[发明专利]一种消除脂肪伪影的化学交换饱和转移成像方法

摘要

本发明公开了一种消除脂肪伪影的化学交换饱和转移成像方法，该方法包括图像采集及图像重建步骤，其图像采集是在无饱和射频照射的条件下和在不同频率的饱和射频的照射的条件下采用多回波的梯度回波序列获取磁共振成像的模图和相位图；其图像重建：基于多峰脂肪模型对无饱和射频的照射下采集的数据重建水图，脂肪图，场图和图；运用数值方法逐个体素地更新不同频率的饱和射频照射后采集的数据中的脂肪模型；基于更新后的脂肪模型对不同频率的饱和射频照射下采集的数据重建水图和脂肪图；本发明准确的水脂重建确保了水图中无脂肪信号的干扰，有效地消除掉化学交换饱和转移成像中出现的脂肪伪影，该方法可以提高化学交换饱和转移成像的准确性。

主权项

1.一种消除脂肪伪影的化学交换饱和转移成像方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：图像采集1.1在不同频率的饱和射频的照射的条件下采集化学交换饱和转移成像数据，采用单极读出梯度的多回波的梯度回波序列获取磁共振成像的模图和相位图；1.2在没有饱和射频的照射的条件下采集参考数据，采用单极读出梯度的多回波的梯度回波序列获取磁共振成像的模图和相位图；步骤2：图像重建2.1将采集得到的模图和相位图生成复值图；2.2对无饱和射频的照射下获取的图像数据即参考数据进行重建，得到水图、脂肪图、场图以及图；重建将依照如下水脂信号模型：其中ρ_w和ρ_f分别为水和脂肪的总信号幅值；ω_p和α_P是第p个脂肪峰的共振频率和相对信号幅值TE_n为第n个回波的回波时间；此模型假设每个体素具有相同的横向衰减速率ΔB₀为局部磁场偏差的强度即场图；γ是氢核的旋磁比；为水和脂肪进动的初始相位；此步骤中脂肪各个峰的化学位移和初始相对幅值直接用于公式(1)中脂肪信号的建模；2.3运用数值方法逐个体素地更新各个脂肪峰在不同频率的饱和射频照射后的纵向磁化矢量；数值计算将模拟脂肪各个峰的信号在化学交换饱和转移成像中的饱和脉冲作用下的演化；信号演化按如下Bloch方程：其中为第p个脂肪峰的平衡态的磁化矢量强度；和分别为第p个脂肪峰的在x，y，z方向上的磁化矢量强度；R₁和分别为纵向弛豫率和横向衰减速率；ω₁(t)为饱和射频轮廓的幅值，假设饱和射频脉冲施加在x轴方向上；Δω_p是饱和射频脉冲的中心频率和各脂肪峰的共振频率的差值，此外局部磁场偏差ΔB₀对其的影响：Δω_p＝σ_pγB₀+γΔB₀‑ω_RF   (3)其中σ_p是第p个峰的化学位移，γ是氢核的旋磁比；公式(2)和公式(3)中的参数和ΔB₀的值将采用来自步骤2.2中的计算结果；设所有的脂肪峰具有相同的R₁，其具体值从文献中查找获知；饱和射频照射的强度视为随时间变化的函数，从序列中具体所用饱和射频的数据中提取；饱和射频照射的强度在图像对应的空间是变化的，额外采集的获得的B₁场将对其进行校准；公式(2)中的微分方程刻画了脂肪各个峰的磁化矢量在饱和射频照射下随时间的演化过程，其数值解所依赖的初始条件为步骤2.2中所用的原始状态下脂肪各个峰的相对幅值；用于横向的磁化矢量已经被散相梯度破坏，数值计算获知的磁化矢量的纵轴分量将用于更新脂肪峰的相对信号幅值强度；2.4对饱和射频的照射下获取的图像数据即饱和标记的数据进行重建；重建将依照公式(1)中水脂信号模型，其中脂肪信号模型按如下要求进行更新：根据步骤2.3中的数值计算结果，逐个图像体素地更新所有脂肪峰的相对信号幅值强度；来自步骤2.2中的图像空间各点的的精确估值在此步骤中的水脂信号模型中将用作已知参数；重建将得到水图、脂肪图和场图；2.5从所得水图中提取原始的Z谱，并根据步骤2.2中重建的场图ΔB₀对其进行场不均一性矫正；矫正后的Z谱将用于非对称性分析，以提取各靶标分子的磁化转移强度；其中，步骤2.2所述对无饱和射频的照射下获取的图像数据即参考数据进行重建，具体包括如下步骤：2.2.1利用R₂*‑IDEAL算法对图像进行初步重建，获得水图、脂肪图、局部磁场图以及图的粗略估值；2.2.2将R₂*‑IDEAL算法产生的水图、脂肪图和图的估值作为初始值传递给基于模值的最小二乘拟合；基于模值的最小二乘拟合的目标函数如下：其中S_n，ref为参考扫描的第n个回波的实测信号；2.2.3基于模值的最小二乘拟合产生的水图、脂肪图、局部磁场图以及图的精确估值作为确定的参数传递给基于复数值的最小二乘拟合，基于复数值的最小二乘拟合将对场图进行精确的估值；基于复数值的最小二乘拟合的目标函数如下：其中S_n，ref为参考扫描的第n个回波的的实测信号；所述步骤2.4具体包括如下步骤：2.4.1采用IDEAL算法对图像进行初步重建，获得场图、水图和脂肪图的粗略估值；2.4.2利用上一步中获得水图和脂肪图作为初始值，基于模值的最小二乘拟合将对水图和脂肪图进行进一步的精确的估值；模值的最小乘拟合的目标函数如下：其中θ_mag＝{ρ_w，ρ_f}，S_n，lab为饱和标记扫描的第n个回波的的实测信号。