丘脑腹中间核定位方法、系统、介质、电子设备

本发明涉及生物医学工程的，特别是涉及一种丘脑腹中间核定位方法、系统、介质、电子设备。

背景技术：

1、丘脑腹中间核(ventralis intermedius nucleus，vim)位于丘脑腹侧核团内，紧邻丘脑腹前核和腹后内侧核。它近似呈椭圆形，沿着前后轴线延展，其轴向与大脑半球的长轴平行。vim核接收双侧小脑齿状核与基底节的传入信号，并将这些信息投射到中央至前回。中央前回又发送反馈冲动，控制vim核的电活动。因此vim核被视为皮质下运动整合的关键中枢。由于其在运动调控中的作用，vim核常被作为深部脑刺激(deep brainstimulation，dbs)手术的重要靶点之一，用于治疗药物难治性特发性震颤、帕金森病引起的震颤以及其他各类运动障碍。dbs手术通过在vim核处植入电极，以高频电刺激调节其神经活动，从而改善患者的症状。此外，某些神经退行性疾病(如多系统萎缩等)或遗传性疾病的病理改变可能影响到vim核的功能和结构。通过精确定位vim核，可以对其体积、形态、信号强度等进行定量分析，为疾病早期诊断、病情进展监测以及疗效评估具有宝贵价值。因此，借助医学影像手段实现vim核的精准定位对于实施有效的临床干预、深入理解其神经生理功能、开展精准的疾病诊断与治疗规划，以及推动相关科研进步都具有不可或缺的意义。

2、磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)是一种临床上常用的非侵入式医学成像技术，其具有高分辨率和良好软组织对比度。临床中常规采集的t1加权和t2加权等mri结构影像上不可见vim核团的解剖结构细节，难以将其与附近的其它丘脑核团区分开。因此，通过临床常规mri技术精确定位vim核团位置来确定手术治疗靶点是当前该领域面临的一大难题。人脑组织的磁共振相位对比度可以反映脑内顺磁性铁沉积和逆磁性髓鞘等磁性物质的空间分布情况。通过组织学染色实验发现，vim核团髓鞘化程度较高，其与周围丘脑子核团逆磁性髓鞘含量具有显著差异。定量磁化率图像(quantitativesusceptibility mapping，qsm)技术能够基于磁共振相位图得到全脑的磁化率分布，有效定量总体磁化率源的含量，对vim核精准定位具有重要价值。如图1所示即为t1加权图像和定量磁化率图像中的丘脑腹中间核的位置示意图。然而，受限于临床磁共振毫米级的空间分辨率，具有顺磁性或逆磁性的物质通常共同存在于同一体素内，导致磁共振相位图反映的是顺逆磁性物质产生的影响相互抵消的结果。传统的qsm技术无法区分二者，导致目前定量结果缺乏特异性及可靠性，为vim核的精准定位带来一定的困难。

技术实现思路

1、鉴于以上所述问题，本发明的目的在于提供一种丘脑腹中间核定位方法、系统、介质、电子设备，基于亚体素定量磁化率成像实现丘脑腹中间核的定位，提高了定位效率和定位精度。

2、第一方面，本发明提供一种丘脑腹中间核定位方法，所述方法包括以下步骤：获取脑部的磁共振多回波梯度回波数据和非磁场扰动横向弛豫速率r2图像；基于所述磁共振多回波梯度回波数据生成重建定量磁化率图像；基于所述磁共振多回波梯度回波数据和所述非磁场扰动横向弛豫速率r2图像，获取顺磁磁化率图像和逆磁磁化率图像；将所述重建定量磁化率图像与先验定量磁化率图像进行配准，获取丘脑腹中间核团位置；基于所述丘脑腹中间核团位置，在所述逆磁磁化率图像划分所述丘脑腹中间核轮廓。

3、在第一方面的一种实现方式中，基于所述磁共振多回波梯度回波数据生成重建定量磁化率图像包括以下步骤：

4、基于拉普拉斯算子对所述磁共振多回波梯度回波数据的相位信号进行相位解缠绕；

5、对所述磁共振多回波梯度回波数据中不同回波信号对应的幅值图像进行平方和合并，合并后的幅值图像基于使用fsl的bet函数生成脑掩膜；其中所述平方和合并是指对每个回波信号对应的幅值图像平方后求和；

6、利用vsharp方法对相位解缠绕处理后的相位信号去除背景场；

7、通过star-qsm对去除背景场的相位信号进行偶极子反演，以获取所述重建定量磁化率图像。

8、在第一方面的一种实现方式中，基于所述磁共振多回波梯度回波数据和所述非磁场扰动横向弛豫速率r2图像，获取顺磁磁化率图像和逆磁磁化率图像包括以下步骤：

9、设定第j个回波的梯度回波信号其中m0表示回波时间等于零时的幅值信号，a表示幅值衰减核，φres表示不受回波时间影响的残留相位，γ表示旋磁比，d表示采集方向上的偶极子核，χpara表示顺磁磁化率图像，χdia表示逆磁磁化率图像，b0表示磁感应强度，tej表示第j个梯度回波的回波时间，r2表示非磁场扰动的横向弛豫衰减率，2πfbgtej表示背景场相位信号；

