神經(jīng)導航中磁共振彌散張量圖像處理技術(shù)的研究.pdf

1、神經(jīng)外科手術(shù)導航系統(tǒng)(Image Guided Neurosurgery System，IGNS)整合了醫(yī)學圖像處理技術(shù)、計算機空間定位技術(shù)和生物醫(yī)學工程技術(shù)，在提高手術(shù)可靠性，減少手術(shù)風險等方面發(fā)揮了重要作用。隨著IGNS在臨床中的廣泛應(yīng)用，在導航精度以及導航信息等方面均提出了更高要求。由于磁共振功能成像(Functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)可提供更多的組織功能信息，使得IGNS發(fā)展到

2、了一個新的起點。
　　 磁共振彌散張量成像(Diffusion Tensor Imaging，DTI)作為一種fMRI，它可以清晰地分辨腦灰質(zhì)和白質(zhì)，在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的腦白質(zhì)纖維束追蹤方法(Fiber Tracking or Fiber Tractorgraphy，F(xiàn)T)也是迄今為止臨床中唯一能夠無創(chuàng)地顯示活體腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束的技術(shù)。
　　 神經(jīng)外科手術(shù)過程中如果損傷神經(jīng)傳導束，則可能引起不可逆的偏癱等嚴重并發(fā)癥，因而

3、保護神經(jīng)傳導束尤為重要。由于基于DTI-FT能夠三維(ThreeDimensional，3D)直觀地觀察病變與周圍神經(jīng)纖維的關(guān)系，可給臨床手術(shù)提供直接的幫助，為此DTI圖像在IGNS中的應(yīng)用研究引起了人們廣泛關(guān)注。
　　 目前，DTI圖像應(yīng)用到IGNS中存在著兩個主要問題，第一個問題是DTI圖像的畸變與幾何失真，第二個問題是DTI-FT算法的實現(xiàn)。為了解決上述問題，本文進行了相關(guān)研究：
　　 一、DTI多序列圖像變形糾正

4、DTI由于渦流(Eddy Current，EC)以及組織磁敏感性偽影(MagneticSusceptibility Artifact，MSA)的影響，容易導致圖像發(fā)生幾何畸變?；兊奶攸c一般是在相位編碼方向上變形顯著，而在頻率編碼上則可認為變形不存在。畸變不僅使圖像中的腦組織輪廓發(fā)生了改變，而且也導致了腦內(nèi)神經(jīng)纖維束發(fā)生位移，最終使得基于DTI原始圖像的FT不可避免產(chǎn)生誤差，從而影響導航精度。為此，基于DTI圖像導航時必須進行幾何畸變糾

5、正。
　　 針對DTI圖像的變形糾正，提出了各種不同的方法。因硬件和序列方法均在實際應(yīng)用中存在諸多不便，故我們提出了一種將變形圖像與未變形的基準圖像進行可變形配準的方法。本方法首先從基準圖像和DTI圖像中分割出腦組織；然后采用3D多分辨力B樣條變形配準的方法將DTI圖像中的腦組織與基準圖像中的腦組織配準，得出最佳空間變換關(guān)系；最后利用最佳空間變換對多序列DTI圖像進行糾正。本文提出的方法與經(jīng)典的B樣條方法比較時，試驗結(jié)果證明了提

6、出的雙B樣條變形配準能夠糾正多序列DTI圖像變形，明顯優(yōu)于B樣條方法；具有強魯棒性，能夠滿足臨床手術(shù)計劃的需求。
　　 二、DTI-FT的研究DTI-FT最常用的方法為確定線性和概率追蹤兩種方法。兩者相比，由于確定線性方法能夠提供直觀的臨床信息，所以在臨床中應(yīng)用更為廣泛。確定線性方法中以連續(xù)示蹤纖維分配算法(Fiber Assignment by Continuous Tracking，F(xiàn)ACT)最為多見。FACT方法的優(yōu)點在于

7、計算簡單，方便快捷，可以實時顯示；缺點在于難以顯示交叉的纖維束。
　　 鑒于FACT方法的優(yōu)點，本文初步將FACT方法與IGNS進行融合；后為了解決纖維束的交叉問題，本文提出了改進的FT方法。由于DTI成像分辨率的限制，很多含有交叉纖維束的體素為扁平體素。改進方法在雙張量模型的基礎(chǔ)上，對于扁平體素的張量進行分解，分解后的兩個張量經(jīng)過計算得到的主特征向量表示交叉纖維束方向；追蹤過程中采用了改進的追蹤策略。本方法與FACT與擴展流線