2008-功能磁共振图像融合方法研究

东南大学

硕士学位论文

功能磁共振图像融合方法研究

姓名：王欢

申请学位级别：硕士

专业：生物医学工程

指导教师：鲍旭东

20080115

东南大学硕士学位论文

而如今，它作为一种常用的医学成像方式和检查手段，已经成为影像医学中不可或缺的一项重要内容。

ＭＲＩ是利用原子核在磁场内共振所产生的信号从而重建成像的一种技术。磁共振是自旋的原子核在磁场中与电磁波相互作用的一种物理现象。原予核由质子和中子组成，质子带有正电荷，自旋将产生一个小磁场，称为磁矩，而中子虽然是中性的，但由于内部电荷不均匀分布，自旋时也会产生磁矩（大约为质子磁矩的２／３）。很多原子核中，质子和中子是成对存在的，磁矩能彼此抵消，对外磁矩很弱。但对于一些原子核，质子和中子总数为奇数时。就存在自旋磁矩，于是就存在磁共振现象。氢原子核１Ｈ只有一个自旋的质子，结构最单纯，又能够提供最强的磁共振信号，目前磁共振成像主要是利用人体内的氢原子核．

磁共振成像利用投影重建图像。成像过程中先把检查层面分成一

定数量的小体积（即体素），用接收器收集信息。数字化后输入计算机

进行重建运算，获得每个体素的信号强度ｐＪ。

磁共振成像是一种安全、快速、准确的ｌ临床诊断方法，通过参数

调配可以针对具体病症、部位选择最佳成像方式。它的成像质量，尤

其是针对人体软组织的成像效果远胜于其他技术。

图１．１是一张典型的解剖磁共振图像。

图ｌ－Ｉ解剖磁共振图像１．２．２功能磁共振图像（ｆＭＲｌ）

功能磁共振成像（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｍａｇｉｎｇ，ｆＭＲＤ是近十余年来发展的一种成像技术，反映人脑在执行某项任务或受到某种刺激时皮质功能区的激活情况，以其无创性在脑的Ｉ临床及基础研究中得以广泛应用。

基于ＢＯＬＤ（ｂｌｏｏｄｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｄｅｐｅｎｄｅｎ０技术的功能磁共振成像，由Ｏｇａｗａ等于１９９０年首先报道［６１。其基本原理是当大脑执行一项任务或受到某种刺激时，某些脑区神经元的活动增强，其邻近静脉血管和毛细血管床的血流量和血流容增加，导致局部氧合血红蛋白含量增加，而这个增加额远大于局部耗氧量的增加，使得氧供应和氧消耗之间失衡，即该区域脱氧血红蛋白含量相对降低。脱氧血红蛋白作为顺磁性物质，有明显的亿・缩短效应。因此，在激活状态下该脑区的Ｔ２・的相对延长，ＭＲ信号强度增加，在脑功能成像时功能活动区的皮质表现为高信号，利用ＥＰＩ快速成像序列就可以将其检测出来１７１。

在ＢＯＬＤ法ｆＭＲＩ成像中，由于功能信号比较弱，所以需要在功能活跃和功能静止时反复多次扫描，然后将功能活跃时的扫描图像序列和功能静止时的扫描图像序列与功能激励曲线进行一定的相关分析，就可以得到功能活跃造成的信号变化，即功能信号。至于功能信号参数的具体重建过程，将在下一章，功能磁共振参数图像重建中进行详细的介绍。

ＥＰＩ成像技术的时间分辨率较高，但问题在于空间分辨率较低。因此，它需要与空间分辨率高的解剖磁共振图像结合起来，才具有临床诊断和研究意义。

２

——一．墨二！堕兰

ＥＰＩ圈像重建后鲍功能参数圉健

’ｌ：：三ｋ．：：：！！：：≥＞绪果显示圈像

解剖硅共振图像

闺１－２日ｘＡ豫Ｌ姻图像

１．３功能磁共振图像显示现状及存在的闯题

目前对于功能磁共振图像显示方面的研究还不是很多，大多数课题只将目光放在了功能区域的定位上面，也就是说・它们的结果图着重于表现功能区在什么位置，因此，通常的作法是将得到的功能图像直接叠加在解剖图像之上Ｅ蚺１”，结果如图１－３所示；

（丑＞英文字形实验结果ｌ司晰觉功能散发结果柳

圈ｌｏ目前常用的功能硅共振田像显示方法

这样的显示方法存在两个坷题。

第一，如图１－２中重建后的功能参数图像所示，每一个像素上都会有一个功能参数的系数。功能区域与非功能区域的差别即在于功能区域中像素的功能参数值较大，而非功能区域中像素的功能参数值较小一且前常用的显示方法是确定一个闲值，大于这个闲值的像素即判定它属于功能区域，

被赋上色彩或显示为高亮，小于这个阈值的像素被认为属于非功稚区。维持其原灰度值不变。因此．

３

东南大学硕士学位论文

第二章功能磁共振参数图像重建

２．１实验图像

本次实验源ｆＭＲＩ数据来Ｉ！ｌｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｉｌ．ｉｏｎ．ｕｃｌ．∞．ｕｌ（，ｓｐＩｌ似ａｔａ，它是利用ＳｉｅｍｅｎｓＭＡＧＮＥＴＯＭ

Ｖｉｓｉｏｎ２Ｔ系统进行听觉功能激发实验获取的实验数据。听觉实验包含静息和激发两种功能状态，静

息期不施加任何刺激，激发期以每分钟６０个双音节英文单词的速度施加听觉刺激。这样的实验共重

复８次，每次实验中，对静息期和激发期分别进行６次采样，每次采样得到６４幅连续的ＢＯＬＤ／ＥＰＩ

横轴位断层图像，扫描矩阵为６４ｘ６４ｘ６４，体素大小为３ｍｍｘ３ｍｍｘ３ｍｍ，单次扫描采样重复时间

ＴＲ＝７ｓ，整个实验持续６分钟。其相应的解剖图像为ｓＭ００２２３００２．ｉｍｇ，体素大小为ｌｍｍｘｌｍｍｘ

３ｍｍ０２１。

窗宽窗位。可见此ＥＰＩ图像噪声较大，如图２－１ｂ所示。

噪声是影响医学图像质量的重要因素之一，影响有效信

息的提取，进而影响图像分析的精度与结果。

在进行功能参数图像重建之前，我们要对这些

ＢＯＬＤ／ＥＰｌ图像进行滤波去噪的预处理。（ａ）ＥＰＩ断层图像（ｂ）断层图像中的噪声

图２．１ＥＰＩ断层图像

２．２数据预处理

去除噪声，提高信噪比是图像处理中的基本任务之一，通常采用低通滤波器滤除噪声。滤波的

主要工作分为两步，一是确定卷积的核，二是利用确定的核对源图像进行卷积，得到结果图像。高

斯滤波是目前应用最广泛的滤波方法之一。本课题中也将采用高斯滤波对图像去噪。

２．２．１高斯卷积核参数选取

相距中心点距离为ｊ的单元，其高斯函数被定义为ｌ”１：

ｇ（Ｊ）；ｅ一』２“２／２ｘ／磊Ｔｍ２（２．１）

当进行三维的高斯卷积时，Ｊ２ｚｘ２＋ｙ２＋ｚ２．（２．１）式中，ｓ２为方差，ｓ为标准差。ｓ的计算方法

６