CN117233676B - 一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法和装置，包括：获取磁共振无扩散加权图像和磁共振多b值扩散加权图像；根据无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的定量值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无值加权的磁共振扩散信号；根据多b值扩散加权图像、磁共振扩散信号以及定量值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；根据多b值扩散加权图像、磁共振扩散信号、定量值以及扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号。该方法和装置能够解决了磁共振扩散成像模型参数随磁共振序列中回波时间变化而引起测量偏差的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于医学影像成像与处理领域，具体涉及一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法和装置。
背景技术
磁共振成像是一种对人体无创的在体医学成像方法，广泛用于临床医学以及医学研究领域。磁共振成像的原理是氢原子在恒定磁场中，受到固定频率的射频脉冲激发后产生磁矩，磁化强度按一定纵向弛豫时间（）和横向弛豫时间（/>）逐渐减弱，随后在某个回波时间（Echo Time，TE）上，获取磁共振信号进行成像。扩散磁共振成像，简称扩散成像，是磁共振成像中的一种成像方法，通过在回波时间之内施加成对的扩散梯度，可采集到水分子在细胞环境中的扩散运动的方向性特征，从而测量水分子所处的微环境结构。扩散成像的测量方法在解析人体神经系统结构，以及在诊断脑部、肾脏等部位疾病中获得了广泛的应用。
扩散成像使用特定扩散序列从人体组织中采集到扩散信号，经过后处理计算，可测量得到细胞环境的微观结构特征。在临床磁共振设备上，通常使用基于自旋回波的平面回波成像序列采集图像，通过调节序列中的回波时间、扩散b值、扩散梯度方向等众多参数，获得期望的扩散加权图像。在采集到的图像中，一个像素点的亮度代表一个长方体体素内的信号。单个体素的大小通常为人体细胞的百倍或上千倍，因此扩散图像中的每一点信号表示体素内所有水分子的信号总和。为测量水分子所处的细胞环境微观结构，需要使用相应的扩散模型对扩散信号进行后处理建模。目前，可用扩散张量成像（Diffusion TensorImaging，DTI）、扩散峰度成像（Diffusion Kurtosis Imaging，DKI）、神经突方向分散度和密度成像（Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging，NODDI）等模型建模，从而得到平均扩散系数、各向异性分数、神经突分数、自由水分数、方向分散度等定量的模型参数描述微环境的各类特征。
在这些扩散模型中，均把单个体素内所有水分子的视为统一值。然而，计算获得的模型参数存在对TE的依赖性，当使用不同磁共振设备、不同采集策略进行成像时，不同TE下采集处理后的参数结果将出现测量偏差。其主要原因为处于不同细胞环境中的水分子的不同，导致在采集的信号中，各类成分对总信号的贡献随TE而变化。一般而言，人体组织细胞环境中的水分子可分为细胞内水分子、细胞外水分子和自由水分子，这三种成分以不同比例分布在人体不同组织中。有研究表明，这三种成分的/>不同，于是在使用某个TE采集的信号中，三种成分所占的比例分别还由TE与各自/>的比值而变化。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的是提供一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法和装置，解决了现有技术中磁共振扩散成像模型参数随磁共振序列中回波时间变化而引起测量偏差的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供的一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，包括以下步骤：
获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像；
根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号；
根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；
根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号。
优选地，采集磁共振无扩散加权图像和磁共振多b值扩散加权图像时，使用同一种磁共振扩散成像序列，除回波时间或扩散b值两个磁共振序列参数在一定范围内设置多个值之外，其余磁共振序列参数均设为一致，其中，采集磁共振无扩散加权图像时，扩散b值设置为零，回波时间至少设置2个；采集磁共振多b值扩散加权图像时，回波时间设定为单个固定值，扩散b值至少设置2个。
优选地，人体组织内多种水成分包括两类，一类是人体组织内有两种水成分，包括细胞内水和细胞外水；另一类是人体组织内有三种水成分，包括细胞内水、细胞外水和自由水。
优选地，当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（1）逐体素计算无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号：
（1）；
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（2）逐体素计算无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号：
（2）；
其中，为回波时间/>下采集的磁共振无扩散加权图像的信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值。
优选地，当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（3）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数：
（3）；
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（4）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；
（4）；
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的扩散系数，/>、/>以及分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>为扩散b值。
优选地，计算扩散系数时，对于使用的磁共振多b值扩散加权图像的信号，在每一个扩散加权梯度的矢量方向上均进行一次拟合计算。
优选地，当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（5）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
（5）；
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（6）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
（6）；
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，/>为生成的磁共振扩散成像信号的回波时间与单个回波时间值/>的差值，设置为从零开始的任意正数值，/>为生成的磁共振扩散成像信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>和/>分别为细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>和分别为细胞外水以及自由水的扩散系数，/>为扩散b值。
