專利名稱：一種獲取神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)影像學(xué)資料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及神經(jīng)外科手術(shù)醫(yī)學(xué)圖像輔助技術(shù)，尤其涉及的是， 一種采 用功能磁共振成像方式，獲取神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)影像學(xué)資料的方法。
背景技術(shù)：
早期神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)僅釆用結(jié)構(gòu)圖像信息，旨在精確定位顱內(nèi) 病變位置，但缺乏腦功能信息。
常用的成^I4支術(shù)包^舌MRI (Magnetic Resonnance Imaging, /f茲共振成 <象)、MRA (Magnetic Resonnance Angiography, i茲共振血管造"f》術(shù))、DSA (Digital Subtraction Angiography,數(shù)字減影血管造影術(shù))、PET (Positron Emission Tomography,正電子發(fā)射斷層像)、CT( Computerized Tomography, 計(jì)算機(jī)斷層掃描像)、SPECT ( Single Photo Emission Computer Tomography, 單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描像)、Ultrasound (超聲成像術(shù))、X-Ray ( X射 線成像)等等。
因此現(xiàn)有技術(shù)采用了 CT/MRI技術(shù)進(jìn)行掃描，獲取神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的影 像學(xué)資料，從而為術(shù)前制定手術(shù)計(jì)劃、術(shù)中保護(hù)正常腦功能提供幫助。其 中，MRI是重要的輔助檢查之一，在釆用T1加權(quán)和T2加權(quán)成像上，早期 在6h后就可出現(xiàn)異常，表現(xiàn)為長(zhǎng)T1和長(zhǎng)T2信號(hào)，Tl為低信號(hào)，T2為高 信號(hào)。更為早期的診斷方法為彌散加權(quán)像(DWI)和灌注成像(PWI)，可 以自癥狀出現(xiàn)數(shù)分鐘出現(xiàn)異常，最多在發(fā)病后lh左右即可出現(xiàn)。
功負(fù)fe磁共振成像技術(shù)(fMRI, functional Magnetic Resonance Imaging) 已成為探究腦功能的重要手段，基于血氧水平依賴度(BOLD, BloodOxygenation Level Dependent)的腦皮層功能成^f象和基于擴(kuò)散張量成像 (DTI， Diffusion Tensor Imaging )的腦白質(zhì)功能成像是目前常用的功能磁 共振成像技術(shù)。功能磁共振成像具有以下優(yōu)點(diǎn)1、無(wú)損傷，不需要注射放 射性同位素；2、有較好的空間分辨率和時(shí)間分辨率；3、可同時(shí)便捷地獲 得全腦三維解剖和功能圖像；4、所需掃描時(shí)間較短；5、易于受試者接受。 綜上，功能磁共振成像具有無(wú)損傷、易行、可重復(fù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此，為 改善神經(jīng)外科術(shù)中對(duì)正常神經(jīng)功能的保護(hù)，有必要將腦功能成像信息納入 神經(jīng)導(dǎo)航中。
但是，現(xiàn)有技術(shù)的神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)沒(méi)有采用功能磁共振成像技術(shù)，因此 需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何將功能磁共振成像技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于 神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種獲取神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)影像學(xué)資料的方法，其包括以下步驟Al、釆 用功能磁共振掃描成像方式，獲取掃描圖像；所述功能^ 茲共振掃描成像方 式包括血氧水平依賴度(BOLD )掃描腦皮層功能成像和擴(kuò)散張量成像(DTI) 掃描腦白質(zhì)功能成像；其中所述DTI采用至少6個(gè)預(yù)設(shè)置的梯度加權(quán)方向 進(jìn)行掃描；所述掃描圖像包括定位圖像、序列圖像和三維全腦圖像；A2、 傳輸所述掃描圖像，根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊標(biāo)準(zhǔn)(DICOM)進(jìn)行傳輸、分 類并轉(zhuǎn)化；A3、依照分類，將神經(jīng)導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu)像分別與轉(zhuǎn)化后的所述掃 描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合；所述配準(zhǔn)融合包括BOLD激活圖的配準(zhǔn)映射和DTI 圖的融合；所述BOLD激活圖的配準(zhǔn)映射包括以下步驟采用BOLD偽彩 激活圖映射神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的Tl結(jié)構(gòu)像，根據(jù)偽彩色紅色通道信息進(jìn)行配準(zhǔn)， 將功能激活圖像映射到三維圖像空間；所述DTI圖的融合包括以下步驟用最小二乘法取得各個(gè)梯度加權(quán)方向的擴(kuò)散張量參數(shù)的最優(yōu)解，獲得擴(kuò)散
方向特征值偽彩圖像及分布各向異性(FA)圖像，采用預(yù)設(shè)置的線性融合 方式與神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的Tl結(jié)構(gòu)像進(jìn)行融合，并在融合后的FA圖像上標(biāo)記 興趣區(qū)進(jìn)行纖維束示蹤。
