專利名稱：基于尺度不變的扣帶分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到醫(yī)學(xué)MRI(磁共振圖像)圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于尺度不變的扣帶分析方法。
背景技術(shù)：
對(duì)大腦白質(zhì)屬性的分析一直是醫(yī)學(xué)腦圖像處理中研究的一個(gè)熱點(diǎn)。大腦白質(zhì)連接全腦各個(gè)不同的腦區(qū)，具有纖維束的傳導(dǎo)特性。全腦白質(zhì)可細(xì)分為很多不同的子白質(zhì)纖維束?？蹘谴竽X邊緣系統(tǒng)中最主要的白質(zhì)纖維束之一，起到了連接邊緣系統(tǒng)各個(gè)腦區(qū)的作用。傳統(tǒng)的基于磁共振圖像的腦白質(zhì)的分析主要是集中在對(duì)腦白質(zhì)體積的測(cè)量上，而且這種測(cè)量主要適用于全腦的白質(zhì)分析，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的磁共振成像模式下，不同的白質(zhì)纖維束是不能區(qū)分的。隨著成像技術(shù)的不斷發(fā)展，各種不同的白質(zhì)纖維束也能在新的圖像中區(qū)分開(kāi)了。現(xiàn)有的針對(duì)扣帶的屬性研究主要是通過(guò)手劃感興區(qū)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)(Wang F，Sun ZG，Cui LW，Du XK，HongNand Zhang D(2004)Anterior cingulum abnormalities in male schizophreniawith diffusion tensor imaging.Am J Psychiatry 161573-575.)。這種方法需要專業(yè)人員在磁共振圖像中手動(dòng)的畫(huà)出扣帶區(qū)域。該方法具有一定的主觀性，有可能造成一定的誤差。當(dāng)進(jìn)行成組分析的時(shí)候，工作量非常大，而且也不能保證不同人之間正確的扣帶對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種方法能實(shí)現(xiàn)扣帶整體的屬性分析，但不能實(shí)現(xiàn)扣帶任意子部分的屬性分析。為了解決這些問(wèn)題，我們提出了基于尺度不變的扣帶分析方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有扣帶分析方法的不足，提出一種全新的基于尺度不變的扣帶分析方法，該方法不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)扣帶任意子部分的屬性分析，而且還能找到不同人之間的扣帶子位置的精確對(duì)應(yīng)。
首先讓受試者躺在磁共振設(shè)備中，對(duì)其腦部進(jìn)行磁共振掃描，然后借助于計(jì)算機(jī)設(shè)備，將人腦扣帶重建出來(lái)，最后對(duì)重建出來(lái)的扣帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行弧度參數(shù)化，從而定量的描述扣帶各個(gè)部分的屬性特征。用計(jì)算機(jī)設(shè)備重建出扣帶的三維結(jié)構(gòu)，最后在弧度參數(shù)化的模型下進(jìn)行扣帶各個(gè)部分的屬性研究。用于檢測(cè)左右扣帶差異，正常人群與病人扣帶的差異，病人手術(shù)前后扣帶差異的評(píng)估，以及不同發(fā)育階段扣帶變化的方法。
利用本發(fā)明基于尺度不變的扣帶分析方法，不同人之間的扣帶子位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系能夠在新的極坐標(biāo)下用弧度簡(jiǎn)單找到，即相同弧度的扣帶位置也正好對(duì)應(yīng)。能實(shí)現(xiàn)扣帶任意一段的屬性分析，也能在不同人之間找到相應(yīng)段的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
本發(fā)明可以用于臨床醫(yī)學(xué)中腦疾病的診斷，左右扣帶差異的比較，病人用藥前后扣帶差異的評(píng)估，對(duì)扣帶發(fā)育變化的認(rèn)識(shí)以及對(duì)人腦工作機(jī)理的理解等。
該方法在弧度參數(shù)化的模型下充分考慮了人腦大小的差異，找到了人群分析中扣帶的準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)扣帶任意子部分的分析研究，該方法為扣帶的屬性研究提供了新的途徑。
本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)可以分成五個(gè)步驟受試者磁共振掃描、扣帶結(jié)構(gòu)的重建、弧度參數(shù)化、任意子位置的扣帶屬性計(jì)算以及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。
對(duì)于兩組(雙側(cè)的或者不同人群的)的扣帶任意子部分的屬性比較，可以采用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)(如方差分析)。
