[发明专利]应用于神经外科手术的成像方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种应用于神经外科手术的成像方法及其系统。

背景技术

脑肿瘤发病率高，是严重危害人类健康的致死、致残性疾病，且恶性脑肿瘤具有发病率、复发率、死亡率高和治愈率低等“三高一低”的特点。一直以来，医学界首选的针对肿瘤的有效手段是对肿瘤组织进行有效、彻底的手术切除。近年随着影像学诊断技术的进步和显微神经外科技术的应用，脑肿瘤的诊断和治疗总体上取得了显著进步。然而，对恶性脑肿瘤（如脑胶质瘤等）患者的治疗并没有取得突破性进展。因为在肿瘤切除手术中，尽管在精确的图像引导下已经彻底切除了肿瘤组织，但由于周围的功能区域或者脑白质纤维束的损伤，有可能使大脑某些功能丧失。已有研究表明，在肿瘤手术后，即使大脑皮层没有损伤，也会出现某些功能丧失的情况。这是因为，连接某些相关联的功能区域的白质纤维束受到损坏。因此，在手术前，必须同时对大脑各功能区和连接各功能区域的白质纤维束的分布有明确、直观的认识。

磁共振弥散张量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）技术是利用水分子弥散的各向异性进行成像，是目前唯一无创伤地反映活体组织水分子交换功能状况的检查方法，它可以从细胞及分子水平研究疾病病理改变情况。利用磁共振弥散张量成像技术，可以实现对脑白质纤维束的跟踪。

功能核磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）技术反映外周刺激或任务状态（如扣指运动等）下神经元活动所引起的脑功能皮质区的激活情况，主要反映刺激与皮质激活之间的相关关系，并将fMRI的激活图叠加在常规高分辨的解剖图像上，以观察刺激部位或动作部位在大脑功能区的定位。

灌注磁共振成像技术（perfusion Magnetic Resonance Imaging,pMRI）通过静脉注入能使质子弛豫时间缩短的顺磁性造影剂，以获得MRI造影增强图像。

在目前的研究中，通常只是对DTI、fMRI和PMRI技术的单独应用。即利用fMRI技术对大脑皮层的功能区域进行标示，利用DTI技术跟踪白质纤维束的走向，利用pMRI获得造影增强图像。但是单独应用DTI、fMRI和PMRI技术获得的图像还是不能明确、直观地反映大脑各功能区和连接各功能区域的白质纤维束的分布情况。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够明确、直观地反映大脑各功能区和连接各功能区域的白质纤维束的分布情况的应用于神经外科手术的成像方法及其系统。

一种应用于神经外科手术的成像方法，包括如下步骤：

利用弥散张量成像技术跟踪脑白质纤维束的走向，并在脑组织结构图中三维显示跟踪结果；

利用功能磁共振技术提取大脑功能区域的BOLD信号，对大脑功能区域进行定位；

利用灌注磁共振成像技术获得造影增强的脑组织T1加权图；及

将脑白质纤维束的跟踪结果和对大脑功能区域定位结果同时映射到同一幅脑组织T1加权图中，得到新的脑组织T1加权图。

在其中一个实施例中，所述利用弥散张量成像技术跟踪脑白质纤维束的走向的步骤包括：

测量弥散信号强度；

根据弥散信号强度计算弥散张量；

计算弥散张量的特征值及特征向量；及

根据弥散张量的特征值及特征向量得到弥散张量的主特征值及主特征值对应的特征向量。

在其中一个实施例中，所述计算弥散张量的步骤使用如下公式：

S＝S₀·e^-bD；

其中，S是测量得到的弥散信号强度，S₀是没有弥散梯度时的信号强度，b是取决于弥散梯度脉冲的参数，D是弥散张量。

在其中一个实施例中，所述弥散张量是一个3*3的正定对称矩阵。

在其中一个实施例中，在所述利用弥散张量成像技术跟踪脑白质纤维束的走向的步骤中，脑白质纤维束的走向与弥散张量的主特征值对应的特征向量的方向一致。

在其中一个实施例中，在所述利用功能磁共振技术提取大脑功能区域的BOLD信号，对大脑功能区域进行定位的步骤中，对大脑功能区域进行定位采用不同的颜色标识。

在其中一个实施例中，在将脑白质纤维束的跟踪结果和对大脑功能区域定位结果同时映射到同一幅脑组织T1加权图中的步骤之后，还包括如下步骤：

对新的脑组织T1加权图进行3D重建并显示。