用于生成高b值处的合成扩散图像的扩散MRI方法技术

本发明专利技术的实施例提供了一种用于生成合成扩散图像的方法。所述方法包括以下步骤：借助于扩散加权磁共振扫描在多个初始b值处采集初始扩散扫描数据的多个集合；根据所述初始扩散扫描数据的至少部分导出初始扩散图像；借助于扩散加权磁共振扫描在高于所述初始b值中的每个初始b值的目标b值处采集目标扩散扫描数据；并且通过执行基于代价函数的重建以至少基于所述初始扩散图像所述和目标扩散扫描数据来在k空间中将保真度项应用于所述合成扩散图像而生成所述合成扩散图像。

Diffusion MRI Method for Generating Synthetic Diffusion Images at High B Value

An embodiment of the present invention provides a method for generating synthetic diffusion images. The method comprises the following steps: collecting multiple sets of initial diffusion scanning data at multiple initial b values by diffusion-weighted magnetic resonance scanning; deriving initial diffusion images from at least part of the initial diffusion scanning data; and using diffusion-weighted magnetic resonance scanning for each initial b value higher than the initial B value. The target diffusion scanning data is collected at the target B value of the value, and the composite diffusion image is generated by performing reconstruction based on cost function to apply the fidelity term to the composite diffusion image in K space at least based on the initial diffusion image and the target diffusion scanning data.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生成高b值处的合成扩散图像的扩散MRI方法
本专利技术涉及磁共振成像，具体而言涉及自动磁共振扩散成像。
技术介绍
磁共振成像允许观察活的人类和动物的解剖和生理特征。最近，人们对称为磁共振扩散成像的磁共振技术感兴趣，该技术用于在图像信号取决于组织的扩散性之处检测癌症。扩散成像包括扩散加权成像(DWI)，扩散张量成像(DTI)，扩散峰度成像(DKI)，q-空间成像和许多其他扩散技术。为了清楚和简洁的目的，下面的说明特别参照DWI进行描述。应该理解，该描述是出于说明的目的，并且也适用于其他使用场景和/或扩散成像技术中。DWI测量水分子的随机运动(布朗运动)的量值，其通常被称为表观扩散系数(ADC)。使用DWI作为癌症诊断的生理学基础是癌变内致密地规程的细胞限制了正常的随机运动。低水平的随机运动是癌症的指标。DWI采集由其b值定义，其中，b值由DWI梯度的幅值、持续时间和时间间隔来定义，其允许探测不同的扩散系数。具有不同b值和不同扩散方向的DWI图像通常被相互组合以计算ADC图。此外，研究人员提出了许多模型来描述人体组织中的复杂扩散，例如参考所谓的ADC图的单指数模型，以及参考IVIM图、DTI图和DKI图(在本文中统称为扩散参数图)的双指数模型。在具有高灌注的组织中，IVIM模型是优选的，已经在肝脏中研究了DKI模型，并且主要已经在脑中研究了DTI模型。扩散加权图像和/或扩散参数图可以被放射科医师用来区分怀疑具有癌症的低随机运动的区域。以更高的b值(例如，大于1000s/mm2)采集的DWI允许增加肿瘤与正常组织之间的划定。然而，使用高b值所面临的挑战是所获得的高b值图像具有低信噪比(SNR)和严重失真。实现高b值DWI的替代方法是计算DWI，其中，使用高b值的扩散加权图像可以使用计算模型来从低b值DWI图像数学地导出，而不是直接采集。尽管许多研究已经表明由计算DWI生成的图像在诊断上可与采集的高b值DWI相当，但放射科医师仍然没有足够的信心来计算DWI的可行性，因为计算的DWI仅是对采集的高b值DWI的模拟。此外，计算的DWI常常导致异常的对比度，这进一步破坏放射学家对计算DWI的置信度。此外，计算DWI的图像质量取决于计算模型、b值、感兴趣组织等，这需要在DWI被广泛接受之前进行更多的临床研究来评估计算DWI的效果。FreimanMoti的“ImprovedMultiB-ValueDiffusion-WeightedMRIoftheBodybySimultaneousModelEstimationandImageReconstruction”，公开了预期信号的贝叶斯模型，其中信号衰减模型被用作先验信息，其允许一次对多个b值进行同时的模型估计和图像重建。
