脈沖、脈沖間距 STE\(該時間間隔中包含了移位梯度和擴(kuò)散梯度）、翻轉(zhuǎn)角為α的激發(fā)脈沖、移位梯度、 180°的重聚脈沖、采樣回波鏈；
[0043] 兩個小角度的激發(fā)脈沖結(jié)合頻率維（X方向）的兩個移位梯度Gral和G ra2，和相位 維（y方向）的兩個移位梯度使兩個激發(fā)脈沖產(chǎn)生的回波在信號空間（k空間） 的中心產(chǎn)生偏移，180°的重聚脈沖以及兩個激發(fā)脈沖都與層選方向（z方向）的層選梯度 Gss相結(jié)合進(jìn)行層選；第二個激發(fā)脈沖前后分別施加回波延時，其中δ TE的長度為1/4回波 鏈長，180°的重聚脈沖前后有X，y，z三個方向的破壞梯度作用；
[0044] 采樣回波鏈?zhǔn)怯煞謩e作用在X，y方向的梯度鏈組成；X方向的梯度鏈由一系列大 小相等的正負(fù)采樣梯度構(gòu)成，且每個梯度的面積是所述移位梯度Grol的三倍；y方向的梯度 鏈?zhǔn)怯梢幌盗写笮∠嗟鹊募夥逄荻葮?gòu)成，且尖峰梯度的面積和等于移位梯度面積的四 倍；
[0045] 在采樣回波鏈之前，頻率和相位方向分別施加了重聚梯度，頻率維的重聚梯度的 面積是Gra面積的一半，方向與G 相反；相位維的重聚梯度的面積是所述所有尖峰梯度面 積和的一半，方向與尖峰梯度相反；
[0046] (3)執(zhí)行步驟（2)設(shè)置好的所述DM-0LED序列，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣；數(shù)據(jù)采樣完成后， 得到兩個回波信號的混合信號。
[0047] (4)對步驟（3)得到的兩個回波信號的混合信號進(jìn)行分析。兩個回波信號由于演 化時間相同導(dǎo)致T2加權(quán)相同。通過理論推導(dǎo)可得要分離的兩個回波信號SJP 52的表達(dá)式 如下：
[0050] 式中
是擴(kuò)散因子，
通過實驗發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)α = 45°時，兩個回波信號的強度都相對較高。
[0051] (5)對步驟（4)得到的兩個回波信號的混合信號用分離算法進(jìn)行處理，根據(jù)傅里 葉變換理論，混合信號中的兩個回波信號在圖像域的線性相位是不一樣的，但是它們是來 自同一個圖像層。利用兩者的圖像結(jié)構(gòu)相似的先驗信息可以對兩個回波信號SJP S2進(jìn)行 聯(lián)合重建。分離用的重建算法如下：
[0053] 其中Xl是從回波信號S i中重建出來的圖像，X 2是從回波信號S 2中重建出來的圖 像；
是尺度因子，x1(]，x2(]分別是回波信號3 1和回波信號S2的初始圖像； λρ \2和λ 3分別是拉格朗日乘數(shù)法可調(diào)整約束權(quán)重；▽是梯度算子。第一項是保真項， 第二項和第三項是對第一幅和第二幅圖像的稀疏性約束，最后一項是兩幅圖像輪廓相似性 約束。xJP χ2有如下關(guān)系：
[0055] 其中
分別是x#Px2的線性相位，
都是關(guān)于空間 位置矢量r的函數(shù)；X。是用采樣到的兩個回波信號的混合信號傅里葉逆變換得到的圖像。 通過迭代算法求解上述式子就可以得到分離后的回波信號Si和回波信號S 2產(chǎn)生的圖像X i 和x2。
[0056] (6)對步驟（5)分離出來的圖像xJPx2進(jìn)行ADC成像計算。對于單掃描的ADC成 像方法來說，只需要兩幅不同b值圖像就足夠了，ADC的值直接通過ADC弛豫方程求得：
[0058] 其中
是校正因子。這里加入了全變分（Total Variation, TV)外推 法來增強圖像的分辨率，而且設(shè)定了一個閾值，當(dāng)?shù)玫降臄?shù)值低于閾值時會被認(rèn)為噪聲而 忽略，同樣當(dāng)計算出的ADC值過大時也是不合理的，也會被省略。最后通過ADC成像計算得 到了具有較好分辨率的高品質(zhì)的ADC圖像。
[0059] 以下給出具體實施例：