第二方面，为实现上述发明目，本发明提供了一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成装置，包括图像获取模块、多成分扩散信号计算模块、多成分扩散系数计算模块、扩散成像信号生成模块，
所述图像获取模块用于获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像；
所述多成分扩散信号计算模块用于根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号；
所述多成分扩散系数计算模块用于根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；
所述扩散成像信号生成模块用于根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号。
第三方面，为实现上述发明目的，本发明还提供了一种计算设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法。
第四方面，为实现上述发明目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：
目前已有的各类扩散模型系数的计算，受到序列参数中的回波时间不一致的影响，在不同的成像设备、采集策略中存在一定程度的计算偏差。本发明使用多成分假设，对处于细胞环境中的各类型的水分子设定不同的弛豫时间值和扩散系数值，对采集到的磁共振扩散加权信号进行分解并重建，重建后的信号在充分保留原信号中细胞生理信息的同时，避免了由于回波时间不统一带来的扩散模型系数测量偏差。
本发明对采集的原始扩散信号进行逐体素重建生成新信号，不受限于扩散图像的分辨率以及扩散方向数目，目前临床磁共振中的扩散成像序列均可采集到本发明中所需的原始扩散成像数据，并应用本发明中的方法进行重建，具备很高的临床实用性。
本发明提出的扩散加权成像信号生成方法，重建后的图像与原始图像相比，在大小、维度上均一致，同时扩散方向、扩散b值也保持相同。因此，所有可用于处理原始图像的扩散模型，也同时可用于处理重建后的图像，具有应用的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是实施例提供的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法的流程图；
图2是实施例提供的人体组织内多种水成分的假设分类示意图；
图3是实施例提供的磁共振扩散成像信号生成方法一实例流程图；
图4是实施例提供的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成装置的结构示意图；
图5是实施例提供的计算设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
本发明的发明构思为：为了消除扩散模型系数受不同TE的影响，需要对采集的原始扩散信号进行多成分分解，从中提取出可解析的初始信号成分，重建生成任意的一致TE下的扩散加权信号，以防止在扩散模型的后处理计算中的偏差，从而提升模型系数测量的准确性，具体地，使用基于人体组织多成分水模型的假设，对磁共振扩散图像中的原始信号进行多成分分解后，重建出无加权的磁共振扩散信号与相应的扩散系数，用于生成任何回波时间下采集的磁共振扩散成像信号。
基于发明构思，如图1所示，实施例提供的一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，包括以下步骤：
S110，获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像。
实施例中，采集磁共振无扩散加权图像和磁共振多b值扩散加权图像时，使用同一种磁共振扩散成像序列，除回波时间或扩散b值两个磁共振序列参数在一定范围内设置多个值之外，其余磁共振序列参数均设为一致。
其中，使用单个回波时间采集磁共振多b值扩散加权图像时，成像序列中的回波时间设定为磁共振扫描仪内可调整的最小值，扩散b值设定为大于零且不超过磁共振扫描仪可达到的最大值的中间值，总共设置至少2个扩散b值。
其中，多个回波时间采集磁共振无扩散加权图像时，回波时间从磁共振扫描仪内可调整的最小值开始设置，每增加一个固定间隔值设置一个回波时间，总共设置至少2个回波时间，扩散b值设置为零，在每个回波时间采集一组无扩散加权图像，可重复采集。
S120，根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号。
实施例中，如图2所示，人体组织内多种水成分的假设分为两类，一类是人体组织内有两种水成分，包括细胞内水和细胞外水；另一类是人体组织内有三种水成分，包括细胞内水、细胞外水和自由水。在这两类分类假设下，每种水成分的定量值、无/>加权的磁共振扩散信号，和扩散系数均不相同。
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（1）逐体素计算无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号：
（1）；
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（2）逐体素计算无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号：
（2）；
其中，为回波时间/>下采集的磁共振无扩散加权图像的信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值。
S130，根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数。
实施例中，计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数，同样也基于两种假设分别计算，具体包括：
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（3）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数：
（3）；
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（4）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；
（4）；
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的扩散系数，/>、/>以及分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>为扩散b值。
实施例中，计算扩散系数时，对于使用的磁共振多b值扩散加权图像的信号，在每一个扩散加权梯度的矢量方向上均进行一次拟合计算。
S140，根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号。
实施例中，计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号时，同样也基于两种假设分别计算，具体包括：
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（5）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
（5）；
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（6）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
（6）；