10、基于目标函数求解顺磁磁化率图像和逆磁磁化率图像，所述目标函数为：

11、

12、其中h是头部旋转方向的总数，n是每次扫描的回波总数，表示第h个头部方向扫描的第j个梯度回波时间的解卷绕相位信号，fbg,h表示第h个头部方向扫描的背景场信号，χpara表示顺磁磁化率图像，χdia表示逆磁磁化率图像，表示磁场扰动的横向弛豫衰减率，λ1表示求解公式第一项的正则项权重。

13、在第一方面的一种实现方式中，基于所述丘脑腹中间核团位置，在所述逆磁磁化率图像划分所述丘脑腹中间核轮廓包括以下步骤：

14、基于所述丘脑腹中间核团位置，在所述逆磁磁化率图像中提取包含丘脑腹中间核团的感兴趣区域；

15、基于k-means聚类算法对所述感兴趣区域划分，获取丘脑腹中间核区域和非丘脑腹中间核区域；

16、对所述丘脑腹中间核区域进行形态学滤波后，绘制所述丘脑腹中间核轮廓。

17、第二方面，本发明提供一种丘脑腹中间核定位系统，所述系统包括获取模块、生成模块、计算模块、配准模块和定位模块；

18、所述获取模块用于获取脑部的磁共振多回波梯度回波数据和非磁场扰动横向弛豫速率r2图像；

19、所述生成模块用于基于所述磁共振多回波梯度回波数据生成重建定量磁化率图像；

20、所述计算模块用于基于所述磁共振多回波梯度回波数据和所述非磁场扰动横向弛豫速率r2图像，获取顺磁磁化率图像和逆磁磁化率图像；

21、所述配准模块用于将所述重建定量磁化率图像与先验定量磁化率图像进行配准，获取丘脑腹中间核团位置；

22、所述定位模块用于基于所述丘脑腹中间核团位置，在所述逆磁磁化率图像划分所述丘脑腹中间核轮廓。

23、在第二方面的一种实现方式中，基于所述磁共振多回波梯度回波数据生成重建定量磁化率图像包括以下步骤：

24、基于拉普拉斯算子对所述磁共振多回波梯度回波数据的相位信号进行相位解缠绕；

25、对所述磁共振多回波梯度回波数据中不同回波信号对应的幅值图像进行平方和合并，合并后的幅值图像基于使用fsl的bet函数生成脑掩膜；其中所述平方和合并是指对每个回波信号对应的幅值图像平方后求和；

26、利用vsharp方法对相位解缠绕处理后的相位信号去除背景场；

27、通过star-qsm对去除背景场的相位信号进行偶极子反演，以获取所述重建定量磁化率图像。

28、在第二方面的一种实现方式中，基于所述磁共振多回波梯度回波数据和所述非磁场扰动横向弛豫速率r2图像，获取顺磁磁化率图像和逆磁磁化率图像包括以下步骤：

29、设定第j个回波的梯度回波信号其中m0表示回

30、波时间等于零时的幅值信号，a表示幅值衰减核，φres表示不受回波时间影响的残留相位，γ表示旋磁比，d表示采集方向上的偶极子核，xpara表示顺磁磁化率图像，xdia表示逆磁磁化率图像，b0表示磁感应强度，tej表示第j个梯度回波的回波时间，r2表示非磁场扰动的横向弛豫衰减率，2πfbgtej表示背景场相位信号；

31、基于目标函数求解顺磁磁化率图像和逆磁磁化率图像，所述目标函数为：

32、

33、其中h是头部旋转方向的总数，n是每次扫描的回波总数，表示第h个头部方向扫描的第j个梯度回波时间的解卷绕相位信号，fbg,h表示第h个头部方向扫描的背景场信号，χpara表示顺磁磁化率图像，χdia表示逆磁磁化率图像，表示磁场扰动的横向弛豫衰减率，λ1表示求解公式第一项的正则项权重。

34、在第二方面的一种实现方式中，基于所述丘脑腹中间核团位置，在所述逆磁磁化率图像划分所述丘脑腹中间核轮廓包括以下步骤：

35、基于所述丘脑腹中间核团位置，在所述逆磁磁化率图像中提取包含丘脑腹中间核团的感兴趣区域；

36、基于k-means聚类算法对所述感兴趣区域划分，获取丘脑腹中间核区域和非丘脑腹中间核区域；

37、对所述丘脑腹中间核区域进行形态学滤波后，绘制所述丘脑腹中间核轮廓。

38、第三方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的丘脑腹中间核定位方法。

39、第四方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器及存储器；

40、所述存储器用于存储计算机程序；

41、所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行上述的丘脑腹中间核定位方法。

42、如上所述，本发明的丘脑腹中间核定位方法、系统、介质、电子设备，具有以下有益效果：

43、(1)通过亚体素级别的定量磁化率成像技术，能够实现对vim核团的超精细定位，显著优于常规mri在空间分辨率上的限制，有助于提高手术靶点定位的精确度；

44、(2)通过独立求解顺磁和逆磁磁化率图像，解决了传统qsm技术中顺逆磁性物质混淆导致的定位模糊问题，确保了对vim核团定位的特异性和准确性，有利于更准确地揭示vim核团的微观结构和组织特性；

45、(3)采用自动化流程，大大减少了人为操作和主观判断的影响，提高了定位效率和定位精度，具有重要的临床实践价值。