磁化率分解重建方法、系统、介质、电子设备技术方案

本发明专利技术提供一种磁化率分解重建方法、系统、介质、电子设备，包括以下步骤：获取非磁场扰动的横向弛豫速率图像；基于多头部方向的多回波梯度回波信号和所述横向弛豫速率图像构建顺逆磁磁化率分解模型；初始化幅值衰减核，基于所述幅值衰减核和所述顺逆磁磁化率分解模型获取初始的顺逆磁磁化率图像；基于所述初始的顺逆磁磁化率图像更新所述幅值衰减核；迭代更新的顺逆磁磁化率图像和幅值衰减核，直至所述顺逆磁磁化率图像和所述幅值衰减核均收敛，并将收敛得到顺逆磁磁化率图像作为重建的顺逆磁磁化率图像。本发明专利技术的磁化率分解重建方法、系统、介质、电子设备有效消除了磁化率伪影，提升了磁化率数值的准确度。提升了磁化率数值的准确度。提升了磁化率数值的准确度。

【技术实现步骤摘要】
磁化率分解重建方法、系统、介质、电子设备


[0001]本专利技术涉及磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)的
，特别是涉及一种磁化率分解重建方法、系统、介质、电子设备。

技术介绍

[0002]神经退行性疾病(neurodegenerative disease)一直以来都是危及人体生命健康的重大隐患。随着社会发展，此类疾病已出现年轻化趋势。研究神经退行性疾病的起因、发展和相关生理代谢对提早发现、预防和临床诊断和治疗具有重要价值。神经退行性疾病病因复杂，相关研究表明，脑铁沉积(iron deposition)和髓鞘发育(myelination)在其中扮演了至关重要的角色。因此，无创一体化定量检测脑铁和髓鞘含量对相关脑疾病的研究至关重要。
[0003]磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是一种临床上无创检测人脑器质性病变常用的非侵入式医学成像技术。人脑组织的磁共振相位对比度(phase contrast)可以反映人脑内顺磁性(paramagnetic susceptibility)铁沉积和逆磁性(diamagnetic susceptibility)髓鞘等磁性物质的空间分布信息。因此利用磁共振相位图可获取神经退行性疾病的组织病变信息，对疾病诊断具有重要价值。利用定量磁化率图像(Quantitative Susceptibility Mapping，QSM)重建技术可以对相位图反演得到人脑总体的磁化率分布，有效定量人脑总体磁化率源的含量。
[0004]然而，受限于临床磁共振毫米级的分辨率，这些具有顺磁性或逆磁性的物质通常共同存在于同一体素内。因此，同时无创定量脑内顺磁性和逆磁性物质的分布情况对人脑发育和衰老、帕金森综合征(Parkinson
’
s disease，PD)、多发性硬化(multiple sclerosis，MS)和癫痫(epilepsy)等神经性疾病的研究具有重要价值。然而，磁共振相位反映的是顺逆磁性物质产生的影响相互抵消的结果，传统的QSM技术无法区分二者，导致目前定量结果缺乏特异性及可靠性，为人体组织的精准定量及临床应用带来极大的挑战。
[0005]此外，受磁化率物理模型所限，利用单一头部方向扫描的相位图反演得到的顺逆磁磁化率重建会产生较强的伪影，影响重建图像质量，进而干扰重建结果的准确性，对后续的科学研究和临床诊断产生较大影响。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种磁化率分解重建方法、系统、介质、电子设备，通过多头部方向的磁共振扫描数据重建顺磁性和逆磁性磁化率图像，有效消除了磁化率伪影，提升了磁化率数值的准确度。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种磁化率分解重建方法，所述方法包括以下步骤：获取非磁场扰动的横向弛豫速率图像；基于多头部方向的多回波梯度回波信号和所述横向弛豫速率图像构建顺逆磁磁化率分解模型；初始化幅值衰减核，基于所述幅值衰减核和所述顺逆磁磁化率分解模型获取初始的顺逆磁磁化率图像；基于所述初始的顺逆磁磁化率图像更新
所述幅值衰减核；基于更新后的幅值衰减核获取更新的顺逆磁磁化率图像，基于更新后的顺逆磁磁化率图像获取更新的幅值衰减核，交替迭代直至所述顺逆磁磁化率图像和所述幅值衰减核均收敛，并将收敛得到顺逆磁磁化率图像作为重建的顺逆磁磁化率图像。
[0008]在第一方面的一种实现方式中，获取非磁场扰动的横向弛豫速率图像包括以下步骤：
[0009]采集多个多回波自旋回波图像；
[0010]基于最小二乘法将所述多个多回波自旋回波图像拟合为所述横向弛豫速率图像。
[0011]在第一方面的一种实现方式中，所述横向弛豫速率图像表示为其中TE表示梯度回波的回波时间，M0表示理论下梯度回波信号的回波时间等于零时的幅值信号，R2表示非磁场扰动的横向弛豫衰减率。
[0012]在第一方面的一种实现方式中，基于多头部方向的多回波梯度回波信号和所述横向弛豫速率图像构建顺逆磁磁化率分解模型包括以下步骤：
[0013]采集多个多头部方向的多回波梯度回波信号；
