一種利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，利用自回歸模型計算生成ADC磁共振圖像。利用多個且等間隔b值DWI序列可采集得到多幅不同b值的磁共振圖像，對采集得到的所有像素的磁共振信號進行線性積分，即：利用Simpson數(shù)值積分法則對信號點做關于b值的多段等間隔積分，再建立自回歸模型，最后對自回歸模型參數(shù)進行最大似然估計得到ADC。是一種更加精確快速的計算E指數(shù)衰減系數(shù)的算法，該算法可以用于磁共振成像技術中快速精確計算ADC圖像。本發(fā)明能夠顯著ADC磁共振圖像計算效率和精確性，適用于放射科臨床上各種相關疾病的診斷和研究。
【專利說明】一種利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種磁共振成像技術，特別涉及一種利用自回歸模型計算磁共振圖像 表觀彌散系數(shù)的方法。

【背景技術】
[0002] 磁共振成像具有無損傷、無電離輻射、軟組織對比度高、任意方向斷層等特點，目 前已廣泛用于醫(yī)學臨床診斷。
[0003] 磁共振成像中的表觀擴散系數(shù)ADC是在DWI成像中衡量生物體內水分子擴散程度 的物理量。DWI成像中通過改變擴散梯度來改變b值，從而影響DWI圖像信號。DWI圖像信 號隨不同b值呈E指數(shù)衰減形式，ADC為衰減系數(shù)，是衡量評估生物體組織中水分子擴散強 弱，能夠間接反映生物體組織結構。在臨床上醫(yī)學，ADC圖像被廣泛用于診斷腦梗死、腫瘤、 神經(jīng)損壞等疾病。
[0004] 如果對采集到的多個b值的DWI圖像做E指數(shù)函數(shù)擬合，可以計算得到ADC磁共 振圖像。目前已有的擬合E指數(shù)函數(shù)計算衰減系數(shù)的方法Levenberg-Marquardt (列文伯 格-馬夸爾特法）非線性擬合方法、Log-Linear線性擬合方法以及DISC數(shù)值積分方法。
[0005] 上述的Levenberg-Marquardt非線性擬合的方法是基于非線性迭代求解最小二 乘方法，該方法總體上是精確性較高的方法，但是該方法的缺點時間效率低下，耗時長，對 于計算一份三維圖像數(shù)據(jù)，由于要逐個像素進行擬合計算，通常需要做幾百萬次甚至千萬 次非線性擬合，所需時間非常長。此外該方法在擬合前需要對初值進行估計，而初值估計準 確性往往會影響擬合結果的收斂，因此進一步限制了該方法的準確性和實際應用性。
[0006] Log-Linear線性擬合方法是對所有采集的E指數(shù)衰減信號求自然對數(shù)log，將非 線性數(shù)據(jù)轉變?yōu)榫€性數(shù)據(jù)，然后做線性擬合得到衰減系數(shù)的方法。該方法的優(yōu)點是計算快 且易于實現(xiàn)，然而該方法對噪聲相當敏感，對于信噪比低或信號衰減快的數(shù)據(jù)，擬合結果的 誤差相當大。
[0007] DISC數(shù)值積分方法是對整個采集到的E指數(shù)衰減信號數(shù)據(jù)求數(shù)值定積分，然后除 以首末兩個信號的差值來計算得到衰減系數(shù)的方法。該方法的優(yōu)點是準確、快速且易于實 現(xiàn)。但是由于該方法缺乏對誤差最小化的數(shù)學分析，在精度上會有一定的局限。


【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明是針對現(xiàn)有的幾種擬合計算E指數(shù)衰減系數(shù)的算法各自的時間長、依賴初 值估計、噪聲敏感性強、精度不高的問題，提出了一種利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀 彌散系數(shù)的方法，利用對E指數(shù)衰減形式的物理信號建立自回歸模型，然后做最大似然參 數(shù)估算，得到衰減系數(shù)的擬合方法。該方法可應用用于計算生成表觀彌散系數(shù)(Apparent Diffusion Coefficient, ADC)磁共振圖像。是一種更加精確快速的計算E指數(shù)衰減系數(shù)的 算法，該算法可以用于磁共振成像技術中快速精確計算ADC圖像。
[0009] 本發(fā)明的技術方案為：一種利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方 法，具體包括如下步驟： 1) 用多個且等間隔b值DWI成像序列采集得到多幅不同b值的磁共振圖像； 2) 對采集的多b值DWI圖像信號：從第一個b值到第三個b值開始，進行兩個b值間 隔長度(相鄰三個數(shù)據(jù)點）的Simpson法則數(shù)值積分，然后從第二個b值到第四個b值進行 兩個b值間隔長度(相鄰三個數(shù)據(jù)點）的Simpson法則數(shù)值積分，依次下去，從而形成一個 DWI積分數(shù)值隨b值變化的信號序列； 3) 將所述DWI信號積分的序列建立成自回歸模型，最后一個b值DWI信號值可表不成 由鄰近的前兩個b值DWI信號值的線性組合形式； 4) 對步驟3)建立的自回歸模型進行最大似然估計從而求解系數(shù)得到表觀彌散系數(shù) ADC 值； 5) 對步驟1)的磁共振圖像中被試體內所有像素計算ADC值，得到所述磁共振ADC圖 像。
[0010] 所述步驟2)中Simpson法則數(shù)值積分表示成公式：

【權利要求】
1. 一種利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征在于，具體包括 如下步驟： 1) 用多個且等間隔b值DWI成像序列采集得到多幅不同b值的磁共振圖像； 2) 對采集的多b值DWI圖像信號：從第一個b值到第三個b值開始，進行兩個b值間 隔長度(相鄰三個數(shù)據(jù)點）的Simpson法則數(shù)值積分，然后從第二個b值到第四個b值進行 兩個b值間隔長度(相鄰三個數(shù)據(jù)點）的Simpson法則數(shù)值積分，依次下去，從而形成一個 DWI積分數(shù)值隨b值變化的信號序列； 3) 將所述DWI信號積分的序列建立成自回歸模型，最后一個b值DWI信號值可表不成 由鄰近的前兩個b值DWI信號值的線性組合形式； 4) 對步驟3)建立的自回歸模型進行最大似然估計從而求解系數(shù)得到表觀彌散系數(shù) ADC 值； 5) 對步驟1)的磁共振圖像中被試體內所有像素計算ADC值，得到所述磁共振ADC圖 像。
2. 根據(jù)權利要求1所述利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征 在于，所述步驟2)中Simpson法則數(shù)值積分表示成公式：
其中W表示所設的相等的相鄰b值間隔值，表示擴散梯度系數(shù)為b時采集的圖 像信號Λ表示為第i個b值，iU，……，N-2, N表示b值總數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征 在于，所述步驟3)中DWI信號積分的序列建立成自回歸模型表示成公式：
4. 根據(jù)權利要求3所述利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數(shù)的方法，其特征 在于，所述步驟4)中對所述的自回歸模型進行最大似然估計表示成公式：
最后對ADC求解得到的解析式表示成公式：
」抵表示所設的相等的相鄰b值對應的回波時間差值。
【文檔編號】G06T11/00GK104095635SQ201410361347
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】王麗嘉, 裴孟超, 董芳, 李建奇, 聶生東, 王遠軍 申請人:上海理工大學