[0060] 用基于雙回波的單掃描定量磁共振擴(kuò)散成像（DM-0LED)方法進(jìn)行模擬模型實驗 來驗證本發(fā)明的可行性。實驗前用matlab產(chǎn)生八個圓的模型，模型包括ADC、T2、T1、質(zhì)子 密度模型，8個圓的ADC和T2值不同，

;，這組T1與T2和人體組織在3T的磁場下T1與T2的比值相當(dāng)。用ADC模型作為 參考。
[0061] 仿真步驟：
[0062] 1、設(shè)定成像范圍（F0V)大小，X方向的成像視野F0VxS 60mm，y方向的成像視野 F0VyS 60mm。加入上訴的模型文件；
[0063] 2、計算序列參數(shù)，本實施例的試驗參數(shù)設(shè)置如下：45°激發(fā)脈沖的激發(fā)時間為3 毫秒，X方向采樣點數(shù)凡為128, y方向采樣點數(shù)^為64,采樣帶寬sw為131.8kHz。直接 運行整個序列的采樣時間為120ms。
[0064] 3、構(gòu)造脈沖序列；
[0065] 4、添加序列文件進(jìn)行仿真。
[0066] 5、利用上訴的分離算法對重疊的兩個回波信號進(jìn)行分離，這里的分離算法將正則 化參數(shù)分別設(shè)置為
分離后的結(jié)果如圖2所示從圖b和圖 c可以看到有擴(kuò)散造成的幅值的變化，分離出的兩個圖沒有形狀的畸變，每個圓形內(nèi)部的幅 值均勻。圖2的e到h，可以看出DM-0LED方法和模型重建得到的ADC結(jié)果相近，每個圓內(nèi) 部的ADC值比較均勻，但是仍有波動，在邊緣處有明顯的幅值跳變，這是由于重建算法還不 夠完善。用DM-0LED方法得到的結(jié)果的總體效果還是很好的，可以正確反映 ADC值。由此 可以證明，DM-0LED方法，可以在一次激發(fā)的情況下，得到重疊的回波信號，利用分離算法進(jìn) 行分離，減少了采樣時間，提高了圖像的空間分辨率。
[0067] 表1給出上述內(nèi)容的符號說明。
[0068] 表 1

[0071] 本發(fā)明公開了基于雙回波的單掃描定量磁共振擴(kuò)散成像方法（英文名稱： Single-shot diffusion mapping through overlapping-echo detachment planar imaging sequence，簡稱DM-OLED方法）。該方法是用兩個相同翻轉(zhuǎn)角的小角度激發(fā)脈沖產(chǎn) 生兩個相同演化時間的回波，因而具有相同的橫向弛豫時間，在每個激發(fā)脈沖后加一個移 位梯度實現(xiàn)兩個回波信號在信號空間（k空間）中心偏移，并在第一個激發(fā)脈沖后加擴(kuò)散梯 度，這樣只有第一個回波信號存在擴(kuò)散衰減，從而獲得不同擴(kuò)散因子（b值）下的信號。這兩 個回波信號來自同一個成像切片，因此可以利用兩個回波信號之間的先驗知識分離這兩個 回波信號，并利用稀疏變換配合相應(yīng)的分離算法對這兩個回波信號進(jìn)行分離。最后對分離 得到的兩個信號進(jìn)行表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC)計算得到定 量ADC圖像。傳統(tǒng)的ADC成像需要至少兩幅不同b值的圖像，需要至少兩次掃描才能實現(xiàn)。 利用這個方法獲得了單次掃描的定量ADC成像，并且得到的ADC圖像質(zhì)量能夠與常規(guī)的利 用兩次單回波的平面回波（echo planar imaging，EPI)序列得到的ADC圖像質(zhì)量相當(dāng)。
【主權(quán)項】