[0014]构建所述顺逆磁磁化率分解模型其中，S(TE
j
)表示第j个回波的梯度回波信号，TE
j
表示第j个梯度回波的回波时间，M0表示理论下梯度回波信号的回波时间等于零时的幅值信号，a表示幅值衰减核，φ
res
表示梯度回波信号中不受回波时间影响的残留相位，γ表示旋磁比，D表示采集的方向上的偶极子核，R2表示非磁场扰动的横向弛豫衰减率，2πf
bg
TE
j
表示背景场相位信号，χ
para
表示顺磁性物质的磁化率数值，χ
dia
表示逆磁性物质的磁化率数值，B0表示磁感应强度。
[0015]在第一方面的一种实现方式中，梯度回波信号的相位信号通过拉普拉斯算法相位解缠绕，在获取解缠绕后的相位信号后使用球谐函数算法拟合获取所述背景场相位信号。
[0016]在第一方面的一种实现方式中，根据以下公式获取顺逆磁磁化率图像：
[0017][0018]其中，TE
j
表示第j个梯度回波的回波时间，a表示幅值衰减核，φ
res
表示不受回波时间影响的残留相位，H是头部旋转方向的总数，N是每次扫描的回波总数，表示第h个头部方向扫描的第j个梯度回波时间的解卷绕相位信号，f
bg,h
表示第h个头部方向扫描的背景场信号，γ表示旋磁比，D表示采集的方向上的偶极子核，R2表示非磁场扰动的横向弛豫衰减率，χ
para
表示顺磁性物质的磁化率数值，χ
dia
表示逆磁性物质的磁化率数值，表示磁场扰动的横向弛豫衰减率，λ1表示求解公式第一项的正则项权重。
[0019]在第一方面的一种实现方式中，更新的幅值衰减核表示为其中R
′2表示磁场扰动的横向弛豫衰减率与非磁场扰动的横向弛豫衰减率R2的差值，χ
para
表示顺磁性物质的磁化率数值，χ
dia
表示逆磁性物质的磁化率数值，|
·
|表示取绝对值运算。
[0020]第二方面，本专利技术提供一种磁化率分解重建系统，所述系统包括第一获取模块、构
建模块、第二获取模块、更新模块和迭代模块；
[0021]所述第一获取模块用于获取非磁场扰动的横向弛豫速率图像；
[0022]所述构建模块用于基于多头部方向的多回波梯度回波信号和所述横向弛豫速率图像构建顺逆磁磁化率分解模型；
[0023]所述第二获取模块用于初始化幅值衰减核，基于所述幅值衰减核和所述顺逆磁磁化率分解模型获取初始的顺逆磁磁化率图像；
[0024]所述更新模块用于基于所述初始的顺逆磁磁化率图像更新所述幅值衰减核；
[0025]所述迭代模块用于基于更新后的幅值衰减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁化率分解重建方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：获取非磁场扰动的横向弛豫速率图像；基于多头部方向的多回波梯度回波信号和所述横向弛豫速率图像构建顺逆磁磁化率分解模型；初始化幅值衰减核，基于所述幅值衰减核和所述顺逆磁磁化率分解模型获取初始的顺逆磁磁化率图像；基于所述初始的顺逆磁磁化率图像更新所述幅值衰减核；基于更新后的幅值衰减核获取更新的顺逆磁磁化率图像，基于更新后的顺逆磁磁化率图像获取更新的幅值衰减核，交替迭代直至所述顺逆磁磁化率图像和所述幅值衰减核均收敛，并将收敛得到顺逆磁磁化率图像作为重建的顺逆磁磁化率图像。2.根据权利要求1所述的磁化率分解重建方法，其特征在于：获取非磁场扰动横向弛豫速率R2图像包括以下步骤：采集多个多回波自旋回波图像；基于最小二乘法将所述多个多回波自旋回波图像拟合为所述横向弛豫速率图像。3.根据权利要求2所述的磁化率分解重建方法，其特征在于：所述横向弛豫速率图像表示为其中TE表示梯度回波的回波时间，M0表示理论下梯度回波信号的回波时间等于零时的幅值信号，R2表示非磁场扰动的横向弛豫衰减率。4.根据权利要求1所述的磁化率分解重建方法，其特征在于：基于多头部方向的多回波梯度回波信号和所述横向弛豫速率图像构建顺逆磁磁化率分解模型包括以下步骤：采集多个多头部方向的多回波梯度回波信号；构建所述顺逆磁磁化率分解模型其中，S(TE
j
)表示第j个回波的梯度回波信号，TE
j
表示第j个梯度回波的回波时间，M0表示理论下梯度回波信号的回波时间等于零时的幅值信号，a表示幅值衰减核，φ
res
表示梯度回波信号中不受回波时间影响的残留相位，γ表示旋磁比，D表示采集的方向上的偶极子核，R2表示非磁场扰动的横向弛豫衰减率，2πf
bg
TE
j
表示背景场相位信号，χ
para
表示顺磁性物质的磁化率数值，χ
dia
表示逆磁性物质的磁化率数值，B0表示磁感应强度。5.根据权利要求4所述的磁化率分解重建方法，其特征在于：梯度回波信号的相位信号通过拉普拉斯算法相位解缠绕，在获取解缠绕后的相位信号后使用球谐函数算法拟合获取所述背景场相位信号。6.根据权利要求1所述的磁化率分解重建方法，其特征在于：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政皓，魏红江，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：