[發(fā)明專利]一種基于交叉模態(tài)的人腦磁化率張量成像方法

有效

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• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111557663B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 包立君;熊叢叢
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: A61B5/055
• 分類號: A61B5/055;A61B5/00
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發(fā)明公開了一種基于交叉模態(tài)的人腦磁化率張量成像方法，在進行GRE序列的磁共振成像時，通過旋轉(zhuǎn)頭部姿態(tài)可以獲得多個方向的相位數(shù)據(jù)，由此可推導(dǎo)出組織的磁化率及其各向異性信息，即磁化率張量成像。臨床應(yīng)用中掃描時間和成像空間限制了人腦成像的方向數(shù)和方向角，導(dǎo)致磁化率張量成像的抗干擾能力差，是條件數(shù)嚴(yán)重病態(tài)的逆問題。本發(fā)明利用張量譜分解技術(shù)，將高分辨率的磁化率成像和低分辨率的擴散成像結(jié)合，提出一種基于交叉模態(tài)的磁化率張量成像方法，使用在6個不同頭部方向采集的相位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)磁化率張量及導(dǎo)出量的準(zhǔn)確計算，可用于腦組織微結(jié)構(gòu)特性評定，并且導(dǎo)出的纖維方向圖有助于探索腦白質(zhì)和灰質(zhì)內(nèi)部纖維特征的活體無損檢測新方法，對腦科學(xué)研究和腦部疾病診斷具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像處理和分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于交叉模態(tài)的人腦磁化率張量成像方法。

背景技術(shù)

磁化率是物質(zhì)的固有屬性，能夠反映生物組織在外加磁場作用下的磁化程度，物質(zhì)的磁敏感性越強，磁化率越大。作為一種磁共振成像方法，磁化率成像利用梯度回波數(shù)據(jù)的相位信息，經(jīng)過預(yù)處理得到局部磁場的變化特性；可以對組織的鐵含量、鈣化、血氧飽和度等進行有效的量化分析，對腦出血、多發(fā)性硬化癥及帕金森綜合癥等腦神經(jīng)退行性疾病的研究和診斷具有重要意義。磁化率和磁場分布關(guān)系在本質(zhì)上是非局部的，它依賴于磁化率的空間分布和相對于主磁場的方向，從而表現(xiàn)出各向異性。研究表明纖維的髓鞘中圓柱排列的脂質(zhì)分子是引起磁化率各向異性的主要原因，而基于磁化率的纖維束成像機理是腦白質(zhì)沿纖維走向具有最小反磁性。與測量水分子擴散速率的擴散張量成像(DiffusionTensor Imaging,DTI)相比，磁化率成像具有高信噪比、高空間分辨率、以及適合于超高場成像的特性。

磁化率張量成像(Susceptibility Tensor Imaging,STI)為活體組織神經(jīng)纖維示蹤提供了一種新方法。Liu首先測量并定量描述了鼠腦白質(zhì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)中磁化率的各向異性，采用STI實現(xiàn)了鼠腦纖維束的三維重建，隨后在活體鼠的大腦、心臟和腎臟展開一系列基于磁化率信息的纖維束示蹤研究。同時，研究人員也在探索STI的活體人腦應(yīng)用，諸如磁化率張量計算、張量導(dǎo)出指標(biāo)評估，全腦纖維追跡等。磁化率張量用一個2階對稱矩陣X來描述人體組織中磁化率的各向異性。在成像目標(biāo)定義的坐標(biāo)系中，測得的局部場圖與磁化率之間的關(guān)系表達式為：

進行第i個方向的成像時，δB⁽ⁱ⁾表示采集的局部場圖，H⁽ⁱ⁾表示主磁場在成像目標(biāo)坐標(biāo)系中的向量?？臻g頻率向量k＝[k_x,k_y,k_z]且F與F^-1分別表示傅里葉變換及其反變換。磁化率張量X描述單個體素內(nèi)的磁化率信息：

已知采集到N個方向的相位數(shù)據(jù)，則磁化率張量與局部場的關(guān)系可展開成：

定義磁化率張量成像的系統(tǒng)矩陣即

公式(3)可寫成矩陣形式δB＝AX，由推導(dǎo)可知，磁化率張量成像需要通過旋轉(zhuǎn)頭部姿態(tài)，獲得至少6個方向的相位數(shù)據(jù)。實際上，MRI成像儀的主磁場無法旋轉(zhuǎn)，而頭部成像線圈空間狹窄，人腦在其內(nèi)部可實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)角度很小，通常情況下與主磁場的夾角范圍在0～30°，導(dǎo)致系統(tǒng)矩陣A的條件數(shù)較大，產(chǎn)生誤差放大效應(yīng)，使得磁化率張量成像的抗干擾能力差，成為一個具有病態(tài)條件數(shù)的逆問題。