1.基于雙回波的單掃描定量磁共振擴(kuò)散成像方法，其特征在于包含如下步驟： (1) 在磁共振成像儀操作臺上，打開磁共振成像儀中的操作軟件，首先對成像物體進(jìn)行 感興趣區(qū)域定位，然后進(jìn)行調(diào)諧、勻場、功率校正和頻率校正； (2) 導(dǎo)入事先編譯好的DM-OLED序列：設(shè)置脈沖序列的各個參數(shù)； 所述DM-OL邸序列的結(jié)構(gòu)依次為：翻轉(zhuǎn)角為α的激發(fā)脈沖、脈沖間距δTE、翻轉(zhuǎn)角為α的激發(fā)脈沖、移位梯度、180°的重聚脈沖、采樣回波鏈； 兩個小角度的激發(fā)脈沖結(jié)合頻率維即X方向的兩個移位梯度G"i和G"2,和相位維即y方向的兩個移位梯度Gppi和Gpp2,使兩個激發(fā)脈沖產(chǎn)生的回波在信號空間即k空間的中屯、產(chǎn) 生偏移，180°的重聚脈沖W及兩個激發(fā)脈沖都與層選方向即Z方向的層選梯度Gjf結(jié)合 進(jìn)行層選；第二個激發(fā)脈沖前后分別施加回波延時，其中δTe的長度為1/4回波鏈長，180° 的重聚脈沖前后有X，y，ZΞ個方向的破壞梯度作用； 采樣回波鏈?zhǔn)怯煞謩e作用在X，y方向的梯度鏈組成；X方向的梯度鏈由一系列大小相 等的正負(fù)采樣梯度構(gòu)成，且每個梯度的面積是所述移位梯度G"i的Ξ倍；y方向的梯度鏈?zhǔn)?由一系列大小相等的尖峰梯度構(gòu)成，且尖峰梯度的面積和等于移位梯度Gppi面積的四倍； 在采樣回波鏈之前，頻率和相位方向分別施加了重聚梯度，頻率維的重聚梯度的面積 是Gf。面積的一半，方向與Gf。相反；相位維的重聚梯度的面積是所述所有尖峰梯度面積和 的一半，方向與尖峰梯度相反； (3) 執(zhí)行步驟（2)設(shè)置好的所述DM-OLED序列，進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣；數(shù)據(jù)采樣完成后，得到 兩個回波信號的混合信號； (4) 對步驟（3)得到的兩個回波信號的混合信號進(jìn)行分析，得要分離的兩個回波信號 Si和S2的表達(dá)式如下：(5) 對步驟（4)得到的兩個回波信號的混合信號用分離算法進(jìn)行處理，對兩個回波信 號Si和S2進(jìn)行聯(lián)合重建，分離用的重建算法如下：其中XI是從回波信號S沖重建出來的圖像，X2是從回波信號S2中重建出來的圖像；是尺度因子，Xl。，X2。分別是回波信號Si和回波信號S2的初始圖像； 入1，λ,和λ3分別是拉格朗日乘數(shù)法可調(diào)整約束權(quán)重；▽是梯度算子，第一項是保真項，第 二項和第Ξ項是對第一幅和第二幅圖像的稀疏性約束，最后一項是兩幅圖像輪廓相似性約 束；X郝X 2有如下關(guān)系： 其中約（Γ)，Α(Γ)分別是Xl和X2的線性相位，X1，X2, 0 (r)，口2o')都是關(guān)于空間位 置矢量r的函數(shù)；X。是用采樣到的兩個回波信號的混合信號傅里葉逆變換得到的圖像；通 過迭代算法求解得到分離后的回波信號Si和回波信號S2產(chǎn)生的圖像X1和X2; (6)對步驟妨分離出來的圖像和X進(jìn)行ADC成像計算，ADC的值直接通過ADC弛 豫方程求得：S.' 其中：是校正因子，最后通過ADC成像計算得到具有較好分辨率的高品質(zhì) ADC圖像。
【專利摘要】基于雙回波的單掃描定量磁共振擴(kuò)散成像方法，涉及磁共振成像的方法。用兩個相同翻轉(zhuǎn)角的小角度激發(fā)脈沖產(chǎn)生兩個相同演化時間的回波，因而具有相同的橫向弛豫時間，在每個激發(fā)脈沖后加一個移位梯度實現(xiàn)兩個回波信號在信號空間中心偏移，并在第一個激發(fā)脈沖后加擴(kuò)散梯度，這樣只有第一個回波信號存在擴(kuò)散衰減，從而獲得不同擴(kuò)散因子下的信號。這兩個回波信號來自同一個成像切片，因此可以利用兩個回波信號之間的先驗知識分離這兩個回波信號，并利用稀疏變換配合相應(yīng)的分離算法對這兩個回波信號進(jìn)行分離。最后對分離得到的兩個信號進(jìn)行表觀擴(kuò)散系數(shù)計算得到定量ADC圖像。利用該方法獲得單次掃描的定量ADC成像，且得到的ADC圖像質(zhì)量好。
【IPC分類】A61B5/055
【公開號】CN105232045
【申請?zhí)枴緾N201510833529
【發(fā)明人】蔡聰波, 馬崚嶒, 陳忠, 蔡淑惠, 丁興號
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年11月26日