技术实现思路
本专利技术在独立权利要求中提供了一种磁共振成像系统、一种方法以及一种计算机程序产品。在从属权利要求中给出了实施例。如本领域技术人员将认识到的，本专利技术的若干方面可以实现为装置、方法或计算机程序产品。因此，本专利技术的各方面可采取完全硬件实施例，完全软件实施例(包括固件，驻留软件，微代码等)，或者组合了软件和硬件方面的实施例的形式，其可以在本文统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本专利技术的各个方面可以采取实现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质具有实现在其上的计算机可执行代码。可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。所述计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。如在本文中使用的“计算机可读存储介质”包括任何有形存储介质，其可以存储能够由计算设备的处理器执行的指令。所述计算机可读存储介质可以被称为计算机可读非瞬态存储介质。所述计算机可读存储介质也可以被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质还可以能够存储数据，所述数据能够被所述计算设备的处理器访问。计算机可读存储介质的范例包括但不限于：软盘，磁硬盘驱动器，固态硬盘，闪存，USB拇指驱动器，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，光盘，磁光盘和处理器的寄存器文件。光盘的范例包括压缩光盘(CD)和数字多用光盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语计算机可读存储介质还指代能够由所述计算机设备经由网络或通信链路访问的各种类型的记录介质。例如，可以经由调制解调器、经由互联网或经由局域网络来取回数据。体现在计算机可读介质上的计算机可执行代码可使用任何恰当的介质来传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等，或上述各项的任何适当的组合。计算机可读信号介质可以包括具有实现在其中的例如在基带内或者作为载波的一部分的计算机可执行代码的传播的数据信号。这样的传播信号可以采取多种形式中的任一种，包括，但不限于，电磁的、光学的、或者它们的任意合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，其不是计算机可读存储介质并且其能够传递、传播或传输程序用于由指令运行系统、装置或设备使用或者与其结合使用。“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的范例。计算机存储器是处理器能够直接访问的任何存储器。“计算机存储设备”或“存储设备”是计算机可读存储介质的另一范例。计算机存储设备是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储设备也可以是计算机存储器，或反之亦然。存储器和存储器的内容可以彼此重复，或者被描绘为可以被存储或复制到另一个中的一个整体。如在本文中使用的“处理器”涵盖能够执行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。对包括“处理器”的计算设备的引用应当被解读为能够包括超过一个处理器或处理内核。所述处理器例如可以是多核处理器。处理器还可以是指单个计算机系统之内的或者被分布在多个计算机系统之间的处理器的集合。术语计算设备也应被解释为可能指计算设备的集合或网络，每个计算设备均包括一处理器或多个处理器。所述计算机可执行代码可以由多个处理器运行，所述处理器可以处在相同的计算设备内或者其甚至可以跨多个计算设备分布。计算机可执行代码可以包括令处理器执行本专利技术的各方面的机器可执行指令或程序。用于执行针对本专利技术的各方面的操作的计算机可执行代码可以以一种或多种编程语言(包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象的编程语言以及诸如"C"编程语言或类似编程语言的常规过程编程语言)的任何组合来编写并且被编译为机器可执行指令。在一些情况下，所述计算机可执行代码可以以高级语言的形式或者以预编译形式并且结合在飞行中生成机器可执行指令的解释器来使用。所述计算机可执行代码可以作为单机软件包全部地在所述用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上、或者全部地在所述远程计算机或服务器上运行。在后者的场景中，所述远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))或者可以对外部计算机做出的连接(例如，使用因特网服务提供商通过因特网)而被连接到用户的计算机。