一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑皮质的方法技术

本发明专利技术涉及医学影像领域，具体为一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法。通过采用对TI加权影像对大脑灰白质区域进行切割，并与DWI弥散加权影像一同产生DWI灰质二元遮罩影像。DWI透过弥散张量模型拟合生成大脑神经束三维模型，将拥有清晰的灰白质分界线的DWI灰质二元遮罩影像与大脑神经束三维模型对比，从而得到神经束端点与灰质的位置关系，再通过体素分割以及端点与灰质间的角度关系等多种技术结合，测算出各个体素点为神经束延伸点的概率值，最后依据该概率值数据以及位置数据，在大脑模型上成功的将神经束与大脑灰质的连接终点投影在大脑模型上，从而为肿瘤切除手术的判断提供参考依据。

【技术实现步骤摘要】
一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑皮质的方法
本专利技术涉及医学影像领域，具体为一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法。
技术介绍
白质是中枢神经系统中主要的三个组成元素之一，由神经纤维所组成，功用在于联系和传递神经冲动。其生长的时机与成熟程度会影响学习、自我控制与精神疾病。因此，透过神经纤维的空间微结构进行成像的神经纤维重建技术的发展受到资讯、神经科学相关研究领域的共同关注。利用磁共振弥散成像(diffusionmagneticresonanceimaging)重建神经纤维是目前活体显示神经纤维走向的重要手段，借由观测活体内水分子的弥散情况并透过弥散张量模型(diffusiontensorimagingmodel,DTI)拟合，搭配过去经验所得知的部分各向异性指数(fractionalanisotropy,FA)阈值以及限制转折角度，这两种方法进行神经追踪，可描绘出全脑的神经纤维分佈。现实状况中的白质神经纤维束皆由大脑皮质连接至另一端大脑皮质。然而在神经追踪演算法中往往白质神经纤维无法有效准确地终止于大脑皮质上，因此出现了神经束的末端仅有停在白质的边缘，而无法观察到神经纤维从白质到灰质的情形。大脑皮质也就是灰质，其大致可以分成脑迴与脑勾。经过研究我们发现神经纤维延伸到灰质的部分具有很高的方向性，可以发现脑沟的神经会因为短联合纤维在白质与灰质的边界上具有高度弯曲的现象，从而使得现有的神经成像技术可以显示神经束受限于灰质与白质的边界裡面，但无法观察到脑沟中每一根神经束与灰质的连接位置。因此需要寻找一种新的方法，可以使得我们能够看到每一根神经束与灰质的连接位置。
技术实现思路
本专利技术为了能够体现神经束从白质连结至灰质上的情形，提出了一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法，其具体方法包括了以下步骤：第一步：对磁共振T1加权影像中的灰质与白质进行分割，将白质边界和表面边界之间的皮质区输出得到灰质二元遮罩影像；将T1加权影像与DWI弥散加权影像进行配准，得到T1加权影像至DWI影像的转换矩阵；将所述灰质二元遮罩影像通过所述DWI影像的转换矩阵转换至所述DWI弥散加权影像所在的空间，最终得到DWI灰质二元遮罩影像；第二步：对所述DWI弥散加权影像进行处理，透过弥散张量模型拟合，利用磁共振时水分子的弥散情况绘制出神经束三维模型；第三步：将所述神经束三维影像与所述DWI灰质二元遮罩影像重叠；第四步：观察叠合后的影像中神经束端点的三维数据，判断所述神经束端点是否落在所述DWI灰质二元遮罩影像中的灰质区域；若位于灰质区域，则说明所述神经束端点与灰质直接连接，将所述神经束端点所在的体素的概率值计数为1，并回填到三维矩阵影像的数据库中；若位于白质部分，则进入第五步；第五步：当所述神经束端点位于白质部分，检测以所述神经束端点为中心的包含了若干个体素的立体空间，移除所述神经束端点所在的体素以及与神经束重叠的体素，其余的每一个体素通过与所述DWI灰质二元遮罩影像的三维数据对比，判断其是否落入灰质区域；第六步：若落入灰质区域，检查所有落入灰质区域内的体素的扩散方向性，判断每一个体素的向量值与端点之间的方向角，将所述方向角不是90度的体素计入合格体素；统计被计入的合格体素数量，以1除以合格体素数量，从而得该立体空间内各个合格体素点为神经束延伸点的概率值；第七步：重复第四步至第六步的步骤，获得所有神经束的神经束端点处的结果；若部分体素点在不同的神经束的神经束端点处均符合条件，则将该体素在每个神经束端点处的概率值相加从而得到该体素点的最终概率；最后将各个体素点的概率值数值及该体素的位置数据，回填至所述三维矩阵影像的数据库中，根据需要选择合适的概率值，并将符合概率要求的体素根据其三维数据投影在三维大脑模型上。进一步的，一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法，其特征在于：所述体素为边长为2mm～3mm的立方体，第五步中的所述立体空间为以神经束端点为中心边长等于2至5个体素长度的立方体。进一步的，一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法，其特征在于：当第五步中所述方向角在小于等于85度或大于等于91度的范围内时，则该体素被计入合格体素。本专利技术通过采用对TI加权影像对大脑灰白质区域进行切割，并与DWI影像的对位产生DWI灰质二元遮罩影像。通过DWI水弥散影像生产大脑神经束三维模型，将拥有清晰的灰白质分界线的DWI灰质二元遮罩影像与大脑神经束三维模型对比，从而得到神经束端点与灰质的位置关系，再通过体素分割以及端点与灰质间的角度关系等多种技术结合，测算出各个体素点为神经束延伸点的概率值，最近依托该概率值数据以及位置数据，在大脑模型上成功的将神经束与大脑灰质的连接点投影在大脑模型上。