本發(fā)明提出一種全新的基于尺度不變的扣帶分析方法，該方法不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)扣帶任意子部分的屬性分析，而且還能找到不同人之間的扣帶子位置的精確對(duì)應(yīng)。本發(fā)明可以用于臨床醫(yī)學(xué)中腦疾病的診斷，左右扣帶差異的比較，病人用藥前后扣帶差異的評(píng)估，對(duì)扣帶發(fā)育變化的認(rèn)識(shí)以及對(duì)人腦工作機(jī)理的理解等。


圖1是本發(fā)明的基于尺度不變的扣帶分析方法的流程圖。
圖2是本發(fā)明重建出來(lái)的扣帶的三維結(jié)構(gòu)圖。
圖3是在新的極坐標(biāo)下對(duì)扣帶進(jìn)行弧度參數(shù)化的示意圖。
圖4是某單個(gè)受試者左右扣帶異向性值(FA)的分布圖。
圖5圖5a和圖5b分別為男性和女性各個(gè)弧度的FA值的均值方差圖。
圖5c為統(tǒng)計(jì)的左右側(cè)主效應(yīng)P值圖。
具體實(shí)施例方式
為更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例作進(jìn)一步描述。
該方法的流程圖如圖1所示。
1)受試者磁共振掃描(S1)受試者按規(guī)定被安置在磁共振儀器上，進(jìn)行磁共振掃描，得到磁共振信號(hào)，掃描區(qū)域要求覆蓋扣帶。
2)扣帶結(jié)構(gòu)的重建(S2)根據(jù)包含扣帶區(qū)域受試者的大腦磁共振圖像，用計(jì)算機(jī)設(shè)備和相應(yīng)的算法將扣帶的三維結(jié)構(gòu)重建出來(lái)，如圖1所示。
3)弧度參數(shù)化(S3)由先驗(yàn)解剖知識(shí)可知，扣帶的白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)近似呈現(xiàn)圓弧狀，并且大致以前聯(lián)合點(diǎn)為圓心。我們以此建立新的極坐標(biāo)系，以大腦前聯(lián)合點(diǎn)為圓心，過(guò)前聯(lián)合點(diǎn)且垂直于前聯(lián)合點(diǎn)與后聯(lián)合點(diǎn)連線的平面作為參考平面，扣帶可以用該極坐標(biāo)下的弧度來(lái)表示，從而完成弧度參數(shù)化的過(guò)程；扣帶的屬性研究利用重建出來(lái)的扣帶三維結(jié)構(gòu)，在弧度參數(shù)化的模型下對(duì)扣帶的各個(gè)子部分進(jìn)行屬性研究。
4)任意子位置的扣帶屬性計(jì)算(S4)在新構(gòu)造的極坐標(biāo)下，扣帶任意子位置都對(duì)應(yīng)于一個(gè)弧度，我們可以建立弧度與子位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而精確計(jì)算出任意子位置的扣帶屬性。
5)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)(S5)對(duì)于雙側(cè)的扣帶或者兩組不同人群的扣帶任意子部分的屬性比較，采用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)。
本發(fā)明重建出來(lái)的扣帶的三維結(jié)構(gòu)如圖2所示。雙側(cè)的扣帶則可以用該極坐標(biāo)下的弧度來(lái)表示，從而完成弧度參數(shù)化的過(guò)程(示意圖2)。
圖3是在新的極坐標(biāo)下對(duì)扣帶進(jìn)行弧度參數(shù)化的示意圖，其中扣帶被標(biāo)記出來(lái)。圖中AC point為前聯(lián)合點(diǎn)，PC point為后聯(lián)合點(diǎn)。針對(duì)每一個(gè)扣帶的子位置，都能找到相應(yīng)的弧度。沿著整個(gè)扣帶進(jìn)行的屬性分析，可以通過(guò)從參考面(SO)開(kāi)始進(jìn)行足夠小的弧度離散采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)(S1，S2，···Sn)。
進(jìn)行成組扣帶分析時(shí)，分別對(duì)每個(gè)受試者建立這樣的極坐標(biāo)系，然后進(jìn)行弧度參數(shù)化。相同弧度對(duì)應(yīng)的扣帶位置也就是解剖上對(duì)應(yīng)的扣帶位置，從而可以進(jìn)行下一步的統(tǒng)計(jì)分析。
實(shí)施例下面以正常人群中雙側(cè)扣帶的異向性(FA)差異的研究為例，說(shuō)明我們發(fā)明的使用方法。我們選取正常被試31人，其中男性20人，女性11人。首先對(duì)每名被試進(jìn)行擴(kuò)散張量成像的磁共振掃描，掃描區(qū)域包含扣帶部分。然后通過(guò)白質(zhì)纖維跟蹤算法重建出每名被試的雙側(cè)扣帶(如圖2)。然后根據(jù)上面部分的描述，分別對(duì)每名受試者建立新的極坐標(biāo)系，將扣帶進(jìn)行弧度參數(shù)化。我們希望沿著整個(gè)扣帶進(jìn)行分析，所以從參考面(S0)開(kāi)始每隔1°進(jìn)行弧度的離散采樣(S1，S2，···Sn)。分別計(jì)算出每個(gè)采樣點(diǎn)弧度的異向性值(FA)。