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，/>为生成的磁共振扩散成像信号的回波时间与单个回波时间值/>的差值，设置为从零开始的任意正数值，/>为生成的磁共振扩散成像信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>和/>分别为细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>和分别为细胞外水以及自由水的扩散系数，/>为扩散b值。
需要强调说明的是，S120无加权的磁共振扩散信号的计算、S130中扩散系数的拟合，和S140中磁共振扩散成像信号的生成，均采用逐像素计算方式，即从完整图像中抽取出任何一个或一组像素点，均适用于回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成的计算。
通过S110-S140，S140生成的磁共振扩散成像信号，与S110的磁共振扫描仪中获取的多回波时间磁共振无扩散加权图像和磁共振多b值扩散加权图像来自同一个个体。
S310，磁共振扩散成像图像采集。
在任一临床磁共振扫描仪上，使用基于自旋回波的平面回波成像扩散序列对人脑进行成像，设置三个或以上回波时间采集磁共振无扩散加权图像，并使用单个回波时间采集磁共振多b值扩散加权图像。若磁共振扫描仪的序列参数允许，增加采集反向相位编码的无扩散加权图像，以便进行预处理校正。
S320，磁共振扩散成像图像预处理。
针对采集获得的全部磁共振扩散成像图像，使用dcm2niix软件将Dicom图像格式转换为神经影像处理常用NIfTI格式后，使用MRtrix3软件与FSL软件包进行预处理，预处理流程包括：PCA降噪、Gibbs波纹伪影消除、主磁场畸变估计与校正、涡流畸变与头动校正、Rician背景噪声消除，其中，针对主磁场畸变估计与校正，若S310采集了反向相位编码图像，则进行主磁场畸变估计与校正，否则不进行主磁场畸变估计与校正。获得预处理后的四维扩散加权图像，其中前三维为空间维度，第四维为扩散加权梯度维度。
S330，多成分信号的建模与拟合。
将预处理后的扩散成像图像按照S120，使用多个回波时间的磁共振无扩散加权图像，逐体素地计算多种水成分对应的无加权的磁共振扩散信号，其中人体组织内多种水成分的定量/>值可按文献参考值设置，如在三种水成分分类假设下：细胞内水/>为90ms、细胞外水/>为60ms、自由水/>为3000ms。随后按照S130，使用单个回波时间的磁共振扩散加权图像和S120获得的无/>加权的磁共振扩散信号，逐体素计算多种水成分对应的扩散系数，遍历大脑内所有体素。其中，多种水成分的假设在进行S120与S130的计算中需保持一致，即一致的二种水成分分类假设，或一致的三种水成分分类假设。
S340，回波时间依赖的磁共振扩散图像信号生成。
使用S330获得的单个回波时间的磁共振扩散加权图像、人体组织内多种水成分的无加权的磁共振扩散信号、人体组织内多种水成分的扩散系数，以及人体组织内多种水成分的定量/>值，通过S140逐体素地计算生成任意回波时间的磁共振扩散成像信号，遍历所有体素后，生成与预处理后图像矩阵相同的四维扩散加权图像。
总体而言，实施例提供的提出一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，可以对磁共振扩散原始信号进行多成分分解并重建，在充分保留原始信号所具备的生理信息的同时，提取出多成分对应的无加权的磁共振扩散信号与扩散系数，从而生成任意TE下的扩散加权信号，消除扩散模型中由于采集回波时间不一致引起的扩散系数测量偏差。
基于同样的发明构思，如图4所示，实施例还提供了一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成装置400，包括图像获取模块410、多成分扩散信号计算模块420、多成分扩散系数计算模块430、扩散成像信号生成模块440，其中，图像获取模块410用于获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像；多成分扩散信号计算模块420用于根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号；多成分扩散系数计算模块430用于根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；扩散成像信号生成模块440用于根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号。
需要说明的是，上述实施例提供的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成装置在进行磁共振扩散成像信号生成时，应以上述各功能模块的划分进行举例说明，可以根据需要将上述功能分配由不同的功能模块完成，即在终端或服务器的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成装置与回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法实施例，这里不再赘述。
基于同样的发明构思，实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和一个或多个处理器，存储器中存储有可执行代码，一个或多个处理器执行可执行代码时，用于实现上述回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，具体包括以下步骤：
S110，获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像；
S120，根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号；
S130，根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；
S140，根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号。
如图5所示，实施例提供的计算设备，在硬件层面，除了包含处理器和存储器外，还包括内部总线、网络接口、内存等其他业务所需要的硬件。存储器为非易失性存储器，处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述S110-S140所述的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法。当然，除了软件实现方式之外，本发明并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
基于同样的发明构思，实施例还提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，具体包括以下步骤：
S110，获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像；
S120，根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号；
S130，根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数；
S140，根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号。
实施例中，计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机存储介质的例子包括但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像；
根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，包括：人体组织内多种水成分包括两类，一类是人体组织内有两种水成分，包括细胞内水和细胞外水；另一类是人体组织内有三种水成分，包括细胞内水、细胞外水和自由水；
