一种婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于快速自旋回波序列的婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化方法。首先采集0

【技术实现步骤摘要】
一种婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化方法


[0001]本申请涉及脑磁共振成像优化领域，尤其涉及婴幼儿大脑T2加权成像优化。

技术介绍

[0002]婴幼儿大脑磁共振成像是用来检查婴幼儿大脑结构、功能以及早期发育过程中的疾病的一种安全且通用的方法。然而，由于婴幼儿大脑成像对比度差，且因出生后两年内大脑快速发育导致图像对比度也随之迅速变化，导致婴幼儿大脑的灰白质难以区分，难以实现图像的自动化分割。由于出生时白质(white matter，WM)髓鞘发育不成熟导致T2弛豫时间延长，新生儿(≤1个月)大脑的T2加权(T2
‑
weighted，T2w)图像中白质与灰质(gray matter，GM)的对比度与成人大脑表现相反。而年龄稍长的婴幼儿对比度则类似于成人，而在出现这种反转之前会有一段时期WM和GM信号表现接近，导致大多数分割算法失效，这段时期通常出现在6
‑
10个月。
[0003]目前少有针对0
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24月龄婴幼儿大脑T2加权成像优化的研究。仅有一项研究通过调整TE和TR来优化对比度，但是使用这种方法提升对比度时，会牺牲一定的信噪比，并且大大延长扫描时间，降低图像采集效率，因此并不适合临床实际扫描。因此，本研究基于快速自旋回波成像序列，利用可变翻转角链控制成像对比度的自由灵活性，设计了一种将扩展相位图和反向扩展相位图联合迭代计算特定T2下设计所需要信号对应的翻转角链的方法，得到不同月龄下的大脑灰白质对比度最优的设计方案。该方法通过改变信号的演变模式来优化对比度，在不影响信噪比和保证采集效率的前提下，能显著提升婴幼儿大脑T2加权像的对比度，可被应用到临床磁共振扫描中。

