面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法

本发明涉及图像处理，尤其涉及一种面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法。

背景技术：

1、脑图谱是脑科学研究中的重要工具，为研究者提供了标准空间坐标与脑区边界信息。通过图像配准或人工比对，研究者可以将自己所获取的图像映射到脑图谱上，研究感兴趣的胞体、投射、血管等不同类型的信号分布在哪些脑区，从而将脑图像上的信号转变为科学发现和科学知识。

2、在脑科学一百多年的历史上诞生了多部脑图谱。根据成像设备的分类，脑图谱可分为磁共振脑图谱、光学显微镜脑图谱和电子显微镜脑图谱；而根据图像类型的差异，可将其分为二维脑图谱和三维脑图谱。受到语言隔阂与图谱绘制者个人习惯的影响，不同的脑图谱对同一脑区的命名往往存在差异；此外，受限于诞生年代的技术水平，各家脑图谱的脑区划分详略程度各异，对某个特定脑区的定义和边界位置也往往持有不同的观点。然而绝大部分基于图像的脑科学研究，都只会使用其所处年代最常用的图谱；随着图谱的迭代更新，映射到旧图谱上的数据很难无视不同标准间的差异、直接迁移到新绘制的图谱上，这就给整合不同脑图谱上映射的信息、在同一个标准下开展比对和分析造成了困难。为此，有必要基于图像配准算法，构建不同脑图谱间的映射方法，避免诞生在旧图谱上的科学数据和科研成果被忽视和浪费。

3、脑图谱间的映射，与脑图像的常规配准任务不同。常规的脑图像配准是指对于一幅标准的脑解剖图像寻求一种或一系列空间变换，使它与另一幅充当标准的脑解剖图像对齐，通常只要求图像上对应的感兴趣点或区域达到空间上的一致即可，即具有相同解剖学定义的点或区域在两张待匹配图像上有相同的空间位置。而脑图谱之间的映射，要求匹配的结果应尽可能使两套图谱上所有的解剖学定义点及区域的边界和大小达到匹配，或者至少是肉眼可以识别的解剖学定义点及区域都达到匹配，使它们解剖学定义相同的结构之间可以实现精准的映射。常规的图像配准无法直接用于解决上述关键问题，原因在于常规的图像配准方法，只负责对齐已经定义好、有明确位置和边界的感兴趣解剖特征结构；脑图谱之间的映射，则需要额外考虑如何确定不同图谱的解剖特征结构的对应关系。

技术实现思路

1、基于前述的现有技术缺陷，本发明提供一种面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，可以实现介观水平的脑图谱之间精准映射。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，用于将第二脑图谱向第一脑图谱映射，包括：

3、步骤一，构建多层级模型，将第一脑图谱和第二脑图谱按各自各脑区结构的划分以及层级关系进行构建，用各脑区结构的名称对各脑区图像进行命名；

4、步骤二，对第一层级的脑区图像进行映射，将第一脑图谱中第一层级的脑区图像与第二脑图谱中第一层级的脑区图像根据脑区结构的名称进行对照，将名称相同的第一脑图谱中第一层级的脑区图像与第二脑图谱中第一层级的脑区图像进行配准，获得第一层级形变场；

5、步骤三，对第二层级的脑区图像进行映射，将第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像根据脑区结构的名称进行对照，将名称相同的第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像进行配准，获得第二层级形变场；

6、步骤四，以此类推，对第三层级以及以下所有各层级的脑区图像，执行类似步骤三的操作，获得各层级形变场；

7、步骤五，汇集所有的各层级形变场，所有的各层级形变场的集合即为第二脑图谱向第一脑图谱的映射关系。

8、在一实施方式中，所述步骤三为：使用第一层级形变场对第二脑图谱中第一层级的脑区图像进行映射，然后，将第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像根据脑区结构的名称进行对照，将名称相同的第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像进行配准，获得第二层级形变场。

9、在一实施方式中，所述步骤二中，还包括：获得第一层级配准后图像，并将名称不相同的第一脑图谱中第一层级的脑区图像与第二脑图谱中第一层级的脑区图像存入第一层级保留图像集；

10、所述步骤三为：使用第一层级配准后图像，并使用第一层级形变场对第一层级保留图像集进行映射；然后，将第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像根据脑区结构的名称进行对照，将名称相同的第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像进行配准，获得第二层级形变场和第二层级配准后图像，并将名称不相同的第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像存入第二层级保留图像集。

11、在一实施方式中，所述配准是结合仿射变换和可变形变换配准算法进行配准。

12、在一实施方式中，对于各层级脑区图像在配准后无法对齐的名称相同的脑区图像，采用基于微分同胚大形变模型的非线性配准计算获取辅助形变场。

13、在一实施方式中，对于各层级名称不相同的脑区图像，进行部分合并或删除。

14、在一实施方式中，所述第一脑图谱的层级数量与所述第二脑图谱的层级数量相同或不相同，所述步骤四执行到数量较小的层级则结束。

15、本发明所述面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，本发明所述面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，针对两套脑图谱的图像，逐层级按照脑区结构的名称进行对照，将名称相同的脑区图像进行配准，得到各层级的形变场即为两套脑图谱之间的映射关系。从而实现了介观水平不同脑图谱脑之间映射对齐，为脑科学研究提供了良好基础。

技术特征：

1.一种面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，用于将第二脑图谱向第一脑图谱映射，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，其特征在于，

3.如权利要求1所述的面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，其特征在于，所述配准是结合仿射变换和可变形变换配准算法进行配准。

5.如权利要求1所述的面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，其特征在于，对于各层级脑区图像在配准后无法对齐的名称相同的脑区图像，采用基于微分同胚大形变模型的非线性配准计算获取辅助形变场。

6.如权利要求1中所述的面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，其特征在于，对于各层级名称不相同的脑区图像，进行部分合并或删除。

7.如权利要求1中所述的面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，其特征在于，所述第一脑图谱的层级数量与所述第二脑图谱的层级数量相同或不相同，所述步骤四执行到数量较小的层级则结束。

技术总结
本发明提供一种面向介观水平显微光学脑图谱的映射方法，用于将第二脑图谱向第一脑图谱映射，包括：步骤一，构建多层级模型；步骤二，对第一层级的脑区图像进行映射，将名称相同的第一脑图谱中第一层级的脑区图像与第二脑图谱中第一层级的脑区图像进行配准，获得第一层级形变场；步骤三，对第二层级的脑区图像进行映射，将名称相同的第一脑图谱中第二层级的脑区图像与第二脑图谱中第二层级的脑区图像进行配准，获得第二层级形变场；步骤四，以此类推，对第三层级以及以下所有各层级的脑区图像，执行类似步骤三的操作，获得各层级形变场。本发明能够实现介观水平不同脑图谱脑之间映射对齐。

技术研发人员：宫进昌,丰钊,贾雪艳,李安安
受保护的技术使用者：华中科技大学苏州脑空间信息研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19