本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程，具體涉及一種個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、頭部組織的介電特性測量在疾病診斷和物理治療領(lǐng)域具有重要意義。介電特性主要包括電導(dǎo)率和介電常數(shù)，是在電磁激勵下表現(xiàn)出的重要物理屬性，具有非常重要的臨床應(yīng)用價值。比如在腫瘤治療領(lǐng)域中，一方面，腫瘤組織的電導(dǎo)率不同于其他正常組織，所以組織電特性的測量對于腫瘤的診斷有較大的幫助；另一方面，腫瘤電場治療（tumortreating?fields，ttfields）通過施加中頻電場抑制腫瘤細(xì)胞的有絲分裂來治療腫瘤，需要通過觀察電場在組織內(nèi)的分布來確定治療方案、保證治療效果，但實體測量電場在組織內(nèi)的分布具有很大的難度，因此通常使用建模仿真的方法來觀測，現(xiàn)有的ttfields建模方法通常根據(jù)模型的解剖結(jié)構(gòu)對不同組織進行賦值，但對所有患者都使用統(tǒng)一的文獻報道的電特性值，并且同一組織不同區(qū)域的電特性值也都相等，不同研究所報道的腦組織電特性參數(shù)受測量方法的影響，結(jié)果也存在一定差異，這會降低分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，也可能導(dǎo)致治療方案的差異性和適應(yīng)性問題。在其他電刺激領(lǐng)域中，如經(jīng)顱電刺激（transcranialelectrical?stimulation，tes）與經(jīng)顱磁刺激（transcranial?magnetic?stimulation，tms），對相關(guān)在腦內(nèi)產(chǎn)生治療場分布的預(yù)測，大都需要通過仿真建模來完成，因此生物組織的介電特性測量對于物理治療與疾病診斷領(lǐng)域都有重要的意義。

2、目前組織電特性參數(shù)常見的測量方法包括直接電流測量、電阻抗層析成像（electrical?impedance?tomography,?eit）、磁共振電阻抗成像（magnetic?resonanceelectrical?impedance?tomography，mreit）。直接電流測量通過植入侵入式電極或直接在切除的組織樣本上施加電流，利用施加的電流產(chǎn)生的電位差來計算組織電特性，但此方法應(yīng)用范圍限制大，難以在臨床上廣泛使用。mreit方法通過磁共振測量人體在施加電流后產(chǎn)生的磁通量變化，根據(jù)磁通量變化值進行反演得到組織的電導(dǎo)率分布圖，其求解的不確定性限制了技術(shù)的推廣，且難以測量特定頻率下的組織電特性。另外也有磁共振序列依據(jù)含水量的變化來重建腦組織的電介質(zhì)特性，但其受成像勻場等影響，難以用于測量頭皮、頭骨組織的電特性值，而過去的研究表明，頭皮和頭骨的電特性分布對腫瘤電場治療或經(jīng)顱電磁刺激的在頭部的電場分布影響最大。eit技術(shù)在測量組織電學(xué)屬性方面可行性高，易于推廣使用，但傳統(tǒng)eit測量方法常常需要多個測量通道進行全腦電阻抗相對測量，在實際應(yīng)用中操作較為繁瑣。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，并提供一種個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)。本發(fā)明旨在根據(jù)頭部不同組織的特點設(shè)計針對性的電導(dǎo)率測量方法，實現(xiàn)全腦的頭部組織電導(dǎo)率檢測，使得電磁物理治療領(lǐng)域的仿真建模和參數(shù)優(yōu)化工作更加精確有效。

2、本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法，其包括：

4、s1、從目標(biāo)患者的頭部磁共振掃描圖像中提取每個體素的縱向弛豫時間信號強度，并根據(jù)縱向弛豫時間信號強度與組織含水量之間的第一關(guān)系模型，計算頭部組織含水量分布；

5、s2、基于頭部組織含水量分布，結(jié)合顱內(nèi)軟組織空間掩膜，利用組織含水量與組織電導(dǎo)率之間的第二關(guān)系模型，計算磁共振激勵頻率下顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布；根據(jù)組織電導(dǎo)率與激勵頻率的標(biāo)準(zhǔn)曲線，將磁共振激勵頻率下顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布通過映射變換轉(zhuǎn)換為目標(biāo)激勵頻率下顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布；

6、s3、待粘貼于目標(biāo)患者頭部的電極矩陣調(diào)整至使敏感場分布集中于頭皮區(qū)域的第一布置位置后，在目標(biāo)激勵頻率下通過生物電阻抗斷層成像技術(shù)測量頭皮區(qū)域電導(dǎo)率分布，待所述電極矩陣調(diào)整至使敏感場分布集中于頭骨區(qū)域的第二布置位置后，在目標(biāo)激勵頻率下通過生物電阻抗斷層成像技術(shù)測量頭骨區(qū)域電導(dǎo)率分布；

7、s4、將顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布、頭皮區(qū)域電導(dǎo)率分布和頭骨區(qū)域電導(dǎo)率分布整合至目標(biāo)患者的個體頭部模型中，得到個體頭部組織電導(dǎo)率模型。

8、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述縱向弛豫時間信號強度基于兩次不同重復(fù)時間下掃描得到的頭部磁共振掃描圖像進行提取。

