[發明專利]基于神經網絡擬合的化學交換飽和轉移成像后處理方法

有效

• 申請號: 202110851530.7
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113777543B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 王志超;李建奇
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01R33/48
• 分類號: G01R33/48;G06N3/0499;G06N3/08;G06T11/00
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種基于神經網絡擬合的化學交換飽和轉移成像后處理方法，包括以下步驟：通過雙池布洛赫方程仿真不同組織參數下僅含直接飽和效應與半固態大分子磁化轉移效應的背景參考Z譜,并模擬一定范圍內主磁場偏移；將背景參考Z譜輸入網絡進行訓練得到網絡模型；將采集得到的逐像素Z譜信息輸入網絡進行訓練，得到主磁場偏移量與對應矯正后背景參考Z譜；將矯正的背景參考Z譜與采集Z譜做差得到對應感興趣交換點的化學交換飽和轉移效應與核奧氏增強效應信息。本發明不僅可替代冗雜的主磁場矯正流程，同時也可準確分離化學交換飽和轉移效應與核奧氏增強效應，可以很好地應用在顱內、腹部、乳腺等組織器官中的化學交換飽和轉移磁共振成像中。

技術領域

本發明涉及磁共振成像技術領域，具體涉及一種基于神經網絡擬合的化學交換飽和轉移成像后處理方法。

背景技術

化學交換磁化轉移成像技術是磁共振成像技術領域中的一種分子影像學技術，其不僅可以對極低濃度的化學基團進行單獨成像，而且可對基團所在環境(如酸堿度、溫度等)進行檢測。當外源性或內源性分子中的可交換質子被頻率選擇性射頻飽和后，飽和效應可通過化學交換傳遞給自由水的質子，最終基于水信號的改變間接地對包含可交換質子的分子進行成像。酰胺質子飽和轉移成像便是將酰胺基團質子(-NH)作為交換點位置(δ3.5)，是最為廣泛使用的一種化學交換飽和轉移成像的亞型。大量研究表明，酰胺質子飽和轉移成像可以很好地提示腫瘤、缺血性中風及神經退行性病變等病理信息。

酰胺質子飽和轉移成像在臨床中受到一些挑戰，首先是在體部實驗中被試呼吸會帶來嚴重的運動偽影，通常的解決方案是呼吸觸發技術，即采用壓力傳感器或橫隔膜導航回波監測被試呼吸運動并進行實時觸發數據采集。其次，在某些部位進行化學交換飽和轉移成像時，脂肪也會產生影響，傳統酰胺質子飽和轉移效應的量化依賴于非對稱性分析，而脂肪會在非對稱性磁化轉移率中貢獻額外的分量而產生偽影，通常采用的脂肪抑制技術效果有限。此外，主磁場不均勻性的矯正也是化學交換飽和轉移成像的一個難點，一般可通過直接水飽和偏移參考法或梯度回波重建出場圖，但需要額外的掃描時長且準確度受到各種因素限制。

目前臨床的定量酰胺質子飽和轉移成像一般采用非對稱性分析法，所得到的對比度信息并非單純的酰胺質子轉移效應。脂質等化合物中的氫核普遍存在核奧氏增強效應，其分布于δ-2到δ-5之間，因此目前的技術缺陷使得最終得到的成像對比度并不完全為酰胺質子轉移效應。現有的洛倫茨擬合法和三點法在臨床應用中并不能很好地解決這個問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，解決在臨床化學交換飽和轉移成像中主磁場不均勻性矯正步驟繁瑣且不穩定、后處理中脂肪飽和效應與核奧氏增強效應干擾的問題而提出的一種基于神經網絡擬合的化學交換飽和轉移成像后處理方法。該方法首先對理論背景參考Z譜進行仿真并訓練得到網絡模型，再通過網絡模型對采集的逐像素的Z譜進行預測得到對應的主磁場偏移量與背景參考Z譜，最終得到化學交換飽和轉移成像對比度。該方法能在不需要掃描額外序列的前提下準確地對主磁場不均勻性進行矯正，同時得到不受脂肪效應及核奧氏增強效應干擾的純凈且準確的化學交換飽和轉移成像對比度。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種基于神經網絡擬合的化學交換飽和轉移成像后處理方法，特點是所述方法包括雙池布洛赫模型仿真、網絡模型訓練、圖像數據采集、圖像數據重建等步驟，具體描述如下：

步驟1：雙池布洛赫方程仿真

對影響背景參考Z譜的生理組織參數在所有范圍中進行組合遍歷，同時給定水峰在磁共振主磁場變化范圍內隨機偏移以模擬主磁場偏移，通過雙池布洛赫方程仿真得到涵蓋生理環境中存在的所有情況的背景參考Z譜集；雙池布洛赫方程如下：