本专利技术的各方面参考根据本专利技术的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图得以描述。将理解到，流程图、图示和/或框图的每个框或框的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成合成扩散图像的方法，所述方法包括：‑借助于扩散加权磁共振扫描在多个初始b值处采集多个初始扩散扫描数据；‑根据所述初始扩散扫描数据的至少部分导出初始扩散图像；‑借助于扩散加权磁共振扫描在高于所述初始b值中的每个初始b值的目标b值处采集目标扩散扫描数据；并且‑通过执行基于代价函数的重建以至少基于所述初始扩散图像和所述目标扩散扫描数据来在k空间中将保真度项应用于所述合成扩散图像而生成所述合成扩散图像，其中，所述合成扩散图像是合成扩散参数图和在所述目标b值处的合成扩散DWI图像中的至少一种，并且其中，当所述合成扩散图像是所述合成扩散参数图时，根据所述初始扩散扫描数据的所述至少部分导出初始扩散参数图以提供所述初始扩散图像，并且当所述合成扩散图像是在所述目标b值处的所述合成扩散DWI图像时，根据所述初始扩散扫描数据的所述至少部分导出在所述目标b值处的初始计算的DWI图像以提供所述初始扩散图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.26 EP 16166983.3;2015.12.09 CN PCT/CN2015/1.一种用于生成合成扩散图像的方法，所述方法包括：-借助于扩散加权磁共振扫描在多个初始b值处采集多个初始扩散扫描数据；-根据所述初始扩散扫描数据的至少部分导出初始扩散图像；-借助于扩散加权磁共振扫描在高于所述初始b值中的每个初始b值的目标b值处采集目标扩散扫描数据；并且-通过执行基于代价函数的重建以至少基于所述初始扩散图像和所述目标扩散扫描数据来在k空间中将保真度项应用于所述合成扩散图像而生成所述合成扩散图像，其中，所述合成扩散图像是合成扩散参数图和在所述目标b值处的合成扩散DWI图像中的至少一种，并且其中，当所述合成扩散图像是所述合成扩散参数图时，根据所述初始扩散扫描数据的所述至少部分导出初始扩散参数图以提供所述初始扩散图像，并且当所述合成扩散图像是在所述目标b值处的所述合成扩散DWI图像时，根据所述初始扩散扫描数据的所述至少部分导出在所述目标b值处的初始计算的DWI图像以提供所述初始扩散图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中，导出所述初始扩散参数图的步骤还包括：-基于与至少两个不同的初始b值相关联的所述初始扩散扫描数据来重建至少两幅初始DWI图像；-基于所述至少两幅DWI图像来计算所述初始扩散参数图。3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，生成所述合成扩散参数图的步骤还包括：-使所述代价函数最小化，所述代价函数包括保真度项的和：所述保真度项测量在每个初始b值和目标b值处采集的初始扩散扫描数据和目标扫描数据与基于所述合成扩散参数图针对每个对应的初始b值和目标b值计算的DWI图像的k空间数据之间的相似度。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述合成扩散参数图是ADC图、扩散系数和峰度(DKI)图以及体素内非相干运动(IVIM)图中的一种。5.根据权利要求1所述的方法，其中，导出在所述目标b值处的所述初始计算的DWI图像的步骤还包括：-基于与至少两个不同的初始b值相关联的初始扩散扫描数据来重建至少两幅初始扩散加权图像(DWI图像)；-基于所述至少两幅初始DWI图像来计算表观扩散系数(ADC)图；并且-基于计算出的ADC图来计算在所述目标b值处的所述初始计算的DWI图像。6.根据权利要求1和5中的任一项所述的方法，其中，生成在所述目标b值处的所述合成扩散DWI图像的步骤还包括：-使所述代价函数最小化，所述代价函数至少包括保真度项和约束项的加权和，所述保真度项测量在所述目标b值处采集的所述扩散扫描数据与所述合成扩散DWI图像的k空间数据之间的相似度，所述约束项测量所述合成扩散DWI图像与在所述目标b值处的所述初始计算的DWI图像之间的相似度。7.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，还包括：-将空间正则化项应用于基于所述代价函数的重建以改善所述合成扩散图像的信噪比(SNR)。8.一种用于生成合成扩散图像的磁共振成像系统(100)，包括：-数据接收器(20)，其被配置为接收借助于扩散加权磁共振扫描在多个初始b值处采集的初始扩散扫描数据以及借助于扩散加权磁共振扫描在高于所述初始b值中的每个初始b值的目标b值处采集的目标磁共振扫描数据；-初始扩散图像生成器(22)，其被配置为根据所述初始扩散扫描数据的至少部分来导出初始扩散图像；以及-合成扩散图像生成器(24)，其被配置为通过执行基于代价函数的重建以至少基于所述初始扩散图像和所述目标扩散扫描数据来在k空间中将保真度项应用于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鸣，黄峰，黄预立，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL