[发明专利]基于磁共振成像的体内软组织力学特性测试方法及装置

说明书

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种基于磁共振成像的体内软组织力学特性测试方法及装置。本发明的基于磁共振成像的体内软组织力学特性测试方法包括以下步骤：通过磁共振标记成像方法测量软组织的位移分布与应变分布；采集软组织的磁共振结构影像信息进行几何重建，并建立有限元计算模型；基于所述有限元计算模型，采用逆向算法进行迭代计算优化，得到软组织的物理力学特性参数分布。本发明的方法利用磁共振标记成像方法对软组织物理力学特性进行体内测量，无创无痛，可操作性强，成本低，可广泛应用于对人体软组织的物理特性量化和分析。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种基于磁共振成像的体内软组织力学特性测试方法及装置。

背景技术

随着医学成像技术的发展与进步，图像处理技术在医学研究与临床医学中的应用越来越广泛，主要应用在放射治疗规划、介入治疗、手术导航等方面。目前临床上基于医学影像的病理诊断主要基于影像的图像特征和几何关系，其中基于MR图像的诊断广泛应用于脑组织与腹腔器官的软组织。但是目前的影像学方法只能对空间几何位置信息，以及像素所表示的成分信息进行判断，无法对软组织的物理力学特性进行测试与判断。

目前对软组织的物理力学特性的判断主要有两种方式，一种是通过体外测试方法，对病理组织进行体外力学特性测试；一种是体内测试方法，包括医生的手动触诊方法以及应用磁共振弹性成像或超声弹性成像方法其他方法。其中，体外测试方法需要对病理进行取样，无法实现无创测试；手动触诊方法依靠经验无法进行准确和一致的判断，个体差异较大；磁共振弹性成像方法需要采用专用驱动仪器进行测量，对硬件设备要求较高；超声弹性成像的分辨率和成像质量不佳。

发明内容

本发明的目的之一在于克服以上缺点，提供一种无创无痛，可操作性强，成本低，可广泛应用于对人体软组织的物理特性量化和分析的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于磁共振成像的体内软组织力学特性测试方法，包括以下步骤：

通过磁共振标记成像方法测量软组织的位移分布与应变分布；

采集软组织的磁共振结构影像信息进行几何重建，并建立有限元计算模型；

基于所述有限元计算模型，采用逆向算法进行迭代计算优化，得到软组织的物理力学特性参数分布。

进一步地，所述“通过磁共振标记成像方法测量软组织的位移分布与应变分布”，具体为：

按照一定频率采集一组磁共振标记图像数据；

对采集的标记图像数据进行二维傅里叶变换，选取第一主频峰值做带通滤波；将经过带通滤波的主频峰值进行二维傅里叶逆变换，得到复变量二维信息；选取复变量的相位图得到标记线的位置；

选取标记线的交叉点作为追踪点，选取第一帧标记图像为参考图像，计算其余各帧追踪点相对于第一帧标记图像的位移，通过空间插值算法得到软组织的位移分布；

基于软组织的位移分布计算变形梯度矩阵，再计算追踪点的拉格朗日应变，对拉格朗日应变进行空间插值得到软组织的应变分布。

进一步地，所述变形梯度矩阵的计算公式为：其中,是参考图像中的位置向量微元，是形变图像中的位置向量微元，m为磁共振标记图像数据总帧数,n为图像帧编号，i为跟踪点编号。

进一步地，所述追踪点的拉格朗日应变的计算公式为：其中为单位矩阵，为变形梯度矩阵。

进一步地，所述“基于所述有限元计算模型，采用逆向算法进行迭代计算优化，得到软组织的物理力学特性参数分布”，具体为：

根据有限元模型计算出测量应变分布状态下的位移分布；

在计算出的位移分布与测量位移分布之间建立目标函数，对所述目标函数进行参数优化，得到有限元模型的物理力学特性参数分布。