[发明专利]基于神经网络拟合的化学交换饱和转移成像后处理方法

说明书

本发明公开了一种基于神经网络拟合的化学交换饱和转移成像后处理方法，包括以下步骤：通过双池布洛赫方程仿真不同组织参数下仅含直接饱和效应与半固态大分子磁化转移效应的背景参考Z谱,并模拟一定范围内主磁场偏移；将背景参考Z谱输入网络进行训练得到网络模型；将采集得到的逐像素Z谱信息输入网络进行训练，得到主磁场偏移量与对应矫正后背景参考Z谱；将矫正的背景参考Z谱与采集Z谱做差得到对应感兴趣交换点的化学交换饱和转移效应与核奥氏增强效应信息。本发明不仅可替代冗杂的主磁场矫正流程，同时也可准确分离化学交换饱和转移效应与核奥氏增强效应，可以很好地应用在颅内、腹部、乳腺等组织器官中的化学交换饱和转移磁共振成像中。

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种基于神经网络拟合的化学交换饱和转移成像后处理方法。

背景技术

化学交换磁化转移成像技术是磁共振成像技术领域中的一种分子影像学技术，其不仅可以对极低浓度的化学基团进行单独成像，而且可对基团所在环境(如酸碱度、温度等)进行检测。当外源性或内源性分子中的可交换质子被频率选择性射频饱和后，饱和效应可通过化学交换传递给自由水的质子，最终基于水信号的改变间接地对包含可交换质子的分子进行成像。酰胺质子饱和转移成像便是将酰胺基团质子(-NH)作为交换点位置(δ3.5)，是最为广泛使用的一种化学交换饱和转移成像的亚型。大量研究表明，酰胺质子饱和转移成像可以很好地提示肿瘤、缺血性中风及神经退行性病变等病理信息。

酰胺质子饱和转移成像在临床中受到一些挑战，首先是在体部实验中被试呼吸会带来严重的运动伪影，通常的解决方案是呼吸触发技术，即采用压力传感器或横隔膜导航回波监测被试呼吸运动并进行实时触发数据采集。其次，在某些部位进行化学交换饱和转移成像时，脂肪也会产生影响，传统酰胺质子饱和转移效应的量化依赖于非对称性分析，而脂肪会在非对称性磁化转移率中贡献额外的分量而产生伪影，通常采用的脂肪抑制技术效果有限。此外，主磁场不均匀性的矫正也是化学交换饱和转移成像的一个难点，一般可通过直接水饱和偏移参考法或梯度回波重建出场图，但需要额外的扫描时长且准确度受到各种因素限制。

目前临床的定量酰胺质子饱和转移成像一般采用非对称性分析法，所得到的对比度信息并非单纯的酰胺质子转移效应。脂质等化合物中的氢核普遍存在核奥氏增强效应，其分布于δ-2到δ-5之间，因此目前的技术缺陷使得最终得到的成像对比度并不完全为酰胺质子转移效应。现有的洛伦茨拟合法和三点法在临床应用中并不能很好地解决这个问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，解决在临床化学交换饱和转移成像中主磁场不均匀性矫正步骤繁琐且不稳定、后处理中脂肪饱和效应与核奥氏增强效应干扰的问题而提出的一种基于神经网络拟合的化学交换饱和转移成像后处理方法。该方法首先对理论背景参考Z谱进行仿真并训练得到网络模型，再通过网络模型对采集的逐像素的Z谱进行预测得到对应的主磁场偏移量与背景参考Z谱，最终得到化学交换饱和转移成像对比度。该方法能在不需要扫描额外序列的前提下准确地对主磁场不均匀性进行矫正，同时得到不受脂肪效应及核奥氏增强效应干扰的纯净且准确的化学交换饱和转移成像对比度。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于神经网络拟合的化学交换饱和转移成像后处理方法，特点是所述方法包括双池布洛赫模型仿真、网络模型训练、图像数据采集、图像数据重建等步骤，具体描述如下：

步骤1：双池布洛赫方程仿真

对影响背景参考Z谱的生理组织参数在所有范围中进行组合遍历，同时给定水峰在磁共振主磁场变化范围内随机偏移以模拟主磁场偏移，通过双池布洛赫方程仿真得到涵盖生理环境中存在的所有情况的背景参考Z谱集；双池布洛赫方程如下：