基于T1加权动态对比增强的多模态MRI图像处理方法及系统

本发明属于mri图像处理，具体涉及基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理方法及系统。

背景技术：

1、磁共振灌注成像包括：不需要引入外源性对比剂的内源性示踪法灌注(如动脉自旋标记和血氧水平依赖成像)和需要引入外源性对比剂的打药灌注(即外源性示踪法灌注)。打药灌注根据扫描的序列权重，又可以分为以t2*加权序列为主的动态增强灌注(dynamic susceptibility contrast，dsc)和以t1加权序列为主的动态增强灌注(dynamiccontrast enhanced，dce)，后者又包括常规多期动态增强和动态增强定量灌注(即渗透性分析)。常规多期动态增强主要利用t1权重的序列连续扫描多个动态，通过顺磁性对比剂缩短组织t1值的特点，形成时间-信号强度曲线，来计算一些半定量值，如：每分钟浓度增量wi，每分钟浓度变化wo，达峰时间ttp，从打药到开始强化的时间at，流出曲线中最大浓度pei、曲线下初始面积iauc等，视觉判别强化程度、强化过程及病灶血供特点，达到辅助诊断或者评估预后情况。渗透性分析主要是通过高时间分辨率的t1权重梯度回波序列采集数据，将信号强度转化为造影剂浓度，再与相应的药代模型拟合计算ktrans、kep、ve等微循环绝对定量参数，反应组织血流动力学特点，其中ktrans是组织灌注最重要的一个灌注参数，反映组织对血管能量物质的摄取，ktrans值越高则表示组织的血浆流量和组织血管渗透性越高，肿瘤组织代谢越快，恶性程度也可能越高。渗透性分析定量参数联合形态学特征可以作为肿瘤分子分型的影像学标志物。有助于临床医生术前无创预测who病理分级和瘤周mvi，为适宜手术的病人确定最佳切缘宽度，或新辅助化疗/免疫治疗疗效评估，或在分子水平检测治疗前后病灶内部肿瘤组织的代谢活动，评价其生物学行为，对指导临床建立精准疗效评估，及时调整治疗方案，做出合理诊疗策略具有重要意义。

2、目前，动态增强定量灌注主要是通过高时间分辨率的t1权重梯度回波序列采集数据，通过工作站渗透性分析后处理软件或开源及第三方软件将信号强度转化为造影剂浓度，再与相应的药代模型拟合计算得到容积转运常数、反流速率常数、血管外细胞外间隙容积分数等微循环绝对定量参数。但是其主要缺点是需在定义的评估容积图上反复多次勾画椭圆、适形、球体或像素透镜等感兴趣区域，流程繁琐费时、不利于跨模态研究、病变及周边区域多次勾画感兴趣区域(region of interest，roi)带来误差。

3、为此，提出基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理方法及系统，解决了现有技术中的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理方法，包括以下步骤：

4、通过包括t2wi、t1-mapping和t1加权动态对比增强在内的序列采集得到人体组织多模态mri图像，并通过药代动力学模型拟合得到血流动力学指标参数分布图；

5、跨模态研究时，在t2wi图像上勾画roi区域，并配准到动态增强运动校正参考期相图像上；不做跨模态研究时，在动态增强运动校正参考期相图像上勾画roi；

6、基于勾画的roi，在血流动力学指标参数分布图上分别分割病变及周边区域，并计算病变及周边环境的血流动力学指标参数平均值。

7、进一步地，所述血流动力学指标参数分布图包括：容积转运常数ktrans、反流速率常数kep、血管外细胞外间隙容积分数ve、初始峰下面积iauc和方差chi2分布图。

8、进一步地，获取所述血流动力学指标参数分布图的步骤包括：

9、s11，通过t1-mapping序列获得造影剂前组织弛豫速率；

10、s12，通过t1加权动态对比增强序列获取组织动态增强图像；

11、s13，在mri工作站上通过药代动力学软件或者用开源及第三方软件获得钆对比剂进入组织前后的弛豫率，通过将示踪剂动力学模型拟合到图像时间序列上，得到血流动力学指标参数分布图。

12、进一步地，示踪剂动力学模型采用tofts模型，tofts模型拟合公式为：

13、

14、其中，cp和ct是对比剂在血浆和组织中的浓度，ktrans代表容积转运常数，kep代表反流速率常数，t和λ分别表示实验时间和积分变量，vp代表血管内体积分数。

15、进一步地，所述勾画roi区域时，采用开源软件3d slicer或itk-snap在t2wi图像上勾画。

16、进一步地，所述血流动力学指标参数包括：容积转运常数ktrans、反流速率常数kep、血管外细胞外间隙容积分数ve、初始峰下面积iauc和方差chi2；血流动力学指标参数平均值m的计算公式为：

17、

18、式中，q(x,y,z)为定量参数值，包括：ktrans、kep、ve、iauc和chi2；s(x,y,z)为某一组织的分割图像；dx、dy、dz为空间坐标。

19、基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理系统，包括：

20、图像采集拟合模块：通过包括t2wi、t1-mapping和t1加权动态对比增强在内的序列采集得到人体组织多模态mri图像，并通过药代动力学模型拟合得到血流动力学指标参数分布图；

21、roi勾画和配准模块：跨模态研究时，在t2wi图像上勾画roi区域，并配准到动态增强运动校正参考期相图像上；不做跨模态研究时，在动态增强运动校正参考期相图像上勾画roi；

22、以及，图像分割模块：基于勾画的roi，在血流动力学指标参数分布图上分别分割病变及周边区域，并计算病变及周边环境的血流动力学指标参数平均值。

23、一种计算机存储介质，存储有可读程序，当程序运行时，能够执行上述的基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理方法。

24、一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

25、所述存储器用于存放至少一条可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述的基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理方法对应的操作。

26、一种计算机程序产品，包括计算机指令，所述计算机指令指示计算设备执行上述的基于t1加权动态对比增强的多模态mri图像处理方法对应的操作。

27、本发明的有益效果：

28、1、本发明的图像处理方法自动高效完成t1加权动态对比增强的血流动力学指标参数分布图的分割与定量，简化了数据处理流程，避免了分次勾画roi带来的误差。

29、2、本发明通过t1加权定量动态对比增强药代动力学模型拟合和处理，计算得到病变及周边环境的ktrans、kep、ve、iauc、chi2等相关参数，对指导临床做出合理诊疗策略具有重要意义，可能是评估肿瘤生物学特征的重要生物标志物。

30、3、本发明的图像处理方法通用性强、跨模态研究效果好，在高分辨率t2wi勾画roi区域，可以有效地移植到dce产生的所有参数图上，并对肿瘤和瘤周区域进行高效的分割与定量。