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（1）逐体素计算无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号：
；（1）
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（2）逐体素计算无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号：
； （2）
其中，为回波时间/>下采集的磁共振无扩散加权图像的信号，/>、/>以及分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值；
根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数，包括：
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（3）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数：
；（3）
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（4）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数：
； （4）
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的扩散系数，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>为扩散b值；
根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号，包括：
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（5）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
；（5）
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（6）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
；（6）
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，为生成的磁共振扩散成像信号的回波时间与单个回波时间值/>的差值，设置为从零开始的任意正数值，/>为生成的磁共振扩散成像信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>和/>分别为细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>和分别为细胞外水以及自由水的扩散系数，/>为扩散b值。
2.根据权利要求1所述的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，其特征在于，采集磁共振无扩散加权图像和磁共振多b值扩散加权图像时，使用同一种磁共振扩散成像序列，除回波时间或扩散b值两个磁共振序列参数在一定范围内设置多个值之外，其余磁共振序列参数均设为一致，其中，采集磁共振无扩散加权图像时，扩散b值设置为零，回波时间至少设置2个；采集磁共振多b值扩散加权图像时，回波时间设定为单个固定值，扩散b值至少设置2个。
3.根据权利要求1所述的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法，其特征在于，计算扩散系数时，对于使用的磁共振多b值扩散加权图像的信号，在每一个扩散加权梯度的矢量方向上均进行一次拟合计算。
4.一种回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成装置，其特征在于，包括图像获取模块、多成分扩散信号计算模块、多成分扩散系数计算模块、扩散成像信号生成模块，
所述图像获取模块用于获取使用多个回波时间采集的磁共振无扩散加权图像和使用单个回波时间采集的磁共振多b值扩散加权图像；
所述多成分扩散信号计算模块用于根据所述磁共振无扩散加权图像和人体组织内多种水成分的横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，包括：人体组织内多种水成分包括两类，一类是人体组织内有两种水成分，包括细胞内水和细胞外水；另一类是人体组织内有三种水成分，包括细胞内水、细胞外水和自由水； ；（1）
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（2）逐体素计算无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号：
； （2）
其中，为回波时间/>下采集的磁共振无扩散加权图像的信号，/>、/>以及分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值；
所述多成分扩散系数计算模块用于根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号以及所述横向弛豫时间值，逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数，包括：
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（3）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数：
；（3）
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（4）逐体素计算人体组织内多种水成分对应的扩散系数：
； （4）
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的扩散系数，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>为扩散b值；
所述扩散成像信号生成模块用于根据所述磁共振多b值扩散加权图像、所述磁共振扩散信号、所述横向弛豫时间值以及所述扩散系数，逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号，包括：
当人体组织内多种水成分包括细胞内水和细胞外水时，采用以下公式（5）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
；（5）
当人体组织内多种水成分包括细胞内水、细胞外水以及自由水时，采用以下公式（6）逐体素计算生成使用任何回波时间采集的磁共振扩散成像信号：
；（6）
其中，为单个回波时间/>下采集的磁共振多b值扩散加权图像的信号，为生成的磁共振扩散成像信号的回波时间与单个回波时间值/>的差值，设置为从零开始的任意正数值，/>为生成的磁共振扩散成像信号，/>、/>以及/>分别为细胞内水、细胞外水以及自由水的横向弛豫时间值，/>和/>分别为细胞外水以及自由水的无横向弛豫时间值加权的磁共振扩散信号，/>和分别为细胞外水以及自由水的扩散系数，/>为扩散b值。
5.一种计算设备，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，其特征在于，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现权利要求1-3中任一项所述的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现权利要求1-3中任一项所述的回波时间依赖的磁共振扩散成像信号生成方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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