所述的方法，其中，所述BOLD激活圖的配準(zhǔn)具體包括以下步驟根 據(jù)第一層圖像的位置和圖像層間距計(jì)算全部圖像位置，采用軟件處理生成 激活圖，提取預(yù)設(shè)置概率p值的激活圖數(shù)據(jù)，將其對(duì)應(yīng)到三維全腦掃描圖 像空間，依據(jù)三維圖像x、 y、 z體素物理尺寸中的最小值，將功能激活圖 像映射到三維圖像空間。
所述的方法，其中，所述纖維束示蹤，采用流水線方法進(jìn)行，具體包 括以下步驟Bl、預(yù)設(shè)置感興趣區(qū)域，計(jì)算體素的實(shí)蓋物理空間，并 且預(yù)設(shè)置各向異性系數(shù)閾值和兩主特征向量之間夾角閾值；B2、采用雙端 隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從種子點(diǎn)出發(fā)，沿最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量正方向追蹤， 根據(jù)該體素的維諾(Voronoi)分區(qū)，計(jì)算沿最大特征向量移動(dòng)的距離；B3、 判斷FA值和主特征向量間夾角是否分別超過(guò)預(yù)設(shè)置的閾值，是則執(zhí)行B4， 否則執(zhí)行B7; B4、在x、 y、 z方向上，判斷某一長(zhǎng)度是否大于一個(gè)體素的 尺寸的一半，是則執(zhí)行B5，否則執(zhí)行B6; B5、通過(guò)梁友棟線段裁剪法進(jìn) 行裁剪，使得線段終點(diǎn)落在鄰域體素內(nèi)部或邊界上，并在當(dāng)前點(diǎn)位置索引 加1;執(zhí)行B3; B6、在當(dāng)前點(diǎn)物理位置增加偏移量，把當(dāng)前點(diǎn)物理坐標(biāo)及 其方向加入隊(duì)列；B7、得到最終跟蹤結(jié)果，作為進(jìn)行纖維束示蹤的興趣區(qū)。
所述的方法，其中，步驟B1中，預(yù)設(shè)置所述夾角閾值為30度。
所述的方法，其中，步驟B1中，預(yù)設(shè)置所述各向異性系數(shù)閾值為0.1 至0.8。
所述的方法，其中，步驟B1中，預(yù)設(shè)置所述各向異性系數(shù)閾值為0.2。 所述的方法，其中，步驟A1中，對(duì)語(yǔ)言區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)采用以下方式，獲 取掃描圖像聽(tīng)覺(jué)的漢語(yǔ)同音節(jié)判斷和韻母判斷，包括漢語(yǔ)口語(yǔ)的音節(jié)聽(tīng)知覺(jué)、聲音-語(yǔ)音轉(zhuǎn)換、構(gòu)音、內(nèi)在言語(yǔ)、選擇性注意與比較、匹配判斷、
指令的理解記憶、手部動(dòng)作功能；視覺(jué)圖像的語(yǔ)義分類判斷，包括視知覺(jué) 和物品辨認(rèn)、命名、語(yǔ)義分類、匹配判斷、指令的理解記憶、手部動(dòng)作功 能；漢字默讀，包括漢語(yǔ)字詞閱讀的視知覺(jué)、字形-語(yǔ)音轉(zhuǎn)換、內(nèi)在言語(yǔ) 等功能。
所述的方法，其中，步驟A1中，所述DTI采用12個(gè)預(yù)設(shè)置的梯度加 權(quán)方向進(jìn)4于掃描。
所述的方法，其中，步驟A3中，還將神經(jīng)導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu)像分別與轉(zhuǎn)化 后的擴(kuò)散加權(quán)圖像和計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合。
所述的方法，其中，步驟A3中，所述配準(zhǔn)采用多分辨率最大互信息法 進(jìn)行，具體包括以下步驟Cl、將三維高分辨率圖像作為參考圖像，以BOLD 圖像或DTI圖像作為浮動(dòng)圖像；C2、以浮動(dòng)圖像的條件熵作為配準(zhǔn)的測(cè)度， 計(jì)算互信息；以互信息最大值判斷參考圖像與浮動(dòng)圖像是否對(duì)齊；C3、是， 則由變換的雅克比矩陣得到變換參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)優(yōu)化，通過(guò)使用優(yōu)化 算子使得相似度函數(shù)達(dá)到最小值或最大值，使用梯度下降法和遺傳算法進(jìn) 行優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的梯度，沿負(fù)梯度方向進(jìn)行迭代，求最優(yōu) 解，完成配準(zhǔn)。
采用上述方案，本發(fā)明通過(guò)將神經(jīng)功能影像，包括BOLD激活圖和DTI 圖像，在神經(jīng)導(dǎo)航中進(jìn)行配準(zhǔn)融合，并進(jìn)行腦白質(zhì)纖維束示蹤，作為神經(jīng) 導(dǎo)航系統(tǒng)的影像學(xué)資料，從而為術(shù)前制定手術(shù)計(jì)劃、術(shù)中保護(hù)正常腦功能 提供了有力工具，并為腦功能研究提供了平臺(tái)。


圖1為Tl -CT融合示意圖； 圖2為T1-T2融合示意圖； 圖3為Tl - FLAIR融合示意8圖4為Tl - PWI融合示意圖5為T1-CBF融合示意圖6為Tl - CBV融合示意圖7為Tl -MTT融合示意圖8為Tl - TTP融合示意圖9為T1-FA圖融合示意圖10為Tl - FA—color圖融合示意圖11為Tl -BOLD激活圖融合示意圖12為Tl -DWI融合示意圖13為BOLD激活圖與白質(zhì)纖維束示蹤的神經(jīng)導(dǎo)航工作界面局部示意
圖14為CBV融合圖的導(dǎo)航界面示意圖15為CBF融合圖的導(dǎo)航工作界面局部示意圖16為FLAIR融合圖的導(dǎo)航工作界面局部示意圖17為本發(fā)明方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明目的是將多模態(tài)、功能神經(jīng)影像融合入神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)，因此本 發(fā)明提供了 一種采用功能磁共振成像方式，獲取神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)影像學(xué)資料 的方法，如圖17所示，其包括以下步驟Al、采用功能^f茲共振掃描成像方 式，獲取掃描圖像；A2、傳輸所述掃描圖像，根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊標(biāo)準(zhǔn) (DICOM)進(jìn)行傳輸、分類并轉(zhuǎn)化；A3、依照分類，將神經(jīng)導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu) 像分別與轉(zhuǎn)化后的所述掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合。步驟A3中，還可以將神經(jīng) 導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu)像分別與轉(zhuǎn)化后的擴(kuò)散加權(quán)圖像和計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像進(jìn)行 配準(zhǔn)融合。
