基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法技术

技术编号:14159401 阅读:153 留言:0更新日期:2016-12-12 02:15
本发明专利技术公开了一种基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法。其中,所述方法包括:利用超高场磁共振设备对目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像;对目标组织进行切片,得到切片并获取块面图像;对切片进行组织学染色处理;对块面图像进行图像增强处理,确定块面图像空间;对染色处理的切片进行显微镜数字化扫描,获得染色切片图像;将染色切片图像配准到块面图像空间;对超高场磁共振图像进行图像重建,得到超高场磁共振图像空间;使用互信息和直接操作自由变形方法,将配准到块面图像空间的染色切片图像配准到超高场磁共振图像空间。本发明专利技术实施例弥合了以往解剖研究的宏观和微观方法之间的分辨率差距。解决了人机交互的耗时问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及计算机图像处理、磁共振成像和组织化学
,具体涉及一种基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法
技术介绍
神经解剖学是研究人智能的基础。广义上,神经解剖学是应用计算机技术(例如:分析、可视化、建模等)来探索神经结构的科学。一百多年来,以Golgi染色法为代表的一类神经元结构染色技术,在神经解剖结构定性和定量的研究方面取得了广泛的应用,定量参数包括神经元和突触密度、轴突和树突总长等。随着计算机技术和数字化成像技术的引入,神经元细微结构的重建成为可能,甚至出现CLARITY这样的直接三维染色-成像技术。传统的切片染色方面(可视为二维),技术也是层出不穷。通过带显色剂(可呈色物质或荧光)标记的特异性抗体,利用免疫中的抗原和抗体的结合反应,对细胞或组织中的特定目标抗原进行显色,这被称为免疫组织化学染色法,具有成本低和特异性强的优点,是研究神经系统精细结构的基本方法。在相对更加宏观的尺度上,以磁共振为代表的一类无损伤计算神经解剖结构研究方法得到了广泛的应用。不同磁共振序列由于对不同组织特性或不同生理参数敏感的特点,能提供多方位的组织特性度量,并为神经解剖研究提供工具。从弥散张量磁共振图像中提取出的纤维连结信息,和功能磁共振中不同脑部区域的信号相关性信息,为大脑不同区域之间的连接性研究提供了新的工具,其对应度量分别被称为结构连接性和功能连接性。结构连接性反映的是主要是不同脑部区域(皮层与皮层)之间连接性的拓扑近似,其基础是区域间的突触连接强度,具有一定的时间稳定性;功能连接性则主要反映的是区域间的协同工作情况,因此可以随时间和大脑所处理的认知任务快速的变化。弥散张量成像是研究神经组织解剖结构最重要的磁共振成像方式,也是目前唯一能测量活体组织内水分子弥散特性的技术,其最常用序列的是脉冲梯度自旋回波序列(Pulsed Gradient Spin-echo Sequence)。在90度重聚焦射频脉冲之后,180度重聚焦射频脉冲两侧,施加一对梯度脉冲,第一个梯度脉冲使得组织中的水分子磁化失相位(dephase),第二个梯度脉冲使得水分子相位重聚(rephase)。对于在这两个梯度脉冲时间内没有位移的分子,两个梯度脉冲激发的相位会相互完全抵消,从而没有信号发出。对于有沿梯度脉冲施加方向位移的分子,这会导致信号的相位在两次脉冲之间有些许差异,该差异与移动的距离成比,可被称为弥散信号。而磁共振信号来自于体素中水分子弥散信号的叠加,也就是,相位的分散会导致信号的衰减,或者更直接的,体素中水分子弥散的各向异性会导致弥散磁共振信号的衰减。这使得白质在弥散磁共振图像中呈现弱信号。近十年来,随着超高场磁共振(≥7T)成像技术的引入,磁共振这种无损伤成像方式的分辨率给进一步的提高,同时通过多次成像平均,能有效提高信噪比,使其成为一种具有潜力的神经细微解剖结构研究工具。磁共振技术跟组化学技术相结合,可以为神经解剖研究提供更为多位的信息。目前已有少数研究采用超高场磁共振和组织学相结合的方法进行神经解剖分析,虽然图像模态比较单一,但已经取得了以往所不可预期的成果,显示了该种方法的潜力。有鉴于此,特提出本专利技术。
技术实现思路
鉴于上述问题,提出了本专利技术以便提供一种至少部分地解决上述问题的一种基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法。为了实现上述目的,根据本专利技术的一个方面,提供了以下技术方案:一种基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法,所述方法可以包括:获取目标组织;利用超高场磁共振设备对所述目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像;对所述目标组织进行切片,得到切片并获取块面图像;对所述切片进行组织学染色处理;对所述块面图像进行图像增强处理,确定块面图像空间;对染色处理的切片进行显微镜数字化扫描,获得染色切片图像;将所述染色切片图像配准到所述块面图像空间;对所述超高场磁共振图像进行图像重建,得到超高场磁共振图像空间;使用互信息和直接操作自由变形方法,将配准到块面图像空间的染色切片图像配准到所述超高场磁共振图像空间。优选地,所述利用超高场磁共振设备对所述目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像,具体可以包括:使用7T超高场磁共振设备扫描所述目标组织,以获取超高场结构像;使用9.4T超高场设备扫描所述目标组织,以获取超高场磁共振图像。优选地,在以四切片为一组的情况下,所述对所述切片进行组织学染色处理,具体可以包括:对第一切片进行尼氏染色处理;对第二切片进行镀银染色处理;对第三切片进行Hu C/D免疫抗体染色处理;对第四切片进行MBP免疫抗体染色处理。优选地,所述对所述块面图像进行图像增强处理,确定块面图像空间,具体可以包括:对所述块面图像进行裁切处理;将裁切的图像转换为灰度图像,并使用限制对比度自适应直方图均衡法对所述灰度图像进行增强处理;使用Haar小波对增强处理的图像进行去噪处理,并处理为NIfTI图像;调整所述NifTI图像的方向,确定所述块面图像空间。优选地,所述将所述染色切片图像配准到所述块面图像空间,具体可以包括:确定所述每一染色切片图像所对应的块面图像,并对二者进行仿射变换及配准对齐处理;若所述染色切片图像未与块面图像对齐,则手动修复存在对齐误差的区域。与现有技术相比,上述技术方案至少具有以下有益效果:本专利技术实施例通过利用超高场磁共振设备对目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像;接着对目标组织进行切片,得到切片并获取块面图像;对切片进行组织学染色处理;对块面图像进行图像增强处理,确定块面图像空间;然后,对染色处理的切片进行显微镜数字化扫描,获得染色切片图像;再将染色切片图像配准到块面图像空间;对超高场磁共振图像进行图像重建,得到超高场磁共振图像空间;最后,使用互信息和直接操作自由变形方法,将配准到块面图像空间的染色切片图像配准到超高场磁共振图像空间。由此,通过系列的组织处理和图像处理,把多模态的超高场磁共振图像信息和多模态的组织化学信息融合起来,同时能避免组织化学染色切片图像各切片之间信息不连续的缺陷和超高场磁共振图像分辨率相比之下不足的缺陷,为神经解剖的研究提供了一种新的多维度的研究方法,弥合了以往解剖研究的宏观和微观方法之间的分辨率差距,解决了人机交互的耗时问题并提高了自动分割的准确性。当然,实施本专利技术的任一产品不一定需要同时实现以上所述的所有优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的方法来实现和获得。附图说明附图作为本专利技术的一部分,用来提供对本专利技术的进一步的理解,本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术,但不构成对本专利技术的不当限定。显然,下面描述中的附图仅仅是一些实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中:图1为根据一示例性实施例示出的基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法的流程示意图;图2为根据另一示例性实施例示出的利用超高场磁共振设备对目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像的流程示意图;图3为根据一示例性实施例示出的对切片进行组织学染色处理的流程本文档来自技高网
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基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法

