[发明专利]一种磁共振波谱成像模拟方法及系统、存储介质、电子设备

说明书

本发明公开了一种磁共振波谱成像模拟方法，包括如下步骤：根据样本分子结构或核磁序列扫描提取的成像模体模型，利用磁共振量子力学理论建立对应的自旋体系；若干个模块串行组成脉冲序列，对脉冲序列中的模块设置循环优先级构建循环脉冲序列；将脉冲序列中的模块的左右时间边界及其内部关键点投影到同一时间轴上，形成若干个长短不一且物理控制量恒定的序列片，对设置循环优先级的循环脉冲序列解析形成所有序列片；逐次对所有序列片进行核磁共振动力学演化模拟，得到模拟数据；该发明可通过直观统一的编程环境完成自旋体系构建、脉冲序列构建和解析以及优化、实验任务仿真和数据分析，本发明提出的可编程波谱成像模拟系统应用范围广泛。

技术领域

本发明属于磁共振波谱和成像领域，具体涉及一种磁共振波谱成像模拟方法及系统。

背景技术

磁共振技术作为一种无损的探测手段已广泛应用于波谱学领域和医用成像诊断领域。前者可用于物质分子成分测定、活体小动物代谢定量，后者则广泛用于临床组织结构成像。磁共振模拟或仿真是基于磁共振自旋动力学理论的一种数值化仿真手段，除可用于演示教学目的，还大量用于新型脉冲序列开发、各类实验参数优化、理论与实验验证等研发工作，并与核磁仪器本身可形成优势互补，因而具有重要的应用价值。

本发明的提出主要面向以下两个现状问题：

一、现有磁共振模拟工具主要面向具体应用领域而设计，缺乏通用性。比如磁共振成像方面主要以Bloch方程作为计算模型，而波谱学方面则主要以Liouville方程作为计算模型。Bloch方程尽管简单，却无法处理复杂的耦合自旋体系和非1/2自旋体系，因而成像模拟的应用范围受限，比如无法进行Na成像模拟、无法进行磁共振波谱成像(MRSI)模拟等等。

二、无论是波谱学还是磁共振成像应用仿真，其相应的脉冲序列设计均缺乏兼具统一、直观、灵活的编写环境。脉冲序列一般由射频脉冲、梯度脉冲和信号采集构成，用于实现自旋体系的有效操控，从而产生预期的探测信号。因此，脉冲序列是磁共振的灵魂技术。尽管脉冲序列构件仅有三类，但其组合千变万化，实现的功能也各不相同。目前已开发出的脉冲序列已超过1000种，新的脉冲序列也伴随着应用的发展而不断被开发出来。现有的脉冲序列设计编写工具灵活性、直观性不足，比如布鲁克核磁谱仪和瓦里安核磁谱仪均采用C语言作为用户自定义接口，序列代码冗长、可读性较差。这在一定程度上阻碍了新型脉冲序列的创新研究。

发明内容

本发明的目的针对磁共振波谱(MRS)和成像(MRI)的不断融合发展的应用趋势，提出一种可同时兼容于磁共振波谱和成像的仿真模拟方法，可通过直观统一的编程环境完成自旋体系构建、脉冲序列构建和解析以及优化、实验任务仿真和数据分析。

本发明提供一种磁共振波谱成像模拟方法，包括如下步骤：

对象生成，根据样本分子结构或核磁序列扫描提取的成像模体模型，利用磁共振量子力学理论建立对应的自旋体系；

脉冲序列生成，若干个模块串行组成脉冲序列，对脉冲序列中的模块设置循环优先级构建循环脉冲序列；

脉冲序列解析，将脉冲序列中的模块的左右时间边界及其内部关键点投影到同一时间轴上，形成若干个长短不一且物理控制量恒定的序列片，对设置循环优先级的循环脉冲序列解析形成所有序列片；

模拟实验，按照时间轴先后顺序，逐次对所有序列片进行核磁共振动力学演化模拟，得到模拟数据。

优选地，在步骤脉冲序列生成中，所述模块包括单一模块或高级模块，所述单一模块包括射频脉冲模块、梯度模块、信号采集模块，对所述单一模块中的任意模块通过串行和/或并行形成高级模块，对所述单一模块或高级模块设置循环优先级。