步驟A3中，所述配準(zhǔn)可以采用多分辨率最大互信息法進(jìn)行，具體包括
9以下步驟Cl、將三維高分辨率圖像作為參考圖像，以BOLD圖像或DTI 圖像作為浮動(dòng)圖像；C2、以浮動(dòng)圖像的條件熵作為配準(zhǔn)的測(cè)度，計(jì)算互信 息；以互信息最大值判斷參考圖像與浮動(dòng)圖像是否對(duì)齊；C3、是，則由變 換的雅克比矩陣得到變換參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)優(yōu)化，通過(guò)使用優(yōu)化算子使 得相似度函數(shù)達(dá)到最小值或最大值，使用梯度下降法和遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化， 通過(guò)優(yōu)化計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的梯度，沿負(fù)梯度方向進(jìn)行迭代，求最優(yōu)解，完成 配準(zhǔn)。
具體地說(shuō)，所述功能磁共振掃描成像方式至少包括血氧水平依賴度 (BOLD)掃描腦皮層功能成像和擴(kuò)散張量成《象(DTI)掃描腦白質(zhì)功能成 像；其中所述DTI采用至少6個(gè)預(yù)設(shè)置的梯度加權(quán)方向進(jìn)行掃描，例如， 所述DTI采用6個(gè)、8個(gè)、IO個(gè)或12個(gè)預(yù)設(shè)置的梯度加權(quán)方向進(jìn)行掃描； 所述掃描圖像一般包括定位圖像、序列圖像和三維全腦圖像；所述配準(zhǔn)融 合包括BOLD激活圖的配準(zhǔn)映射和DTI圖的融合。
例如， 一個(gè)技術(shù)方案說(shuō)明如下首先醫(yī)生讓病人平躺在磁共振掃描床 上，病人進(jìn)行功能磁共振掃描，獲取定位像，功能磁共振掃描序列圖像和 三維高分辨率全腦掃描圖像，利用醫(yī)院PACS (Picture Arching and Communication System,醫(yī)學(xué)影像儲(chǔ)存與傳輸)系統(tǒng)進(jìn)行圖像傳輸，對(duì) DICOM ( Digital Imaging and Communications in Medicine ， 醫(yī)學(xué)H字圖寸象通 訊標(biāo)準(zhǔn))圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)化、分類后，將磁共振導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu)像與擴(kuò)散加權(quán)圖 像(PWI, Perfusion Weighted Imaging )、 BOLD激活圖、計(jì)算機(jī)斷層掃描圖 像(CT， Computed Tomography)等圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合。
所述BOLD激活圖的配準(zhǔn)映射包括以下步驟采用BOLD偽彩激活圖 映射神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的T1結(jié)構(gòu)像，根據(jù)偽彩色紅色通道信息進(jìn)行配準(zhǔn)，將功 能激活圖像映射到三維圖像空間。例如，所述BOLD激活圖的配準(zhǔn)包括以 下步驟根據(jù)第一層圖像的位置和圖像層間距計(jì)算全部圖像位置，釆用軟 件處理生成激活圖，提取預(yù)設(shè)置概率p值的激活圖數(shù)據(jù)，將其對(duì)應(yīng)到三維全腦掃描圖像空間，依據(jù)三維圖像x、 y、 z體素物理尺寸中的最小值，將 功能激活圖像映射到三維圖像空間。
所述DTI圖的融合包括以下步驟用最小二乘法取得各個(gè)梯度加權(quán)方 向的擴(kuò)散張量參數(shù)的最優(yōu)解，獲得擴(kuò)散方向特征值偽彩圖像及分布各向異 性(FA)圖像，采用預(yù)設(shè)置的線性融合方式與神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的Tl結(jié)構(gòu)像進(jìn) 行融合，并在融合后的FA圖像上標(biāo)記興趣區(qū)進(jìn)行纖維束示蹤。
其中，所述纖維束示蹤，釆用流水線方法進(jìn)行，具體包括以下步驟
Bl、預(yù)設(shè)置感興趣區(qū)域，計(jì)算體素的實(shí)際覆蓋物理空間，并且預(yù)設(shè)置 各向異性系數(shù)閾值和兩主特征向量之間夾角閾值。 一般地，可以預(yù)設(shè)置所 述夾角閾值為30度?？梢灶A(yù)設(shè)置所述各向異性系數(shù)閾值為0.1至0.8，例如， 預(yù)設(shè)置所述各向異性系數(shù)閾值為0.2。
B2、采用雙端隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從種子點(diǎn)出發(fā)，沿最大特征值對(duì)應(yīng)的特 征向量正方向追蹤，才艮據(jù)該體素的維諾(Voronoi)分區(qū)，計(jì)算沿最大特征 向量移動(dòng)的距離；
B3、判斷FA值和主特征向量間夾角是否分別超過(guò)預(yù)設(shè)置的閾值，是則 執(zhí)行B4，否則執(zhí)4亍B7;
B4、在x、 y、 z方向上，判斷某一長(zhǎng)度是否大于一個(gè)體素的尺寸的一 半，是則執(zhí)行B5，否則執(zhí)行B6;
B5、通過(guò)梁友棟線段裁剪法進(jìn)行裁剪，使得線段終點(diǎn)落在鄰域體素內(nèi) 部或邊界上，并在當(dāng)前點(diǎn)位置索引加l;執(zhí)行B3;
B6、在當(dāng)前點(diǎn)物理位置增加偏移量，把當(dāng)前點(diǎn)物理坐標(biāo)及其方向加入 隊(duì)列；