9、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述第一關(guān)系模型通過對一系列已知含水量的組織樣本進行磁共振掃描，并提取各自的縱向弛豫時間信號強度后作為樣本數(shù)據(jù)擬合得到。

10、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述第二關(guān)系模型通過對一系列已知含水量的組織樣本進行電導(dǎo)率測量后作為樣本數(shù)據(jù)擬合得到。

11、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述映射變換的具體方法為：在所述組織電導(dǎo)率與激勵頻率的標(biāo)準(zhǔn)曲線上查找確定磁共振激勵頻率對應(yīng)的第一標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率和目標(biāo)激勵頻率對應(yīng)的第二標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率，然后針對顱內(nèi)軟組織內(nèi)每個體素，將該體素在磁共振激勵頻率下的組織電導(dǎo)率與第一標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率計算相對變化幅度，然后對第二標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率執(zhí)行相同的相對變化幅度，得到該體素在目標(biāo)激勵頻率下的組織電導(dǎo)率。

12、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述電極矩陣的第一布置位置和第二布置位置通過仿真預(yù)先確定，仿真方法為：利用目標(biāo)患者的頭部磁共振掃描圖像構(gòu)建個體頭部模型，在個體頭部模型上布置所述電極矩陣，通過仿真確定電極矩陣在不同布置位置下對應(yīng)的頭皮區(qū)域和頭骨區(qū)域的敏感場分布，將敏感場分布集中于頭皮區(qū)域的電極矩陣布置位置作為第一布置位置，將敏感場分布集中于頭骨區(qū)域的電極矩陣布置位置作為第二布置位置。

13、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述目標(biāo)患者的個體頭部模型利用目標(biāo)患者的頭部磁共振掃描圖像構(gòu)建，通過組織分割獲得顱內(nèi)軟組織、頭皮區(qū)域和頭骨區(qū)域的掩膜，然后將顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布、頭皮區(qū)域電導(dǎo)率分布和頭骨區(qū)域電導(dǎo)率分布分別配準(zhǔn)至各自的掩膜上，對頭部區(qū)域全部體素賦予電導(dǎo)率，完成個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建。

14、第二方面，本發(fā)明提供了一種個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建系統(tǒng)，其包括：

15、頭部組織含水量分布獲取模塊，用于從目標(biāo)患者的頭部磁共振掃描圖像中提取每個體素的縱向弛豫時間信號強度，并根據(jù)縱向弛豫時間信號強度與組織含水量之間的第一關(guān)系模型，計算頭部組織含水量分布；

16、顱內(nèi)軟組織電導(dǎo)率獲取模塊，用于基于頭部組織含水量分布，結(jié)合顱內(nèi)軟組織空間掩膜，利用組織含水量與組織電導(dǎo)率之間的第二關(guān)系模型，計算磁共振激勵頻率下顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布；根據(jù)組織電導(dǎo)率與激勵頻率的標(biāo)準(zhǔn)曲線，將磁共振激勵頻率下顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布通過映射變換轉(zhuǎn)換為目標(biāo)激勵頻率下顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布；

17、顱外組織電導(dǎo)率獲取模塊，用于待粘貼于目標(biāo)患者頭部的電極矩陣調(diào)整至使敏感場分布集中于頭皮區(qū)域的第一布置位置后，在目標(biāo)激勵頻率下通過生物電阻抗斷層成像技術(shù)測量頭皮區(qū)域電導(dǎo)率分布，待所述電極矩陣調(diào)整至使敏感場分布集中于頭骨區(qū)域的第二布置位置后，在目標(biāo)激勵頻率下通過生物電阻抗斷層成像技術(shù)測量頭骨區(qū)域電導(dǎo)率分布；

18、電導(dǎo)率模型構(gòu)建模塊，用于將顱內(nèi)軟組織的組織電導(dǎo)率分布、頭皮區(qū)域電導(dǎo)率分布和頭骨區(qū)域電導(dǎo)率分布整合至目標(biāo)患者的個體頭部模型中，得到個體頭部組織電導(dǎo)率模型。

19、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)上存儲有計算機程序，當(dāng)所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如上述第一方面任一項方案所述的個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法。

20、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機電子設(shè)備，其包括存儲器和處理器；

21、所述存儲器，用于存儲計算機程序；

22、所述處理器，用于當(dāng)執(zhí)行所述計算機程序時，實現(xiàn)如上述第一方面任一項方案所述的個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法。

23、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，具有以下有益效果：

24、（1）頭部組織的實際電導(dǎo)率數(shù)值分布在宏觀上呈現(xiàn)不均勻性，相比于將同一組織定義為統(tǒng)一電導(dǎo)率值的傳統(tǒng)做法，本發(fā)明采用基于含水量的電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法能夠得到非均勻的組織電導(dǎo)率值，同時本發(fā)明通過改進的eit技術(shù)測量頭皮和頭骨的電導(dǎo)率，解決了基于水含量的電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法在測量頭皮和頭骨電導(dǎo)率時的缺陷。

25、（2）本發(fā)明所提出的個體頭部組織電導(dǎo)率模型構(gòu)建方法，考慮了個體組織電導(dǎo)率的差異，單獨測量每位患者的組織電導(dǎo)率，能夠在神經(jīng)調(diào)控的電刺激和腫瘤電場治療等領(lǐng)域提供更加精確的仿真建模和優(yōu)化方案。