多模态磁共振成像的脑部DWI高亮信号区定量分析方法

摘要

本发明公开了多模态磁共振成像的脑部DWI高亮信号区定量分析方法，首先通过配准方法将脑卒中确诊患者脑部的扩散加权影像、表观扩散系数分布图以及脑血流量图在空间解剖位置上对准；其次，通过基于多参数的联合阈值方法获得扩散加权影像、表观扩散系数分布图以及脑血流量图中共同的脑部DWI高亮信号区；然后，对脑部DWI高亮信号区进行校正，去除伪DWI高亮信号区；最后，定量分析脑卒中确诊患者脑部DWI高亮信号区的大小、体积、位置等参数。

说明书

技术领域

本发明属于磁共振成像和医学图像处理技术领域，具体涉及多模态磁共振成像的脑部DWI高亮信号区定量分析方法。

背景技术

目前针对脑部DWI高亮信号区的定量分析方法虽有一些，但效果不佳。其中，根据表观弥散系数阈值进行分割是最常用的方法，但表观弥散系数图本身信噪比低，分辨率差，分割结果噪声大，往往需要人工辅助调整。充分利用扩散加权成像及表观弥散系数的图像表现，甚至结合多种模态的图像信息，具有更加准确的定量分析脑部DWI高亮信号区的潜力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中脑部DWI高亮信号区定量分析方法存在的上述技术困难，提供了多模态磁共振成像的脑部DWI高亮信号区定量分析方法。

多模态磁共振成像的脑部DWI高亮信号区定量分析方法，包括以下步骤：

步骤1、根据脑卒中确诊患者的动脉自旋标记成像中的控制影像和标记影像获得脑血流量图，对脑卒中确诊患者脑部的扩散加权影像、表观扩散系数分布图以及脑血流量图进行配准并去除脑壳及脑外结构；

步骤2、设置脑部DWI高亮信号区在扩散加权影像、表观扩散系数分布图及脑血流量图中对应的DWI阈值、ADC分布图阈值和CBF阈值，根据DWI阈值获得扩散加权影像的待确定脑部DWI高亮信号区，根据ADC分布图阈值获得表观扩散系数分布图的待确定脑部DWI高亮信号区，根据CBF阈值获得脑血流量图的待确定脑部DWI高亮信号区；扩散加权影像、表观扩散系数分布图及脑血流量图各自的待确定区域的交集为脑部DWI高亮信号区；

步骤3、利用步骤2提取健康人对应的脑部DWI高亮信号区作为伪脑部DWI高亮信号区，将利用步骤2提取脑卒中确诊患者对应的脑部DWI高亮信号区减去伪脑部DWI高亮信号区获得最终的脑部DWI高亮信号区；

步骤4、计算最终的脑部DWI高亮信号区中的体素大小，计算脑部DWI高亮信号区的各层的面积大小、真实体积及分布范围。

如上所述的DWI阈值＝Mean+ɑ*SD，其中，Mean为扩散加权影像的信号强度的均值，SD为扩散加权影像的信号强度的均方差，ɑ＝1；扩散加权影像中信号强度大于DWI阈值的区域为扩散加权影像的待确定脑部DWI高亮信号区。

如上所述的ADC分布图阈值＝700*10

如上所述的CBF阈值＝1.5*脑血流量图对侧点的信号强度，脑血流量图对侧点为以脑血流量图左右侧的中线为镜像对称的点，脑血流量图中信号强度小于CBF阈值的区域即为脑血流量图的待确定脑部DWI高亮信号区。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.通过仿射配准、弹性配准等配准策略由粗到精地配准策略配准脑卒中确诊患者的DWI、ADC分布图以及CBF，使得它们不仅在空间分辨率一致，且在空间解剖结构能够准确对应。

2.基于多参数的脑部DWI高亮信号区提取方法，能够综合考虑DWI高亮信号区的扩散加权、表观扩散系数、血流分布等多种因素，更为准确的提取脑部DWI高亮信号区。

3.采用健康人的数据提取伪DWI高亮信号区，可以有效获取脑卒中确诊患者脑部影像中具有较强干扰性的伪DWI高亮信号区，从而进一步提升脑部DWI高亮信号区提取的准确性及鲁棒性。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为脑卒中确诊患者的扩散加权影像(DWI)，其中A、B、C、D为连续四个层面的DWI经配准和脑壳去除后的结果。

