[发明专利]定量磁化率成像重建方法及系统、存储介质及终端

说明书

本发明提供一种定量磁化率成像重建方法及系统、存储介质及终端，包括以下步骤：对磁共振成像得到的相位图像进行解缠绕和背景去除，得到组织相位图像；构造用于求解磁化率图像的目标函数，并采用近端梯度下降算法推导出求解所述目标函数的数学迭代式；基于所述数学迭代式搭建定量磁化率成像重建模型；基于所述组织相位图像和对应的定量磁化率图像，对所述定量磁化率成像重建模型进行训练；将解缠绕并去除背景的相位图像输入训练好的定量磁化率成像重建模型，以得到重建后的定量磁化率图像。本发明的定量磁化率成像重建方法及系统、存储介质及终端在有效地提升了图像质量的同时极大缩短了图像的重建速度。

技术领域

本发明涉及定量磁化率成像(Quantitative Susceptibility Mapping，QSM)的技术领域，特别是涉及一种定量磁化率成像重建方法及系统、存储介质及终端。

背景技术

磁化率是表征物质被磁化程度的物理量，是物质的固有属性。在磁共振成像中，组织间的磁化率差异会导致磁场的不均匀性从而导致质子进动频率的差异，经过时间积累形成相位差异。因此，磁共振采集得到的相位图像中含有组织磁化率信息，定量磁化率成像即为从相位图像中提取定量磁化率数值的成像技术。定量磁化率成像技术可以定量分析组织磁化率高低，对脑出血、多发性硬化症、帕金森综合征等疾病的研究和诊断具有重要意义。

定量磁化率成像的重建是一个复杂的过程，如图1所示，通常包括解缠绕，生成脑掩膜、去除背景场和偶极子反演等步骤。

偶极子反演是一个不适定的数学问题，可分为单方向重建与多方向重建。采用多方向计算磁化率的方法(Calculation Susceptibility Through Multiple OrientationSampling，COSMOS)是一种典型的多方向重建方法，其重建精度和信噪比都较高，但是磁化率的各向异性不能再图像上反映出来。此外COSMOS需要被试至少旋转3个不同的角度，大大增加了扫描采集时间和被试的不适感。

此外，深度学习也是用于解决不适定问题的一种有力手段，并在磁化率定量成像有了一些应用。Yoon等人提出了QSMnet，采用3维U-net网络结构对单方向局部场图进行定量磁化率成像。QSMGAN在QSMnet框架基础上增加生成对抗网络(Generative AdversarialNetwork，GAN)以改善网络框架，QSMnet+采用数据增强的手段以增加QSMnet的线性度。但是以上网络均采用COSMOS作为金标准，因此定量磁化率成像的重建结果不能体现磁化率数值的各向异性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种定量磁化率成像重建方法及系统、存储介质及终端，基于组织相位图像与定量磁化率图像的数学关系，通过深度学习算法来实现定量磁化率成像的重建，在有效地提升了图像质量的同时极大缩短了图像的重建速度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种定量磁化率成像重建方法，包括以下步骤：对磁共振成像得到的相位图像进行解缠绕和背景去除，得到组织相位图像；构造用于求解磁化率图像的目标函数，并采用近端梯度下降算法推导出求解所述目标函数的数学迭代式；基于所述数学迭代式搭建定量磁化率成像重建模型；基于所述组织相位图像和对应的定量磁化率图像，对所述定量磁化率成像重建模型进行训练；将解缠绕并去除背景的相位图像输入训练好的定量磁化率成像重建模型，以得到重建后的定量磁化率图像。

于本发明一实施例中，基于拉普拉斯算子对磁共振成像得到的相位图像进行相位解缠绕；利用VSHARP方法对解缠绕处理后的相位图像进行背景去除。

于本发明一实施例中，所述组织相位图像对应的定量磁化率图像为多方向采集重建的金标准磁化率图像。

于本发明一实施例中，所述定量磁化率成像重建模型包括3个生成器与1个判别器，并在相邻生成器之间采用近端梯度下降模型进行计算。