹤技術都難以很好地解決全部問題。傳統(tǒng)的方法在進行空間位置糾正時，采用原始圖像進行空間位置糾正，而原始圖像中含有大量的干擾像素，如頭皮軟組織等，這使得空間位置糾正效果有限，因此通過腦組織模板獲取進行空間位置校正，則具有強魯棒性。一般認為，對于不同纖維束的表示，其追蹤過程就相當于從初始點開始的積分過程，期間所設定的步長均等，這樣在描述偏轉角度較大的纖維束時，等步長迭代必然出現(xiàn)失真，最終導致誤差的增加。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術不能高精度完成磁共振彌散張量成像纖維束追蹤的問題，提供了一種根據(jù)腦功能圖像采集設備對人腦的掃描形成的結果來進行磁共振彌散張量成像纖維束追蹤的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置包括從腦功能圖像采集設備中通過采集矩陣來采集人腦的至少十二個方向上的不同序列磁共振彌散張量圖像，取不同序列磁共振彌散張量圖像中的任意一個序列作為參照圖像的采集部；對不同的序列磁共振彌散張量圖像進行歸一化處理使得所有序列磁共振彌散張量圖像的像素大小以及幾何尺寸均一致的歸一化處理部；對參照圖像進行提取分割從而獲得相對應的未施加彌散磁場的序列的基準腦組織圖像與施加彌散梯度磁場的序列的待糾正腦組織圖像的分割部，該基準腦組織圖像作為腦組織標準模版；根據(jù)空間變換矩陣計算出參照圖像的基準腦組織圖像與待糾正腦組織圖像兩者的空間變換關系并以基準腦組織圖像作為腦組織標準模版實現(xiàn)參照圖像的基準腦組織圖像的像素與待糾正腦組織圖像的像素在空間位置上達到一一對應的參照圖像糾正部；把除參照圖像以外的所有序列磁共振彌散張量圖像形成對應的待糾正圖像，根據(jù)空間變換關系對待糾正圖像進行三維仿射變換從而使得所有的序列磁共振彌散張量圖像的像素在空間位置上達到一一對應的圖像配準糾正部；通過矩陣計算出所有序列磁共振彌散張量圖像的張量場并將所有序列磁共振彌散張量圖像的每個體素的彌散信息用一個3X3矩陣的張量來表示，把每個體素進行矩陣分解從而得到每個體素的特征值和特征向量的計算部。通過感興趣區(qū)設置模塊在腦組織標準模版上選擇需要追蹤的感興趣區(qū)，對感興趣區(qū)均勻插值從而得到的感興趣區(qū)的種子點的感興趣區(qū)選擇部；設置追蹤時所需要的追蹤參數(shù)的追蹤參數(shù)設置部，追蹤參數(shù)具有腦組織各向異性閾值、追蹤角度閾值、迭代步數(shù)；根據(jù)設置好的追蹤參數(shù)，從感興趣區(qū)的種子點開始沿著感興趣區(qū)的每個體素的特征向量從正反兩個方向進行追蹤從而得到感興趣區(qū)的纖維束的追蹤部；存儲追蹤到的纖維束的條數(shù)以及每條纖維束中的點的坐標的存儲部；顯示纖維束中的點相連接形成的纖維束的顯示部。進一步，本發(fā)明提供的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置還具有這樣的特征追蹤部用偏微分方程積分來表示追蹤所述纖維束的路徑上的點，點Pn和相鄰迭代點Pn+1在追蹤路徑上的關系式如下Pn+1=Pn+S · Vpn (n=0, 1,2-)該公式中，Vpn表示點Pn的特征向量；其后迭代點Pn+1的特征向量與點Pn處的特征向量有如下關系，用下式表示為
權利要求
1.一種根據(jù)腦功能圖像采集設備對人腦的掃描形成的結果來進行磁共振彌散張量成像纖維束追蹤的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于，包括 采集部，從所述腦功能圖像采集設備中通過采集矩陣來采集所述人腦的至少十二個方向上的不同序列磁共振彌散張量圖像，取所述不同序列磁共振彌散張量圖像中的任意一個序列作為參照圖像； 歸一化處理部，對不同的所述序列磁共振彌散張量圖像進行歸一化處理使得所有所述序列磁共振彌散張量圖像的像素大小以及幾何尺寸均一致； 分割部，對所述參照圖像進行提取分割從而獲得相對應的未施加彌散磁場序列的基準腦組織圖像與施加彌散梯度磁場序列的待糾正腦組織圖像，所述基準腦組織圖像作為腦組織標準模版； 參照圖像糾正部，根據(jù)空間變換矩陣計算出所述參照圖像的所述基準腦組織圖像與所述待糾正腦組織圖像兩者的空間變換關系并以所述基準腦組織圖像作為腦組織標準模版實現(xiàn)所述參照圖像的所述基準腦組織圖像的像素與所述待糾正腦組織圖像的像素在空間位置上達到一一對應； 圖像配準糾正部，把除參照圖像以外的所有所述序列磁共振彌散張量圖像形成對應的待糾正圖像，根據(jù)所述空間變換關系對所述待糾正圖像進行三維仿射變換從而使得所有的所述序列磁共振彌散張量圖像的像素在空間位置上達到一一對應； 計算部，通過矩陣計算出所有所述序列磁共振彌散張量圖像的張量場并將所有所述序列磁共振彌散張量圖像的每個體素的彌散信息用一個3X3矩陣的張量來表示，把每個所述體素進行矩陣分解從而得到每個所述體素的特征值和特征向量。
感興趣區(qū)選擇部，通過感興趣區(qū)設置模塊在所述腦組織標準模版上選擇需要追蹤的感興趣區(qū)，對所述感興趣區(qū)均勻插值從而得到的所述感興趣區(qū)的種子點； 追蹤參數(shù)設置部，設置追蹤時所需要的追蹤參數(shù)，所述追蹤參數(shù)具有腦組織各向異性閾值、追蹤角度閾值、迭代步數(shù)； 追蹤部，根據(jù)設置好的所述追蹤參數(shù)，從所述感興趣區(qū)的所述種子點開始沿著所述感興趣區(qū)的每個所述體素的所述特征向量從正反兩個方向進行追蹤從而得到所述感興趣區(qū)的纖維束； 存儲部，存儲追蹤到的所述纖維束的條數(shù)以及每條所述纖維束中的點的坐標； 顯示部，顯示所述纖維束中的點相連接形成的所述纖維束。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于 所述追蹤部用偏微分方程積分來表示追蹤所述纖維束的路徑上的點，點Pn和相鄰迭代點Pn+1在追S示路徑上的關系式如下Pn+1=Pn+S · Vpn (n=0, 1,2-) 該公式中，Vpn表示點Pn的特征向量； 迭代點pn+1的特征向量與點Pn處的特征向量有如下關系，用下式表示為
3.根據(jù)權利要求1所述的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于其中，所述采集矩陣大于256X256。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于所述三維仿射變換是以互信息作為相似性測度，運用擬牛頓法來實現(xiàn)的。
5.根據(jù)權利要求1所述的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于其中，所述插值的插值比例為3:1。
6.根據(jù)權利要求1所述的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于其中，所述插值的插值比例為4:1。
7.根據(jù)權利要求1所述的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于其中，所述感興趣區(qū)為一個。
8.根據(jù)權利要求1所述的磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置，其特征在于其中，所述感興趣區(qū)為多個。
全文摘要
一種磁共振彌散張量成像纖維束追蹤裝置通過各個部件分別完成(1)采集磁共振彌散張量圖像；(2)對其中的未施加彌散梯度磁場序列與任一施加彌散梯度磁場序列進行腦組織分割，前者作為腦組織圖像基準模板；(3)對腦組織提取后的兩個圖像序列進行三維仿射變換，得到空間變換關系；(4)利用最佳變換關系對余下的彌散張量圖像序列進行空間變換；(5)張量場與特征向量計算；(5)感興趣與追蹤條件的設定；(6)基于可變步長的纖維束雙向追蹤與顯示，從而快速、有效的對人腦白質進行纖維束追蹤與顯示。在彌散張量成像過程中，因空間位置而產生的圖像偏差得以糾正，并在追蹤過程中采用彈性步長從而確保了纖維束的可靠追蹤。
文檔編號G06T7/00GK103049901SQ201210275900
公開日2013年4月17日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權日2012年8月3日
發(fā)明者姚旭峰, 于同剛, 葉彤 申請人:上海理工大學