[发明专利]基于峰度张量分数各向异性微结构特征提取方法与装置

摘要

本发明涉及图像处理、医疗器械技术领域，为提出一种新兴的用于临床应用的检测生物组织各向异性的参数提取方法，得到重建和量化生物组织微观各向异性特征明确、精炼且稳定性强的分析方法，以及相关装置。本发明采用的技术方案是，基于峰度张量分数各向异性微结构特征提取方法，通过受试者在磁共振扫描仪上采集组织沿多个扩散敏感梯度方向的多b值扩散加权图像，将扩散加权图像预处理后，在个体空间中拟合得到反映组织内水分子扩散分布概率密度函数特征的二阶扩散张量及四阶峰度张量矩阵，通过矩阵运算得到相应的分数各向异性FA和峰度张量分数各向异性KTFA，结合特征参数，获得神经纤维微结构特征。本发明主要应用于医疗器械设计制造。

主权项

1.一种基于峰度张量分数各向异性微结构特征提取方法，其特征是，通过受试者在磁共振扫描仪上采集组织沿多个扩散敏感梯度方向的多b值扩散加权图像，将扩散加权图像预处理后，在个体空间中拟合得到反映组织内水分子扩散分布概率密度函数特征的二阶扩散张量及四阶峰度张量矩阵，通过矩阵运算得到相应的分数各向异性FA和峰度张量分数各向异性KTFA，结合特征参数，获得神经纤维微结构特征；其中，张量估计与特征提取步骤是，采用标准的梯度脉冲磁共振序列梯度磁场强度为g，脉冲持续时间为δ以及扩散敏感梯度脉冲中心的时间间隔Δ的标准脉冲梯度场，得到扩散峰度成像模型中扩散峰度与扩散信号的主要关系为：其中S(b)是添加了梯度磁场的信号强度，b＝1000，2000s/mm2；S(0)是不施加扩散敏感梯度脉冲的磁共振参考信号的强度；b值是扩散磁敏感因子；Dapp是某个方向的表观扩散系数，Kapp是沿某个方向的表观扩散峰度，扩散张量D为一个二维三阶的实对称矩阵，它的计算至少需要6个梯度方向；扩散峰度张量K为一个四维三阶的实对称矩阵，它的计算需要至少两个非零b值和15个梯度方向，对于任意方向，表观扩散系数和表观扩散峰度估计量的表达式写为，其中，W为峰度张量，W_ijkl中下标表示该元素在矩阵中的位置，和分别为水分子在方向上的表观扩散系数和表观峰度系数，是扩散敏感梯度方向，n_i,n_j,n_k,n_l，是的第i或j,k,l个分量元素；平均扩散系数和扩散峰度由是对所有方向求平均得到的，令：则平均峰度张量的表达式为，可以由D矩阵求迹得出，λ_i为矩阵D特征值，代表组织内三分方向上的扩散系数大小，且最大特征值对应方向极为组织内神经纤维的主要走向，另两个特征值反映神经纤维髓鞘的特性，平均峰度张量表示为，是的近似值，二者相等当且仅当组织中水分子扩散为各向同性扩散。