同时通过实验数据可以发现本专利技术具有良好的精度，可以呈现更多的体素提供更大的范围，提供更多弓状神经束在大脑灰质上可能的参考位置以及机率的大小，让我们能够有较多的面向观察神经束于大脑灰质的走向和分布情形。本专利技术的投影影像，可用于开颅肿瘤切除手术前的判断，为其提供参考的依据。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为大脑的T1加权影像图；图2为T1加权影像加上灰质与白质的边界的影像图；图3为T1加权影像加上灰质二元遮罩影像的影像图；图4为大脑的DWI影像图；图5为DWI灰质二元遮罩影像与DWI影像图的叠合影像图；图6为左侧弓状神经束影像图；图7为左侧弓状神经束与DWI灰质二元遮罩影像的叠合影像；图8为一根神经束两个端点的示意图；图9为神经束端点位于灰质时的示意图；图10为神经束端点位于白质时的示意图；图11为神经束与大脑灰质连接点投影在大脑模型上的效果图；图12为电刺激点的三维坐标点示意图；图13为电刺激点与设置概率值后神经束投影位置点示意图；图14为电刺激点与未设置概率值的神经束投影位置点示意图；图15为十四位病例的神经束投影影像图。具体实施方式本专利技术通过计算各个体素点是白质神经束延伸点的几率，依照几率比例加总在灰质影像上，最终将总合的机率结果投影到大脑三维建模上呈现，提出了一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法，其主要步骤包括了：第一步：对磁共振T1加权影像(如图1所示)中的灰质与白质进行分割，使得大脑中的灰质与白质部分可以有精确的分界线(如图2所示)。将白质边界和表面边界之间的皮质区输出，此区域为大脑灰质的部位，并将其制成大脑灰质二元遮罩影像、建立大脑灰质的三维模型。(如图3所示)再将DWI弥散加权影像(如图4所示)与T1加权影像进行配准，得到T1加权本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法，其特征在于：包括了以下步骤：/n第一步：/n对磁共振T1加权影像中的灰质与白质进行分割，将白质边界和表面边界之间的皮质区输出得到灰质二元遮罩影像；/n将T1加权影像与DWI弥散加权影像进行配准，得到T1加权影像至DWI影像的转换矩阵；/n将所述灰质二元遮罩影像通过所述DWI影像的转换矩阵，转换至所述DWI弥散加权影像所在的空间，最终得到DWI灰质二元遮罩影像；/n第二步：/n对所述DWI弥散加权影像进行处理，透过弥散张量模型拟合，利用磁共振时水分子的弥散情况绘制出神经束三维模型；/n第三步：/n将所述神经束三维影像与所述DWI灰质二元遮罩影像重叠；/n第四步：/n观察叠合后的影像中，神经束端点的三维数据，判断所述神经束端点是否落在所述DWI灰质二元遮罩影像中的灰质区域；/n若位于灰质区域，则说明所述神经束端点与灰质直接连接，将所述神经束端点所在的体素的概率值计数为1，并回填到三维矩阵影像的数据库中；/n若位于白质部分，则进入第五步；/n第五步：/n当所述神经束端点位于白质部分，检测以所述神经束端点为中心的包含了若干个体素的立体空间，移除所述神经束端点所在的体素以及与神经束重叠的体素，其余的每一个体素通过与所述DWI灰质二元遮罩影像的三维数据对比，判断其是否落入灰质区域；/n第六步：/n若落入灰质区域，检查所有落入灰质区域内的体素的扩散方向性，判断每一个体素的向量值与端点之间的方向角，将所述方向角不是90度的体素计入合格体素；/n统计被计入的合格体素数量，以1除以合格体素数量，从而得该立体空间内各个合格体素点为神经束延伸点的概率值；/n第七步：/n重复第四步至第六步的步骤，获得所有神经束的神经束端点处的结果；/n若部分体素点在不同的神经束的神经束端点处均符合条件，则将该体素在每个神经束端点处的概率值相加从而得到该体素点的最终概率；/n最后将各个体素点的概率值数值及该体素的位置数据，回填至所述三维矩阵影像的数据库中，根据需要选择合适的概率值，并将符合概率要求的体素根据其三维数据投影在三维大脑模型上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种将神经束与大脑灰质连接终点投影在大脑模型的方法，其特征在于：包括了以下步骤：
第一步：
对磁共振T1加权影像中的灰质与白质进行分割，将白质边界和表面边界之间的皮质区输出得到灰质二元遮罩影像；
将T1加权影像与DWI弥散加权影像进行配准，得到T1加权影像至DWI影像的转换矩阵；
将所述灰质二元遮罩影像通过所述DWI影像的转换矩阵，转换至所述DWI弥散加权影像所在的空间，最终得到DWI灰质二元遮罩影像；
第二步：
对所述DWI弥散加权影像进行处理，透过弥散张量模型拟合，利用磁共振时水分子的弥散情况绘制出神经束三维模型；
第三步：
将所述神经束三维影像与所述DWI灰质二元遮罩影像重叠；
第四步：
观察叠合后的影像中，神经束端点的三维数据，判断所述神经束端点是否落在所述DWI灰质二元遮罩影像中的灰质区域；
若位于灰质区域，则说明所述神经束端点与灰质直接连接，将所述神经束端点所在的体素的概率值计数为1，并回填到三维矩阵影像的数据库中；
若位于白质部分，则进入第五步；
第五步：
当所述神经束端点位于白质部分，检测以所述神经束端点为中心的包含了若干个体素的立体空间，移除所述神经束端点所在的体素以及与神经束重叠的体素，其余的每一个体素通过与所述DWI灰质二元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张舜泰，柯煜庭，郭冠岑，凌舒园，
申请(专利权)人：上海爱谨人工智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31