基于弥散张量成像的脑白质纤维追踪算法研究

发布时间：2020-11-12 12:15

　　 弥散张量成像是在弥散加权成像基础上发展而来的一种新的磁共振成像技术，它主要利用大脑中的水分子弥散信息来成像。基于弥散张量成像的脑白质神经纤维追踪技术是目前可在活体无创地重建纤维的唯一方法。准确、快速的重建人类脑白质内的神经纤维，可以更好的了解一些临床疾病的机制，为脑部手术方案的选择、手术导航等针对性的治疗提供可靠的数据；也为人类认识脑功能、分析脑认知功能、揭示脑神经的传导机制提供可行的方法。本课题的主要任务是利用弥散张量成像获得的水分子弥散信息研究纤维追踪算法。 首先，本文阐述了常用于追踪经过某感兴趣区域纤维的线性延伸方法，并通过分析其存在的问题，提出了基于多分辨率的可变步长纤维追踪算法。由于不同体素各向异性程度的多样性，该算法以体素的各向异性分数为步长，采用三线性插值算法进行体素的张量插值，获得新的延伸点的弥散信息继续追踪。研究结果表明该算法保留了更多的纤维信息，可以追踪出更长的纤维。 其次，本文阐述了常用于追踪特定脑功能区域之间神经纤维的能量最小法，通过分析传统遗传纤维追踪算法易早熟和易陷入局部最优值而导致纤维偏离的缺点，提出了遗传-模拟退火纤维追踪算法。该算法将模拟退火算法作为繁殖算子，运用变异算子、交叉算子生成新的纤维路径。研究结果表明该算法克服了传统算法的缺点，纤维走向更加符合张量场的分布，纤维的平均能量更小。 最后，本文针对线性延伸法的简单快速及能量最小法的全局优化等特点，结合蚂蚁群体行为提出了双向蚁群纤维追踪算法，并应用于纤维追踪。研究结果表明该算法时间效率极高，但是由于蚁群的移动是基于单位体素的，这导致纤维光滑度不好。本文也为后续的神经纤维追踪方法提出建议与改进措施。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2013
【中图分类】：R445.2
【部分图文】：

横向 任何平面 任何平面 横向断面（方向）有限断面（方向）自由全身 全身 <1mm 2mm <1mm 10mm,3m检测肿瘤 胎儿生长、检测肿瘤、心脏病脑肿瘤成像 脑中葡萄图 有造影剂侵袭 无造影剂侵袭 无造影剂侵袭 RI 注射辐射危险 安全 无辐射危险 辐射危险 中可以看出，磁共振成像技术同时具有安全和分辨率高的特点的成像。核磁共振成像技术的出现使脑科学，尤其是脑白质纤场新的革命。磁共振成像作为一种无创伤、无损害的脑成像技脑结构，了解脑功能、分析脑认知机制的有效工具[5]，图 1.1

[24]。用处于磁场中的氢原子核的磁共振现象，原子核与核外电子组成了原子，而原提是中子和质子中至少有一种粒子的数元素是人体中最丰富的元素。质子既可 所示，图中0B 为外加磁场。

图 2.1 质子自旋带正电荷的质子围绕自身轴旋转会形成电流，从而会产生一个磁场。物理上，自旋磁场的大小、方向用核磁矩来描述，核磁矩正比于自旋角动量，比例系数为该原子的旋磁比。不同质子的磁旋比不同。原子核内存在磁场，同时核外电子也存在磁场，核外电子的存在使得物质具有了铁磁性、顺磁性或逆磁性。在电子云薄弱的地方，原子核受外界磁场的影响大，反之在电子云强的地方原子核受的影响小。
【参考文献】

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本文编号：2880736