技术实现思路

[0004]为了提高0
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24个月时期婴幼儿大脑T2w图像的对比，本专利技术提出一种实现婴幼儿大脑T2w磁共振成像优化的方法。该方法首先采集0
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24个月婴幼儿大脑的T1、T2和质子密度(proton density，PD)定量成像，分别得到婴幼儿大脑WM和GM的平均T1、T2、PD值，并依据婴幼儿大脑WM T2值和GM T2值的关系特点将婴幼儿分为不同的月龄组。接着，通过扩展相位图(extended phase graph,EPG)计算不同翻转角链下的WM和GM信号。随后，确定每个月龄组的最佳翻转角链优化方案。最终，将该最佳翻转角链优化方案应用于目标婴幼儿大脑进行3D T2w磁共振成像。本专利技术填补了0
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24个月婴幼儿大脑T2加权成像优化的空白，并依据婴幼儿大脑白质与灰质T2值的关系特点将婴幼儿分为不同月龄组，进而分别找出不同月龄组的最佳翻转角链优化方案，从而显著提升婴幼儿大脑T2加权成像对比度。这种方法的实现有利于婴幼儿大脑的解剖学分界以及疾病的检测，且方法简便，方便应用于临床常规检查中。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于快速自旋回波序列的婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化方法，其包括以下步骤：
[0007]S1：采集0
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24月龄婴幼儿大脑的纵向弛豫时间(T1)、横向弛豫时间(T2)和质子密度(PD)定量成像磁共振数据，得到每个婴幼儿大脑的白质和灰质各自的平均T1值、平均T2值以及平均PD值；
[0008]S2：根据每个样本中婴幼儿大脑的白质平均T2值与灰质平均T2值的相对高低情况，将婴幼儿的0
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24月龄区间分为不同月龄组；将S1中采集的定量成像磁共振数据重新按照各月龄组进行样本划分，然后分别统计每个月龄组婴幼儿大脑的大脑白质和灰质各自的平均T1值、平均T2值以及平均PD值；
[0009]S3：基于每个月龄组婴幼儿大脑的大脑白质和灰质各自的平均T1值、平均T2值以及平均PD值，通过扩展相位图(EPG)算法分别计算每个月龄组在每种可选翻转角链下由3D T2加权快速自旋回波序列产生的婴幼儿大脑白质和灰质的信号强度；
[0010]S4：将S3中得到每个月龄组在每种可选翻转角链下的婴幼儿大脑白质和灰质的信号强度转换为白质和灰质的对比度，根据对比度最大化的原则，分别从所有可选翻转角链中选出每个月龄组的最佳翻转角链，用于对婴幼儿大脑进行T2加权磁共振成像。
[0011]基于上述第一方面的方案，各步骤还可以进一步提供以下优选的实现方式。需要注意的是，各优选方式中的技术特征在没有冲突的情况下均可进行相互组合。当然这些优选方式也可以通过其他能够实现相同技术效果的方式实现，不构成限制。
[0012]作为上述第一方面的优选，所述步骤S1中平均T1值、平均T2值和平均PD值计算方法如下：
[0013]S101：采集若干0
‑
24月龄婴幼儿大脑的T1、T2和PD定量成像磁共振数据；
[0014]S102：针对每个婴幼儿大脑定量成像磁共振数据，勾画脑皮层灰质和脑皮层下白质的感兴趣区；
[0015]S103：基于每个婴幼儿大脑定量成像磁共振数据中勾画的感兴趣区，计算脑皮层下白质感兴趣区内的平均T1值作为婴幼儿大脑白质平均T1值；计算脑皮层下白质感兴趣区内的平均T2值作为婴幼儿大脑白质平均T2值；计算脑皮层下白质感兴趣区内的平均PD值作为婴幼儿大脑白质平均PD值；计算脑皮层灰质感兴趣区内的平均T1值作为婴幼儿大脑灰质平均T1值；计算脑皮层灰质感兴趣区内的平均T2值作为婴幼儿大脑灰质平均T2值；计算脑皮层灰质感兴趣区内的平均PD值作为婴幼儿大脑灰质平均PD值。
[0016]作为上述第一方面的优选，所述步骤S2中婴幼儿的月龄分组方法如下：
[0017]按照不同月龄段的婴幼儿大脑白质和灰质T2值随大脑发育动态变化关系曲线，将婴幼儿分为三个月龄组，其中三组的所述相对高低情况分别为：
[0018]第一组中，该月龄段婴幼儿大脑白质T2值高于婴幼儿大脑灰质T2值；
[0019]第二组中，该月龄段婴幼儿大脑白质T2值接近婴幼儿大脑灰质T2值；
[0020]第三组中，该月龄段婴幼儿大脑白质T2值低于婴幼儿大脑灰质T2值。
[0021]作为上述第一方面的优选，所述的三个月龄组分别为0
‑
6月龄(即出生后0～180天)、6
‑
12月龄(即出生后181～360天)和12
‑
24月龄(即出生后361～720天)。
