一种评价磁共振造影剂成像效果的方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了评价磁共振造影剂成像效果的方法及其系统，包括：（1）建立磁共振对象的MRI影像数据集；（2）读取磁共振图像数据，选取首尾两层及中间关键层进行分析，对目标区域进行轮廓线分割后通过插值拟合及形态学运算构建得到感兴趣区域；步（3）计算图像感兴趣区域内的灰度直方图，将每一层MRI图像的直方图叠加并归一化处理，得到肿瘤三维空间上的直方图分布信息；（4）大津法对MRI图像像素点进行处理，得到最佳阈值；（5）将获得的阈值与直方图融合分析，评价MRI结果。本发明专利技术通过对MRI图像的计算机辅助分析辨别，为提高肿瘤成像效果识别的准确率提供了精准定量的可视化评价方法，对诊断和治疗都具有十分重要的意义。诊断和治疗都具有十分重要的意义。诊断和治疗都具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种评价磁共振造影剂成像效果的方法及其系统


[0001]本专利技术属于纳米医学图像处理领域，具体涉及一种评价磁共振造影剂成像效果的方法及其系统。

技术介绍

[0002]乳腺癌(BC)是乳腺上皮细胞在多种致癌因子的作用下，发生增殖失控的现象，是女性中最常见的癌症，占全球女性确诊癌症的四分之一。其中，三阴性乳腺癌由于缺乏激素受体和人表皮生长因子受体
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2的表达而缺乏有效的靶向治疗，难以从内分泌治疗和抗HER2靶向治疗中获益。临床实践中发现，三阴性乳腺癌术后复发转移的风险大大增加，患者的5年生存率仍然很低。因此，以影像学数据描绘肿瘤位置，通过准确的影像诊断，可以帮助患者了解手术风险程度，决定是否手术活检及切除，为手术提供更多信息。
[0003]现有医学影像检查技术在肿瘤诊断和预后中具有重要的作用，有助于控制和减轻疾病的影响。磁共振成像(MRI)是目前最常用的医学成像技术之一。MRI具有非侵入性特色(使用非电离辐射)，能够在高分辨率和良好的对比度下显示各种组织。与此同时，MRI通过应用不同的图像采集协议和参数，对同一组织区域产生具有不同对比度显示能力的多幅图像。这些图像提供了关于同一组织区域的更多有用的解剖学信息，这些来自不同对比机制的互补信息有助于研究人员更精确地研究分析。在人工诊断中，需要分析的MRI图像数量较大，人眼对MRI图像的敏感性可能随着图像数量的增加而降低，这会给医生的鉴别诊断带来困难。此外，人工诊断耗时较长，依赖于主观判断，难以量化，可能导致判断错误。
[0004]现有技术机器学习方法在医学图像处理方面已有了广泛研究。利用计算机辅助进行影像学的分析已经成为主流的研究方向，因此，利用计算机辅助判断磁共振成像结果的优劣非常重要。目前常规的诊断大多是影像科医生通过病灶形态学特征或半定量血流动力学信息进行经验性诊断。该方法主观依赖性比较强，误差较大，影响判断结果的准确性。另外，已有学者利用肿瘤组织和临近的正常肌肉组织间的信号比(TNR)值来量化磁共振图像上肿瘤组织造影后的的信号衰减程度。信号衰减幅度越大，TNR值越小，也就代表成像效果越好。但是该方法只能进行整体评估，且误差较大，并不能表征造影剂在肿瘤中的分布情况。因此，建立一套全面的、准确的MRI造影效果标准化评价体系十分重要。
[0005]造影剂的主要作用是为了增加正常组织与异常组织之间的对比，在影像上表现为造影剂浸润区域灰度值小于(阴性造影)或高于(阳性造影)正常组织，因此可以利用图像分割手段将造影剂所在位置提取出来，用于后续成像效果评价。图像分割是MRI图像技术处理中的一个重要研究领域，也是研究中的难点和热点。由于图像采集过程会受到外界因素的影响，使得图像在分割时不是特别准确。比如图像的缺失可能给图像分割带来技术上的难题。因此，对于图像分割，做好分割预处理以及改进图像分割算法极其重要，有非常显著的研究价值和使用意义。图像分割根据图像强度值的不连续性和相似性实现区域划分，可以分为两类。第一类是根据强度的突然变化来划分图像，如图像的边缘。第二类是基于将一幅图像划分为根据预定标准相似的区域。目前来说，主流的分割法有很多，包括直方图阈值
法、边缘检测等，其中边缘检测法中的边界跟踪算法较为常用，要经过人为的设定起始点，需要反复处理，用时较长且效率不高，严重情况下可能出现程序死循环。由于分割算数法本身的局限性目前仍然存在两个问题：其一就是不存在一种可以适用于所有类型的图像分割方法；其二就是不存在标准图像分割处理的评价准则。从图像分析的发展来看，主要有两种趋势：一是将新的分割方法或者综合方法应用到新的研究领域当中；二是对原有的图像分割方法适当进行发展。本专利技术中我们将原有阈值分割方法进行适当发展，全面准确的评价磁共振成像效果。阈值分割算法是图像分割算法中比较经典的算法，对于背景与目标灰度相差很大的图像具有良好的分割效果，具有计算简单、快速等优点。大津法(OTSU)是一种确定图像二值化分割阈值的算法，该方法又称作最大类间方差法，它被认为是图像分割中阈值选取的最佳算法，计算简单，不受图像亮度和对比度的影响，因此在数字图像处理上得到了广泛的应用。
[0006]目前，评价造影剂磁共振成像效果的方法尚不明确，既往的分类方法存在误差较大，主观依赖性强等问题。现有技术虽然已运用部分计算方法评判磁共振结果，但是误差仍然较大，对该问题的优化还不够理想，缺乏系统的方法，导致其精度较低，评价造影剂应用效果优劣缺乏说服力。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种评价磁共振造影剂成像效果的方法，可更为准确的评价磁共振成像效果，判断磁共振造影剂应用效果优劣，降低人为主观评价误差。
