磁共振彌散張量成像去畸變方法

1、磁共振彌散張量成像去畸變方法         11-03-25 13:08:00     作者：姚旭峰，徐小萍    編輯：studa20【摘要】  目的:探討醫(yī)學(xué)圖像處理方法在去除磁共振彌散張量成像圖像幾何變形中的意義。方法:對(duì)原始圖像構(gòu)建出彌散張量成像去畸變流程，通過主觀與客觀評(píng)價(jià)法對(duì)處理的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析。結(jié)果:基于醫(yī)學(xué)圖像處理的去畸變流程可有效提高圖像質(zhì)量，減少變形造成的影響。結(jié)論:對(duì)于依靠調(diào)節(jié)成像參數(shù)難以去除的彌散

2、張量成像偽影，借助醫(yī)學(xué)圖像處理方法則能夠有效的改善。 【關(guān)鍵詞】  彌散張量成像; 偽影; 幾何變形Abstract Objective: To discuss the significance of medical image processing in eliminating the distortion of MR diffusion tensor imaging(DTI). Methods: The pipeline of eliminating distortion was built to optimize the DTI raw images. The results

3、of the pipeline were evaluated and analyzed by the means of subjective and objective method.Results: The pipeline based on the medical image processing can effectively improve the image quality of DTI and the effect of distortion was reduced. Conclusion: For those artifacts of DTI which cant been re

4、moved by adjusting sequence parameters, the method of medical image processing can be implemented.Key words diffusion tensor imaging; artifact; geometric distortion磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是磁共振功能成像的一種，它具有顯示腦內(nèi)神經(jīng)纖維走行及提示腦內(nèi)神經(jīng)結(jié)構(gòu)是否異常的能力，目前在腦部成像中應(yīng)用廣泛，特別是在腦部神經(jīng)評(píng)價(jià)、手術(shù)計(jì)劃設(shè)定等方面顯示了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)1。磁共振彌散張量成像基于人

5、體水分子各向彌散特異性2-3，在彌散加權(quán)成像基礎(chǔ)上，結(jié)合平面回波成像技術(shù)(echo planar imaging, EPI)，輔以自旋回波序列或者梯度回波序列來進(jìn)行成像4?？焖俪上窦夹g(shù)的應(yīng)用，對(duì)梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生了更高的要求，需要快速的梯度切換以及爬升梯度來保證圖像的快速采集。上述成像原理也造成磁共振彌散張量成像圖像易于出現(xiàn)偽影，使得磁共振彌散張量成像的圖像質(zhì)量遠(yuǎn)低于常規(guī)腦部磁共振圖像，限制了其臨床應(yīng)用，故對(duì)磁共振彌散張量成像進(jìn)行去偽影研究具有重要的實(shí)際意義。在原始彌散張量成像易出現(xiàn)的諸多偽影中，尤以幾何變形對(duì)其影響最大。而幾何變形與磁敏感性偽影、靜磁場(chǎng)的均勻性、梯度磁場(chǎng)的穩(wěn)定性均有關(guān)，幾何變形在相

6、位編碼方向上明顯，且在組織磁敏感性差異區(qū)域明顯，對(duì)于腦部DTI成像來說，額葉區(qū)的典型變形呈雙耳樣改變。究其根源都與渦流相關(guān)。曾以硬件上梯度修正5、序列技術(shù)的改進(jìn)6、K空間的修正7等方法對(duì)渦流進(jìn)行抑制，均難以消除。故本研究采用醫(yī)學(xué)圖像處理的方法構(gòu)建彌散張量成像原始圖像去偽影流程，來探討醫(yī)學(xué)圖像處理方法在去畸變中的作用。1 資料與方法1.1 原始數(shù)據(jù)所使用的醫(yī)用磁共振成像儀為GE公司生產(chǎn)的1.5T Signa MR/iTM型以及Signa VH/i 3.0T型，其中1.5T磁共振儀器所采集的數(shù)據(jù)為5例，3.0T磁共振儀所采集的數(shù)據(jù)為5例。DTI序列主要掃描參數(shù)：激勵(lì)次數(shù)1次，TR 7 000 ms

