一种磁共振电特性断层成像方法技术

本发明专利技术公开了一种磁共振电特性断层成像方法，该方法包括以下步骤：根据扫描部位，选择与扫描部位相应的扫描序列、扫描参数和射频线圈，对扫描部件的成像组织进行磁共振扫描；基于扫描获取的数据，得到磁共振成像信号值，根据磁共振成像信号方程与T1值的函数关系，求出成像组织T1值分布；根据T1与含水量的函数关系，求出成像组织的含水量W；根据含水量与人体组织电特性的函数关系，得到人体组织电特性数值。本发明专利技术利用“T1‑含水量‑电特性”之间的函数关系求解出人体组织电特性，不需要做电磁场二阶微分计算，提高了运算结果的准确性；缩短了扫描时间；不要求扫描序列和硬件。

A method of magnetic resonance electrical characteristic tomography

The invention discloses a magnetic resonance electrical characteristic tomography method, which comprises the following steps: according to the scanning position, selecting the corresponding scanning sequence, scanning parameters and radio frequency coil to scan the imaging tissue of the scanning part; based on the data acquired by the scanning, obtaining the signal value of the magnetic resonance imaging, according to the signal equation and T1 value of the magnetic resonance imaging. According to the functional relationship between T1 and water content, the water content W of imaging tissue is obtained, and the electrical properties of human tissue are obtained according to the functional relationship between water content and electrical properties of human tissue. The invention solves the electrical characteristics of human tissues by using the functional relationship between \T1 water content electrical characteristics\, does not need to do second-order differential calculation of electromagnetic field, improves the accuracy of calculation results, shortens scanning time, and does not require scanning sequence and hardware.

