专利名称：磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于解决人脑磁共振弥散张量成像脑白质纤维束显示的问题并能够应用于人脑疾病的临床诊疗等领域的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置。
背景技术：
磁共振弥散张量成像的多序列图像由于采集时间不同,容易产生序列图像空间位置不一致的情况，因而导致每个体素的张量产生误差，最终使得脑白质纤维束追踪难以达到满意的效果。即使在实际扫描过程中使用了头部固定装置，也不能完全消除头动，因而多序列图像的空间位置校正非常重要。在脑神经纤维束的追踪过程之中，脑组织边界模板非常重要。脑组织边界模板的获取可缩短张量场计算时间，并且可确定脑组织追踪的边界，确保追踪的可靠性。纤维束追踪过程是一个迭代过程，迭代中步长的选择尤其重要，介于脑白质神经纤维束的复杂走形，采用可变步长来描述其路径则具更有优势，能够准确表示出复杂纤维束。然而现有的磁共振弥散张量纤维束追踪技术都难以很好地解决全部问题。传统的方法在进行空间位置纠正时，采用原始图像进行空间位置纠正，而原始图像中含有大量的干扰像素，如头皮软组织等，这使得空间位置纠正效果有限，因此通过脑组织模板获取进行空间位置校正，则具有强鲁棒性。一般认为，对于不同纤维束的表示，其追踪过程就相当于从初始点开始的积分过程，期间所设定的步长均等，这样在描述偏转角度较大的纤维束时，等步长迭代必然出现失真，最终导致误差的增加。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不能高精度完成磁共振弥散张量成像纤维束追踪的问题，提供了一种根据脑功能图像采集设备对人脑的扫描形成的结果来进行磁共振弥散张量成像纤维束追踪的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置包括从脑功能图像采集设备中通过采集矩阵来采集人脑的至少十二个方向上的不同序列磁共振弥散张量图像，取不同序列磁共振弥散张量图像中的任意一个序列作为参照图像的采集部；对不同的序列磁共振弥散张量图像进行归一化处理使得所有序列磁共振弥散张量图像的像素大小以及几何尺寸均一致的归一化处理部；对参照图像进行提取分割从而获得相对应的未施加弥散磁场的序列的基准脑组织图像与施加弥散梯度磁场的序列的待纠正脑组织图像的分割部，该基准脑组织图像作为脑组织标准模版；根据空间变换矩阵计算出参照图像的基准脑组织图像与待纠正脑组织图像两者的空间变换关系并以基准脑组织图像作为脑组织标准模版实现参照图像的基准脑组织图像的像素与待纠正脑组织图像的像素在空间位置上达到一一对应的参照图像纠正部；把除参照图像以外的所有序列磁共振弥散张量图像形成对应的待纠正图像，根据空间变换关系对待纠正图像进行三维仿射变换从而使得所有的序列磁共振弥散张量图像的像素在空间位置上达到一一对应的图像配准纠正部；通过矩阵计算出所有序列磁共振弥散张量图像的张量场并将所有序列磁共振弥散张量图像的每个体素的弥散信息用一个3X3矩阵的张量来表示，把每个体素进行矩阵分解从而得到每个体素的特征值和特征向量的计算部。通过感兴趣区设置模块在脑组织标准模版上选择需要追踪的感兴趣区，对感兴趣区均匀插值从而得到的感兴趣区的种子点的感兴趣区选择部；设置追踪时所需要的追踪参数的追踪参数设置部，追踪参数具有脑组织各向异性阈值、追踪角度阈值、迭代步数；根据设置好的追踪参数，从感兴趣区的种子点开始沿着感兴趣区的每个体素的特征向量从正反两个方向进行追踪从而得到感兴趣区的纤维束的追踪部；存储追踪到的纤维束的条数以及每条纤维束中的点的坐标的存储部；显示纤维束中的点相连接形成的纤维束的显示部。进一步，本发明提供的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置还具有这样的特征追踪部用偏微分方程积分来表示追踪所述纤维束的路径上的点，点Pn和相邻迭代点Pn+1在追踪路径上的关系式如下Pn+1=Pn+S · Vpn (n=0, 1,2-)该公式中，Vpn表示点Pn的特征向量；其后迭代点Pn+1的特征向量与点Pn处的特征向量有如下关系，用下式表示为
权利要求
1.一种根据脑功能图像采集设备对人脑的扫描形成的结果来进行磁共振弥散张量成像纤维束追踪的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于，包括 采集部，从所述脑功能图像采集设备中通过采集矩阵来采集所述人脑的至少十二个方向上的不同序列磁共振弥散张量图像，取所述不同序列磁共振弥散张量图像中的任意一个序列作为参照图像； 归一化处理部，对不同的所述序列磁共振弥散张量图像进行归一化处理使得所有所述序列磁共振弥散张量图像的像素大小以及几何尺寸均一致； 分割部，对所述参照图像进行提取分割从而获得相对应的未施加弥散磁场序列的基准脑组织图像与施加弥散梯度磁场序列的待纠正脑组织图像，所述基准脑组织图像作为脑组织标准模版； 参照图像纠正部，根据空间变换矩阵计算出所述参照图像的所述基准脑组织图像与所述待纠正脑组织图像两者的空间变换关系并以所述基准脑组织图像作为脑组织标准模版实现所述参照图像的所述基准脑组织图像的像素与所述待纠正脑组织图像的像素在空间位置上达到一一对应； 图像配准纠正部，把除参照图像以外的所有所述序列磁共振弥散张量图像形成对应的待纠正图像，根据所述空间变换关系对所述待纠正图像进行三维仿射变换从而使得所有的所述序列磁共振弥散张量图像的像素在空间位置上达到一一对应； 计算部，通过矩阵计算出所有所述序列磁共振弥散张量图像的张量场并将所有所述序列磁共振弥散张量图像的每个体素的弥散信息用一个3X3矩阵的张量来表示，把每个所述体素进行矩阵分解从而得到每个所述体素的特征值和特征向量。
感兴趣区选择部，通过感兴趣区设置模块在所述脑组织标准模版上选择需要追踪的感兴趣区，对所述感兴趣区均匀插值从而得到的所述感兴趣区的种子点； 追踪参数设置部，设置追踪时所需要的追踪参数，所述追踪参数具有脑组织各向异性阈值、追踪角度阈值、迭代步数； 追踪部，根据设置好的所述追踪参数，从所述感兴趣区的所述种子点开始沿着所述感兴趣区的每个所述体素的所述特征向量从正反两个方向进行追踪从而得到所述感兴趣区的纤维束； 存储部，存储追踪到的所述纤维束的条数以及每条所述纤维束中的点的坐标； 显示部，显示所述纤维束中的点相连接形成的所述纤维束。
2.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于 所述追踪部用偏微分方程积分来表示追踪所述纤维束的路径上的点，点Pn和相邻迭代点Pn+1在追S示路径上的关系式如下Pn+1=Pn+S · Vpn (n=0, 1,2-) 该公式中，Vpn表示点Pn的特征向量； 迭代点pn+1的特征向量与点Pn处的特征向量有如下关系，用下式表示为
3.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于其中，所述采集矩阵大于256X256。
4.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于所述三维仿射变换是以互信息作为相似性测度，运用拟牛顿法来实现的。
5.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于其中，所述插值的插值比例为3:1。
6.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于其中，所述插值的插值比例为4:1。
7.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于其中，所述感兴趣区为一个。
8.根据权利要求1所述的磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置，其特征在于其中，所述感兴趣区为多个。
全文摘要
一种磁共振弥散张量成像纤维束追踪装置通过各个部件分别完成(1)采集磁共振弥散张量图像；(2)对其中的未施加弥散梯度磁场序列与任一施加弥散梯度磁场序列进行脑组织分割，前者作为脑组织图像基准模板；(3)对脑组织提取后的两个图像序列进行三维仿射变换，得到空间变换关系；(4)利用最佳变换关系对余下的弥散张量图像序列进行空间变换；(5)张量场与特征向量计算；(5)感兴趣与追踪条件的设定；(6)基于可变步长的纤维束双向追踪与显示，从而快速、有效的对人脑白质进行纤维束追踪与显示。在弥散张量成像过程中，因空间位置而产生的图像偏差得以纠正，并在追踪过程中采用弹性步长从而确保了纤维束的可靠追踪。
文档编号G06T7/00GK103049901SQ201210275900
公开日2013年4月17日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者姚旭峰, 于同刚, 叶彤 申请人:上海理工大学