B7、得到最終跟蹤結(jié)果，作為進(jìn)行纖維束示蹤的興趣區(qū)。 在功能磁共振輔助神經(jīng)外科手術(shù)的應(yīng)用中，語(yǔ)言區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)的檢測(cè)是 非常重要的。要檢測(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)，讓病人做手指扣擊運(yùn)動(dòng)即可。而語(yǔ)言區(qū)的檢 測(cè)則比較復(fù)雜。例如，在步驟A1中，對(duì)語(yǔ)言區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)可以釆用以下方式作為實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)，以獲取掃描圖像
聽(tīng)覺(jué)的漢語(yǔ)同音節(jié)判斷和韻母判斷，包括漢語(yǔ)口語(yǔ)的音節(jié)聽(tīng)知覺(jué)、聲 音-語(yǔ)音轉(zhuǎn)換、構(gòu)音、內(nèi)在言語(yǔ)、選擇性注意與比較、匹配判斷、指令的 理解記憶、手部動(dòng)作功能；
視覺(jué)圖像的語(yǔ)義分類(是否動(dòng)、植物)判斷，包括4見(jiàn)知覺(jué)和物品辨認(rèn)、 命名、語(yǔ)義分類、匹配判斷、指令的理解記憶、手部動(dòng)作功能；
漢字默讀，包括漢語(yǔ)字詞閱讀的視知覺(jué)、字形-語(yǔ)音轉(zhuǎn)換、內(nèi)在言語(yǔ) 等功能。
獲取圖像后，由于導(dǎo)航采用高分辨率三維全腦掃描圖像，而功能磁共 振圖像分辨率較低，而且可能掃描時(shí)有頭動(dòng)，所以要進(jìn)行配準(zhǔn)。因?yàn)槭峭?一病人，所以要進(jìn)行剛體變換，即同一病人的頭動(dòng)只有旋轉(zhuǎn)和平移。
圖像的剛體轉(zhuǎn)換說(shuō)明如下
采用(a,A"表示旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)尸0c，y,z)通過(guò)平移(X，^0變換到點(diǎn)尸'o',/, ), 用矩陣表示如下
—100《-
y'=漢=010少
001z
10001_1
歐拉角是將角位移分解為繞三個(gè)坐標(biāo)軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角組成的序列。3D 旋轉(zhuǎn)可以是繞任意軸的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)(《,/ ,"。因?yàn)闅W拉角表示三維旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì) 出現(xiàn)"萬(wàn)向鎖"問(wèn)題，而且歐拉角表示不惟一，所以配準(zhǔn)時(shí)采用四元數(shù)來(lái) 表示旋轉(zhuǎn)。歐拉角和四元數(shù)可以相互轉(zhuǎn)化，這樣計(jì)算配準(zhǔn)時(shí)采用嚴(yán)格的四 元數(shù)表示，得到的配準(zhǔn)結(jié)果可以用直觀的歐拉角來(lái)理解。
四元數(shù)一般定義如下q=xi+yj+zk+w;其中w是實(shí)數(shù)，x、 y、 z是虛數(shù)， 其中i*i=-l, j*j=-l, k*k--l;
也可以表示為q=[v，w],即四元數(shù)是一個(gè)有序?qū)?，由一個(gè)標(biāo)量部分和 一個(gè)向量部分組成9 = (v，w)
12設(shè)v-(fl，6，c)，則四元數(shù)與旋轉(zhuǎn)矩陣的關(guān)系是
1一26 -2c 2a6-2wc 2ac + 2w6 2a6 + 2wc1 — 2flf2 — 2c226c — 2wa
通過(guò)下列公式可以把四元數(shù)轉(zhuǎn)化為歐拉角 / = a sin(—2yz — 2w;c)
& — jatan2 (2:cz - 2vty, 1 — 2x2 — 2_y2),cos_p # 0 latan2(-2xz-2vt^，l-2/—2z2)， 其他
b—Jatan2(2xy-2wz, l_2x2-2z2),cos/ -0
=io， 其他
下面說(shuō)明圖像配準(zhǔn)融合的計(jì)算，圖像融合的前提是精確的圖像配準(zhǔn)。 圖像配準(zhǔn)是尋找空間變換，使一幅圖像上的點(diǎn)與另 一幅圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)達(dá) 到空間上一致的過(guò)程。如果兩幅圖像在空間上一致，那么兩幅圖像的信息 可以被融合在一起，從而充分利用了兩幅圖像各自的特有信息。
采用兩種配準(zhǔn)方法，第一種是利用DICOM圖像信息進(jìn)行配準(zhǔn)，僅適合 于少數(shù)單次完成掃描，且病人頭部在掃描全程中始終保持不動(dòng)的情況，不 同序列圖像之間則可以通過(guò)DICOM圖像中的位置信息和層面掃描方向信 息確定，對(duì)同一序列的結(jié)構(gòu)像與參數(shù)圖之間的配準(zhǔn)也采用此方法；該方法 不需要進(jìn)行優(yōu)化。
第二種配準(zhǔn)方法為多分辨率最大互信息法，該方法是目前常用的配準(zhǔn) 方法。將三維掃描高分辨率圖像為參考圖像，以功能磁共振圖像或擴(kuò)散張 量圖像為測(cè)試圖像。確定參考圖像后，以測(cè)試圖像的條件熵作為配準(zhǔn)的測(cè) 度；其中，互信息(Mutual Information, MI)是測(cè)量一隨機(jī)變量與另一隨 機(jī)變量之間的相對(duì)信息量。
隨機(jī)變量A的熵為//(^) = -J>x(a)logA(a);隨機(jī)變量B的熵為//(S) = ;>s (6) log & (6);
A與B的聯(lián)合熵為//(^，5) = -^>^(^，6)108/^(",6);
如果A和B獨(dú)立，則/^s("，6) = ;^(fl)/^(6),并且有/f(4S) = /f(力+ Z/(B); 如果隨才幾變量A和B不獨(dú)立，則//04，巧<"04) + ^(5)， 等式兩端的差異即為互信息5) ， B) = i/( j) + - //(J， 5)。 然后以互信息最大判斷參考圖像與測(cè)試圖像是否對(duì)齊。 由變換的雅克比矩陣得到變換參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)優(yōu)化，通過(guò)使用優(yōu) 化算子使得相似度函數(shù)達(dá)到最小、或最大值。使用梯度下降法和遺傳算法 進(jìn)行優(yōu)化，以保證優(yōu)化的魯棒性，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的梯度，沿負(fù)梯 度方向進(jìn)行迭代，求最優(yōu)解，完成配準(zhǔn)。由神經(jīng)外科醫(yī)生對(duì)融合圖像進(jìn)行 主，見(jiàn)評(píng)^介。