【技术实现步骤摘要】
一种磁共振电特性断层成像方法
本专利技术属于医学图像处理领域，具体涉及一种磁共电特性断层成像方法。
技术介绍
人体组织的电特性是组织在电磁场作用下的固有属性，主要包括组织的电导率和相对介电常数。组织电特性与组织内离子浓度，蛋白质含量及结合水与自由水的比例等有关，当组织的生理或者病理状态发生改变时，其电特性也会发生变化。已有实验证实，人体恶性肿瘤组织与对应的正常组织的电特性的差异较大，可达数几倍以上。这种由于组织、器官生理或者病理状态发生改变导致的组织电特性变化，可为疾病的诊断提供有价值的信息，因此，人体组织电特性成像具有巨大的临床应用前景。现有技术中，对人体组织的电特性测量进行测量多采用磁共振电特性断层成像(MREPT)为代表的新测量技术，其具有无创性、高空间分辨率、多维度成像、不需求解病态逆问题等多种优势，正被越来越多的学者所关注，成为生物组织电特性领域的研究热点。其中，代表性的工作包括：Katscher等人在2009年提出利用磁共振发射射频场信息解析求解组织各处电导率和电容率的方法，在鸟笼线圈中实现了电特性参数的活体测量，并将该技术命名为MREPT(KatscherU,VoigtT,FindekleeC,etal.DeterminationofelectricconductivityandlocalSARviaB1mapping[J].IEEEtransactionsonmedicalimaging,2009,28(9):1365-1374.)。Voigt等人在Katscher等人的研究基础上，对3T射频磁场的幅度和相位做了一定的假设，提出了基于信号相位的电导率求解和基于磁场幅度的相对介电常数求解方法，极大降低了电特性计算复杂度(VoigtT,KatscherU,DoesselO.Quantitativeconductivityandpermittivityimagingofthehumanbrainusingelectricpropertiestomography[J].MagneticResonanceinMedicine,2011,66(2):456-466.)。另外，BinHe团队提出基于7T超高场多通道射频收发线圈计算各通道接收场的幅度和相位，并根据MREPT二阶微分算法，实现超高场磁共振人体脑部组织无创电特性断层成像(LiuJ,ZhangX,SchmitterS,etal.Gradient-basedelectricalpropertiestomography(gEPT):Arobustmethodformappingelectricalpropertiesofbiologicaltissuesinvivousingmagneticresonanceimaging[J].Magneticresonanceinmedicine,2015,74(3):634-646.)。总体来说，现有的MREPT技术均通过求解射频场分布(通过B1mapping技术)，再根据麦克斯韦电磁方程求解电特性。该重建框架使得现有的MREPT技术存在以下问题：(1)重建误差大：一方面是由于磁共振B1mapping技术通常只能计算B1场幅度信息，而忽略射频场的z方向分量以及通过一定的假设条件获得B1近似相位，非准确的磁场直接影响电特性重建的准确性；另一方面，重建方法基于二阶微分方程，对噪声非常敏感，微小的扰动，可通过微分核函数放大并传递至重建结果。(2)扫描时间长：在实际成像中，为了抑制噪声，通常需增加扫描重复次数并均值滤波，极大增加了扫描时间(如在BinHe等人研究报道中，为降低噪声做20次平均，耗时210分钟)。(3)非通用序列或硬件：在现有的MREPT技术中，通常对扫描序列(包括B1mapping序列)、收发线圈类型、激励方式等做出约束，以满足重建过程中某些假设条件。然而，这些约束极大限制了现有MREPT技术在商业通用磁共振系统上的开展。上述问题导致现有的MREPT技术尚未达到实际临床常规成像的条件。因此，针对现有技术不足，提供一种新的磁共振电特性断层成像方法以克服现有技术不足甚为必要。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了重建误差小，扫描时间短可采用通用序列或硬件的磁共电特性断层成像方法。一种易于实现，且单词认识度排序准确度高的单词认知度排序方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种磁共振电特性断层成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：根据扫描部位，选择与扫描部位相应的扫描序列、扫描参数和射频线圈，对扫描部件的成像组织进行磁共振扫描，并提取扫描成像数据；S2：基于扫描获取的数据，得到磁共振成像信号值，根据磁共振成像信号方程与T1值的函数关系，求出成像组织T1值分布；S3：成像组织的含水量W与成像组织T1值的函数关系为：其中：A,B为待定系数，其数值与磁共振主磁场场强大小获取；根据S2计算得到的T1值与公式(II)求出成像组织的含水量W；S4：所述成像组织的电特性参数电导率σ和相对介电常数εr与含水量之间在数值上存在如下函数映射关系如下：εr＝q1W2+q2W+q3(IV)通过公式(III)和(IV)分别计算电导率σ和相对介电常数εr，得到电导率σ和相对介电常数εr的成像图像，保存和输出电导率σ和相对介电常数εr的成像图像，式中，p1，p2，p3，q1，q2，q3为与成像组织对应的系数。优选地，在S1步骤中需要对成像组织进行两次扫描，两次扫描的重复时间分别记为TR1和TR2，所述磁共振成像信号方程为：其中，S(TR1)和S(TR2)分别是重复时间为TR1和TR2的磁共振成像信号值，TR1为成像组织的扫描时间，κ为缩放因子，ρ为质子密度，θ为翻转角，T1和T2分别为纵向和横向弛豫时间，TE为回波时间。优选地，所述磁共振成像信号方程中翻转角θ取值为90度，平均次数为1。优选地，所述磁共振成像信号方程中回波时间取值20ms。优选地，两次不同TR成像数据采用DICOM格式进行保存。优选地，所述磁共振成像信号方程中TR1＝700ms，TR2＝3000ms。优选地，在S2步骤扫描中采用的射频线圈均采用Skyra3.0T。优选地，所述成像组织T1值、含水量及电特性同时成像。优选地，所述系数p1，p2，p3，q1，q2和q3通过文献值拟合求得。优选地，所述扫描的重复时间TR1和TR2的时间总和小于等于5分钟。本专利技术的有益效果：本专利技术从成像组织T1定量，利用“T1-含水量-电特性”之间的函数关系求解出人体组织电特性，在重建过程中，本专利技术不需要做电磁场二阶微分计算，有效地提升重建算法的鲁棒性、提高运算结果的准确性。本专利技术不需增加扫描重复次数来抑制噪声，显著地缩短了扫描时间；本专利技术不要求扫描序列和硬件，在临床通用的序列和硬件系统中均可实现，使MREPT成像可在实际临床中广泛开展。附图说明图1是本专利技术一种磁共振电特性断层成像方法的步骤流程示意图。图2是本专利技术实施例中TR＝700ms的磁共振成像扫描结果。图3是本专利技术实施例中TR＝3000ms的磁共振成像扫描结果。图4是本专利技术实施例的成像组织T1值计算结果。图5是本专利技术实施例的成像组织含水量计算结果。图6是本专利技术实施例的成像组织电导率计算结果。图7是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁共振电特性断层成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：根据扫描部位，选择与扫描部位相应的扫描序列、扫描参数和射频线圈，对扫描部件的成像组织进行磁共振扫描，并提取扫描成像数据；S2：基于扫描获取的数据，得到磁共振成像信号值，根据磁共振成像信号方程与T1值的函数关系，求出成像组织T1值分布；S3：成像组织的含水量W与成像组织T1值的函数关系为：

【技术特征摘要】
1.一种磁共振电特性断层成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：根据扫描部位，选择与扫描部位相应的扫描序列、扫描参数和射频线圈，对扫描部件的成像组织进行磁共振扫描，并提取扫描成像数据；S2：基于扫描获取的数据，得到磁共振成像信号值，根据磁共振成像信号方程与T1值的函数关系，求出成像组织T1值分布；S3：成像组织的含水量W与成像组织T1值的函数关系为：其中：A,B为待定系数，其数值与磁共振主磁场场强大小获取；根据S2计算得到的T1值与公式(II)求出成像组织的含水量W；S4：所述成像组织的电特性参数电导率σ和相对介电常数εr与含水量之间函数映射关系如下：εr＝q1W2+q2W+q3(IV)通过S3计算得到的W值以及公式(III)和(IV)分别计算电导率σ和相对介电常数εr，得到电导率σ和相对介电常数εr的成像图像，保存和输出电导率σ和相对介电常数εr的成像图像，p1，p2，p3，q1，q2，q3为与成像组织对应的系数。2.如权利要求1所述的一种磁共振电特性断层成像方法，其特征在于，在S1步骤中需要对成像组织进行两次扫描，两次扫描的重复时间分别记为TR1和TR2，所述磁共振成像信号方程为：其中，S(TR1)和S(TR2)分别是重复时间为TR1和TR2的磁共振成像信号值，TR1...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛学刚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44