7、，TE 76.8 ms，對(duì)比為T1WI/ T2WI，采樣矩陣128×128，層厚37 mm，信號(hào)平均次數(shù)14次，b值為1 000。SE序列主要掃描參數(shù)：激發(fā)次數(shù)1次，TR 2 075 ms,TE 18 ms,對(duì)比為T1WI,層厚57 mm，信號(hào)平均次數(shù)1次或者2次，采樣矩陣256×256/512×512。1.2 方法2 結(jié) 果2.1 分割結(jié)果T1WI圖像與DTI圖像的分割結(jié)果如圖3所示。圖3ae為T1WI圖像的分割，分別為門限化、腐蝕、區(qū)域增長(zhǎng)(黃色為種子點(diǎn))、膨脹、空隙填充后的結(jié)果。圖3fh為DTI圖像的分割，分別為原始圖像(紅色箭頭指示變形)、區(qū)域增長(zhǎng)、最終分

8、割結(jié)果?？梢娊?jīng)過分割后，得到了腦組織的目標(biāo)圖像，去除了干擾。2.2 配準(zhǔn)結(jié)果T1WI圖像與DTI圖像的配準(zhǔn)結(jié)果如圖4所示。圖4a為分割后的基準(zhǔn)圖像，貫穿全腦的腦正中線用綠色表示。圖4b為DTI最終分割圖像，腦正中線則用紅色表示，它們分別與額、枕葉兩條切線(紅色)相交，可用來估計(jì)基準(zhǔn)圖像與DTI原始圖像相位編碼方向上的長(zhǎng)度。圖4c為配準(zhǔn)后的圖像，藍(lán)色表示糾正后的圖像，可以看出變形糾正后的圖像所表示的解剖結(jié)構(gòu)，如腦溝等，均與解剖結(jié)構(gòu)相近。圖4d為配準(zhǔn)前后的疊加圖像，顯然變形得到了明顯糾正。a. 門限化后的T1WI圖像; b. 腐蝕后的T1WI圖像; c. 區(qū)域增長(zhǎng)后的T1WI圖像; d. 膨脹后的

9、T1WI圖像; e. T1WI最終分割圖像; f. DTI原始圖像; g. 區(qū)域增長(zhǎng)后的DTI圖像; h. DTI最終分割圖像2.3 配準(zhǔn)評(píng)價(jià)分別比較變形糾正前后的圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像(SE序列的T1加權(quán)像)，記錄相位編碼方向上的最大誤差(測(cè)量方法如圖4c所示，單位為mm)，結(jié)果見表1，對(duì)結(jié)果行t檢驗(yàn)，t>t0.05/9,P<0.05,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可見誤差得到了明顯糾正。從3D上觀察,變形糾正后額葉處的腦組織圖像明顯得到改善，與2D結(jié)果相符合，見圖5。表1 糾正前后誤差測(cè)量3 討 論磁共振彌散張量成像的序列特點(diǎn)決定了其圖像的特點(diǎn)，易于出現(xiàn)畸變。磁敏感性偽影對(duì)彌散張量圖像質(zhì)量影響較大，是由于組織間磁敏感性的差異造成，在磁場(chǎng)不均勻及磁場(chǎng)變形時(shí)容易發(fā)生，這樣就導(dǎo)致了梯度磁場(chǎng)的非線性，從而干擾信號(hào)強(qiáng)度，影響空間位置。另一原因?yàn)閬碜詼u電流產(chǎn)生的振蕩磁場(chǎng)，干擾磁場(chǎng)的均勻性,勻場(chǎng)差和有抗磁性物質(zhì)的兩種組織界面易