下面繼續(xù)說(shuō)明BOLD激活圖的配準(zhǔn)方式。由磁共振成像系統(tǒng)自帶BOLD 處理軟件生成的偽彩激活圖映射T1結(jié)構(gòu)像，僅利用偽彩色紅色通道信息即 可進(jìn)行配準(zhǔn)。若病人在兩次掃描的時(shí)間內(nèi)頭部未移動(dòng)，則可以根據(jù)掃描的 位置信息進(jìn)行快速對(duì)齊。DICOM圖像中包含了掃描的位置信息，例如Tag (0020,0032)表示該層圖像的原點(diǎn)所在物理空間中的三維坐標(biāo)。根據(jù)第一 層圖像的位置和圖像層間距計(jì)算全部圖像位置。需要由統(tǒng)計(jì)軟件處理的實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)，在應(yīng)用統(tǒng)計(jì)參it圖軟件(Statistical Parametric Mapping, SPM)或 功能神經(jīng)圖像分析軟件(Analysis of Functional Neurolmage， AFNI)處理生 成激活圖后，提取特定p值的激活圖數(shù)據(jù)，將其對(duì)應(yīng)到3D全腦掃描圖像空 間，控制3D圖像X、 Y、 Z體素物理尺寸中最小值，將功能激活圖像映射 到3D圖像空間，變換后的功能激活圖像的像素尺寸與3D圖像像素尺寸一 致。
下面對(duì)DTI圖像數(shù)據(jù)處理與融合進(jìn)一步說(shuō)明。功能》茲共振成像技術(shù)主要研究大腦皮層即灰質(zhì)的屬性?；屹|(zhì)通過(guò)白質(zhì)中的纖維束來(lái)連接。如果能 夠得到連接腦功能區(qū)之間的白質(zhì)纖維束信息，將會(huì)對(duì)腦的高級(jí)功能活動(dòng)認(rèn) 識(shí)得更加清楚。在神經(jīng)外科手術(shù)時(shí)，不破壞連接重要功能區(qū)的白質(zhì)纖維束 才能保證術(shù)后功能區(qū)的正常功能，因此精確定位與直觀顯示聯(lián)系功能區(qū)的白 質(zhì)纖維束對(duì)于保證病人的術(shù)后康復(fù)是非常重要的。
擴(kuò)散張量成像是通過(guò)水分子的運(yùn)動(dòng)各向異性參數(shù)來(lái)確定白質(zhì)的性質(zhì)的 一種成像方式。水分子在不同組織中的擴(kuò)散速度和方向是不同的。在各向 同性的組織中，如灰質(zhì)和腦脊液，水分子在各個(gè)方向上的擴(kuò)散是相同的，
稱為各向同性擴(kuò)散；而在各向異性的組織中，如白質(zhì)，由于細(xì)胞膜和髓鞘 的影響，水分子在沿著纖維束的方向上擴(kuò)散速度更快，并且受到纖維束垂 直方向上的限制，是各向異性擴(kuò)散。自從1996年以來(lái)，擴(kuò)散張量成像已經(jīng) 得到了廣泛研究與臨床應(yīng)用。把擴(kuò)散張量成像得到的白質(zhì)纖維束融合到解 剖圖像空間，可以看到腫瘤與白質(zhì)纖維束的空間關(guān)系。 二階張量D可以表示為
「"

由于D是實(shí)對(duì)稱矩陣，對(duì)角線元素相同，因此一共需要6個(gè)參數(shù)來(lái)表 示擴(kuò)散張量。
磁共振信號(hào)通常受水分子擴(kuò)散的影響而減小。在擴(kuò)散張量成像中，通 過(guò)在一個(gè)方向施加梯度場(chǎng)以增強(qiáng)信號(hào)差異對(duì)比度。假設(shè)S。表示在沒(méi)有施加 擴(kuò)散加權(quán)梯度時(shí)的信號(hào)，而S表示施加擴(kuò)散加權(quán)梯度時(shí)的信號(hào)，梯度方向?yàn)?g = (g,,g,,gzf ， Stejskal-Tanner方程可以表示兩個(gè)信號(hào)之間的關(guān)系為 In S = In S0 - (A - 5 / 3)grDg 。
采用y表示氫rf的磁旋率，5表示擴(kuò)散加權(quán)梯度脈沖的持續(xù)時(shí)間，A表 示兩個(gè)梯度脈沖中間的間隔時(shí)間。其中6 = (A-5/3)稱為L(zhǎng)eBihan 6因子，
15所以方程可以改寫為InS = InS。 - 。
因?yàn)閿U(kuò)散張量包含6個(gè)未知參數(shù)，所以需要至少6個(gè)方程才能求解
lnS3 = kiS0-&gDg3 'lnS4=lnS0-6g〖￡)g4 lnS5 = ln5;-6g5rDg5
在臨床實(shí)際掃描時(shí)，為了得到信噪比更好的圖像，往往采用多于6個(gè) 梯度加權(quán)方向掃描，這時(shí)方程數(shù)目多于6個(gè)，可采用最小二乘計(jì)算最優(yōu)解。 由于二階張量可以用矩陣來(lái)表示，可以分解出特征值和特征向量
_Dx = Ax, X # 0 。
根據(jù)特征值的形式擴(kuò)散可以分為3類
1. 線性擴(kuò)散;i^4a^3:擴(kuò)散主要沿最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量方 向上擴(kuò)散。
2. 平面擴(kuò)散A^;i^ A:擴(kuò)散限制在一個(gè)平面上進(jìn)行。
3. 圓球擴(kuò)散;i^;i^;i3:擴(kuò)散在各個(gè)方向上速度接近相同，所以是各 向同性擴(kuò)散。
4對(duì)應(yīng)的特征向量為(^, ,ej ,采用偽彩色表示擴(kuò)散方向。
紅色通道顏色/^-arctan(
綠色通道顏色；carctan(^1)，
廣、
藍(lán)色通道顏色/6^ =arctan一般定義分布各向異性FA ( Fractional Anisotropy)系數(shù)來(lái)表示水分子 沿各個(gè)方向擴(kuò)散的不同
1擴(kuò)散張量成像需要至少6個(gè)梯度加權(quán)方向。 一般》茲共振掃描系統(tǒng)均配 有6個(gè)梯度加權(quán)方向和多于6個(gè)梯度加權(quán)方向的掃描序列。如西門子》茲共 振掃描系統(tǒng)配有6個(gè)梯度方向和12個(gè)梯度方向的掃描序列。
例如，6梯度方向如下:(1.0， 0.0， 1.0)、 (-1,0， 0.0， 1.0)、 ( 0.0， 1.0， 1.0 )、 (0.0， 1.0, -1.0 )、 ( 1.0, 1.0, 0.0 )和(-1.0, 1.0， 0.0 )。
例如，12梯度方向如下(1.0, 0.0， 0.5 )、 ( 0.0, 0.5, 1.0 )、 ( 0.5, 1.0, 0.0 )、 (1.0， 0.5, 0.0)、 (0.0, 1.0, 0.5)、 (0.5, 0,0， 1.0)、 ( 1.0， 0.0,-0.5 )、 (0.0,-0.5, 1.0)、 (-0.5， 1.0， 0.0)、 ( 1.0，-0.5， 0.0)、 (0.0, 1.0，-0.5)、 (-0.5， 0.0， 1.0 )。
在實(shí)際掃描中，為了獲得信噪比更好的圖像數(shù)據(jù)，通常采用12個(gè)梯度 方向掃描。例如采用Siemens 12個(gè)梯度方向掃描，然后用最小二乘法取得 12個(gè)擴(kuò)散張量參數(shù)的最優(yōu)解。獲得的擴(kuò)散方向特征值偽彩圖像及FA圖像， 以線性融合方式導(dǎo)航T1結(jié)構(gòu)像進(jìn)行融合。線性融合，即兩幅圖像都標(biāo)準(zhǔn)化 到一個(gè)相同的灰度強(qiáng)度區(qū)間，如
,然后通過(guò)^/1+、/2來(lái)表示融合后 圖像的灰度強(qiáng)度，其中0.0^、，、《1.0人+&=1.0。在融合后的FA圖像上標(biāo) 記興趣區(qū)進(jìn)行纖維束示蹤。
可以采用流水線方法進(jìn)行纖維束跟蹤。算法流程如下設(shè)置感興趣區(qū) 域，計(jì)算體素的實(shí)際覆蓋物理空間；設(shè)置各向異性系數(shù)閾值FA-0.2，該FA 值可由用戶設(shè)定，設(shè)置兩主特征向量之間夾角，小于30度，該夾角可由用 戶設(shè)定；釆用雙端隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從種子點(diǎn)出發(fā)，沿最大特征值對(duì)應(yīng)的特 征向量正方向追蹤，根據(jù)該體素的Voronoi分區(qū)，計(jì)算沿最大特征向量移動(dòng) 的距離；在x、 y、 z方向上，如果長(zhǎng)度大于一個(gè)體素的尺寸的一半，則通 過(guò)梁友棟線段裁剪法進(jìn)行裁剪，使得線段終點(diǎn)落在鄰域體素內(nèi)部或邊界上， 并在當(dāng)前點(diǎn)位置索引加l，否則只在當(dāng)前點(diǎn)物理位置增加偏移量，把當(dāng)前點(diǎn) 物理坐標(biāo)及其方向壓入隊(duì)列；重復(fù)上述計(jì)算，如果FA值、主特征向量間夾
17角不滿足條件，則計(jì)算停止，得到最終跟蹤結(jié)果。
綜合地說(shuō)，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展為臨床醫(yī)生提供多種模態(tài)、高分 辨率的結(jié)構(gòu)、功能圖像，這些不同來(lái)源的圖像信息極大的提高了臨床疾病 的診斷、治療水平。腦功能成像在神經(jīng)導(dǎo)航結(jié)構(gòu)像中的融合可增強(qiáng)神經(jīng)外 科術(shù)中對(duì)正常神經(jīng)功能的保護(hù)。同源、非同源醫(yī)學(xué)圖像的相互融合，不但 可以使被融合圖像信息間產(chǎn)生互補(bǔ)，而且還可以產(chǎn)生融合后新信息。將分
功能MRI等反映腦功能和代謝信息低分辨率圖像與空間分辨率較高的結(jié)構(gòu) 圖像進(jìn)行融合，形成包含代謝、功能、結(jié)構(gòu)多種類信息的融合圖像，使不 同模態(tài)的圖像信息實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)充。實(shí)現(xiàn)神經(jīng)導(dǎo)航由結(jié)構(gòu)導(dǎo)航到功能導(dǎo)航的 進(jìn)步。
功能磁共振對(duì)手動(dòng)功能定位中央前回，與神經(jīng)電生理體感誘發(fā)電位 (N20/P25)定位完全符合，與喚醒手術(shù)中皮層直接刺激定位手區(qū)也完全符 合。
融合DTI-FT圖像導(dǎo)航對(duì)不同腫瘤的應(yīng)用價(jià)值不同。顱內(nèi)腫瘤對(duì)神經(jīng)纖 維束的影響分推移和侵蝕兩類，腦外腫瘤與腦內(nèi)腫瘤有顯著不同，腦外肺 瘤多數(shù)與腦組織間存在一蛛網(wǎng)膜層，對(duì)神經(jīng)纖維束的影響是間接的，以推 移為主，但也可因繼發(fā)循環(huán)障礙導(dǎo)致腦白質(zhì)水腫，影響DTI成像及FT神經(jīng) 纖維束示蹤結(jié)果的異常。腦內(nèi)肺瘤可起源于腦白質(zhì)內(nèi)，惡性腦外肺瘤則可 突破蛛網(wǎng)膜侵入腦白質(zhì)，對(duì)腦白質(zhì)神經(jīng)纖維產(chǎn)生直接推移、侵蝕。在部分 膠質(zhì)瘤中可以看到腫瘤范圍內(nèi)，即在結(jié)構(gòu)橡上顯示的腫瘤范圍，存在神經(jīng) 纖維通過(guò)，考慮為腫瘤內(nèi)尚保持結(jié)構(gòu)完整的神經(jīng)束，術(shù)前判斷膠質(zhì)瘤腫瘤 范圍內(nèi)有無(wú)重要神經(jīng)纖維通過(guò)對(duì)選擇治療方案至關(guān)重要。如果腫瘤已對(duì)重 要神經(jīng)纖維造成嚴(yán)重侵蝕，而DTI-FT不能顯示的情況，術(shù)中則不能對(duì)相應(yīng) 神經(jīng)通路進(jìn)行解剖定位，功能圖像融合與導(dǎo)航對(duì)此類病人無(wú)價(jià)值不大。
灌注成像(Perfusion Wighted Imaging, PWI)是針對(duì)組織血流動(dòng)力學(xué)特 征，利用團(tuán)注外源性或內(nèi)緣性造影劑，快速成像技術(shù)，以及成像數(shù)據(jù)計(jì)算模型獲得的、定量的組織微循環(huán)灌注圖像。由灌注原始數(shù)據(jù)獲得每一個(gè)象 素的時(shí)間-密度(或信號(hào))曲線后，計(jì)算不同參數(shù)值，根據(jù)參數(shù)值大小轉(zhuǎn)
換成灰度不同的參數(shù)圖。主要參數(shù)包括腦血容量(Cerebral Blood Volume, CBV),反應(yīng)特定組織內(nèi)血液容積總量，與血管大小和毛細(xì)血管開(kāi)放數(shù)量有 關(guān)；腦血流量(Cerebral Blood Flow, CBF),是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)特定組織的 血液容量，反應(yīng)組織毛細(xì)血管內(nèi)血流量；平均通過(guò)時(shí)間(Mean Transit Time, MTT),是血液通過(guò)特定組織的平均時(shí)間。通常術(shù)中以增強(qiáng)掃描所顯示的腫 瘤強(qiáng)化范圍作為腫瘤邊界，但是增強(qiáng)掃描是以血腦屏障破壞為成像基礎(chǔ)， 不能反應(yīng)膠質(zhì)瘤在腦組織中的侵襲范圍。PWI對(duì)微血管高度敏感，故可以 顯示腫瘤的浸潤(rùn)范圍。對(duì)呈浸潤(rùn)性生長(zhǎng)的III-IV級(jí)星形細(xì)胞瘤，瘤周水腫區(qū) 內(nèi)含有浸潤(rùn)的腫瘤組織，表現(xiàn)為高灌注，這一特點(diǎn)在腦膜瘤和轉(zhuǎn)移性腫瘤 中則沒(méi)有。腫瘤水腫區(qū)內(nèi)的灌注成像高信號(hào)反應(yīng)了腫瘤水腫區(qū)內(nèi)的邊界。 灌注圖像融合在神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)，在術(shù)中利用CBV參數(shù)圖，較易于在廣泛的 腫瘤水腫區(qū)內(nèi)確定腫瘤實(shí)質(zhì)(即存在質(zhì)地差異)的邊界。
