三维大脑磁共振图像大脑皮层表面最大主方向场弥散方法

摘要

本发明涉及一种三维大脑磁共振图像大脑皮层表面最大主方向场弥散方法，技术特征在于：对三维大脑磁共振图像进行预处理和大脑皮层表面重建，计算大脑皮层表面上顶点的主曲率、主方向以及主曲率的导数；利用alpha-expanon图割方法，最小化一个能量函数对最大主方向场进行弥散；将弥散的最大主方向场投影到切平面内。本发明相的优点：1、该方法在大脑皮层表面上不同区域的平滑项和数据项的权重设为不同，这样可以更好的保持最大主方向场中固有的几何结构和不连续性；2、将最大主方向场弥散看做一个能量最小化问题，并转换为一个离散标记问题，利用alpha-expansion图割方法可以有效求解该能量函数的强局部最优。

主权项

1.一种三维大脑磁共振图像的大脑皮层表面上最大主方向场弥散方法，其特征在于步骤如下：步骤1对三维大脑磁共振图像进行预处理和大脑皮层表面重建：利用变形模型方法去除脑壳，利用配准方法去除非大脑组织，利用高斯混合模型和马尔科夫随机场方法对图像进行组织分割，得到白质、灰质和脑脊髓液三种组织类型表示的图像，利用基于图的方法对白质图像进行拓扑校正，利用Marching Cubes方法重建由三角形表示的大脑皮层表面；步骤2计算大脑皮层表面上顶点的主曲率、主方向以及主曲率的导数：利用有限差分方法计算大脑皮层表面上顶点的主曲率、主方向以及主曲率的导数，当每个顶点的最大主曲率在最大主方向的导数为正值时，将该顶点的最大主方向改为相反方向；步骤3对最大主方向场进行弥散：利用alpha-expansion图割方法最小化能量函数$E=\underset{(x,y)\in N}{\Sigma }{V}_{x,y}(l_x,l_y)+\underset{x\in S}{\Sigma }{D}_x\left(l_x\right)$其中，x和y为大脑皮层表面上的顶点坐标，p(x)为顶点x处原始的最大主方向；(x，y)∈N表示x和y为相邻顶点的集合，S为大脑皮层表面上的所有顶点的集合；||·||为2范数；为顶点x弥散的最大主方向，l_x为顶点x弥散的最大主方向在解空间的标识且l_x∈L；为顶点y弥散的最大主方向，l_y为顶点y弥散的最大主方向在解空间的标识且l_y∈L；所述的L＝{l¹，l²，...，lⁿ}为离散的弥散的最大主方向场的解空间Θ＝{v¹，v²，...，vⁿ}的标识，其中n＝n_θ×(n_φ-2)+2；n_θ为x-y平面中离散角度的数目为12～36；n_φ为z轴方向中离散角度的数目为9～18；所述解空间Θ中v¹＝(0，0，1)，vⁿ＝(0，0，-1)；vⁱ＝(cos(((i-2)％n_θ)·2π/n_θ)sin((1+(i-2)/n_θ)·π/n_φ)，sin(((i-2)％n_θ)·2π/n_θ)sin((1+(i-2)/n_θ)·π/n_φ)，cos((1+(i-2)/n_θ)·π/n_φ))，1＜i＜n；所述g(x)＝exp(-λ·|c(x)|)，所述g(y)＝exp(-λ·|c(y)|)，所述h(x)＝1-g(x)，其中λ为权重参数为5.0～10.0，c(·)为最大主曲率；利用alpha-expansion图割方法求解，得到弥散的最大主方向场；步骤4将弥散的最大主方向场投影到每个顶点的切平面内。