[发明专利]一种描述磁共振成像信号非指数衰减的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种描述磁共振成像信号非指数衰减的方法及其应用，包括根据经典的常扩散系数磁共振信号衰减模型，采用变扩散曲率模型，建立磁共振信号衰减的数学模型；选定具体复杂介质中的扩散过程作为研究对象，确定采用的射频脉冲的时序分布等实验条件，获得磁共振成像实验的实验数据s(b)；通过拟合数据，得到磁共振信号衰减数学模型中参数D₀，D₁的值；将参数D₀和D₁的值代入磁共振信号衰减的数学模型，画出该模型的曲线，用该数学模型模拟磁共振信号，从而对复杂介质中非指数衰减的磁共振成像信号进行准确描述。本发明与现有的方法相比，体现了复杂介质结构对扩散过程的影响，描述更加准确，具有广泛的应用前景，可用于材料检测等。

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术，特别涉及一种描述磁共振成像信号非指数衰减的方法及其应用。

背景技术

磁共振成像技术是一种常用的检测技术，它可以不破坏被测样品的内部结构，实现无损检测，由于其无辐射、分辨率高等优点被广泛应用于医学研究、化学、石油化工、考古等方面。磁共振成像信号模型的研究结果，可直接应用于疾病的诊断和结构的检测等，准确描述复杂介质的非指数衰减磁共振信号是分析组织结构变化的基础，具有重要意义。

传统的扩散磁共振成像衰减信号常常是用单指数模型来量化的，其前提是假设介质中的水分子为自由扩散，位移符合高斯分布，其特征函数表示为时间的单指数函数，对应的磁共振信号衰减模型为S(b)/S₀＝exp(-b·ADC)，ADC是表观扩散系数。然而，大量实验已经证明，生物组织等复杂介质不满足自由扩散的条件，其中的扩散过程为反常扩散，水分子的均方位移为时间的非线性函数，对应的磁共振信号衰减曲线也偏离单指数形式。尤其当b值较大时，组织的不均质性对扩散运动的影响愈加明显，磁共振信号偏离也愈明显，不能再用单指数模型来准确描述。

因此，需要提出一种可以准确描述磁共振成像信号非指数衰减的方法，以便用于描述复杂介质中的反常扩散现象。

发明内容

发明目的：为了解决以上问题，本发明提供了一种新的可以准确描述磁共振成像信号非指数衰减的方法及其应用，以期能准确、快速地实现复杂介质中磁共振信号的刻画。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种描述磁共振成像信号非指数衰减的方法，包括以下步骤：

(1)根据经典的常扩散系数磁共振信号衰减模型，采用变扩散曲率模型，建立磁共振信号衰减的数学模型；

(2)选定具体复杂介质中的扩散过程作为研究对象，确定采用的射频脉冲的时序分布实验条件，获得磁共振成像实验的实验数据s(b)；

(3)结合步骤(2)中磁共振成像实验的实验数据s(b)，通过拟合数据，得到磁共振信号衰减数学模型中参数D₀，D₁的值；

(4)将参数D₀和D₁的值代入步骤(1)中磁共振信号衰减的数学模型，画出该模型的曲线，用该数学模型模拟磁共振信号，从而对复杂介质中非指数衰减的磁共振成像信号进行准确描述。

进一步的，所述步骤(1)中变扩散曲率模型为：

其中，b是磁共振成像实验参数，S表示信号强度，S₀是b＝0时的信号强度，D为复杂介质的扩散系数，u为积分变量。

其中，复杂介质的扩散系数采用如下以b为变量的函数表示：

其中，D₀为表观扩散系数，D₁是结构的复杂程度的度量。