【技术保护点】
一种基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法,其特征在于,所述方法至少包括:获取目标组织;利用超高场磁共振设备对所述目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像;对所述目标组织进行切片,得到切片并获取块面图像;对所述切片进行组织学染色处理;对所述块面图像进行图像增强处理,确定块面图像空间;对染色处理的切片进行显微镜数字化扫描,获得染色切片图像;将所述染色切片图像配准到所述块面图像空间;对所述超高场磁共振图像进行图像重建,得到超高场磁共振图像空间;使用互信息和直接操作自由变形方法,将配准到块面图像空间的染色切片图像配准到所述超高场磁共振图像空间。

【技术特征摘要】
1.一种基于组织学和超高场磁共振技术的计算神经解剖处理方法,其特征在于,所述方法至少包括:获取目标组织;利用超高场磁共振设备对所述目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像;对所述目标组织进行切片,得到切片并获取块面图像;对所述切片进行组织学染色处理;对所述块面图像进行图像增强处理,确定块面图像空间;对染色处理的切片进行显微镜数字化扫描,获得染色切片图像;将所述染色切片图像配准到所述块面图像空间;对所述超高场磁共振图像进行图像重建,得到超高场磁共振图像空间;使用互信息和直接操作自由变形方法,将配准到块面图像空间的染色切片图像配准到所述超高场磁共振图像空间。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述利用超高场磁共振设备对所述目标组织进行成像,得到超高场磁共振图像,具体包括:使用7T超高场磁共振设备扫描所述目标组织,以获取超高场结构像;使用9.4T超高场设备扫描所述目标组织,以获取超高场磁共振图像。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:何晖光缪倩文
申请(专利权)人:中国科学院自动化研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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