借助磁共振确定扩散张量的系数的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种借助磁共振确定扩散张量的系数的方法，用于描述对象内部的扩散过程。其中在考虑用于不同扩散编码的控制数据的情况下由对象的立体元素产生按照时间顺序的、位置分辨的、不同扩散编码的扩散数据。对于每个立体元素从利用第一扩散编码测量的扩散数据中产生扩散中间数据。然后对于每个立体元素由先前产生的扩散数据的扩散中间数据和当前利用另一个扩散编码测量的扩散数据中确定出更新的扩散中间数据。在利用不同的扩散编码进行了多次更新之后，从最后确定的更新的扩散中间数据中确定扩散张量的分量。本发明专利技术还涉及一种实施该方法的装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于借助磁共振确定扩散张量的系数的方法，用于描述对象内部的扩散过程，其中，在考虑用于不同扩散编码的控制数据的情况下由对象的立体元素以时间顺序产生位置分辨的、不同扩散编码的扩散数据。本专利技术还涉及一种用于实施该方法的装置。
技术介绍
在US 5539310中公开了一种上述类型的方法和装置。其中给出的方法建立在Stejskal和Tanner在1965年提出的磁共振测量序列的基础上。在US5539310中描述的方法扩展了Stejskal和Tanner提出的测量序列，即为每个体素从检查区域中确定扩散张量的系数或元素，并图像化地显示。该显示直观地利用扩散椭圆实现，椭圆的主轴反映最强扩散过程的方向。在各个方向上的延伸表示扩散过程在相应方向上的数值。因此在医学应用中利用磁共振-扩散成像来测量内生组织中水分子的相对移动性。由于组织中的扩散取决于组织的结构(如纤维方向)，因此可以从扩散张量导出医学上重要的判断。在磁共振测量中扩散数据通过用于扩散编码的扩散梯度场的大小和方向来确定。在此利用与高频180°再聚焦脉冲对称设置的强梯度脉冲。第一梯度脉冲在该180°再聚焦脉冲之前对所有自旋产生相移，第二梯度脉冲将该相移反向。由此对于位置固定的分子(在医学成像中为光子)又使相移抵消。但对于由于布劳恩运动(braunsche Bewegung)而在第二梯度脉冲作用时所在的位置与在第一梯度脉冲作用时所在的位置不同的分子，则相移不能得到完全补偿。还留有会导致信号衰减的剩余相移。通过这样的梯度脉冲的大小和方向可以控制扩散编码。在借助磁共振技术的医学扩散张量测量以及随后的图像显示(DTI＝扩散张量成像)中，产生大量测量数据，由这些测量数据逐像素地计算出所寻找的六个张量参数或张量系数、即对称3×3张量矩阵的独立元素或分量。典型地，然后将张量参数用于计算对诊断重要的参数卡(Parameterkarte)。这样例如将扩散张量的各向同性的分量或扩散张量的各向异性的分量显示在相应的参数卡中(平均直观扩散系数图或ADCav图，以及部分各向异性图(fractional AnisotropyMap)或FA图)。由于大量的测量数据，计算每个体素的扩散张量要求借助平衡来确定未知的参数。所采用的是公知的多变量线性回归方法，例如构成伪逆的方法或执行奇异值分解的方法。但这些方法需要大量存储空间并且计算开销大，因为在这些公知方法中要为分析保持所有的数据，并且直到测量结束后才利用平衡方法确定所寻找的参数。对于扩散编码准则的特定刚性原则还替代地使用强度值计算的规则。但这样的方法非常不灵活。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种方法和装置，可以灵活地进行分析并可降低所需的存储容量。本专利技术的技术问题通过一种借助磁共振确定扩散张量的系数的方法和实施该方法的装置来解决。该方法用于描述对象内部的扩散过程，其中，在考虑用于不同扩散编码的控制数据的情况下由对象的立体元素产生按照时间顺序的、位置分辨的、不同扩散编码的扩散数据。按照本专利技术的方法对于每个立体元素从利用第一扩散编码测量的扩散数据中产生扩散中间数据，对于每个立体元素由先前产生的扩散数据的扩散中间数据和当前利用另一个扩散编码测量的扩散数据中确定出更新的扩散中间数据，以及在利用不同的扩散编码进行了多次更新之后，由最后确定的更新的扩散中间数据确定扩散张量的分量。利用该增量方法可以对产生的测量值立即进行处理，并用于更新扩散中间数据。从最后更新的中间数据中可以用较少的、计算量不是太大的处理步骤来确定张量的分量。