一個(gè)例子是，臨床病人術(shù)前兩天進(jìn)行DTI和fMRI檢查，術(shù)前一天進(jìn)行 導(dǎo)航結(jié)構(gòu)像掃描。行神經(jīng)導(dǎo)航下肺瘤切除術(shù)。采用Siemens Sonata磁共振成 像設(shè)備，場(chǎng)強(qiáng)1.5T， DTI序列為12個(gè)梯度方向，掃描參數(shù)TR 5900ms， TE89ms, 34層，層厚3mm, Dist factor 10%，掃描^f見(jiàn)野230mm，像素大小 1.8mm x 1.8 mm x 3mm,信噪比1。以薄層Tl像為導(dǎo)航的基準(zhǔn)圖像，掃描 參數(shù)TR 10ms， TE 3.05ms, 128層，層厚1.5mm， Dist factor 20%， FOV 230mm，體素大小0.9mm x 0.9mm x 1.5mm,信噪比1。手術(shù)前1天，病人 頭皮粘貼標(biāo)記點(diǎn)，進(jìn)行導(dǎo)航結(jié)構(gòu)像T1掃描。將T1、 DTI和含有標(biāo)志區(qū)的 DWI圖像經(jīng)PACS系統(tǒng)傳輸?shù)桨部艫SA-610V神經(jīng)導(dǎo)航工作站，將數(shù)據(jù)格 式轉(zhuǎn)化，計(jì)算各向異性參數(shù)圖像，通過(guò)線性融合方式分別與導(dǎo)航T1結(jié)構(gòu)像 進(jìn)行配準(zhǔn)融合。例如錐體束與肺瘤，在肺瘤與錐體束交界面上選擇標(biāo)志區(qū)， 每個(gè)區(qū)包含9個(gè)體素，記錄標(biāo)志區(qū)FA等參數(shù)，例如獲得包含標(biāo)志區(qū)的橫軸位DWI圖像；然后獲得含有錐體束與腫瘤界面標(biāo)志區(qū)的Tl融合像及FA各 向異性參數(shù)圖像；通過(guò)纖維束跟蹤獲得錐體束圖像。在采用本發(fā)明的神經(jīng) 導(dǎo)航下，均能依據(jù)融合的腫瘤與錐體束交界面標(biāo)志點(diǎn)，確定錐體束在腦白 質(zhì)內(nèi)的走行區(qū)域。
含有標(biāo)記點(diǎn)的導(dǎo)航結(jié)構(gòu)像(Tl )與T2、 FLAIR( Fluid attenuated inversion recovery,液體衰減翻轉(zhuǎn)恢復(fù))、PWI及其參數(shù)圖(CBF/CBV/MTT )、 CT圖 像實(shí)現(xiàn)配準(zhǔn)融合，融合結(jié)果圖形顯示如下圖1顯示T1與CT的融合，圖 2顯示Tl與T2融合，圖3顯示Tl與FLAIR融合，圖4顯示Tl與PWI 融合，圖5顯示Tl與PWI參數(shù)圖CBF融合，圖6顯示Tl與CBV融合， 圖7顯示Tl與MTT融合，圖8顯示Tl與TTP (time to peak,峰值時(shí)間) 融合，圖9顯示Tl與FA的融合，圖10顯示Tl與FA-color融合，圖11 顯示Tl與BOLD激活圖融合。圖12為DWI圖像與結(jié)構(gòu)像融合后在導(dǎo)航系 統(tǒng)中纖維束示蹤結(jié)果，及其與皮層激活圖融合后共同在術(shù)中的應(yīng)用見(jiàn)圖13。 融合圖像在神經(jīng)外科術(shù)中的應(yīng)用，圖14-圖16。
應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以 改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù) 范圍。
權(quán)利要求
1、一種獲取神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)影像學(xué)資料的方法，其包括以下步驟A1、采用功能磁共振掃描成像方式，獲取掃描圖像；所述功能磁共振掃描成像方式包括血氧水平依賴度(BOLD)掃描腦皮層功能成像和擴(kuò)散張量成像(DTI)掃描腦白質(zhì)功能成像；其中所述DTI至少采用6個(gè)預(yù)設(shè)置的梯度加權(quán)方向進(jìn)行掃描；所述掃描圖像包括定位圖像、序列圖像和三維全腦圖像；A2、傳輸所述掃描圖像，根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊標(biāo)準(zhǔn)(DICOM)進(jìn)行傳輸，分類并轉(zhuǎn)化；A3、依照分類，將神經(jīng)導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu)像分別與轉(zhuǎn)化后的所述掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合；所述配準(zhǔn)融合包括BOLD激活圖的配準(zhǔn)映射和DTI圖的融合；所述BOLD激活圖的配準(zhǔn)映射包括以下步驟采用BOLD偽彩激活圖映射神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的T1結(jié)構(gòu)像，根據(jù)偽彩色紅色通道信息進(jìn)行配準(zhǔn)，將功能激活圖像映射到三維圖像空間；所述DTI圖的融合包括以下步驟用最小二乘法取得各個(gè)梯度加權(quán)方向的擴(kuò)散張量參數(shù)的最優(yōu)解，獲得擴(kuò)散方向特征值偽彩圖像及分布各向異性(FA)圖像，采用預(yù)設(shè)置的線性融合方式與神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的T1結(jié)構(gòu)像進(jìn)行融合，并在融合后的FA圖像上標(biāo)記興趣區(qū)進(jìn)行纖維束示蹤。