圖4為某單個(gè)受試者左右扣帶異向性值(FA)的分布圖。對(duì)于每個(gè)采樣點(diǎn)弧度，我們采用重復(fù)測(cè)量方差分析來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，男女性別作為重復(fù)測(cè)量方差分析的組間因素，左右側(cè)作為重復(fù)測(cè)量方差分析的組內(nèi)因素。
圖5a和圖5b分別為男性和女性各個(gè)弧度的FA值的均值方差圖，圖中分別標(biāo)記出了左側(cè)和右側(cè)扣帶的FA均值方差；圖5c為統(tǒng)計(jì)的左右側(cè)主效應(yīng)P值圖。
權(quán)利要求
1.一種基于尺度不變的扣帶分析方法，其特征在于，首先讓受試者在磁共振設(shè)備中完成掃描，然后用計(jì)算機(jī)設(shè)備重建出扣帶的三維結(jié)構(gòu)，最后在弧度參數(shù)化的模型下進(jìn)行扣帶各個(gè)部分的屬性研究。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于尺度不變的扣帶分析方法，其特征在于，用于檢測(cè)左右扣帶差異，正常人群與病人扣帶的差異，病人手術(shù)前后扣帶差異的評(píng)估，以及不同發(fā)育階段扣帶變化的方法。
3.一種基于尺度不變的扣帶分析方法，包括五個(gè)步驟受試者磁共振掃描、扣帶結(jié)構(gòu)的重建、弧度參數(shù)化、任意子位置的扣帶屬性計(jì)算以及統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的基于尺度不變的扣帶分析方法，其具體步驟如下步驟S1，受試者的磁共振掃描受試者按規(guī)定被安置在磁共振儀器上，進(jìn)行磁共振掃描，得到磁共振信號(hào)；步驟S2，扣帶結(jié)構(gòu)的重建根據(jù)包含扣帶區(qū)域受試者腦部磁共振圖像，用計(jì)算機(jī)技術(shù)重建出扣帶的三維結(jié)構(gòu)；步驟S3，弧度參數(shù)化首先構(gòu)建一個(gè)新的極坐標(biāo)系，以大腦前聯(lián)合點(diǎn)為圓心，過(guò)前聯(lián)合點(diǎn)且垂直于前聯(lián)合點(diǎn)與后聯(lián)合點(diǎn)連線的平面作為參考平面，扣帶可以用該極坐標(biāo)下的弧度來(lái)表示，從而完成弧度參數(shù)化的過(guò)程；步驟S4，任意子位置的扣帶屬性計(jì)算在新構(gòu)造的極坐標(biāo)下，扣帶任意子位置都對(duì)應(yīng)于一個(gè)弧度，建立弧度與子位置的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而精確計(jì)算出任意子位置的扣帶屬性；步驟S5，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)對(duì)于雙側(cè)的扣帶或者兩組不同人群的扣帶任意子部分的屬性比較，采用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的基于尺度不變的扣帶分析方法，其特征在于，不同人之間的扣帶子位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系能夠在新的極坐標(biāo)下用弧度簡(jiǎn)單找到，即相同弧度的扣帶位置也正好對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4的基于尺度不變的扣帶分析方法，其特征在于，能實(shí)現(xiàn)扣帶任意一段的屬性分析，也能在不同人之間找到相應(yīng)段的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明涉及到磁共振圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種全新的基于尺度不變的扣帶分析方法，首先讓受試者在磁共振設(shè)備中完成掃描，然后用計(jì)算機(jī)設(shè)備重建出扣帶的三維結(jié)構(gòu)?？梢哉业讲煌四X間扣帶解剖位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)扣帶任意子部分的屬性分析。發(fā)明的技術(shù)方案是首先讓受試者躺在磁共振設(shè)備中，對(duì)其腦部進(jìn)行磁共振掃描，然后借助于計(jì)算機(jī)設(shè)備，將人腦扣帶重建出來(lái)，最后對(duì)重建出來(lái)的扣帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行弧度參數(shù)化，定量的描述扣帶各個(gè)部分的屬性特征。本發(fā)明可以用于臨床醫(yī)學(xué)中腦疾病的診斷，左右扣帶差異的比較，病人用藥前后扣帶差異的評(píng)估，對(duì)扣帶發(fā)育變化的認(rèn)識(shí)以及對(duì)人腦工作機(jī)理的理解等。
文檔編號(hào)A61B5/055GK1689511SQ20041003682
公開(kāi)日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者蔣田仔, 龔高浪, 朱朝喆, 臧玉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所