[0008]技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种评价磁共振造影剂成像效果的方法，包括如下步骤：
[0009](1)建立磁共振对象的MRI影像数据集；
[0010](2)对获得的MRI影像数据集进行预处理，选取首尾两层及中间关键层进行分析，对目标区域进行轮廓线分割后通过插值拟合及形态学运算构建得到感兴趣区域(region of interest，ROI)；
[0011](3)确定磁共振对象的范围并找到对应坐标的像素点，计算每一层MRI图像的直方图，将图像的灰度量化至0
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255，将每一层MRI图像的直方图叠加，得到磁共振对象的三维空间上的直方图分布信息；
[0012](4)基于大津法(最大类间阈值法)进行阈值计算；
[0013](5)基于步骤(3)和步骤(4)的结果，融合分析，当小于阈值的灰度值所占比例越接近于1，说明T2磁共振成像效果越好，反之，则T2成像效果越差。以此评价MRI造影剂效果评价MRI造影剂效果；
[0014]其中，步骤(1)中，所述磁共振对象为实体肿瘤，包括但不仅限于乳腺癌、还包括肺癌，胃癌，脑肿瘤等。
[0015]本
技术实现思路
还包括构建肿瘤模型小鼠作为磁共振对象进行磁共振成像，收集小鼠MRI数据。其中，作为优选，所述的小鼠模型为荷瘤小鼠，具体为4T1乳腺癌小鼠。其中，磁共振成像所使用的成像磁场强度包括但不限于1.5T、3T、7T。
[0016]其中，步骤(2)中，感兴趣区域包括感兴趣肿瘤区域的选择。所述的区域选择软件
包括但不限于imagej、画图、AnatomySketch，最优为AnatomySketch，该软件可以在MRI子集的多个二维磁共振图像中勾画出理想的肿瘤区域，并能够构建三维肿瘤图像，帮助判断所圈区域是否合适。
[0017]其中，步骤(3)中，还包括找到对应坐标的像素点，计算每一层MRI图像的直方图，并进行叠加。
[0018]其中，步骤(1)具体包括如下步骤：首先，制备包裹磁性纳米颗粒的高分子聚合物作为造影剂，导入磁共振对象；然后，进行MRI，得到MRI数据集。
[0019]其中，步骤(2)包括如下步骤：将步骤(1)获得的MRI数据集为3D数据，每个子集由多层二维图像数据组成，利用Anatomy本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评价磁共振造影剂成像效果的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立磁共振对象的MRI影像数据集；(2)对获得的MRI影像数据集进行预处理，选取首尾两层及中间关键层进行分析，对目标区域进行轮廓线分割后通过插值拟合及形态学运算构建得到感兴趣区域；(3)确定磁共振对象的范围并找到对应坐标的像素点，计算每一层MRI图像的直方图，将图像的灰度量化至0
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255，将每一层MRI图像的直方图叠加，得到磁共振对象的三维空间上的直方图分布信息；(4)基于大津法进行阈值计算；(5)基于步骤(3)和步骤(4)的结果进行融合分析，当小于阈值的灰度值所占比例越接近于1，说明T2磁共振成像效果越好，反之，则T2成像效果越差。2.根据权利要求1所述的评价磁共振造影剂成像效果的方法，其特征在于：步骤(1)中所述磁共振对象包括实体肿瘤，所述实体肿瘤包括乳腺癌、肺癌、胃癌或脑肿瘤。3.根据权利要求1所述的评价磁共振造影剂成像效果的方法，其特征在于：步骤(1)包括如下步骤：首先，制备包裹磁性纳米颗粒的高分子聚合物作为造影剂，导入磁共振对象；然后，进行MRI，得到MRI数据集。4.根据权利要求1所述的评价磁共振造影剂成像效果的方法，其特征在于，步骤(2)包括如下步骤：将步骤(1)获得的MRI数据集为3D数据，每个子集由多层二维图像数据组成，利用AnatomySketch软件将首尾两层及中间关键层进行分析，对目标区域进行轮廓线分割后通过插值拟合及形态学运算构建得到图像中的感兴趣区域。5.根据权利要求1所述的评价磁共振造影剂成像效果的方法，其特征在于，步骤(3)包括如下步骤：以图像像素点为基础，按照图像灰度值的大小，遍历搜索找到图像灰度值的最大值及最小值，利用线性变换，将图像灰度量化为0
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255，不同灰度值像素的个数，得到一幅二维图像的直方图，将多层二维图像的直方图叠加，根据式(1)计算每种灰度出现的频率，得到三维数据的频率分布直方图；得到三维数据的频率分布直方图；式中，H(k)为灰度为k的像素点出现的频率，k为二维图像的第k级灰度值，N
k
则为图像中灰度值为k的像素个数，N为图像的总像素个数，L为灰度级数。6.根据权利要求1所述的评价磁共振造影剂成像效果的方法，其特征在于，步骤(4)包括如下步骤：通过大津法计算得到最佳阈值，利用最佳阈值将造影剂区域分割...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，刘迪，张靖悦，赵莹，武昊安，马明，王建国，
申请(专利权)人：徐州淮海生命科学产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：