一種利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，利用自回歸模型計(jì)算生成ADC磁共振圖像。利用多個(gè)且等間隔b值DWI序列可采集得到多幅不同b值的磁共振圖像，對(duì)采集得到的所有像素的磁共振信號(hào)進(jìn)行線性積分，即：利用Simpson數(shù)值積分法則對(duì)信號(hào)點(diǎn)做關(guān)于b值的多段等間隔積分，再建立自回歸模型，最后對(duì)自回歸模型參數(shù)進(jìn)行最大似然估計(jì)得到ADC。是一種更加精確快速的計(jì)算E指數(shù)衰減系數(shù)的算法，該算法可以用于磁共振成像技術(shù)中快速精確計(jì)算ADC圖像。本發(fā)明能夠顯著ADC磁共振圖像計(jì)算效率和精確性，適用于放射科臨床上各種相關(guān)疾病的診斷和研究。
【專利說明】一種利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁共振成像技術(shù)，特別涉及一種利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像 表觀彌散系數(shù)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁共振成像具有無損傷、無電離輻射、軟組織對(duì)比度高、任意方向斷層等特點(diǎn)，目 前已廣泛用于醫(yī)學(xué)臨床診斷。
[0003] 磁共振成像中的表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC是在DWI成像中衡量生物體內(nèi)水分子擴(kuò)散程度 的物理量。DWI成像中通過改變擴(kuò)散梯度來改變b值，從而影響DWI圖像信號(hào)。DWI圖像信 號(hào)隨不同b值呈E指數(shù)衰減形式，ADC為衰減系數(shù)，是衡量評(píng)估生物體組織中水分子擴(kuò)散強(qiáng) 弱，能夠間接反映生物體組織結(jié)構(gòu)。在臨床上醫(yī)學(xué)，ADC圖像被廣泛用于診斷腦梗死、腫瘤、 神經(jīng)損壞等疾病。
[0004] 如果對(duì)采集到的多個(gè)b值的DWI圖像做E指數(shù)函數(shù)擬合，可以計(jì)算得到ADC磁共 振圖像。目前已有的擬合E指數(shù)函數(shù)計(jì)算衰減系數(shù)的方法Levenberg-Marquardt (列文伯 格-馬夸爾特法）非線性擬合方法、Log-Linear線性擬合方法以及DISC數(shù)值積分方法。
[0005] 上述的Levenberg-Marquardt非線性擬合的方法是基于非線性迭代求解最小二 乘方法，該方法總體上是精確性較高的方法，但是該方法的缺點(diǎn)時(shí)間效率低下，耗時(shí)長(zhǎng)，對(duì) 于計(jì)算一份三維圖像數(shù)據(jù)，由于要逐個(gè)像素進(jìn)行擬合計(jì)算，通常需要做幾百萬(wàn)次甚至千萬(wàn) 次非線性擬合，所需時(shí)間非常長(zhǎng)。此外該方法在擬合前需要對(duì)初值進(jìn)行估計(jì)，而初值估計(jì)準(zhǔn) 確性往往會(huì)影響擬合結(jié)果的收斂，因此進(jìn)一步限制了該方法的準(zhǔn)確性和實(shí)際應(yīng)用性。
[0006] Log-Linear線性擬合方法是對(duì)所有采集的E指數(shù)衰減信號(hào)求自然對(duì)數(shù)log，將非 線性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性數(shù)據(jù)，然后做線性擬合得到衰減系數(shù)的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算快 且易于實(shí)現(xiàn)，然而該方法對(duì)噪聲相當(dāng)敏感，對(duì)于信噪比低或信號(hào)衰減快的數(shù)據(jù)，擬合結(jié)果的 誤差相當(dāng)大。
[0007] DISC數(shù)值積分方法是對(duì)整個(gè)采集到的E指數(shù)衰減信號(hào)數(shù)據(jù)求數(shù)值定積分，然后除 以首末兩個(gè)信號(hào)的差值來計(jì)算得到衰減系數(shù)的方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確、快速且易于實(shí) 現(xiàn)。但是由于該方法缺乏對(duì)誤差最小化的數(shù)學(xué)分析，在精度上會(huì)有一定的局限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有的幾種擬合計(jì)算E指數(shù)衰減系數(shù)的算法各自的時(shí)間長(zhǎng)、依賴初 值估計(jì)、噪聲敏感性強(qiáng)、精度不高的問題，提出了一種利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀 彌散系數(shù)的方法，利用對(duì)E指數(shù)衰減形式的物理信號(hào)建立自回歸模型，然后做最大似然參 數(shù)估算，得到衰減系數(shù)的擬合方法。