水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分析磁共振彌散參數(shù)圖的分析方法，即水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，特別是3T高場磁共振的32個(gè)彌散張量方向的參數(shù)圖分析方法，是醫(yī)療影像診斷腦內(nèi)水分子彌散運(yùn)動(dòng)病理生理改變的重要方法。本發(fā)明的目的就在于克服人工勾畫感興趣區(qū)法(ROI)的缺陷，即克服了其主觀性強(qiáng)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力及可操作性較差，并且不能客觀、快速和準(zhǔn)確地顯示細(xì)胞外水分子彌散運(yùn)動(dòng)模式的缺點(diǎn)。根據(jù)如上所述，本發(fā)明克服上述缺陷，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化進(jìn)行全腦分析磁共振彌散參數(shù)圖的分析方法，即水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，特別是32個(gè)彌散張量方向的參數(shù)圖分析方法，國內(nèi)尚無此分析方法的報(bào)道。
【專利說明】水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分析磁共振彌散參數(shù)圖的分析方法，即水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，特別是3T高場磁共振的32個(gè)彌散張量方向的參數(shù)圖分析方法，是醫(yī)療影像診斷腦內(nèi)水分子彌散運(yùn)動(dòng)病理生理改變的重要方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2011年，國際學(xué)者明確提出輕度認(rèn)知功能障礙(Mild cognitive impairment,MCI)代表了多種認(rèn)知功能障礙疾病(癡呆)的臨床前期，對MCI的病因?qū)W分型將有助于臨床上早期治療和逆轉(zhuǎn)病情。然而，由于多種認(rèn)知功能障礙疾病的神經(jīng)病理改變相似，在臨床診斷上常被誤診。而近年來，磁共振成像成為這一類疾病的重要的診斷支持證據(jù)。磁共振彌散張量成像(DTI)具有在活體中準(zhǔn)確定位腦細(xì)胞的病理損傷部位及程度的能力。然而，在MCI期該病理改變輕微，肉眼無法識別圖像變化，因此，急需一種磁共振彌散參數(shù)圖的分析方法，即水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法。
[0003]我們的前期工作進(jìn)行了 3T高場磁共振的32個(gè)彌散方向的DTI，并對各種認(rèn)知障礙疾病的腦DTI參數(shù)圖進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在遺忘型輕度認(rèn)知功能障礙(aMCI)和阿爾茨海默病(AD)中，表觀彌散系數(shù)值(ADC)值升高的腦區(qū)具有解剖偏側(cè)性(非對稱性分布)，左側(cè)海馬及海馬旁回首先出現(xiàn)ADC值升高，之后進(jìn)展為雙側(cè)受累，在AD組中，以右側(cè)受累為主。在腦內(nèi)，灰質(zhì)水彌散分布規(guī)律符合低成本高效率的小世界特性，雙側(cè)海馬具有網(wǎng)絡(luò)集點(diǎn)功能，左側(cè)海馬的網(wǎng)絡(luò)連接性容易損傷，并在aMCI和AD中早期喪失。這些水彌散的可視化研究可能為預(yù)測認(rèn)知衰退的提供客觀的生物學(xué)指標(biāo)。
[0004]在本發(fā)明之前，多數(shù)研究者采用人工勾畫感興趣區(qū)法(ROI)，確定腦區(qū)后再計(jì)算各個(gè)腦區(qū)的ADC值。人工勾畫ROI具有主觀性強(qiáng)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力及可操作性較差的缺點(diǎn)，不能客觀、快速和準(zhǔn)確地顯示細(xì)胞外水分子彌散運(yùn)動(dòng)模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于克服人工勾畫感興趣區(qū)法(ROI)的缺陷，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化的進(jìn)行全腦磁共振彌散參數(shù)圖的分析方法，即水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，特別是32個(gè)彌散張量方向的參數(shù)圖分析方法，國內(nèi)尚無此分析方法的報(bào)道。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]1.建立醫(yī)療影像診斷腦內(nèi)水分子彌散運(yùn)動(dòng)病理生理改變的分析方法，即水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，特別是32個(gè)彌散張量方向的參數(shù)圖分析方法，目前國內(nèi)沒有可借鑒的有效成熟的方法。
[0008]2.水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法特征是:分析3T高場磁共振的32個(gè)彌散方向的彌散張量成像及其參數(shù)圖(如腦表觀彌散系數(shù)圖像)。
[0009]3.水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法特征是:從磁共振設(shè)備上獲取的彌散系數(shù)圖像從DICOM格式轉(zhuǎn)換為*.img和*.hdr格式。[0010]4.水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法特征在于將解剖腦功能區(qū)分割和提取大腦皮層的腦區(qū)。
[0011]5.水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法特征在于計(jì)算構(gòu)成各個(gè)解剖腦區(qū)的體素的灰階平均
值和方差。
[0012]6.水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法特征在于使用方差分析和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法分析人腦內(nèi)水彌散分布特征的差異。
[0013]7.水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法特征在于將人腦內(nèi)水彌散分布特征的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異用可視化的圖像顯示出來，以幫助診斷疾病。 [0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于，建立了一個(gè)基于解剖腦區(qū)(AVOI)水平的，用來研究腦細(xì)胞外水分子彌散張量參數(shù)圖改變模式的方法，尤其是適于認(rèn)知障礙疾病(aMCI和AD)中的診斷和鑒別診斷?；诮馄誓X區(qū)(AVOI)分析的優(yōu)勢在于，將大腦半球的皮層結(jié)構(gòu)自動(dòng)分割為90個(gè)腦區(qū)，對每個(gè)腦區(qū)的灰度平均值都進(jìn)行自動(dòng)分析。不需要人工手動(dòng)勾畫腦區(qū)，減少了主觀誤差，提高了效率，增加了結(jié)果的可重復(fù)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1——本發(fā)明中水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法的技術(shù)方案流程圖。
[0016]圖2——本發(fā)明中將水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法具體實(shí)施在認(rèn)知障礙疾病腦中的效果圖。
[0017]左圖:在aMCI和NC組間，ADC值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū)位于邊緣系統(tǒng)(左側(cè)海馬、左側(cè)海馬旁回、右側(cè)島葉)、左側(cè)丘腦、右側(cè)角回和其他額葉腦回(兩側(cè)眶回)。
[0018]中圖:在aMCI和AD組間，ADC值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū)位于邊緣系統(tǒng)(右側(cè)海馬、右偵U楔回、雙側(cè)顳上極、左側(cè)顳橫回)、左側(cè)枕葉梭狀回、雙側(cè)額下回島蓋部和其他額葉腦回。
[0019]右圖:在AD和NC組間，ADC值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū)從雙側(cè)海馬回?cái)U(kuò)展到周圍邊緣系統(tǒng)和相關(guān)皮層(包括右側(cè)扣帶回、右側(cè)海馬旁回、右側(cè)島葉、左側(cè)顳上極、左側(cè)顳橫回、雙側(cè)額下回島蓋部、右側(cè)緣上回、左側(cè)角回)。
[0020]圖3——本發(fā)明中將水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法的具體實(shí)施在認(rèn)知障礙疾病腦中的效果圖。我們進(jìn)行認(rèn)知障礙疾病的腦灰質(zhì)水彌散的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水平分析其小世界特性發(fā)現(xiàn)，在aMCI和AD中海馬網(wǎng)絡(luò)集點(diǎn)功能喪失。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明的技術(shù)思路是利用腦圖譜中對腦區(qū)勾畫的已有知識，將映射到腦圖譜上的圖像進(jìn)行自動(dòng)分割，從而實(shí)現(xiàn)腦區(qū)水平的腦功能分析，并且應(yīng)用于認(rèn)知功能障礙疾病。
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0023]1.本發(fā)明的技術(shù)方案
[0024]如圖1所示:
[0025]本發(fā)明的具體實(shí)施步驟為:
[0026](I)采集受試者的3T磁共振的腦彌散張量圖像，并重建32個(gè)彌散方向參數(shù)圖；
[0027](2)由研究人員根據(jù)圖像的清晰度等指標(biāo)評估圖像質(zhì)量；[0028](3)將符合質(zhì)量要求的彌散系數(shù)圖像從DICOM格式轉(zhuǎn)換為*.1mg和*.hdr格式，目的是將2D圖像文件序列重組為單個(gè)3D圖像文件，并去除受試者、設(shè)備信息；
[0029](4)使用最大互信息方法將彌散系數(shù)圖像與EPI模板圖像進(jìn)行圖像線性配準(zhǔn)，以減少兩者之間尺寸，方位和角度之間的差異；
[0030](5)利用離散余弦變換的方法，對上一步操作后得到的彌散系數(shù)圖像進(jìn)行形變，并根據(jù)使得圖像與圖譜之間對應(yīng)體素灰度值之間的差值平方和最小作為目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)圖像與圖譜之間的非線性配準(zhǔn)，將彌散系數(shù)圖像映射到腦圖像空間；
[0031](6)將大腦解剖模板根據(jù)座標(biāo)原點(diǎn)重合，分辨率相同，圖像矩陣大小相同的原則，利用剛體空間變換的方法將解剖模板映射到完成空間映射的彌散系數(shù)圖像；
[0032](7)計(jì)算構(gòu)成各個(gè)解剖腦區(qū)的體素灰階平均值和方差等腦區(qū)數(shù)字信息；[0033](8)從EXCEL格式報(bào)告提取腦區(qū)數(shù)字信息，根據(jù)流行病學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行分析，建立數(shù)字化的健康人腦的水彌散模型；
[0034](9)使用方差分析，團(tuán)體T檢驗(yàn)方法分析患者和健康人的腦區(qū)信息，找到有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的腦區(qū)，為研究早期認(rèn)知障礙疾病提供客觀量化依據(jù)；
[0035](10)計(jì)算小世界特性參數(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)模式圖；
[0036](11)將人腦內(nèi)水彌散分布特征的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異用可視化的圖像顯示出來，以幫助診斷疾病。
[0037]2.本發(fā)明的具體應(yīng)用效果的說明:
[0038]如圖2、3所示:
[0039]研究對象挑選于200位55~90歲的老年人腦的DTI參數(shù)圖像中。根據(jù)aMC1、AD、對照組診斷標(biāo)準(zhǔn)及影像研究彌散系數(shù)圖像質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)確定入組。最終入組90例，30例AD (平均年齡64.0±7.0歲，男18例，女12例)，30例aMCI (平均年齡65.4±4.4，男17例，女13例)，認(rèn)知正常對照組(NC) 30例(平均年齡66.7±4.8，男12例，女18例)。
[0040]我們建立的水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法已經(jīng)成功的將各個(gè)研究組間的各個(gè)腦區(qū)的水分子彌散差異用解剖位置和色階直觀的表示出來；獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)顯示，在aMCI和NC組間(圖2)，ADC值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū)位于邊緣系統(tǒng)(左側(cè)海馬、左側(cè)海馬旁回、右側(cè)島葉)、左側(cè)丘腦、右側(cè)角回和其他額葉腦回(兩側(cè)眶回)。在aMCI和AD組間(圖3) ,ADC值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū)位于邊緣系統(tǒng)(右側(cè)海馬、右側(cè)楔回、雙側(cè)顳上極、左側(cè)顳橫回)、左側(cè)枕葉梭狀回、雙側(cè)額下回島蓋部和其他額葉腦回。在AD和NC組間(圖2)，ADC值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū)從雙側(cè)海馬回?cái)U(kuò)展到周圍邊緣系統(tǒng)和相關(guān)皮層(包括右側(cè)扣帶回、右側(cè)海馬旁回、右側(cè)島葉、左側(cè)顳上極、左側(cè)顳橫回、雙側(cè)額下回島蓋部、右側(cè)緣上回、左側(cè)角回)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水平分析小世界特性發(fā)現(xiàn)，在aMCI和AD中海馬網(wǎng)絡(luò)集點(diǎn)功能喪失(圖3)。
[0041]由上述具體實(shí)施可知，本發(fā)明成功分析了 3T磁共振DTI的參數(shù)圖，將認(rèn)知障礙疾病腦中細(xì)胞外水分子彌散的病理生理改變進(jìn)行了可視化，該方法可以向其他疾病領(lǐng)域的腦圖像分析擴(kuò)展，并大規(guī)模應(yīng)用于臨床，輔助診斷和鑒別診斷。
【權(quán)利要求】
1.根據(jù)權(quán)利要求是一種水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，其特征是:分析3T高場磁共振的32個(gè)彌散方向的彌散張量成像及其參數(shù)圖(如腦表觀彌散系數(shù)圖像)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，其特征是:從磁共振設(shè)備上獲取的彌散系數(shù)圖像從DICOM格式轉(zhuǎn)換為*.1mg和*.hdr格式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，其特征在于將解剖腦功能區(qū)分割和提取大腦皮層的腦區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，其特征在于計(jì)算構(gòu)成各個(gè)解剖腦區(qū)的體素的灰階平均值和方差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，其特征在于使用方差分析和獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法分析人腦內(nèi)水彌散分布特征的差異。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水彌散運(yùn)動(dòng)可視化的方法，其特征在于將人腦內(nèi)水彌散分布特征的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異用可視化的圖像顯示出來，以幫助診斷疾病。
【文檔編號】A61B5/055GK103919552SQ201310011853
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月14日
【發(fā)明者】張劍戈, 張冰, 張鑫, 李茗, 朱斌, 陳飛, 王慧婷, 徐運(yùn) 申請人:張劍戈, 張冰, 張鑫