图3为脑卒中确诊患者的表观扩散系数(ADC)分布图，其中A、B、C、D为连续四个层面的ADC分布图经配准和脑壳去除后的结果。

图4为脑卒中确诊患者的脑血流量图(CBF)，其中A、B、C、D为连续四个层面的CBF分布图经配准和脑壳去除后的结果。

图5为脑卒中确诊患者的最终脑部DWI高亮信号区，其中A、B、C、D为连续四个层面的最终DWI高亮信号区分布图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

多模态磁共振成像的脑部DWI高亮信号区定量分析方法，包括以下步骤：

步骤1、通过已有常规方法对动脉自旋标记成像中的控制影像和标记影像计算获得脑血流量图，接着由粗到精配准脑卒中确诊患者脑部的扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图以及脑血流量图(CBF)，使它们不仅在空间分辨率保持一致，且在空间解剖结构上能够准确对应，之后去除扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图以及脑血流量图(CBF)的脑壳及脑外结构，消除干扰。

在脑卒中的磁共振(MRI)检查中，可通过结构成像获得结构影像(T1/T2-FLAIR)，进行功能成像(功能成像包括扩散加权成像和动脉自旋标记成像)。动脉自旋标记成像中的控制影像和标记影像用于计算脑血流量图(CBF)。模板空间(Montreal NeurologicalInstitute，MNI 152)能提供脑部不同解剖结构的空间位置，如白质、灰质等。将扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图以及动脉自旋标记成像的控制影像向结构影像(如T1-或T2-FLAIR)配准，并将结构影像(如T1-或T2-FLAIR)向模板空间(MNI 152)配准，即可实现扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图及脑血流量图(CBF)在空间解剖结构的准确对应，且空间分辨率一致。配准可以采用由粗到精的配准策略，如先采用仿射变换实现扩散加权影像、表观扩散系数分布图以及脑血流量图向模板空间(MNI 152)的粗配准，再使用弹性形变模型(如微分同胚等)实现扩散加权影像、表观扩散系数分布图以及脑血流量图向模板空间(MNI 152)的精细配准。最后利用模板空间(MNI 152)提供的脑组织模板去除扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图及脑血流量图(CBF)的脑壳及脑外结构。

步骤2、在获得了配准到模板空间(MNI152)并去除了脑壳及脑外结构的扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图及脑血流量图(CBF)后，设置脑部DWI高亮信号区在扩散加权影像(DWI)中对应的DWI阈值TH

1)设置DWI阈值TH

2)设置ADC分布图阈值TH

3)设置CBF阈值TH

4)提取扩散加权影像(DWI)的待确定脑部DWI高亮信号区、表观扩散系数(ADC)分布图的待确定脑部DWI高亮信号区、脑血流量图的待确定脑部DWI高亮信号区的共同区域作为脑部DWI高亮信号区Core，Core＝A∩B∩C。

由于采用了基于多参数的脑部DWI高亮信号区提取方法，能够综合考虑DWI高亮信号区的扩散加权、表观扩散系数、血流分布等多种因素，在扩散加权、表观扩散系数、血流分布中某个数据出现质量较差的情况时，仍可有效提取脑部DWI高亮信号区，同时可以排除由于特殊情况出现的伪脑部DWI高亮信号区，从而更为准确的提取脑部DWI高亮信号区。

步骤3、以健康人数据为依据，采用步骤2提取健康人中的脑部DWI高亮信号区，并将这些健康人中的脑部DWI高亮信号区记为伪脑部DWI高亮信号区。之后对脑卒中确诊患者通过步骤2获得的脑卒中的脑部DWI高亮信号区进行校正，去除伪脑部DWI高亮信号区，获得最终的脑部DWI高亮信号区。

由于采用扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图及脑血流量图(CBF)判断脑部DWI高亮信号区时，仍会存在伪脑部DWI高亮信号区。由于这些伪脑部DWI高亮信号区通常位于脑部的特定位置，在不同成像志愿者中均具有良好的一致性，因此通过健康人提取这些伪脑部DWI高亮信号区具有较好的效果，能够有效对DWI高亮信号区进行校正。

步骤4、根据扩散加权影像(DWI)、表观扩散系数(ADC)分布图及脑血流量图(CBF)的采样参数，获得最终的脑卒中校正后的脑部DWI高亮信号区中的体素大小，定量分析脑部DWI高亮信号区的各层的面积大小、真实体积及分布范围等参数。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。