該方法可應(yīng)用用于計(jì)算生成表觀彌散系數(shù)(Apparent Diffusion Coefficient, ADC)磁共振圖像。是一種更加精確快速的計(jì)算E指數(shù)衰減系數(shù)的 算法，該算法可以用于磁共振成像技術(shù)中快速精確計(jì)算ADC圖像。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方 法，具體包括如下步驟： 1) 用多個(gè)且等間隔b值DWI成像序列采集得到多幅不同b值的磁共振圖像； 2) 對(duì)采集的多b值DWI圖像信號(hào)：從第一個(gè)b值到第三個(gè)b值開始，進(jìn)行兩個(gè)b值間 隔長(zhǎng)度(相鄰三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）的Simpson法則數(shù)值積分，然后從第二個(gè)b值到第四個(gè)b值進(jìn)行 兩個(gè)b值間隔長(zhǎng)度(相鄰三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）的Simpson法則數(shù)值積分，依次下去，從而形成一個(gè) DWI積分?jǐn)?shù)值隨b值變化的信號(hào)序列； 3) 將所述DWI信號(hào)積分的序列建立成自回歸模型，最后一個(gè)b值DWI信號(hào)值可表不成 由鄰近的前兩個(gè)b值DWI信號(hào)值的線性組合形式； 4) 對(duì)步驟3)建立的自回歸模型進(jìn)行最大似然估計(jì)從而求解系數(shù)得到表觀彌散系數(shù) ADC 值； 5) 對(duì)步驟1)的磁共振圖像中被試體內(nèi)所有像素計(jì)算ADC值，得到所述磁共振ADC圖 像。
[0010] 所述步驟2)中Simpson法則數(shù)值積分表示成公式：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征在于，具體包括 如下步驟： 1) 用多個(gè)且等間隔b值DWI成像序列采集得到多幅不同b值的磁共振圖像； 2) 對(duì)采集的多b值DWI圖像信號(hào)：從第一個(gè)b值到第三個(gè)b值開始，進(jìn)行兩個(gè)b值間 隔長(zhǎng)度(相鄰三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）的Simpson法則數(shù)值積分，然后從第二個(gè)b值到第四個(gè)b值進(jìn)行 兩個(gè)b值間隔長(zhǎng)度(相鄰三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)）的Simpson法則數(shù)值積分，依次下去，從而形成一個(gè) DWI積分?jǐn)?shù)值隨b值變化的信號(hào)序列； 3) 將所述DWI信號(hào)積分的序列建立成自回歸模型，最后一個(gè)b值DWI信號(hào)值可表不成 由鄰近的前兩個(gè)b值DWI信號(hào)值的線性組合形式； 4) 對(duì)步驟3)建立的自回歸模型進(jìn)行最大似然估計(jì)從而求解系數(shù)得到表觀彌散系數(shù) ADC 值； 5) 對(duì)步驟1)的磁共振圖像中被試體內(nèi)所有像素計(jì)算ADC值，得到所述磁共振ADC圖 像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征 在于，所述步驟2)中Simpson法則數(shù)值積分表示成公式：
其中W表示所設(shè)的相等的相鄰b值間隔值，表示擴(kuò)散梯度系數(shù)為b時(shí)采集的圖 像信號(hào)Λ表示為第i個(gè)b值，iU，……，N-2, N表示b值總數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征 在于，所述步驟3)中DWI信號(hào)積分的序列建立成自回歸模型表示成公式：
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述利用自回歸模型計(jì)算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征 在于，所述步驟4)中對(duì)所述的自回歸模型進(jìn)行最大似然估計(jì)表示成公式：
最后對(duì)ADC求解得到的解析式表示成公式：
」抵表示所設(shè)的相等的相鄰b值對(duì)應(yīng)的回波時(shí)間差值。
【文檔編號(hào)】G06T11/00GK104095635SQ201410361347
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】王麗嘉, 裴孟超, 董芳, 李建奇, 聶生東, 王遠(yuǎn)軍 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)