[0022]作为上述第一方面的优选，所述步骤S3的具体实现步骤如下：
[0023]S301、对于包含四个关键角α
first
、α
min
、α
cent
、α
max
的翻转角链，固定α
max
的角度值，并在α
min
和α
cent
各自的角度范围内进行采样，从而构造出一系列可选角度组合，每一个可选角度组合对应于α
min
、α...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于快速自旋回波序列的婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采集0
‑
24月龄婴幼儿大脑的纵向弛豫时间(T1)、横向弛豫时间(T2)和质子密度(PD)定量成像磁共振数据，得到每个婴幼儿大脑的白质和灰质各自的平均T1值、平均T2值以及平均PD值；S2：根据每个样本中婴幼儿大脑的白质平均T2值与灰质平均T2值的相对高低情况，将婴幼儿的0
‑
24月龄区间分为不同月龄组；将S1中采集的定量成像磁共振数据重新按照各月龄组进行样本划分，然后分别统计每个月龄组婴幼儿大脑的大脑白质和灰质各自的平均T1值、平均T2值以及平均PD值；S3：基于每个月龄组婴幼儿大脑的大脑白质和灰质各自的平均T1值、平均T2值以及平均PD值，通过扩展相位图(EPG)算法分别计算每个月龄组在每种可选翻转角链下由3D T2加权快速自旋回波序列产生的婴幼儿大脑白质和灰质的信号强度；S4：将S3中得到每个月龄组在每种可选翻转角链下的婴幼儿大脑白质和灰质的信号强度转换为白质和灰质的对比度，根据对比度最大化的原则，分别从所有可选翻转角链中选出每个月龄组的最佳翻转角链，用于对婴幼儿大脑进行T2加权磁共振成像。2.根据权利要求1所述的婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化的方法，其特征在于，所述步骤S1中平均T1值、平均T2值和平均PD值计算方法如下：S101：采集若干0
‑
24月龄婴幼儿大脑的T1、T2和PD定量成像磁共振数据；S102：针对每个婴幼儿大脑定量成像磁共振数据，勾画脑皮层灰质和脑皮层下白质的感兴趣区；S103：基于每个婴幼儿大脑定量成像磁共振数据中勾画的感兴趣区，计算脑皮层下白质感兴趣区内的平均T1值作为婴幼儿大脑白质平均T1值；计算脑皮层下白质感兴趣区内的平均T2值作为婴幼儿大脑白质平均T2值；计算脑皮层下白质感兴趣区内的平均PD值作为婴幼儿大脑白质平均PD值；计算脑皮层灰质感兴趣区内的平均T1值作为婴幼儿大脑灰质平均T1值；计算脑皮层灰质感兴趣区内的平均T2值作为婴幼儿大脑灰质平均T2值；计算脑皮层灰质感兴趣区内的平均PD值作为婴幼儿大脑灰质平均PD值。3.根据权利要求1所述的婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化的方法，其特征在于，所述步骤S2中婴幼儿的月龄分组方法如下：按照不同月龄段的婴幼儿大脑白质和灰质T2值随大脑发育动态变化关系曲线，将婴幼儿分为三个月龄组，其中三组的所述相对高低情况分别为：第一组中，该月龄段婴幼儿大脑白质T2值高于婴幼儿大脑灰质T2值；第二组中，该月龄段婴幼儿大脑白质T2值接近婴幼儿大脑灰质T2值；第三组中，该月龄段婴幼儿大脑白质T2值低于婴幼儿大脑灰质T2值。4.根据权利要求3所述的婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化的方法，其特征在于，所述的三个月龄组分别为0
‑
6月龄、6
‑
12月龄和12
‑
24月龄。5.根据权利要求1所述的婴幼儿大脑T2加权磁共振成像优化的方法，其特征在于，所述步骤S3的具体实现步骤如下：S301、对于包含四个关键角α
first
、α
min
、α
cent
、α
max
的翻转角链，固定α
max
的角度值，并在α
min
和α
cent
各自的角度范围内进行采样，从而构造出一系列可选角度组合，每一个可选角度
组合对应于α
min
、α
cent
和α
max
的一组固定值，α
min
必须小于α
cent
；其中，α
first
为整个翻转角链上的第一个角；α
min
为整个翻转角链上的第五个角，也是翻转角链上的最小角；α
cent
为填充K空间中心时刻的回波信号对应的翻转角；α
max
为翻转角链上的最末角；S302：针对每一个可选角度组合，将其中的α
min
、α
cent
和α
max
分别作为具有恒定翻转角的快速自旋回波序列中的翻转角α，计算理论上所能达到的静态伪稳态信号值S
SPSS
，计算式为：其中P(
·
)为勒让德多项式；再将α分别取α
min
、α
cent
、α
max
时得到的静态伪稳态信号值S
SPSS
分别作为静态伪稳态信号曲线上三个角度所对应的回波信号值S
min
、S
cent
、S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丹，吴佳妮，张洪锡，汪文祺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：