一種利用自回歸模型計算磁共振圖像表觀彌散系數的方法
【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指數衰減系數的算法，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指數衰減形式，ADC為衰減系數，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指數函數擬合，可以計算得到ADC磁共 振圖像。目前已有的擬合E指數函數計算衰減系數的方法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據，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指數衰減信號求自然對數log，將非 線性數據轉變?yōu)榫€性數據，然后做線性擬合得到衰減系數的方法。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據，擬合結果的 誤差相當大。
[0007] DISC數值積分方法是對整個采集到的E指數衰減信號數據求數值定積分，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指數衰減系數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 彌散系數的方法，利用對E指數衰減形式的物理信號建立自回歸模型，然后做最大似然參 數估算，得到衰減系數的擬合方法。該方法可應用用于計算生成表觀彌散系數(Apparent Diffusion Coefficient, ADC)磁共振圖像。是一種更加精確快速的計算E指數衰減系數的 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(相鄰三個數據點）的Simpson法則數值積分，然后從第二個b值到第四個b值進行 兩個b值間隔長度(相鄰三個數據點）的Simpson法則數值積分，依次下去，從而形成一個 DWI積分數值隨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得到表觀彌散系數 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(相鄰三個數據點）的Simpson法則數值積分，然后從第二個b值到第四個b值進行 兩個b值間隔長度(相鄰三個數據點）的Simpson法則數值積分，依次下去，從而形成一個 DWI積分數值隨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得到表觀彌散系數 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的方法，其特征 在于，所述步驟2)中Simpson法則數值積分表示成公式：
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。
3. 根據權利要求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