因此无需象在现有技术中公知的那样，在分析能够开始之前首先确定所有测量值并存储在存储器中。在按照本专利技术的方法中，对存储器的需求显著降低。这些计算的一部分可以在数据采集时就并行地进行，这样测量之后所需的用于计算结果的时间也同样大大减少。在测量结束后仍要进行的计算不再直接访问测量数据。由此将计算分解为需要访问测量数据的部分和基于中间结果的部分。根据本专利技术的第一特别优选的实施方式，采用摩尔-彭罗斯伪逆(Moore-Penrose-Pseudo-Inversen)借助正规方程式方法来确定扩散中间数据和更新的扩散中间数据。该方法对每个子测量、即对每个利用特定的扩散编码的测量仅需要用于该子测量和从该子测量中得到的信息。因此原则上就是在未预见的测量中断之后也可以确定扩散分量。这样结果的准确性当然取决于测量数据的质量。根据本专利技术的另一优选实施方式，借助奇异值分解方法来确定扩散中间数据和更新的扩散中间数据。在此尽管需要所有扩散编码的信息，如测量次数乘以6个要确定的扩散分量，但尽管如此在此仍然可以相应减少的存储器和计算需求对测量数据进行增量地处理。在上述给出的两个实施方式中，采用线性代数中用于矩阵计算的标准方法，其以高度优化的标准库的形式提供或者还可以采用现代处理器的硬件扩展。在本专利技术的另一优选实施方式中，为了确定扩散张量的分量还考虑成像梯度场的扩散编码的作用。与此相关的是这样确定的扩散张量分量的质量改进，因为考虑了所有对扩散编码产生影响的梯度场。在本专利技术的另一优选实施方式中，以这样的时间顺序产生扩散数据，即首先产生强确定扩散张量分量的扩散数据，后产生弱确定扩散张量分量的扩散数据。由此在短的测量时间之后就可以计算出扩散张量分量的第一近似。此外，这样的测量顺序可以容忍测量的提前中断。在本专利技术的另一优选实施方式中，当可以预先给定的精度确定扩散张量的分量时，输出一个信号。本专利技术的另一优选实施方式是确定分量的品质好坏并作为质量度量输出。在本专利技术的另一优选实施方式中，从控制数据中确定条件数来作为分量的可确定性的度量。附图说明以下借助附图对本专利技术的实施例进行描述。其中示出图1示意性示出具有用于确定扩散张量的主要组件的诊断磁共振设备；图2以框图示出用于确定扩散张量分量的方法的基本结构。具体实施例方式活体组织的扩散特性给出其微观结构的重要信息。这样的扩散过程可以用扩散张量来描述，扩散张量的分量借助磁共振技术来确定。扩散编码的或扩散加权的磁共振信号可以用当今公知的诊断磁共振设备产生。因此可以用下式来描述扩散加权的磁共振信号S＝S0e-bD(1)其中S0是没有扩散加权的梯度脉冲的开始信号强度b 是扩散加权系数D 是扩散系数，也称为ADC(apparent diffusion coefficient，直观扩散系数)。利用扩散系数D根据公式(1)仅能描述具有各向同性的扩散特性的组织。为了也能采集各向异性的扩散情况，对公式(1)进行如下扩展S=S0e-bgTDg---(2)]]>在此D描述对称的3×3扩散张量D=DXXDXYDXZDYYDYZDZZ---(3)]]>以及g＝gdiff/|gdiff|(4)描述标准化的扩散编码的梯度向量。DXX、DXY、DXZ、DYY等是扩散张量的各个分量或元素。有时也将它们称为张量参数。所采用的梯度的作用可以通过引入扩散矩阵B来描述，其展开如下S=S0e-bgTDg]]>=S0e-b<ggT,D>]]>=S0e-<bG,D>---(5)]]>=S0e-<B,D>]]>=S0exp]]>在此为了简化地显示在一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助磁共振确定扩散张量的系数的方法，用于描述对象内部的扩散过程，其中，在考虑用于不同扩散编码的控制数据的情况下由对象的立体元素产生按照时间顺序的、位置分辨的、不同扩散编码的扩散数据，其特征在于，　　　　－对于每个立体元素从利用第一扩散编码测量的扩散数据中产生扩散中间数据；　　　　－对于每个立体元素从先前产生的扩散数据的扩散中间数据和当前利用另一个扩散编码测量的扩散数据中确定出更新的扩散中间数据；以及　　　　－在利用不同的扩散编码进行了多次更新之后，从最后确定的更新的扩散中间数据中确定扩散张量的分量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹斯格林，斯蒂芬塞森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]