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述BOLD激活圖的 配準(zhǔn)具體包括以下步驟根據(jù)第一層圖像的位置和圖像層間距計(jì)算全部圖 像位置，采用軟件處理生成激活圖，提取預(yù)設(shè)置概率p值的激活圖數(shù)據(jù)， 將其對(duì)應(yīng)到三維全腦掃描圖像空間，依據(jù)三維圖像x、 y、 z體素物理尺寸 中的最小值，將功能激活圖像映射到三維圖像空間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述纖維束示蹤，釆 用流水線方法進(jìn)行，具體包括以下步驟Bl、預(yù)設(shè)置感興趣區(qū)域，計(jì)算體素的實(shí)際覆蓋物理空間，并且預(yù)設(shè) 置各向異性系數(shù)閾值和兩主特征向量之間夾角閾值；B2、采用雙端隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從種子點(diǎn)出發(fā)，沿最大特征值對(duì)應(yīng)的 特征向量正方向追蹤，根據(jù)該體素的維諾(Voronoi)分區(qū)，計(jì)算沿最大 特征向量移動(dòng)的距離；B3、判斷FA值和主特征向量間夾角是否分別超過(guò)預(yù)設(shè)置的閾值， 是則執(zhí)行B4，否則執(zhí)行B7;B4、在x、 y、 z方向上，判斷某一長(zhǎng)度是否大于一個(gè)體素的尺寸的 一半，是則執(zhí)行B5，否則執(zhí)行B6;B5、通過(guò)梁友棟線段裁剪法進(jìn)行裁剪，使得線^:終點(diǎn)落在鄰域體素 內(nèi)部或邊界上，并在當(dāng)前點(diǎn)位置索引加l;執(zhí)行B3;B6、在當(dāng)前點(diǎn)物理位置增加偏移量，把當(dāng)前點(diǎn)物理坐標(biāo)及其方向加 入隊(duì)列；B7、得到最終跟蹤結(jié)果，作為進(jìn)行纖維束示蹤的興趣區(qū)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法, 所述夾角闊值為30度。
5 、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法， 所述各向異性系數(shù)閾值為0.1至0.8。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法, 所述各向異性系數(shù)閾值為0.2。其特征在于，步驟B1中，預(yù)設(shè)置 其特征在于，步驟B1中，預(yù)設(shè)置 其特征在于，步驟B1中，預(yù)設(shè)置
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A1中，對(duì)語(yǔ)言 區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)采用以下方式，獲取掃描圖像聽(tīng)覺(jué)的漢語(yǔ)同音節(jié)判斷和韻母判斷，包括漢語(yǔ)口語(yǔ)的音節(jié)聽(tīng)知覺(jué)、 聲音-語(yǔ)音轉(zhuǎn)換、構(gòu)音、內(nèi)在言語(yǔ)、選擇性注意與比較、匹配判斷、指令的理解記憶、手部動(dòng)作功能；視覺(jué)圖像的語(yǔ)義分類判斷，包括視知覺(jué)和物品辨認(rèn)、命名、語(yǔ)義分 類、匹配判斷、指令的理解記憶、手部動(dòng)作功能；漢字默讀，包括漢語(yǔ)字詞閱讀的視知覺(jué)、字形-語(yǔ)音轉(zhuǎn)換、內(nèi)在言 語(yǔ)等功能。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A1中，所述DTI 采用12個(gè)預(yù)設(shè)置的梯度加權(quán)方向進(jìn)行掃描。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A3中，還將神 經(jīng)導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu)像分別與轉(zhuǎn)化后的擴(kuò)散加權(quán)圖像和計(jì)算機(jī)斷層掃描圖像進(jìn) 行配準(zhǔn)融合。
10、 才艮據(jù)權(quán)利要求1所迷的方法，其特征在于，步驟A3中，所述配 準(zhǔn)采用多分辨率最大互信息法進(jìn)行，具體包括以下步驟Cl、將三維高分辨率圖像作為參考圖像，以BOLD圖像或DTI圖像 作為浮動(dòng)圖像；C2、以浮動(dòng)圖像的條件熵作為配準(zhǔn)的測(cè)度，計(jì)算互信息；以互信息 最大值判斷參考圖像與浮動(dòng)圖像是否對(duì)齊；C3、是，則由變換的雅克比矩陣得到變換參數(shù)的函數(shù)進(jìn)行求導(dǎo)優(yōu)化， 通過(guò)使用優(yōu)化算子使得相似度函數(shù)達(dá)到最小值或最大值，使用梯度下降 法和遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的梯度，沿負(fù)梯度方向 進(jìn)行迭代，求最優(yōu)解，完成配準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種獲取神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)影像學(xué)資料的方法，包括以下步驟采用功能磁共振掃描成像方式，獲取掃描圖像；所述功能磁共振掃描成像方式包括BOLD掃描腦皮層功能成像和DTI掃描腦白質(zhì)功能成像；傳輸所述掃描圖像，根據(jù)DICOM進(jìn)行傳輸，分類并轉(zhuǎn)化；依照分類，將神經(jīng)導(dǎo)航專用結(jié)構(gòu)像分別與轉(zhuǎn)化后的所述掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合；所述配準(zhǔn)融合包括BOLD激活圖的配準(zhǔn)映射和DTI圖的融合。從而將神經(jīng)功能影像在神經(jīng)導(dǎo)航中進(jìn)行配準(zhǔn)融合，并進(jìn)行腦白質(zhì)纖維束示蹤，作為神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的影像學(xué)資料，為術(shù)前制定手術(shù)計(jì)劃、術(shù)中保護(hù)正常腦功能提供了有力工具，并為腦功能研究提供了平臺(tái)。
文檔編號(hào)G06T11/00GK101496723SQ20081006600
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者何黎民, 李修往, 王偉民, 賈富倉(cāng) 申請(qǐng)人:深圳安科高技術(shù)股份有限公司